(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ加工のトランスジューサアレイの柔軟性を与える構造を提供する。【解決手段】マイクロ加工のトランスジューサアレイの柔軟性を与える構造であって、トランスジューサアレイは、複数のトランスジューサ素子を備える。トランスジューサ素子各々は、圧電素子と、支持層内又はその上に配置された１つ以上の電極とを含む。支持層は、ポリマー材料を含む柔軟な層２５６に接合され、トランスジューサアレイの柔軟性は、柔軟な層の全厚みから一部分生じる。また、トランスジューサアレイの柔軟性は、そこに形成される１つ以上の撓み構造体から一部分生じる。【選択図】図２Ｋ
2020182223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ加工のトランスジューサアレイを製造する方法において、
複数のトランスジューサ素子を形成し、これは、複数のトランスジューサ素子の各々に対して、
支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の電極を形成すること、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の圧電素子を形成すること、及び    前記支持層に前記トランスジューサ素子の相互接続部を形成し、この相互接続部を前記トランスジューサ素子の電極に結合すること、
を含み；
前記複数のトランスジューサ素子を形成した後に、前記支持層を薄化して、前記支持層の第２の側を露出させ、前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部は、前記支持層の第１の側と第２の側との間に延び；及び
前記第２の側を柔軟な層に結合し、その柔軟な層は、ポリマー材料を含み、前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部に対し、前記柔軟な層を通して、対応する相互接続部が延びる、
ようにした方法。
【請求項２】
前記支持層は、３５ミクロン以下の全厚みに薄化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持層は、３０ミクロン以下の厚みに薄化される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマー材料は、ポリイミドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のトランスジューサ素子を形成することは、前記複数のトランスジューサ素子の各々に対して、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の基準電極を形成し、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極を形成し、  前記支持層に前記トランスジューサ素子の基準相互接続部を形成し、この基準相互接続部を前記トランスジューサ素子の基準電極に結合し、及び
前記支持層に前記トランスジューサ素子のドライブ／センス相互接続部を形成し、このドライブ／センス相互接続部を前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極に結合する、
ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記支持層を薄化して、前記支持層の第２の側を露出させることは、前記複数のトランスジューサ素子の各々に対して、前記支持層を貫通して延びるスパン空所のための開口を露出させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の側を柔軟な層に結合することは、導電性フィラーを含む接着材を使用して遂行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１のトランスジューサ素子と第２のトランスジューサ素子との間に撓み構造体を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記撓み構造体は、前記支持層の部分を互いに分離する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数の撓み構造体を形成することを更に含み、各撓み構造体が複数のトランスジューサ素子の各対間に存在するようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の撓み構造体の各々は、前記トランスジューサ素子の行間にチャンネルを形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数のトランスジューサ素子を備え、その各々は、
支持層の第１の側に配置された各電極；
前記支持層の第１の側に配置された各圧電素子；及び
前記トランスジューサ素子の各電極に結合された前記支持層における各相互接続部；を含み、前記相互接続部は、前記支持層の第１の側と第２の側との間で前記支持層を通して延び、更に、
前記支持層の第２の側に結合された柔軟な層を備え、その柔軟な層は、ポリマー材料を含み、前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部の各々に対して、前記柔軟な層を通して、対応する相互接続部が延びる；
ようにされたマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１３】
前記第１の側と第２の側との間の支持層の全厚みは、１００ミクロン以下である、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１４】
前記ポリマー材料は、ポリイミドを含む、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１５】
前記複数のトランスジューサ素子の各々は、
前記支持層の第１の側に配置された基準電極；
前記支持層の第１の側に配置されたドライブ／センス電極；
前記支持層における基準相互接続部であって、前記トランスジューサ素子の基準電極に結合される基準相互接続部；及び
前記支持層におけるドライブ／センス相互接続部であって、前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極に結合されたドライブ／センス相互接続部；
を含む、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１６】
導電性フィラーを含む接着材が前記柔軟な層を前記支持層の第２の側に接着する、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１７】
前記支持層は、更に、第１のトランスジューサ素子と第２のトランスジューサ素子との間に撓み構造体を含む、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１８】
前記撓み構造体は、前記支持層の部分を互いに分離する、請求項１７に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１９】
前記柔軟な層は、共融接合で前記支持層の第２の側に接合される、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項２０】
前記柔軟な層は、前記柔軟な層に沿って信号を横方向に搬送するための第１部分を含む第１の相互接続部を備えている、請求項１２に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項２１】
媒体に圧力波を発生し及び感知する方法において、
請求項１２から１７のいずれかに記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ；
少なくとも１つのドライブ／センス電極に電気的ドライブ信号を印加するために前記マイクロ加工のトランスジューサアレイに結合された発生手段；
少なくとも１つのドライブ／センス電極から電気的応答信号を受信するために前記マイクロ加工のトランスジューサアレイに結合された受信手段；及び
複数のドライブ／センス電極から受信した電気的応答信号を処理するため前記受信手段に結合された信号処理手段；
を備えた装置。
【請求項２２】
前記発生手段は、前記複数のトランスジューサ素子の少なくとも１つの圧電素子を超音波周波数で共振させるように電気的ドライブ信号を印加する、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、マイクロ加工のトランスジューサアレイに関するもので、より詳細には、そのようなアレイの柔軟性を与える構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスジューサ装置は、典型的に、経時変化駆動電圧に応答して振動し、トランスジューサ素子の露出外面と接触する伝播媒体（例えば、空気、水、又は身体組織）に高周波圧力波を発生できるメンブレーンを含む。この高周波圧力波は、他の媒体へと伝播することができる。又、同じ圧電メンブレーンが、伝播媒体から反射圧力波を受け取って、その受け取った圧力波を電気信号に変換することもできる。この電気信号は、駆動電圧信号に関連して処理されて、伝播媒体の密度又は弾性係数の変化に関する情報を得ることができる。
【０００３】
トランスジューサ装置は、好都合にも、種々のマイクロ加工技術（例えば、材料堆積、リソグラフィックパターン化、エッチングによる特徴部形成、等）を使用して非常に高い寸法公差で安価に製造することができる。そのようなアレイ装置は、例えば、容量性トランスジューサ（ｃＭＵＴ）又は圧電トランスジューサ（ｐＭＵＴ）のようなマイクロ加工の超音波トランスジューサ（ＭＵＴ）アレイを含む。
【０００４】
血管内超音波（ＩＶＵＳ）、内視鏡超音波（ＥＵＳ）又は他の医療超音波技術のような多くの超音波用途では、カテーテル、又は非平面を有する他のそのような器具が使用される。典型的に、トランスジューサアレイは、そのような非平面の若干小さな曲率半径（例えば、〜５ないし１０ｍｍ）を回避するように位置されるか、又はそれを受け容れるサイズとされる。しかしながら、そのような器具の次々の世代はサイズが拡張し続けているので、トランスジューサアレイが小さな曲率半径の表面での動作をサポートすることが付随的に押し進められている。
【０００５】
添付図面には本発明の種々の実施形態が一例として示されるが、本発明は、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを含む装置の規範的な構成を示す。
【図１Ｂ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを含む装置の規範的な構成を示す。
【図１Ｃ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを含む装置の規範的な構成を示す。
【図１Ｄ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを含む装置の規範的な構成を示す。
【図２Ａ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｂ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｃ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｄ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｅ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｆ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｇ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｈ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｉ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｊ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｋ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｌ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｍ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｎ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｏ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図２Ｐ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するプロセスのステップの要素を示す断面図である。
【図３】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造する方法の要素を示すフローチャートである。
【図４Ａ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイの要素を示すレイアウト図である。
【図４Ｂ】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイの要素を示すレイアウト図である。
【図５】一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを使用する超音波トランスジューサ装置の要素を示す機能的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここに述べる実施形態は、圧電トランスジューサ素子のアレイの柔軟性を色々許すものである。例えば、ここに述べる技術及び構造は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）構造を含むトランスジューサアレイを色々提供するもので、このトランスジューサアレイは、曲率半径が１ｍｍ程度又はそれより小さいという柔軟性である。
【０００８】
それに加えて又はそれとは別に、ここに述べる幾つかの技術及び構造は、トランスジューサアレイを小型センサ装置のカーブした表面で動作すべき用途に適した電気的接続及び／又は引き回しを可能にする。例えば、幾つかの実施形態は、トランスジューサアレイの「背面」を通して通信される基準電圧（例えば、接地）及び／又はドライブ／センスシグナリングを色々提供し、即ちアレイの圧電メンブレーン構造は、トランスジューサアレイの反対の「前面」を経て超音波（又は他の）信号を送信／受信するように構成される。これとは対照的に、既存の平坦（非柔軟性）センサは、それらの各前面に相互接続接触部を有する。
【０００９】
ある実施形態では、トランスジューサアレイの圧電メンブレーン構造、及び相互接続／シグナリング構造は、ポリマー材料の柔軟な層を含む積層構造において一緒に一体化される。トランスジューサ素子の相互接続は、基準電圧、ドライブ／センス信号、等の交換を許すためにそのような柔軟な層を通して延びる。例えば、トランスジューサ素子は、別の柔軟な下層、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、等を伴う柔軟な層を経て、そのような電圧／信号を色々交換する。
【００１０】
ある実施形態では、トランスジューサアレイ構造体がウェハ上のあるポイントに形成され及び／又はウェハに結合されて、ウェハレベルで（例えば、ダイレベル又は他のより小さなレベルではなく）処理される。その後の処理は、トランスジューサアレイ構造体を、各ダイレベル用途のための１つ以上の個々のトランスジューサアレイへカットすることを含む。例えば、そのようなカットは、１つ以上の１Ｄトランスジューサアレイ（例えば、ある整数ｎ＞１に対してトランスジューサ素子の１×ｎアレイを含む）、及び／又は１つ以上の２Ｄトランスジューサアレイ（例えば、整数ｍ、ｎ＞１とすれば、トランスジューサ素子のｍ×ｎアレイを含む）を形成する。
【００１１】
図１Ａ−１Ｄは、圧電トランスジューサ素子の柔軟なアレイを含む装置の規範的な構成を示す。ある具現化において、トランスジューサ装置は、１行のトランスジューサ素子を含むカーブしたトランスジューサアレイを備えている。トランスジューサアレイの複数の素子の幾つか又は全部がカーブした線に沿って分布される。図１Ａに示すように、トランスジューサ装置１００ａは、取手部分１０４を備えている。装置１００ａのトランスジューサアレイ１０６は、片方の遠方端１０８において取手部分１０４に取り付けられ、トランスジューサアレイ１０６の形状及びサイズを受け容れるように取手１０４の形状を変更することができる（例えば、広げる、平坦にする、等）。この例では、トランスジューサアレイ１０６の振動面が弧に沿っており、その一部分は、取手１０４の長手軸に沿った方を向いている。別の具現化では、トランスジューサアレイ１０６の露出面が弧に沿っており、その一部分が取手１０４の長手軸に垂直な（又はそれに対して鋭角な）方を向いている。トランスジューサ装置１００ａのオペレータは、トランスジューサアレイ１０６の振動面の方向及び位置を希望通りに（例えば、像形成されるエリア（１つ又は複数）に向けて）変更するように取手１０４を操作することができる。
【００１２】
圧電トランスジューサ装置１００ａは、振動素子１０６の下で且つ取手部分１０４の内側に（例えば、広げられ且つ平坦化された第１の遠方端１０８の内側に）一体型ＡＳＩＣウェハ（図示せず）を備えることも任意である。ＡＳＩＣウェハの外部入力接続部に接続するワイヤ１１０は、取手１０４の後端から出て、外部装置（例えば、制御装置及び／又はディスプレイ装置）に接続される。
【００１３】
ある具現化において、トランスジューサ装置は、二次元トランスジューサアレイを備えている。各二次元トランスジューサアレイは、カーブした二次元アレイに分布された複数のトランスジューサ素子を含む。二次元アレイにより覆われる領域は、例えば、長方形、方形、円形、八角形、六角形、円形、等の種々の形状のものである。二次元アレイの振動素子は、線より成る格子（例えば、方形格子又は六角形格子）に分布されるか、又はより複雑なパターンである。二次元トランスジューサアレイの振動面は、実質的に平面内にあるが、幾つかの実施形態はこれに限定されない。二次元トランスジューサアレイは、取手（例えば、まっすぐの円筒状取手の一方の遠方端）に取り付けられて、トランスジューサ装置を形成する。トランスジューサアレイの振動面の平面は、取手の長手軸に垂直な方向を色々向くか又は取手の長手軸に実質的に平行な方向を色々向く１つ以上の部分を含む。
【００１４】
トランスジューサ装置のオペレータは、二次元トランスジューサアレイの振動面の向き及び位置を希望通りに変更するために（例えば、像形成されるエリア（１つ又は複数）に向くように）トランスジューサ装置の取手を操作する。例えば、図１Ｂに示したように、トランスジューサ装置１００ｂは、取手１２４の遠方端１２８の周囲に沿って延びる横向きのトランスジューサアレイ１２６を備えている。又、トランスジューサ装置１００ｂは、ＡＳＩＣウェハ（図示せず）に接続されて取手１２４の後端を出るワイヤ１２０も備えている。
【００１５】
図１Ｃを参照すれば、別の実施形態によるトランスジューサ装置１００ｃは、前向きの二次元トランスジューサアレイ１３６を含む。トランスジューサ装置１００ｃは、取手部分１３４を備え、トランスジューサアレイ１３６は、取手１３４の遠方端１３８のカーブ面に沿って延びる。図１Ｃに示すように、トランスジューサアレイ１３６は、遠方端１３８の表面に沿って複数の方向にカーブしてもよい。トランスジューサ装置１００ｃは、更に、ＡＳＩＣウェハ（図示せず）に接続されて取手１３４の後端を出るワイヤ１７０も備えている。
【００１６】
図１Ａ−１Ｃに示したトランスジューサ装置の構成は、単なる例示に過ぎない。全トランスジューサアレイの振動面の向き（例えば、前向き、横向き又は他の向きの角度）及び全形状（例えば、フラット又はカーブ、直線、多角形、又は環状）、取手におけるトランスジューサアレイの位置、並びにトランスジューサアレイにおける振動素子のレイアウトの異なる組み合わせが、トランスジューサ装置の種々の具現化において考えられる。
【００１７】
図１Ｄを参照すれば、別の実施形態によるトランスジューサ装置１００ｄは、柔軟な基板１６０に配置されたトランスジューサ素子１５０のアレイを備えている。図１Ｄのビュー１７０及び詳細ビュー１８０（正しい縮尺ではない）に示されたように、柔軟な基板１６０は、トランスジューサ素子１５０を互いに容易に再配置できるようにする。従って、トランスジューサ装置１００ｄは、例えば、ここに例示する患者１７２のようなあるユーザに敷設、着用又は他の仕方で適用される包帯、パッチ、シート又は他の柔軟な構造体の少なくとも一部分として働く。例えば、トランスジューサ素子１５０は、患者１７２の組織１８２の表面に適合し、そして例えば、結合流体（例えば、ゲル）を経て、組織１８２へ圧力波を伝播する（及び／又はそこから圧力波を受け取る）。一実施形態では、トランスジューサ装置１００ｄに含まれるか又はそこに結合されたケーブル１７４は、例えば、ＡＳＩＣウェハの外部入力接続部に接続され及び／又は他の外部装置（例えば、制御装置及び／又はディスプレイ装置）に接続される１つ以上のワイヤを含む。
【００１８】
更に、用途（例えば、望ましい動作周波数、像形成エリア、解像度、等）によっては、トランスジューサアレイにおける振動素子の合計数、トランスジューサアレイのサイズ、及びトランスジューサアレイにおける振動素子のピッチも変化する。所与のアレイにおいて、トランスジューサ素子の各圧電メンブレーンは、各々、各半球状又は半楕円状のドーム構造体を含む。圧電メンブレーンは、断面巾が例えば２５μｍから２５０μｍの範囲の空洞に広がる。ある実施形態では、アレイは、第１の次元に沿って互いに全て配置されたトランスジューサ素子を含む。例えば、一次元（１Ｄ）アレイは、１５０μｍのピッチを有するように配置された１２８個のトランスジューサ素子を含み、各トランスジューサ素子は、６０μｍ巾の空洞に広がる半球状ドームを有する。別の例では、１Ｄアレイは、３５０μｍピッチで１２８個のトランスジューサ素子を含み、各素子は、巾が６４μｍから９２μｍの空洞に広がる半球状のドームを有する。更に別の例において、１Ｄの整相アレイは、１３０μｍのピッチで配置された９６個のトランスジューサ素子を含み、アレイの半楕円状ドームは、全て、第１次元に沿った同じ第１主軸直径及び第２次元に沿った同様の第２主軸直径を有し、例えば、主軸直径は、４０μｍから１００μｍの範囲である。それとは別に又はそれに加えて、アレイは、２つの次元に沿って色々に配置されたトランスジューサ素子のセットを含む。ここに例示する１つの実施形態では、二次元（２Ｄ）アレイは、１２０μｍのエリアピッチで６４×１６のトランスジューサ素子を含み、例えば、アレイのドーム状構造体は、各々、６０μｍないし７０μｍの巾をもつ各空洞に広がる。
【００１９】
図２Ａ−２Ｍは、一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造するためのプロセスの種々のステップの断面図である。図２Ｎ−２Ｐは、一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイの各断面図である。図２Ａ−２Ｊに示す処理は、例えば、１つ以上のトランスジューサアレイ１０６、１２６、１３６を形成する。
【００２０】
図２Ａは、各トランスジューサ素子の種々の構造体を装置ウェハ２０１内又はその上に形成するための後続処理について装置ウェハ２０１を準備する製造段階２００ａを示す。装置ウェハ２０１は、マイクロエレクトロニック／マイクロ加工処理を受け易いものとしてこの分野で知られている種々の基板材料のいずれかを含む。例示であってこれに限定されないが、装置ウェハ２０１は、シリコンのようなバルク結晶半導体、及び／又は種々の形式の半導体ウェハの材料を含む。幾つかの実施形態は、これに限定されないが、ここに例示する装置ウェハ２０１は、シリコンオンインスレータ（ＳＯＩ）材料を含む。
【００２１】
支持層に配置される凸状圧電構造体を各々含むマイクロドーム型トランスジューサ素子の製造に関して幾つかの実施形態をここに説明する。しかしながら、そのような説明は、例えば、フラットな圧電構造体及び／又は凹状圧電構造体を含むトランスジューサ素子を含めて、種々の他の形式のトランスジューサ素子のいずれかに付加的に又は代替的に適用するように拡張されてもよい。例えば、図２Ａに示したように、装置ウェハ２０１内及び／又はその上に圧電トランスジューサ素子を製造することは、例えば、装置ウェハ２０１の絶縁層まで又はそれを貫通して延びるここに例示する穴２０２ａ、２０２ｂを含めて、１つ以上の穴をエッチングし又は他の仕方で形成することを含む。
【００２２】
図２Ｂを参照すれば、段階２００ｂにおいて、装置ウェハ２０１に別のウェハ２０３が結合される。ウェハ２０３は、トランスジューサ素子の凸状構造体の形成を容易にするための材料をなす。例えば、ウェハ２０３は、装置ウェハ２０１のような半導体材料を含み、例えば、ウェハ２０３は、シリコンオンインスレータ（ＳＯＩ）材料を含む。
【００２３】
図２Ｃの段階２００ｃに示すように、研磨、エッチング（例えば、ＫＯＨでの）、ポリシング及び／又は他の処理は、ウェハ２０１上の隆起構造体の形成を容易にする厚みｄｘまでウェハ２０３を薄くする。例えば、ｄｘは、６ミクロンないし１２ミクロンであるが、幾つかの実施形態は、これに限定されない。
【００２４】
図２Ｄの段階２００ｄを参照すれば、ウェハ２０３の残りの材料が、例えば、表面２０５上に延びるここに例示する隆起構造体２０４ａ、２０４ｂを含めて、マイクロ隆起部へと形成される。そのようなマイクロ隆起部の形成は、例えば、従来のリソグラフィー及びエッチング技術から適応される動作で薄いウェハ２０３の部分を選択的に除去し、そしてウェハ２０３の他の残り部分に隆起リフローを適用することを含む。
【００２５】
そのようなマイクロ隆起部の形成に続いて、種々の減算的及び／又は加算的半導体処理技術（例えば、材料堆積、リソグラフィーパターン化、エッチングによる特徴部形成、等の１つ以上を含む）のいずれかを遂行して、装置ウェハ２０１内又はその上にトランスジューサ構造体を堆積し、又は他の仕方で形成する。例えば、図２Ｅの段階２００ｅに示すように、構造体２０６は、表面２０５の上に色々に形成され、隆起構造体２０４ａ、２０４ｂは、構造体２０６の凸状部分の形成を容易にする。
【００２６】
そのような処理から得られる幾つかのトランスジューサ素子の一例が図２Ｆの段階２００ｆに示されている。より詳細には、段階２００ｆにより形成される複数のトランスジューサ素子は、トランスジューサ素子２１４ａ及びトランスジューサ素子２１４ｂを含む。幾つかの実施形態は、これに限定されないが、例えば、トランスジューサ素子２１４ａ、２１４ｂ間のその後の屈曲点を容易に得るために、１つ以上の他の構造体がトランスジューサ素子間にエッチングされ又は他の仕方で形成される。例えば、段階２００ｆは、装置ウェハ２０１に（ある実施形態では、装置ウェハ２０１に形成された１つ以上の構造体を通して）エッチングされた空洞２１６を含む。
【００２７】
図２Ｇは、段階２００ｆの処理で製造されたもののようなトランスジューサ素子の詳細ビュー２００ｇである。ビュー２００ｇに示すように、底部電極２３６が二酸化シリコンのような薄膜誘電体層２４６に配置され、これは、支持体、製造中のエッチングストッパー、電気絶縁体、及び／又は拡散バリアとして働くことができる。誘電体層２４６は、例えば、熱酸化により配置される。一実施形態では、圧電素子２３２の下の誘電体層２４６の部分は、その後に、空洞２３０を形成するエッチング処理の間に、装置ウェハ２０１の部分に加えて、エッチング除去される。その後に、底部電極２３６上に圧電素子２３２が形成される。
【００２８】
ここに例示する実施形態では、圧電素子２３２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含むが、従来のマイクロ加工処理を受け易いものとしてこの分野で知られている圧電材料、例えば、これに限定されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ポリマー粒子、ＢａＴｉＯ3、単結晶ＰＭＮ−ＰＴ、及び窒化アルミニウム（ＡＩＮ）が使用されてもよい。底部電極２３６は、これに限定されないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｓｎ、等、その合金（例えば、ＡｕＳｎ、ＩｒＴｉＷ、ＡｕＮｉ、等）、その酸化物（例えば、ＩｒＯ2、ＮｉＯ2、ＰｔＯ2、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、等）、又は２つ以上のそのような材料の複合スタックのような、圧電メンブレーン材料と適合する（例えば、熱的に安定で、良好な接着力があり、応力が低い）導電性材料の薄膜層を含む。
【００２９】
第２の誘電体層２２４（例えば、ＳｉＮｘ又はＳｉＯｘを含む）は、例えば、プラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を経て、底部電極２３６及び／又は圧電素子２３２の部分に配置される。誘電体層２２４は、底部電極２３６と、誘電体層２２４の上に配置される頂部電極２３４とを電気的に分離する。図示されたように、頂部電極２３４は、第２の誘電体層２２４の上面に直接接触して配置される。ここに例示する実施形態では、頂部電極２３４は、動作中に周囲環境における電磁干渉及び表面電荷からトランスジューサ素子をシールドするために基準（接地）平面として使用される。従って、底部電極２３６は、圧電トランスジューサ素子のためのドライブ／センス信号端子に結合するのに使用される。底部電極２３６及び／又は頂部電極２３４は、例えば、物理的蒸着（ＰＶＤ）原子層堆積（ＡＬＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）、等により配置される。
【００３０】
一実施形態では、エッチング、マスク及び／又は他の処理で、トランスジューサ素子の部分を通して延びる種々の空洞が形成される。そのような処理は、例えば、相互接続構造体を配置するための１つ以上の空洞を形成する。相互接続構造体は、基準電圧（例えば、接地）を与える基準相互接続部２２８、及びドライブ信号及び／又はセンス信号を与える別の相互接続部２３８、ここでは、簡略化のために単にドライブ／センス（又は簡略化のために単にドライブ）相互接続部と称される、を含む。ここで使用する「ドライブ信号」とは、トランスジューサ装置の圧電素子をアクチベートする信号を指し、そして「センス信号」とは、そのような圧電素子のアクチベーションに応答して発生される信号を指す。或いは、ドライブ／センス相互接続部は、例えば、信号相互接続部又はアクティブな相互接続部と称されてもよい。
【００３１】
詳細ビュー２００ｇにおいて、基準相互接続部２２８及びドライブ／センス相互接続部２３８のための各空洞は、各々、トランスジューサ素子の頂面２２６から装置ウェハ２０１へと延びる。相互接続部２２８、２３８は、例えば、メッキされた銅で色々に形成され、そして頂部電極２３４及び底部電極２３６に各々電気的に接続される。そのような空洞の開口の巾は、〜６又は７ミクロンであるが、幾つかの実施形態はこれに限定されない。相互接続部２２８、２３８は、低い抵抗を与えることができそしてパターン化を受け易い従来組成の導電性材料、例えば、これに限定されないが、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ又はＣｕの薄膜層（例えば、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、等で堆積される）を各々含む。ある実施形態では、相互接続部２２８、２３８は、Ａｌ2Ｏ3のような分離材料２２０により装置ウェハ２０１の半導体材料及び／又はトランスジューサ素子の１つ以上の構造体から電気的に分離され、例えば、分離材料２２０は、ＡＬＤにより堆積される。
【００３２】
一実施形態では、トランスジューサ素子２３２の下に別の空洞２３０がエッチングされるか又は他の仕方で形成される。空洞２３０は、その後、トランスジューサ素子２３２の振動を許すためのスパン空所を形成する。空洞２３０は、互いに反対である装置ウェハ２０１の側壁２１８により少なくとも一部分が画成される。空洞２３０は、〜１００ミクロン（例えば、９０−１１０ミクロン）の巾（例えば、トランスジューサ素子２３２が円形の場合には直径）を有するが、幾つかの実施形態はこれに限定されない。ここに述べるように、トランスジューサ素子は、更に、トランスジューサアレイの柔軟性を許す１つ以上の撓み構造体を含むか又はそれらを隣接させる。
【００３３】
図２Ｈを参照すれば、製造プロセスの段階２００ｈが示されており、ポリイミド（ヒタチケミカルデュポンマイクロシステムズによるＨＤ−３００７）、ブリューワーサイエンスによるＷａｆｅｒＢＯＮＤ  ＨＴ−シリーズ、ホトレジスト及びＳＵ−８のような一時的結合材料を経て犠牲的ウェハ２４４にサブアッセンブリ２４０が接合される。サブアッセンブリ２４０は、例えば、段階２００ｆで示されたように、装置ウェハに形成されたトランスジューサ素子を含む。犠牲的ウェハ２４４は、サブアッセンブリ２４０を取り扱い及び／又はその後に処理するための機械的な支持体をなす。例えば、犠牲的層２４４は、サブアッセンブリ２４０の反転中及び／又は装置ウェハの薄化中にトランスジューサ素子を保護する。
【００３４】
例示であってこれに限定されないが、サブアッセンブリ２４０の装置ウェハは、段階２００ｈに示された全厚みｄ１から、図２Ｉの段階２００ｉに示された結果的に変更されたサブアッセンブリ２４１の比較的小さい全厚みｄ２へと薄化される。そのような薄化は、機械的研磨、乾式化学エッチング（ＤＣＥ）、及び／又は従来のウェハ薄化技術から適応される種々の他の方法のいずれかを使用して遂行される。全厚みｄ２は、（例えば）１００ミクロン以下であり、そして特定の実施形態では、３０ミクロン以下である。
【００３５】
サブアッセンブリ２４０における装置ウェハの材料は、トランスジューサ素子の機械的支持を与える支持層として働く。支持層を全厚みｄ２へ薄化することは、トランスジューサ素子内及び／又はトランスジューサ素子間に撓みを許しつつ、支持層がそのような撓み中にトランスジューサ素子のための機械的支持を与えるようにする。
【００３６】
例えば、支持層を薄化してサブアッセンブリ２４１を形成することは、支持層の側部２８４を露出させる。又、側部２８４の露出は、支持層に形成された各空洞への１つ以上の開口も露出させる。例示であってこれに限定されないが、支持層の薄化は、各トランスジューサ素子に対して各々スパン空所への開口２８０ａ、２８０ｂを露出させる。それに加えて又はそれとは別に、そのような薄化は、ここに述べるように撓み構造体として働くチャンネルへの開口２８２を露出させる。
【００３７】
それに加えて又はそれとは別に、一実施形態では、支持層の薄化は、トランスジューサ素子の１つ以上の相互接続部を露出させる。例えば、露出した側部２８４は、各トランスジューサ素子に対し種々の基準相互接続部及び／又はドライブ／センス相互接続部のための露出部分を含む。ここに述べるように、付加的な処理で、そのような露出した相互接続部の幾つか又は全てが、各々、柔軟なポリマー層の対応する相互接続部に色々に結合される。
【００３８】
図２Ｊの段階２００ｊを参照すれば、付加的なエッチング又は他の減算的処理が露出開口２８０ａ、２８０ｂを経て遂行されて、ウェハ２０３の残りの材料を除去し、トランスジューサ素子の凹状構造体の形成を容易にする。一実施形態では、そのような減算的処理で、トランスジューサ素子の底部電極２３６の下面が露出される。
【００３９】
図２Ｋを参照すれば、段階２００ｉで示された構造体を含むサブアッセンブリ２５０をサブアッセンブリ２５２に接着するか又は他の仕方で接合する処理段階２００ｋが示されている。例えば、サブアッセンブリ２４１の支持層の側部２８４は、導電性フィラー２６０を含む接着材２５８を経てサブアッセンブリ２５２に接合される。接着材２５８全体に分布された導電性フィラー２６０は、互いに整列されて接着材２５８によって接着される一対の相互接続部間の導電性経路を形成する。しかしながら、フィラー２６０間の接着材は、そのように整列された相互接続部の異なる対を互いに電気的に分離する。ここに例示する１つの実施形態では、接着材２５８は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、及び金属（及び／又は金属被覆）球を含む。或いは又、接着材２５８として、ＢＣＢに代って、デュポンのＨＤ−７０００のようなポリイミド材料を使用してもよい。
【００４０】
サブアッセンブリ２５２は、トランスジューサ素子のための柔軟な支持構造体及び種々の電気的接続構造体を含む。一実施形態において、サブアッセンブリ２５２は、サブアッセンブリ２５０に接着する前に個別のウェハに製造され、例えば、電気的接続構造体の幾つか又は全部が、減算的及び／又は加算的処理により、柔軟な支持キャリア内又はその上に色々に形成される。例示であってこれに限定されないが、サブアッセンブリ２５０は、犠牲的層２５４に結合されるか又は他の仕方でそこに形成された構造体を含み、これは、段階２００ｋの間の接合のようなその後の処理中にサブアッセンブリ２５０の他の構造体に対して機械的な支持をなす。
【００４１】
一実施形態において、サブアッセンブリ２５２により形成される柔軟な支持構造体は、ポリイミドのような硬化したポリマー材料より成るポリマー層２５６を含む。ポリマー層２５６のための他の適当なポリマー材料は、例えば、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を、種々のフルオロポリマー（ＦＥＰ）及びコポリマーポリイミド膜と共に含む。ポリマー層２５６は、ポリマー材料（１つ又は複数）の単一層又は複数層としてコーティングされる。
【００４２】
サブアッセンブリ２５２の電気的接続構造体は、サブアッセンブリ２５０の支持層における各相互接続部に各々対応する１つ以上の相互接続部を含む。例えば、サブアッセンブリ２５２は、層２５６のポリマー材料を通して各々延びる相互接続部を含む。種々の減算的及び／又は加算的半導体処理技術（例えば、材料の堆積、リソグラフィーパターン化、エッチングによる特徴部の形成、等の１つ以上を含む）は、種々の実施形態により、そのような相互接続構造体をポリマー材料に色々形成するように適応される。例示であってこれに限定されないが、そのような相互接続部は、サブアッセンブリ２５０の各トランスジューサ素子の対応する接地接続部に各々結合するための接地相互接続部２６６ａ、２６６ｂを含む。一実施形態において、サブアッセンブリ２５２は、更に、ポリマー層２５６の表面にメッキされるか又は他の仕方で配置される接地接触部２６２ａ、２６２ｂを含む。接地相互接続部２６６ａ、２６６ｂは、接地接触部２６２ａ、２６２ｂと、サブアッセンブリ２５０のトランスジューサ素子との間に電気的接続を色々与える。
【００４３】
それとは別に又はそれに加えて、そのような相互接続部は、サブアッセンブリ２５０の各トランスジューサ素子の対応するドライブ／センス相互接続部に各々結合するためのドライブ／センス相互接続部２６８ａ、２６８ｂを含む。サブアッセンブリ２５２は、ポリマー層２５６にメッキされるか又は他の仕方で配置されるドライブ／センス接触部２６４ａ、２６４ｂを含み、例えば、ドライブ／センス相互接続部２６８ａ、２６８ｂは、ドライブ／センス接触部２６４ａ、２６４ｂと、サブアッセンブリ２５０のトランスジューサ素子との間に電気的接続を色々与える。
【００４４】
図２Ｌを参照すれば、サブアッセンブリ２５０、２５２が一緒に結合される処理段階２００ｌが示されている。段階２００ｌの後に、後続処理を遂行して、サブアッセンブリ２５０の犠牲的層２４４及び／又はサブアッセンブリ２５２の犠牲的層２５４を除去する。処理段階２００ｍに対して得られるアッセンブリが図２Ｍに示されている。段階２００ｍでは、トランスジューサアレイがトランスジューサＡ１、Ｂ１を含み、撓み構造体２７０がトランスジューサＡ１とＢ１との間の柔軟性を与える。それに加えて又はそれとは別に、そのような柔軟性により、トランスジューサＡ１、Ｂ１のための及び／又はトランスジューサＡ１、Ｂ１の下のポリマー層による支持層の全厚みｄ２が容易に得られる。例えば、図２Ｎは、別の実施形態による製造プロセスのための段階２００ｎを示している。段階２００ｎにおいて、トランスジューサＡ２、Ｂ２を含む同様のトランスジューサアレイが形成され、トランスジューサＡ２とＢ２との間には、撓み構造体２７０のような構造体が配置されない。図２Ｎのトランスジューサアレイの柔軟性は、トランスジューサＡ２、Ｂ２の充分に薄い（例えば、３０ミクロン以下）支持層、及び該支持層の下の柔軟なポリマー層から少なくとも一部分が生じる。
【００４５】
別の実施形態では、サブアッセンブリ２５０とサブアッセンブリ２５２の間の接着は、Ａｕ及びＡｕＳｎで得られるもののような低温共融接合により達成される。例示であってこれに限定されないが、Ａｕ層は、サブアッセンブリ２５２に接合すべきサブアッセンブリ２５０の部分に堆積され、そしてＡｕＳｎは、サブアッセンブリ２５２の部分に堆積される。共融接合の前に、一方又は両方のそのような層は、トランスジューサＡ３、Ｂ３のための望ましい接合面を形成するようにホトリソグラフィー及びエッチングを使用してパターン化され、例えば、それにより生じる接合点２８０は、開口を封じ込めるように色々にパターン化されて、相互接続のための各導電性経路を形成するか、さもなければ、強力な機械的接合を形成する。
【００４６】
ある実施形態において、サブアッセンブリ２５０及びサブアッセンブリ２５２は、ＢＣＢ又はポリイミドを接合材料として含むもののような非導電性ペースト（ＮＣＰ）を使用して一緒に接合される。サブアッセンブリ２５０上の金属相互接続部とサブアッセンブリ２５２上の各金属接触部との間のガルバニック接触は、サブアッセンブリ２５２の導電性構造体、例えば、相互接続部２６６ａ、２６６ｂ、２６８ａ、２６８ｂにより少なくとも一部分が達成され、これは、そのような金属接触部から色々に延びて、接着接合線厚みに少なくとも等しい高さでポリマー層２５６の上に延びる突起を形成するようにエッチングされるか、他の仕方で形成される。
【００４７】
ある実施形態では、トランスジューサアレイの柔軟な層は、例えば、トランスジューサ素子の動作及び／又はトランスジューサ素子との信号通信を与える配電構造体の１つ以上の層を含む。例えば、図２Ｐは、例えば、図２Ａ−２Ｍに示されたプロセスの特徴の幾つか又は全てを含む製造プロセスの段階２００ｐを示す。段階２００ｐにおいて、トランスジューサＡ４、Ｂ４を含むトランスジューサアレイが同様に形成され、トランスジューサＡ４、Ｂ４の柔軟な層は、接地相互接続部２６６ａ、２６６ｂ及び／又はドライブ／センス相互接続部２６８ａ、２６８ｂのような相互接続構造体から色々延びる導電性部分を含む。一実施形態では、そのような導電性部分２９０は、柔軟な層内を横方向に色々延び、そしてそれに加えて又はそれとは別に、柔軟な層の下面の各接触部に結合されて、電力、接地及び／又はシグナリングを、トランスジューサへ、トランスジューサから及び／又はトランスジューサ間で色々配布する。
【００４８】
図３は、一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを製造する方法３００の要素を示す。方法３００は、例えば、図２Ａ−２Ｊに示された構造体の幾つか又は全部を色々形成するためのマイクロ加工及び／又は他の製造作業を含む。
【００４９】
一実施形態では、方法３００は、３１０において、装置ウェハ２０１のような支持層を受け取ることを含む。方法３００は、更に、３２０において、例えば、各圧電素子及び各電極及び相互接続部を各々含む複数のトランスジューサ素子を形成することを含む。一実施形態では、３２０における形成は、複数のトランスジューサ素子の各々について、支持層の第１の側にトランスジューサ素子の電極及びトランスジューサ素子の圧電素子を形成し、そして更に、支持層内にトランスジューサ素子の相互接続部を形成することを含み、相互接続部は、トランスジューサ素子の電極に結合される。例示であってこれに限定されないが、複数のトランスジューサ素子の各々について、トランスジューサ素子の形成は、支持層の第１の側に基準電極及びドライブ／センス電極を形成し、そして支持層内に基準相互接続部及びドライブ／センス相互接続部を形成することを含む。図２Ｆ、２Ｇに示されたように、例えば、トランスジューサ素子の基準相互接続部及びドライブ／センス相互接続部は、各々、そのトランスジューサ素子の基準電極及びドライブ／センス電極に各々結合される。
【００５０】
方法３００は、更に、３３０において、例えば、複数のトランスジューサ素子を３２０において形成した後に、支持層を薄化して、支持層の第２の側を露出させることを含む。支持層は、３３０において、例えば、３５ミクロン以下の全厚みに薄化される。ある実施形態では、支持層は、３３０において、３０ミクロン以下の全厚みに薄化される。
【００５１】
一実施形態において、３３０における支持層の薄化は、３２０において形成された複数のトランスジューサ素子の各々について、支持層を貫通して延びるスパン空所のための各開口を露出させることを含む。一実施形態において、複数のトランスジューサ素子の各圧電素子は、各々、支持層の各側壁間の距離にわたるもので、この距離がスパン空所を構成する。それに加えて又はそれとは別に、複数のトランスジューサ素子の各相互接続部は、各々、支持層の第１の側と支持層の第２の側との間で支持層を貫通して延びる。例えば、３３０における支持層の薄化は、複数のトランスジューサ素子の各基準相互接続部及び／又はドライブ／センス相互接続部を露出させることを含む。
【００５２】
方法３００は、更に、３４０において、支持層の露出された第２の側を柔軟な層に接合することも含む。一実施形態において、柔軟な層は、ポリマー材料を含み、３２０で形成された複数のトランスジューサ素子の各相互接続部に対し、柔軟な層を貫通して対応する相互接続部が延びている。ポリマー材料は、例えば、ポリイミドを含む。支持層及びトランスジューサ素子は、柔軟な層が最初に形成されるウェハ以外のウェハに最初に形成される。一実施形態では、第２の側を３４０において柔軟な層に接合することは、導電性フィラーを含む接着材で接着することを含む。別の実施形態では、３４０での接合は、共融接合である。
【００５３】
幾つかの実施形態はこれに限定されないが、方法３００は、第１のトランスジューサ素子と第２のトランスジューサ素子との間に１つ以上の撓み構造体を形成することを含む。そのような撓み構造体は、支持層の部分を互いに分離し、例えば、撓み構造体は、支持層の第１の側と第２の側との間で支持層を貫通して延びるチャンネルを含む。一実施形態において、複数のトランスジューサ素子の各対の間に複数の撓み構造体が各々形成される。例えば、複数の撓み構造体は、トランスジューサ素子の各行間に各々形成されたチャンネルを含む。一実施形態では、そのような複数の撓み構造体は、支持層を通る第１チャンネル、及び支持層を通る第２チャンネルを含み、それら第１チャンネル及び第２チャンネルは、互いに交差する方向の各線に沿って延びる。
【００５４】
図４Ａは、一実施形態による柔軟な２Ｄ  ｐＭＵＴアレイ４００の素子を示す。アレイ４００は、例えば、図２Ｍ−２Ｐに示されたいずれかのトランスジューサアレイの特徴の幾つか又は全部を含む。
【００５５】
一実施形態において、アレイ４００は、ここに例示する２０のトランスジューサ素子Ｐ１１−Ｐ１５、Ｐ２１−Ｐ２５、Ｐ３１−Ｐ３５、Ｐ４１−Ｐ４５、及びＰ４１−４５で表わされた複数のトランスジューサ素子を備えている。アレイ４００のトランスジューサ素子は、ここに例示するｘ次元に沿った行Ｒ１−Ｒ５及びｙ次元に沿った列Ｃ１−Ｃ４で表わされた行及び列に分布される。
【００５６】
例えば、ここに例示するチャンネルＧ１、Ｇ２、Ｇ３を含む１つ以上のチャンネルが、アレイ４００の支持層に（例えば、それを通して）形成される。そのようなチャンネルは、アレイ４００の柔軟性を許すための撓み構造体として働く。例えば、そのような撓み構造体は、非平坦面に適合するためのトランスジューサアレイ４００の柔軟性を容易に得られるようにする。その結果、そのようなトランスジューサアレイは、例えば、カーブしたセンサ面に適合する。チャンネルＧ１、Ｇ２、Ｇ３は、支持層における切断線として機能し、アレイは、その下に横たわるポリマー（例えば、ポリイミド）層により切断線において機械的に支持される。一実施形態では、第１のポリマー層の背部に付加的なポリマー層（図示せず）が構築され、例えば、基準電位及び／又は信号線を他のテスト装置回路に向けるための導電性接続を含む付加的なポリマー層が構築される。
【００５７】
例えば、アレイ４００は、例えば、ドライブ／センス信号線及び／又は基準電圧線を含む信号線Ｄ１−Ｄ４のセットを備え、これは、柔軟な層の下に色々に延びて、柔軟な層の表面に配置された各相互接続接触部に結合される。信号線Ｄ１−Ｄ４は、列Ｃ１−Ｃ４の各々に沿って色々に延びるものとして示されているが、幾つかの実施形態はこれに限定されない。一実施形態では、チャンネルＧ１、Ｇ２、Ｇ３及び信号線Ｄ１−Ｄ４は、アレイ４００の両側（例えば、前側及び後側）に配置される。
【００５８】
図４Ｂは、一実施形態によるマルチモードＭＵＴアレイ４５０の平面図である。アレイ４５０は、基板４５０の第１次元ｘ及び第２次元ｙにより画成されたエリア上に配置された複数の電極レール４６０、４７０、４８０、４９０を備えている。ドライブ／センス電極レールの各々（例えば、４６０）は、他のドライブ／センス電極レール（例えば、４７０又は４８０）から独立して電気的にアドレス可能であり、そしてアレイ４５０のチャンネルを機能的に分離する。例えば、ここに例示するチャンネルＧＸ、ＧＹ、ＧＺを含む１つ以上のチャンネルは、そのような電極レールの種々の各々の間でアレイ４０５の支持層に（例えば、それを通して）形成される。
【００５９】
各チャンネルは、チャンネル内の個々のトランスジューサ素子からの応答の合成である特性周波数応答を有する。各チャンネルのドライブ／センス電極は、各素子に平行に電気的に結合される。例えば、図４Ｂにおいて、トランスジューサ素子４６１Ａ、４６２Ａ、４６３Ａ、等は、ドライブ／センス電極レール４６０により電気的に駆動されるように一緒に結合される（例えば、機能的に底部電極２３６に対応する各構造体を経て）。同様に、別のチャンネルの全てのトランスジューサ素子（例えば、４７１Ａを含む）は、全て、ドライブ／センス電極レール４７０に平行に一緒に結合される。一般的に、例えば、メンブレーンの直径、素子のピッチ及び各チャンネルに割り当てられた基板面積の関数として、任意の数のトランスジューサ素子がチャンネル内で一緒にグループ化される。
【００６０】
一実施形態において、少なくとも１つのメンブレーン寸法は、装置の同じチャンネルの素子にわたって変化する。チャンネル内及び／又はチャンネル間のそのような変化は、アレイ４０５の超広帯域動作特性を与える。図４Ｂに示すように、円形メンブレーンの直径は、基板の少なくとも１つの次元（例えば、ｙ次元）に沿って変化し、各チャンネルがある範囲のメンブレーンサイズを含むようにする。アレイ４５０のここに示す実施形態では、各チャンネルは、特定サイズの同じ数の及び異なるサイズの同じ数のメンブレーンを含む。共振周波数は、メンブレーンサイズの関数であるので（メンブレーンサイズが小さいほど、それに関連した周波数は高くなる）、所与の電気的ドライブ信号がチャンネルに印加されるとき、特定の周波数応答が誘起されるか、又は所与の周波数応答が媒体を通して返送されるときに、特定の電気的センス信号が発生される。各チャンネルが同じポピュレーションの素子（同じ数及び同じ分布）並びに同じ空間的レイアウトを有する図４に示す実施形態では、各チャンネルは、ほぼ同じ周波数応答を有することが予想される。或いは又、異なる素子ポピュレーション（即ち、異なる数のメンブレーンサイズ、特定サイズの異なる数のメンブレーン、又は基板上の異なる空間的配置）を伴うチャンネルは、著しく異なる周波数応答を有することが予想される。
【００６１】
図４Ｂに示すように、第１サイズ（例えば、最小直径のメンブレーン）のトランスジューサ素子１１１Ａは、第２サイズ（例えば、次に大きな直径のメンブレーン）の素子１１２Ａに隣接し、メンブレーンサイズは、メンブレーンサイズが次第に大きくなる第１シリーズの素子を通して段階的に徐々に増加し、次いで、最小直径まで段階的にサイズが小さくなる第２シリーズとなる。図４Ｂでは、あるチャンネルポピュレーションを伴う各素子が、任意の数の異なるメンブレーンサイズ（例えば、図４Ｂ等に示された３つ、４つ又は５つの異なるサイズ）に対して同じサイズの、或いは次に最も小さい又は次に最も大きいサイズの別の素子に隣接する。
【００６２】
図５は、一実施形態による柔軟なトランスジューサアレイを使用する超音波トランスジューサ装置５００の機能的ブロック図である。規範的実施形態において、超音波トランスジューサ装置５００は、水、組織物質、等の媒体における圧力波を発生し及び感知するためのものである。超音波トランスジューサ装置５００は、１つ又は複数の媒体内の内部構造変化を画像形成することが問題である多数の用途、例えば、医療診断、製品欠陥検出、等がある。装置５００は、ここに記載した柔軟なトランスジューサアレイのいずれかである少なくとも１つのトランスジューサアレイ５１６を備えている。規範的な実施形態において、トランスジューサアレイ５１６は、取手部分５１４に収容され、この取手部分は、トランスジューサアレイの外面の向き及び位置を希望通りに変更するように（例えば、像形成するエリアに向くように）マシン又は装置５００のユーザにより操作される。電気的コネクタ５２０は、トランスジューサアレイ５１６のドライブ／センス電極を、取手部分５１４の外部の通信インターフェイスに電気的に結合する。
【００６３】
これら実施形態において、装置５００は、例えば、電気コネクタ５２０によりトランスジューサアレイ５１６に結合された少なくとも１つの信号ジェネレータ（その目的はこの分野で知られている）を備えている。この信号ジェネレータは、種々のドライブ／センス電極に電気的ドライブ信号を与える。一実施形態において、各信号ジェネレータは、制御信号をデシリアライズするためのデシリアライザ５０４を備え、その信号は、次いで、デマルチプレクサ５０６によりデマルチプレクスされる。規範的な信号ジェネレータは、更に、デジタル制御信号を、トランスジューサアレイ５１６における個々のトランスジューサ素子チャンネルのためのドライブ電圧信号へと変換するデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）５０８も備えている。ビーム操向、望ましいビーム形状の生成、収束、方向付け、等のため、プログラム可能な時間遅延コントローラ５１０により個々のドライブ電圧信号に各時間遅延を付加することができる。ｐＭＵＴチャンネルコネクタ５０２と信号ジェネレータとの間には、トランスジューサアレイ５１６をドライブモードとセンスモードとの間で切り換えるためのスイッチネットワーク５１２が結合される。
【００６４】
これら実施形態において、装置５００は、例えば、電気コネクタ５２０によりトランスジューサアレイ５１６に結合された少なくとも１つの信号受信器（その目的はこの分野で知られている）を備えている。信号受信器は、トランスジューサアレイ５１６における各ドライブ／センス電極チャンネルから電気的応答信号を収集する。信号受信器の１つの規範的実施形態において、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５１４は、電圧信号を受け取り、そしてそれをデジタル信号に変換する。デジタル信号は、次いで、メモリ（図示せず）に記憶されるか、又は信号プロセッサへ最初に送られる。規範的な信号プロセッサは、デジタル信号を圧縮するためのデータ圧縮ユニット５２６を含む。マルチプレクサ５１８及びシリアライザ５２８は、更に、受信した信号を処理した後に、それをメモリ、他のストレージ、又は下流のプロセッサ、例えば、受信した信号に基づいてグラフィック表示を発生する画像プロセッサへ中継する。
【００６５】
柔軟なトランスジューサアレイを提供するための技術及びアーキテクチャーをここに述べた。以上の記載において、説明上、幾つかの実施形態を完全に理解するため多数の特定の細部について述べた。しかしながら、当業者であれば、幾つかの実施形態は、これらの特定の細部を伴わずに実施できることが明らかであろう。他の点については、説明を妨げないようにするため構造及び装置はブロック図形態で示した。
【００６６】
本明細書において、「ある実施形態」又は「一実施形態」とは、その実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。本明細書の各所に「ある実施形態において」という句が現れたときには、必ずしも全部が同じ実施形態を指していない。
【００６７】
詳細な説明のある部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対するオペレーションのアルゴリズム及び記号的表現に関して表わされた。これらアルゴリズム記述及び表現は、コンピュータ分野の当業者が自分の仕事の実体を他の当業者に最も効果的に伝達する手段である。アルゴリズムとは、ここでは、一般的に、望ましい結果を導く自己矛盾のない一連のステップと考えられる。それらのステップは、物理量の物理的操作を要求するものである。通常、必ずしもそうでないが、それらの量は、記憶、転送、合成、比較、及び他の仕方で操作できる電気的又は磁気的信号の形態をとる。主として、共通に使用するという理由で、それらの信号をビット、値、エレメント、記号、キャラクタ、用語、数字、等として参照することが時には便利であると分かっている。
【００６８】
しかしながら、これら及び同様の用語は、全て、適当な物理量に関連付けられ、そしてそれらの量に適用される便宜的表示に過ぎないことを銘記されたい。特に指示のない限り、以上の説明から明らかなように、この説明全体を通して、「処理」又は「コンピューティング」又は「計算」又は「決定」又は「表示」、等の用語を使用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理的（電子的）量として表されたデータを操作し、そしてコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ或いは他のそのような情報記憶、伝達又は表示装置内で物理的量として同様に表される他のデータへと変換するコンピューティングシステム又は同様の電子的コンピューティング装置のアクション及び処理を参照するものである。
【００６９】
又、これら実施形態は、ここに示すオペレーションを遂行するための装置にも係る。この装置は、要求される目的のために特に構成されてもよいし、又はコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムにより選択的にアクチベートされ又は再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体、例えば、これに限定されないが、フロッピーディスク、光学的ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び磁気−光学ディスクを含む任意の形式のディスク、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）のようなランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光学カード、或いは電子的インストラクションを記憶するのに適したものでコンピュータシステムバスに結合される任意の形式の媒体に記憶される。
【００７０】
ここに述べるアルゴリズム及び表示は、特定のコンピュータ又は他の装置に固有に関係していない。種々の汎用システムを、ここに述べる教示に従ってプログラムと共に使用してもよいし、或いは必要な方法ステップを遂行するように更に特殊な装置を構成するのが便利であると分かっている。種々のこれらシステムに要求される構造は、以上の説明から明らかとなろう。更に、幾つかの実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して説明していない。上述した本発明の実施形態の教示を具現化するために種々のプログラミング言語を使用できることが明らかであろう。
【００７１】
ここでの説明の他に、ここに開示した実施形態及びその具現化に対してそれらの範囲から逸脱せずに種々の変更がなされ得る。それ故、ここでの説明及び実施例は、例示に過ぎず、それに限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定されるものとする。
【符号の説明】
【００７２】
１００ａ：トランスジューサ装置
１００ｂ：トランスジューサ装置
１００ｃ：トランスジューサ装置
１００ｄ：トランスジューサ装置
１０４：取手部分
１０６：トランスジューサアレイ
１０８：遠方端
１１０：ワイヤ
１２４：取手
１２６：横向きのトランスジューサアレイ
１２８：遠方端
１３４：取手部分
１３６：二次元トランスジューサアレイ
１３８：遠方端
１５０：トランスジューサ素子
１６０：柔軟な基板
１７０：ワイヤ
１７２：患者
１８２：組織
１８４：結合流体
２０１：装置ウェハ
２０３：別のウェハ
２０４ａ、２０４ｂ：隆起構造体
２０５：表面
２１６、２３０：空洞
２２４：第２の誘電体層
２２８：基準相互接続部
２３２：圧電素子
２３４：頂部電極
２３６：底部電極
２３８：ドライブ／センス相互接続部
２４０：サブアッセンブリ
２４１：変更されたサブアッセンブリ
２４４、２５４：犠牲的ウェハ
２４６：薄膜誘電体層
２５０、２５２：サブアッセンブリ
２５６：ポリマー層
２５８：接着材
２６０：導電性フィラー
２６２ａ、２６２ｂ：接地接触部
２６４ａ、２６４ｂ：ドライブ／センス接触部
２６６ａ、２６６ｂ：接地相互接続部
２６８ａ、２６８ｂ：ドライブ／センス相互接続部
２８０、２８２：開口
【図１Ａ】
2020182223.tif 000003
【図１Ｂ】
2020182223.tif 000004
【図１Ｃ】
2020182223.tif 000005
【図１Ｄ】
2020182223.tif 000006
【図２Ａ】
2020182223.tif 000007
【図２Ｂ】
2020182223.tif 000008
【図２Ｃ】
2020182223.tif 000009
【図２Ｄ】
2020182223.tif 000010
【図２Ｅ】
2020182223.tif 000011
【図２Ｆ】
2020182223.tif 000012
【図２Ｇ】
2020182223.tif 000013
【図２Ｈ】
2020182223.tif 000014
【図２Ｉ】
2020182223.tif 000015
【図２Ｊ】
2020182223.tif 000016
【図２Ｋ】
2020182223.tif 000017
【図２Ｌ】
2020182223.tif 000018
【図２Ｍ】
2020182223.tif 000019
【図２Ｎ】
2020182223.tif 000020
【図２Ｏ】
2020182223.tif 000021
【図２Ｐ】
2020182223.tif 000022
【図３】
2020182223.tif 000023
【図４Ａ】
2020182223.tif 000024
【図４Ｂ】
2020182223.tif 000025
【図５】
2020182223.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月27日(2020.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ加工のトランスジューサアレイを製造する方法において、
複数のトランスジューサ素子を形成し、これは、複数のトランスジューサ素子の各々に対して、
支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の電極を形成すること、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の圧電素子を形成すること、及び
前記支持層に前記トランスジューサ素子の相互接続部を形成し、この相互接続部を前記トランスジューサ素子の電極に結合すること、
を含み；
前記複数のトランスジューサ素子を形成した後に、前記支持層を薄化して、一対の前記複数のトランスジューサ素子の間に撓み構造体として働くチャネルへの開口を含む、前記支持層の第２の側を露出させ、
前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部は、前記支持層の第１の側と第２の側との間に延び；及び
前記第２の側を接着材で柔軟な層に結合し、その柔軟な層は、ポリマー材料を含み、前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部に対し、前記柔軟な層を通して、対応する相互接続部が延び、前記接着材は前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部に互いに少なくとも部分的な電気的分離を与え、導電性フィラーは、互いに整列されてかつ前記接着材によって接着された前記複数のトランスジューサ素子の一対の前記各相互接続部の間に導電路を与え、そして、前記導電性フィラー間の接着材は前記整列された相互接続部の異なる対を互いに電気的に分離している、方法。
【請求項２】
前記支持層は、３５ミクロン以下の全厚みに薄化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持層は、３０ミクロン以下の厚みに薄化される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマー材料は、ポリイミドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のトランスジューサ素子を形成することは、前記複数のトランスジューサ素子の各々に対して、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子の基準電極を形成し、
前記支持層の第１の側に前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極を形成し、
前記支持層に前記トランスジューサ素子の基準相互接続部を形成し、この基準相互接続部を前記トランスジューサ素子の基準電極に結合し、及び
前記支持層に前記トランスジューサ素子のドライブ／センス相互接続部を形成し、このドライブ／センス相互接続部を前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極に結合する、
ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記支持層を薄化して、前記支持層の第２の側を露出させることは、前記複数のトランスジューサ素子の各々に対して、前記支持層を貫通して延びるスパン空所のための開口を露出させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１のトランスジューサ素子と第２のトランスジューサ素子との間に前記撓み構造体を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記撓み構造体は、前記支持層の部分を互いに分離する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数の撓み構造体を形成することを更に含み、各撓み構造体が複数のトランスジューサ素子の各対間に存在するようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の撓み構造体の各々は、前記トランスジューサ素子の行間にチャンネルを形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数のトランスジューサ素子を備え、その各々は、
支持層の第１の側に配置された各電極；
前記支持層の第１の側に配置された各圧電素子；及び
前記トランスジューサ素子の各電極に結合された前記支持層における各相互接続部；を含み、前記相互接続部は、前記支持層の第１の側と第２の側との間で前記支持層を通して延び、更に、
前記支持層の第２の側に接着材で結合された柔軟な層を備え、その柔軟な層は、ポリマー材料を含み、前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部の各々に対して、前記柔軟な層を通して、対応する相互接続部が延び、前記第２の側は一対の前記複数のトランスジューサ素子の間に撓み構造体として働くチャネルへの開口を含み；
前記接着材は前記複数のトランスジューサ素子の各相互接続部に互いに少なくとも部分的な電気的分離を与えるとともに、導電性フィラーは、互いに整列されてかつ前記接着材によって接着された前記複数のトランスジューサ素子の一対の前記各相互接続部の間に導電路を与え、そして、前記導電性フィラー間の接着材は前記整列された相互接続部の異なる対を互いに電気的に分離している、マイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１２】
前記第１の側と第２の側との間の支持層の全厚みは、１００ミクロン以下である、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１３】
前記ポリマー材料は、ポリイミドを含む、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１４】
前記複数のトランスジューサ素子の各々は、
前記支持層の第１の側に配置された基準電極；
前記支持層の第１の側に配置されたドライブ／センス電極；
前記支持層における基準相互接続部であって、前記トランスジューサ素子の基準電極に結合される基準相互接続部；及び
前記支持層におけるドライブ／センス相互接続部であって、前記トランスジューサ素子のドライブ／センス電極に結合されたドライブ／センス相互接続部；
を含む、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１５】
前記撓み構造体は、前記支持層の部分を互いに分離する、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１６】
前記柔軟な層は、共融接合で前記支持層の第２の側に接合される、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１７】
前記柔軟な層は、前記柔軟な層に沿って信号を横方向に搬送するための第１部分を含む第１の相互接続部を備えている、請求項１１に記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ。
【請求項１８】
媒体に圧力波を発生し及び感知する装置において、
請求項１１から１７のいずれかに記載のマイクロ加工のトランスジューサアレイ；
少なくとも１つのドライブ／センス電極に電気的ドライブ信号を印加するために前記マイクロ加工のトランスジューサアレイに結合された発生手段；
少なくとも１つのドライブ／センス電極から電気的応答信号を受信するために前記マイクロ加工のトランスジューサアレイに結合された受信手段；及び
複数のドライブ／センス電極から受信した電気的応答信号を処理するため前記受信手段に結合された信号処理手段；
を備えた装置。
【請求項１９】
前記発生手段は、前記複数のトランスジューサ素子の少なくとも１つの圧電素子を超音波周波数で共振させるように電気的ドライブ信号を印加する、請求項１８に記載の装置。
【外国語明細書】
2020182223000001.pdf