(57)【要約】  本実施形態の超音波振動子アレイ４０は、基板４１と、基板４１の一方の面に所定間隔で配置された溝状の複数の凹部４１Ａと、基板４１の前記一方の面側において、前記凹部４１Ａ同士の間に配置されたセル領域３１と、基板４１およびセル領域３１を覆う、前記基板４１よりも脆性の低い可撓性膜４２と、前記凹部４１Ａの幅よりも狭い幅を有し、前記基板４１の他方の面から前記凹部４１Ａ内の可撓性膜４２に到達する分割溝２８と、を有する。
2013114968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の溝状の複数の凹部と、
前記基板の前記一方の面のうち、前記凹部同士の間に配置されて少なくとも１個の超音波振動子セルからなるセル領域と、
前記基板の前記一方の面側において、前記基板および前記セル領域を覆う、前記基板よりも脆性の低い可撓性膜と、
前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜に到達する分割溝と、
を具備したことを特徴とする超音波振動子アレイ。
【請求項２】
前記分割溝は、前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、溝を形成することによって形成された側壁部と、底面部とを有し、
前記底面部は、前記溝の深さ方向に向かって前記側壁部の延長部分の間隔が前記幅よりも狭くなる形状を有し、
前記側壁部と前記底面部との境界は、前記凹部内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項３】
前記凹部内には、前記基板よりも脆性の低い低脆性材料が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項４】
前記低脆性材料と前記可撓性膜とは、同じ材料よりなることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項５】
前記分割溝のうち最も深い部分に隣接する前記可撓性膜の厚みが、
前記セル領域と隣接する前記可撓性膜の厚みに対して、
同じ厚みか、またはより厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の超音波振動子アレイを用いたことを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項７】
基板の一方の面に、セル領域を配置する手順と、
前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の複数の凹部を、前記セル領域が凹部間に位置するように、形成する凹部形成手順と、
前記凹部を埋めるように前記基板よりも脆性の低い低脆性材料を前記凹部に充填する充填手順と、
前記基板の前記一方の面側に、前記基板および前記セル領域を前記基板よりも脆性の低い可撓性膜で覆う可撓性膜形成手順と、
前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜にまで到達する、前記凹部の幅よりも狭い幅を有する分割溝を形成する分割溝形成手順と、
を含むことを特徴とする超音波振動子アレイの製造方法。
【請求項８】
前記分割溝形成手順によって形成される前記分割溝は、前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、溝を形成することによって形成された側壁部と、底面部とを有し、
前記底面部は、前記溝の深さ方向に向かって前記側壁部の延長部分の間隔が前記幅よりも狭くなる形状を有し、
前記側壁部と前記底面部との境界は、前記凹部内に位置していることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子アレイの製造方法。  
【請求項９】
前記低脆性材料と前記可撓性膜は、同じ材料からなり、
前記充填手順と前記可撓性膜形成手順では、前記凹部を埋めるように前記基板および前記セル領域表面に溶融樹脂を塗布した後、前記溶融樹脂を硬化させることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子アレイの製造方法。
【請求項１０】
基板の一方の面にセル領域を配置する手順と、
前記基板の一方の面に、少なくとも２つの溝状の凹部を含み、前記凹部同士が第１の間隔で配置された複数の凹部群を、前記セル領域が前記凹部群間に位置し、かつ前記第１の間隔よりも広い第２の間隔となるように配置して形成する凹部群形成手順と、
非導電性材料を用いて前記凹部を埋めるとともに、前記基板および前記セル領域を覆う形成手順と、
前記基板の前記一方の面側に、前記非導電性部材を固化して可撓性膜を形成する可撓性膜形成手順と、
前記第１の間隔よりも広く前記凹部群の幅よりも狭い幅を有し、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜にまで到達する分割溝を形成する分割溝形成手順と、
を含むことを特徴とする超音波振動子アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波内視鏡の先端部側に設けられる湾曲状の超音波振動子部を形成するための超音波振動子アレイ、超音波振動素子アレイの製造方法、及び超音波内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、体内に超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。このような超音波診断法に用いられる医療装置には、例えば、体表から体内の状態を画像化できる超音波エコー装置、先端部に超音波を送受信する超音波振動子部を備え、体内に挿入して体内の状態を画像化できる超音波内視鏡などがある。【０００３】
これらの超音波診断用の医療装置のうち、特に超音波内視鏡は、体内への挿入性の向上、及び患者の苦痛を軽減するために細径化のための種々の工夫がなされている。そのため、超音波振動子部も小型化が進み、そのための種々の工夫がなされている。【０００４】
このような超音波内視鏡に用いられる、小型化を実現することができる超音波振動子部に、例えば、ｃ−ＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：静電容量型微細加工超音波探触子）を用いられることがある。【０００５】
ｃ−ＭＵＴは、基板上にリソグラフィ技術を用いて複数のｃ−ＭＵＴセルをパターニングすることにより形成される。そして、基板上の複数のｃ−ＭＵＴセルを覆うように可撓性膜を設けることにより、超音波振動子アレイであるｃ−ＭＵＴアレイが形成される。  
ここで、ラジアルスキャン走査方式及びコンベックススキャン走査方式の超音波内視鏡においては、超音波振動子部を湾曲状に形成する必要がある。【０００６】
このため、公知の従来方法では、複数のｃ−ＭＵＴセルで構成された振動子エレメントを有するｃ−ＭＵＴアレイを、ダイシングソーを用いたダイシングにより、分割溝を夫々形成し振動子エレメントを形成し、その後、これらの複数の分割溝の幅を収縮させるように分割溝側に該ｃ−ＭＵＴアレイを曲げることにより、湾曲状の超音波振動子部を形成するようにしている。【０００７】
このような湾曲状の超音波振動子部としては、例えば、日本特開２００８−１１００６０号公報に記載の超音波トランスデューサがある。  
この日本特開２００８−１１００６０号公報に記載の超音波トランスデューサは、可撓性シートと、この可撓性シートの片側の表面に薄膜導電性材料からなる剛体部と、この剛体部を相互に分離して複数個に分割する分割溝である分割部と、この分割部により分割された剛体部を備えたｃ−ＭＵＴセルを有する振動子エレメントと、を有し、前記分割部を、振動子エレメントのｃ-ＭＵＴセルが配置される面側からドライエッチングにより、可撓性シートまで到達するように夫々形成した後、夫々拡張することで、分割された各振動子エレメントのｃ−ＭＵＴセルが配置される面を湾曲状に形成するようにしている。  
しかしながら、前記日本特開２００８−１１００６０号公報に記載の超音波トランスデューサでは、ｃ−ＭＵＴアレイをｃ−ＭＵＴセルが配置される面側から分割溝を形成し、この分割溝を拡張するようにしてｃ−ＭＵＴセル側の面を湾曲状に形成しているので、振動子エレメント同士のクロストークの発生を防止することはできるが、各振動子エレメント間のピッチがばらついてしまい、超音波の送受信性能に影響を及ぼしてしまう虞がある。【０００８】
そこで、従来、各振動子エレメント間のピッチのばらつきを無くし、ピッチを確保した状態で湾曲させる方法として、ｃ−ＭＵＴアレイのｃ−ＭＵＴセルが配置される面の裏側の基板の面からダイシングソーを用いてダイシングすることにより分割溝を複数形成し、形成した分割溝を収縮させるようにして湾曲させる方法がある。【０００９】
ところが、このような方法の場合、基板にダイシングソーを用いたダイシングにより分割溝を形成するため、基板における可撓性膜との境界部分において、欠けや剥離等のチッピングが発生してしまうことがあった。このようなチッピングは、基板上のｃ−ＭＵＴセルの振動膜にも及んでしまったり、あるいはｃ−ＭＵＴセルが少なくとも１つされ、超音波を送信あるいは受信するセル領域の背面側に到達してしまったりして、音響特性を阻害してしまう虞がある。【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、複数のセルを有する超音波振動子アレイを湾曲させるための分割溝を基板に形成した際の、チッピングの発生をしにくくすることができる超音波振動子アレイ、超音波振動子アレイの製造方法、及び超音波内視鏡を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明の一態様の超音波振動子アレイは、基板と、前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の溝状の複数の凹部と、前記基板の前記一方の面のうち、前記凹部同士の間に配置されて少なくとも１個の超音波振動子セルからなるセル領域と、前記基板の前記一方の面側において、前記基板および前記セル領域を覆う、前記基板よりも脆性の低い可撓性膜と、前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜に到達する分割溝と、を具備する。【００１２】
また、本発明の一様態の超音波振動子アレイの製造方法は、基板の一方の面に、セル領域を配置する手順と、前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の複数の凹部を、前記セル領域が凹部間に位置するように、形成する凹部形成手順と、前記凹部を埋めるように前記基板よりも脆性の低い低脆性材料を前記凹部に充填する充填手順と、前記基板の前記一方の面側に、前記基板および前記セル領域を前記基板よりも脆性の低い可撓性膜で覆う可撓性膜形成手順と、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜にまで到達する、前記凹部の幅よりも狭い幅を有する分割溝を形成する分割溝形成手順と、を含む。【００１３】
また、本発明の一様態の超音波内視鏡は、本発明の一態様の超音波振動子アレイを用いた超音波内視鏡である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波内視鏡の概略構成を説明する構成図
【図２】図１の超音波内視鏡の先端部分の概略構成を示す斜視図
【図３】図２の超音波振動子部の構成を説明する斜視図
【図４】図３の超音波振動子部を形成するための超音波振動子アレイの底面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った方向からみた、分割溝を形成する前の状態の超音波振動子アレイの構成を説明するための断面図
【図６】図４のＡ−Ａ線に沿った方向からみた、分割溝を形成した後の状態の超音波振動子アレイの構成を説明するための断面図
【図７】図４のＡ−Ａ線に沿った方向からみた、分割溝を形成した後の状態の超音波振動子アレイの構成を説明するための断面図
【図８】超音波振動子アレイの分割溝を形成するためのダイシングの概要を説明する説明図
【図９】形成した分割溝を用いて超音波振動子アレイを湾曲状に形成した状態を示す図
【図１０】ダイシングにより分割溝を形成した際に発生するチッピングの状態を示す図
【図１１】図１０の超音波振動子アレイにおいてチッピングがセル領域まで到達している状態を示す図
【図１２】ダイシングに用いられるダイシングブレードの形状を示す図
【図１３】可撓性膜と基板の境界部分と分割溝との配置位置とチッピングの発生状態との関係を説明する説明図
【図１４】本実施形態の超音波振動子アレイの作用を説明するもので、チッピングが軽減された状態の超音波振動子アレイを示す図
【図１５】変形例１の凹部を有する超音波振動子アレイの断面図
【図１６】変形例２の凹部を有する超音波振動子アレイの断面図
【図１７】分割溝を形成した後の状態の変形例１の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図
【図１８】分割溝を形成した後の状態の変形例２の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図
【図１９】本発明の超音波振動子アレイの第２の実施形態を示し、分割溝を形成する前の状態の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図
【図２０】第２の実施形態の、分割溝を形成する以前の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図
【図２１】第２の実施形態の、分割溝を形成する以前の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図
【図２２】第２の実施形態の、分割溝を形成した後の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図
【図２３】第２の実施形態の、分割溝を形成した後の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００１６】
（第１の実施形態）
図１から図１４は、本発明の第１の実施形態に係り、図１は、第１の実施形態に係る超音波内視鏡の概略構成を説明する構成図、図２は、図１の超音波内視鏡の先端部分の概略構成を示す斜視図、図３は、図２の超音波振動子部の構成を説明する斜視図、図４は、図３の超音波振動子部を形成するための超音波振動子アレイの一部の底面図である。【００１７】
図１に示すように、本実施形態の超音波内視鏡１は、体内に挿入される細長の挿入部２と、この挿入部２の基端に位置する操作部３と、この操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とで主に構成されている。【００１８】
ユニバーサルコード４の基端部には、図示しない光源装置に接続される内視鏡コネクタ４ａが設けられている。この内視鏡コネクタ４ａからは、図示しないカメラコントロールユニットに電気コネクタ５ａを介して着脱自在に接続される電気ケーブル５、及び図示しない超音波観測装置に超音波コネクタ６ａを介して着脱自在に接続される超音波ケーブル６が延出される。【００１９】
挿入部２は、先端側から順に、硬質な樹脂部材で形成した先端硬性部７と、この先端硬性部７の後端に位置する湾曲自在な湾曲部８と、この湾曲部８の後端に位置して前記操作部３の先端部に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部９とを連設して構成される。そして、先端硬性部７の先端側には、超音波を送受する複数の電子走査型の超音波トランスデューサを配列した超音波送受部である超音波振動子部２０が設けられている。【００２０】
なお、先端硬性部７の材質としては、特に限定されないが、耐薬品性、或いは生体適合性を備えていることが好ましく、例えばポリスルフォンが挙げられる。また、操作部３には、湾曲部８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ１１と、送気、及び送水操作を行うための送気送水ボタン１２と、吸引操作を行うための吸引ボタン１３と、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口１４等が設けられている。【００２１】
超音波振動子部２０が設けられた先端硬性部７の先端面７ａには、図２に示すように、照明光学系を構成する照明用レンズカバー２１と、観察光学系を構成する観察用レンズカバー２２と、吸引口を兼ねる鉗子口２３と、図示しない送気送水ノズルとが配置されている。【００２２】
超音波振動子部２０は、基板に対してシリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工してなる、ｃ−ＭＵＴ（静電容量型微細加工超音波探触子）の振動膜が外向するように形成され、複数のｃ−ＭＵＴセルから構成される最小の駆動単位で、表面が矩形状の振動子エレメント（以下、単にエレメントという）２５が、図３に示すように、円筒状に複数配列された電子ラジアル型振動子先端部となっている。  
基板としては、シリコン基板または石英基板などを用いることができる。【００２３】
超音波振動子部２０は、各エレメント２５に電気的に接続される電極パッド、及びＧＮＤ（グランド）電極パッドを備えたケーブル接続基板部２４が基端側に連設されている。そして、超音波振動子部２０からは、ケーブル接続基板部２４に各信号線が電気的に接続された同軸ケーブル束２６が延設している。この同軸ケーブル束２６は、先端硬性部７、湾曲部８、可撓管部９、操作部３、ユニバーサルコード４、及び超音波ケーブル６に挿通され、超音波コネクタ６ａを介して、図示しない超音波観測装置と接続される。【００２４】
なお、各エレメント２５間の印加（信号）側の電極は、夫々が個別に同軸ケーブル束２６の各ケーブルから電気的シグナルが給電される構造となっており、電気的に非接続された構成となっている。【００２５】
各エレメント２５には、図４に示すように、少なくとも１つ以上、ここでは複数のｃ−ＭＵＴセル（以下、単にセルという）３０が略等間隔で配列されてセル領域を形成している。また、各エレメント２５間には、所定数のセル３０群を離隔するように、直線状の切り溝である、分割溝２８を有している。この分割溝２８によって、所定の距離で離間するように分け隔たれ、分割された部分が最小の駆動単位振動子であるエレメント２５となる。  
また、分割溝２８によって、前記超音波振動子部２０は、図３に示すように湾曲状に形成される。【００２６】
本実施形態の超音波内視鏡１において、このような湾曲状に形成される超音波振動子部２０は、前記複数のセル３０を複数有する超音波振動子アレイであるｃ−ＭＵＴアレイ４０を用いて構成される。【００２７】
次に、このような本実施形態におけるｃ−ＭＵＴアレイ４０の具体的な構成について、図５、図６及び図７を用いて説明する。  
なお、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った方向からみた、分割溝を形成する前の状態の超音波振動子アレイの構成を説明するための断面図、図６及び図７は、図４のＡ−Ａ線に沿った方向からみた、分割溝を形成した後の状態の超音波振動子アレイの構成を説明するための断面図である。【００２８】
図５に示すように、ｃ−ＭＵＴアレイ４０は、基板４１と、この基板４１の一方の面に所定間隔で配置された溝状の複数の凹部４１Ａと、前記基板４１の一方の面のうち、前記凹部４１Ａ同士の間に配置されたセル３０を少なくとも１個有するセル領域３１と、前記基板４１および前記セル領域３１を覆う、前記基板４１よりも脆性の低い可撓性膜４２と、を有して構成される。基板としては、例えばシリコン基板または石英基板を用いることができる。セル領域に形成されるセルの数は特に限定されず、目的に応じて適宜数を設定することができる。【００２９】
凹部４１Ａは直線状に配置される。ここでいう直線状とは、中心軸が直線になっていればよく、例えば凹部の外周が波状となっていたり、途中で線の太さが変わっていたりしてもよい。【００３０】
脆性の測定方法としては、ＪＩＳ  Ｒ  １６０７で示される方法を適用することができる。【００３１】
そして、このような構成のｃ−ＭＵＴアレイ４０は、ダイシングソーを用いたダイシングにより、図６または図７に示すような、前記凹部４１Ａの幅よりも狭い幅ＬＬを有し、前記シリコン基板４１の他方の面から前記凹部４１Ａ内の前記凹部４１Ａに到達する分割溝２８を設けている。この分割溝２８は、後述するようにｃ−ＭＵＴアレイ４０を湾曲状に形成するために設けられる。【００３２】
凹部４１Ａの底面は、分割溝２８の幅を含み、切り代となるストリートライン４３（図５参照）を構成するもので、このストリートライン４３の幅Ｌは、該凹部４１Ａの深さＬ２に比べて大きくなるように形成される。【００３３】
なお、凹部４１Ａの形状の具体的な数値を示すと、ストリートライン４３の幅Ｌ（凹部４１Ａの底面の幅）は、例えば３０μｍであり、凹部４１Ａの深さＬ２は、例えば１０μｍであることが望ましい。勿論、これらの数値に限定されるものではなく、後述するダイシングに用いられるダイシングブレード１０３（図８参照）の幅に応じて適宜変更可能である。【００３４】
特に、ストリートライン４３の幅Ｌは、より多くのセル３０を配置できるように、セル領域３１の面積を広く製造するために、前記ダイシングブレード１０３の厚み分と同じにすることが理想であるが、このダイシングブレード１０３よりも所定の長さ分大きく設定すれば良い。【００３５】
分割溝２８は、図６及び図７に示すように、断面形状において、前記凹部４１Ａの幅Ｌ（図５参照）よりも狭い幅ＬＬを有し、溝を形成することによって形成された側壁部２８Ａと、底面部２８Ｂとを有する。底面部２８Ｂは、分割溝２８の溝の深さ方向に向かって側壁部２８Ａの延長部分の間隔が狭くなるような形状を有しており、図６、図７では、底面部２８Ｂの断面形状は、半円若しくは円弧の形状となっている。すなわち、底面部２８Ｂは、曲面形状を有している。【００３６】
詳細は後述するが分割溝２８、基板４１および可撓性膜４２が集まる箇所にチッピング１０６が発生し易い。このため、図６、図７に示すように凹部４１Ａを設けて、分割溝２８、基板４１および可撓性膜４２が集まる箇所とセル領域３１とを遠ざけることにより、チッピング１０６がセル領域３１に到達しにくくする。【００３７】
さらに、図７では、側壁部２８Ａと底面部２８Ｂとの境界Ｋが、前記凹部４１Ａ内に位置するように、分割溝２８を形成している。図３の符号１０１ａで示すように基板４１が鋭角となっている部分は、よりチッピングを発生させ易い。そこで、図７に示すように凹部に対して溝を深く形成することにより、チッピングを発生させ易い鋭角１０１ａが形成されないようにすることもできる。結果、さらにセル領域３１へのチッピングの到達を抑制できる。【００３８】
なお、本実施形態では、分割溝２８が設けられることによって形成され、該分割溝２８の側壁部２８Ａの両側に夫々配置される凹部４１Ａの底面部４３ａの幅をＬ１とし、凹部４１Ａの深さをＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２となるように、分割溝２８が形成されることが望ましい。【００３９】
例えば、ダイシングブレード１０３の幅が、約２０μｍとすれば、分割溝の幅ＬＬは、約２０μｍ或いはそれより大きく、底面部４３の幅Ｌ１が約５μｍ、凹部４１Ａの深さＬ２が１０μｍとなるように、分割溝２８が形成されることになる。【００４０】
可撓性膜４２は、例えば、厚さが１０〜２０μｍ、または２０μｍ超のポリイミド（ＰＩ）により形成されている。また、この可撓性膜４２に覆われるシリコン基板４１は、例えば、数十〜数百μｍのシリコン（Ｓｉ）により形成されている。【００４１】
なお、前記凹部４１Ａには、シリコン基板４１よりも脆性の低い低脆性材料であるポリイミド（図示せず）が配置されており、本実施形態では、図５及び図７に示すように、前記低脆性材料と前記可撓性膜４２とは、同じ材料を用いたことになる。【００４２】
勿論、凹部４１Ａ内に配置される低脆性材料と前記可撓性膜４２とを別な材料を用いても良い。  
低脆性材料と可撓性膜４２を同じ材料を用いた場合、凹部４１Ａを埋めるようにシリコン基板４１およびセル領域３１表面に溶融樹脂を塗布した後、この溶融樹脂を硬化させるようにして可撓性膜４２が形成される。【００４３】
なお、凹部４１Ａ内を充填する低脆性材料と可撓性４２とを別々な材料にする場合、凹部４１Ａ内に、例えばポリイミドを充填してパラキシリレン系ポリマー（パリレン）でコーティングしたり、ポリイミドで充填してエポキシ樹脂でコーティングしたり、或いは、ポリイミドで充填してシリコーンでコーティングしたりしても良い。【００４４】
また、凹部４１Ａ内に、ポリイミドで充填して非結晶フッ素樹脂を用いてスピンコートしても良い。非結晶フッ素樹脂としては例えばサイトップ（登録商標）が挙げられる。さらに、耐熱性樹脂であるポリアミド、あるいはポリオレフィンをはじめとするエラストマー系の材料を凹部４１Ａ内に充填しても良い。【００４５】
次に、上述したような構成されたｃ−ＭＵＴアレイ４０の製造方法、及び作用について図５〜図１４を用いて説明する。  
先ず、作業者は、図５に示すように、シリコン基板４１の一方の面のうち、凹部４１Ａ同士の間にセル領域３１を配置する。【００４６】
その後、凹部形成手順により、シリコン基板４１の一方の面に所定間隔で配置された溝状の複数の凹部４１Ａを形成する。  
この場合、凹部４１Ａは、ｃ−ＭＵＴアレイ４０のセル領域３１間において、例えばドライエッチングを施すことにより形成される。【００４７】
次に、作業者は、充填手順により、凹部４１Ａを埋めるようにシリコン基板４１よりも脆性の低い低脆性材料を前記凹部４１Ａに充填する。この場合の低脆性材料は、前記した通りである。なお、本実施形態では、低脆性材料は、後述する可撓性膜４２と同じ材料である、ポリイミドを用いている。【００４８】
そして、可撓性膜形成手順により、前記シリコン基板４１および前記セル領域３１をシリコン基板４１よりも脆性の低い可撓性膜４２で覆う。この場合、シリコン基板４１およびセル領域３１上に、ポリイミドをスピンコートして熱加工することで、厚さ１０〜２０μｍ程度の可撓性膜４２を形成する。  
こうして、図５に示す構成の、分割溝２８が形成される以前の状態のｃ−ＭＵＴアレイ４０が製造される。【００４９】
次に、作業者は、分割溝形成手順により、図５に示すｃ−ＭＵＴアレイ４０において、シリコン基板４１の他方の面から凹部４１Ａ内の可撓性膜４２にまで到達する、前記凹部４１Ａの幅Ｌよりも狭い幅ＬＬを有する分割溝２８を形成する（図７参照）。【００５０】
この分割溝形成手順により分割溝２８を形成する方法としては、上述したようにダイシングソーを用いたダイシングを適用する。  
ここで、ダイシングの概要説明と、このダイシングに起因するチッピングの発生原理及びセルに対する影響について図８〜図１３を用いて説明する。
なお、図８は、超音波振動子アレイの分割溝を形成するためのダイシングの概要を説明する説明図、図９は、形成した分割溝を用いて超音波振動子アレイを湾曲状に形成した状態を示す図、図１０は、ダイシングにより分割溝を形成した際に発生するチッピングの状態を示す図、図１１は、図９の超音波振動子アレイにおいてチッピングがセル領域まで到達している状態を示す図、図１２は、ダイシングに用いられるダイシングブレードの形状を示す図、図１３は、可撓性膜とシリコン基板の境界部分と分割溝との配置位置とチッピングの発生状態との関係を説明する説明図、である。【００５１】
図８に示すように、シリコン基板１０１、図示しないセル領域、及び、可撓性膜１０２を有するｃ−ＭＵＴアレイ１００のシリコン基板１０１の面側から、ダイシングを行い、分割溝１０４を形成する場合、図示しない所定数のセル群を離隔するように所定間隔毎にダイシングブレード１０３を用いて分割溝１０４を形成する
このとき、分割溝１０４の底面部１０４ａが可撓性膜１０２内まで到達するように、分割溝１０４を形成する。また、分割溝１０４を形成することによって、シリコン基板１０１の面上には、分割溝１０４の開口１０４ｂが形成される。【００５２】
そして、図９に示すように、これら複数の分割溝１０４の開口１０４ｂを収縮させるようにしてｃ−ＭＵＴアレイ１００を開口１０４ｂ側方向に曲げることにより、該ｃ−ＭＵＴアレイ１００を、任意の形状で、しかも、分割溝１０４の底面部１０４ａの幅Ｌ０、すなわち、エレメント間の距離Ｌ０を保持した状態で、湾曲させることが可能となる。【００５３】
ところが、従来のｃ−ＭＵＴアレイ１００に上記したようにダイシングにより分割溝２８を形成すると、図１０及び図１１に示すように、切り代であるストリートライン１００ａ内に欠けや剥離等のチッピング１０６が発生してしまい、所定エリアＶにて示したようにセル領域３１まで到達し、ｃ−ＭＵＴセルの振動膜を破壊してしまったり、あるいはセル領域３１の背面に到達してしまったりして、音響特性を阻害してしまう虞がある。【００５４】
ストリートライン１００ａを広げることでチッピング１０６がセル領域３１に到達しないように構成すれば良いが、この方法だと、１つのｃ−ＭＵＴアレイ１００の中に配置できるセル領域３１（図１０参照）の幅が狭くなり、音響特性を劣化させてしまう。  
そこで、ストリートライン１００ａの幅を極力狭くするとともに、チッピングの広がりを防ぐ等、ダイシングの精度を向上する必要がある。【００５５】
ところが、チッピングの具体的な発生原理を説明すると、ダイシングに用いられるダイシングブレード１０３は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、円盤状に形成され、特に、切り込み方向の先端側部分（図１２（ｂ）中のＶ１に示す部分）の断面を拡大して示すと、図１２（ｃ）に示すように、先端部１０３ａの断面は、直径１０μｍの円弧形状に形成されている。【００５６】
このため、ダイシングブレード１０３の幅を２０μｍとすると、実際の形成される分割溝１０４の形状も図１２（ｃ）に示すように形状となるが、可撓性膜１０２への切り込み量が小さいと、チッピングが起きやすくなってしまう。  
つまり、図１３の分割溝１０４の底面部近傍（図１３中のＶ２に示す部分）において、可撓性膜１０２への切り込み量が小さいと、図中右側の拡大図に示すように、分割溝１０４の底面部１０４ａが円弧形状に形成されているために、この分割溝１０４と可撓性膜１０２とシリコン基板１０１とが揃う部分（図１３中Ｖ３に示す部分）において、シリコン基板１０１には鋭角の形状になる鋭角部１０１ａが形成されてしまうため強度が弱くなってしまい、このため、この鋭角部１０１に起因してチッピングが発生し易くなってしまう。【００５７】
したがって、このようなチッピングの発生を軽減するためには、分割溝１０４の底面部１０４ａの円弧形状部分が可撓性膜１０２まで到達するくらい、切り込み量を大きくして鋭角部１０１ａが形成されることを無くす必要があるが、可撓性膜１０２の厚さの制限があるため、従来のｃ−ＭＵＴアレイでは不可能である。【００５８】
しかしながら、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０では、上述したようにシリコン基板４１上に複数の凹部４１Ａを設けたことにより、図１４に示すように、ダイシングブレード１０３の先端部１０３ａの円弧形状部分が可撓性膜４２で充填される前記凹部４１Ａ内まで到達するように切り込み量を大きくしている。なお、図１４は、本実施形態の超音波振動子アレイの作用を説明するもので、チッピングが軽減された状態の超音波振動子アレイを示す図である。【００５９】
すなわち、このダイシングブレード１０３によって形成される分割溝２８を、側壁部２８Ａと底面部２８Ｂとの境界Ｋが、前記凹部４１Ａ内に位置するように形成、言い換えると、半径Ｒとする底面部２８Ｂの円弧形状部分が可撓性膜４２内に位置するように、分割溝２８を形成する。【００６０】
このため、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０では、図１４に示すように、分割溝２８と可撓性膜４２とシリコン基板４１とが揃う部分において、シリコン基板４１には上記したような鋭角部１０１ａが形成されないので強度が強くなり、このため、チッピング１０６の発生を軽減できる。【００６１】
仮にチッピング１０６が発生したとしても、凹部４１Ａが深さＬ２を有して形成されているので、このチッピング１０６が発生した部分はセル領域３１から遠く位置しているので、このチッピング１０６がセル領域３１に到達することもなく、セル領域３１に影響を与えることもない。よって、安定した音響効果を得ることができる。【００６２】
また、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０は、切り代であるストリートライン４３の幅Ｌを、ダイシングブレード１０３が切り込み可能な範囲内にて、極力小さくするように構成されているので、セル領域３１の面積を広く製造することが出来る。それによりセル領域３１内にセル３０を多く配置することが出来るため、安定した音響特性が得られること可能となる。【００６３】
従って、本実施形態によれば、簡単な構成で、超音波振動子部であるセル領域３１に影響を与えることなく、セル領域３１側の面を湾曲させるための分割溝２８をシリコン基板４１に形成した際に発生するチッピング１０６を軽減することができる超音波振動子アレイ４０、超音波振動子アレイ４０の製造方法、及び超音波内視鏡１の実現が可能となる。【００６４】
なお、本実施形態において、凹部４１Ａの形状は、単にｃ−ＭＵＴアレイ４０の表面に対して直交する断面において、四角状の形状となるように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１５に示す変形例１、あるいは図１６に示す変形例２のような形状で構成しても良い。【００６５】
図１５は、変形例１の凹部を有する超音波振動子アレイの断面図であり、図１６は、変形例２の凹部を有する超音波振動子アレイの断面図である。また、図１７は、分割溝を形成した後の状態の変形例１の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図、図１８は、分割溝を形成した後の状態の変形例２の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図である。【００６６】
変形例１では、図１５に示すように、ｃ−ＭＵＴアレイ４０は、断面形状が四角形状ではなく、テーパー状に形成された凹部４１Ｂを有する。この凹部４１Ｂは、前記実施形態と同じ寸法幅Ｌのストリートライン４３を有し、断面形状は、この凹部４１Ｂの底面であるストリートライン４３から凹部４１Ｂの開口向けて幅が広くなるテーパー状に形成されている。【００６７】
そして、前記実施形態と同様に分割溝２８を形成すると、ｃ−ＭＵＴアレイ４０は、図１７に示すような構成となる。すなわち、分割溝２８の側壁部２８Ａと底面部２８Ｂとの境界Ｋは、凹部４１Ｂ内に位置するように、分割溝２８が形成される。【００６８】
変形例２では、図１６に示すように、ｃ−ＭＵＴアレイ４０は、断面形状が四角形状ではなく、溝の両側側面が円弧状に形成された凹部４１Ｃを有する。この凹部４１Ｃは、前記実施形態と同じ寸法幅Ｌのストリートライン４３を有し、断面形状は、この凹部４１Ｂの底面であるストリートライン４３から凹部４１Ｂの開口に向かう両側側面が円弧状に形成されている。【００６９】
そして、前記実施形態と同様に分割溝２８を形成すると、ｃ−ＭＵＴアレイ４０は、図１８に示すような構成となる。すなわち、分割溝２８の側壁部２８Ａと底面部２８Ｂとの境界Ｋは、凹部４１Ｂ内に位置するように、分割溝２８が形成される。【００７０】
従って、変形例１および変形例２によれば、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。  
なお、凹部４１Ａの形状は、前記変形例２、３における形状に限定されるものではなく、チッピング１０６の発生を軽減できる形状であれば、いずれの形状で構成しても良い。【００７１】
また、溝を形成した部分において可撓性膜４２の最も薄い部分の厚みをＴ１、セル領域３１を形成した部分の可撓性膜の厚みをＴ２とした場合、Ｔ１とＴ２とは同じ厚みであってもよいし、図６に例示されるようにＴ１がＴ２よりも厚くてもよいし、図７に例示されるようにＴ１がＴ２よりも薄くてもよい。【００７２】
Ｔ１がＴ２に比べて、同じかまたはそれ以上の厚みを有する場合、電機安全性が向上するという利点がある。【００７３】
（第２の実施形態）  
図１９は、本発明の超音波振動子アレイの第２の実施形態を示し、分割溝を形成する前の状態の超音波振動子アレイの構成を説明する断面図である。なお、図１９は、前記第１の実施形態の超音波振動子アレイと同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。【００７４】
本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａは、凹部４１Ａに替えて、シリコン基板４１に少なくとも２つの凹部４１ｄを有する凹部群４１Ｄを設けて構成されている。【００７５】
この凹部群４１Ｄは、図１９では、４つの凹部４１ｄを有して構成され、これら凹部４１ｄ同士が第１の間隔である所定距離Ｌｍで配置されている。そして、このような構成の複数の凹部群４１Ｄは、所定距離Ｌｍよりも長い第２の間隔である所定距離Ｌｎで配置されている。  
なお、凹部群４１Ｄは、前記第１の実施形態と同様に同じ幅Ｌのストリートライン４３を有している。【００７６】
そして、図示はしないが、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａについても、前記第１の実施形態と同様の分割溝２８が形成される。  
その他の構成は、前記第１の実施形態と同様である。【００７７】
次に、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイの製造方法について説明する。  
先ず、作業者は、図１９に示すように、シリコン基板４１の一方の面のうち、凹部群４１Ｄ同士の間にセル領域３１を配置する。  
その後、凹部群形成手順により、シリコン基板４１の一方の面に少なくとも２つの溝状の凹部４１ｄからなり前記凹部４１ｄ同士が第１の間隔（所定距離Ｌｍ）で配置された複数の凹部群４１Ｄを、前記第１の間隔よりも広い第２の間隔（所定距離Ｌｎ）となるように配置して形成する。  
この場合、凹部群４１Ｄ及び凹部４１ｄは、ｃ−ＭＵＴアレイ４０のセル領域３１間において、例えばドライエッチングを施すことにより形成される。【００７８】
次に、作業者は、形成手順により、非導電性材料を用いて前記凹部４１ｄを埋めるとともに、シリコン基板４１およびセル領域３１を覆うように処理を施す。  
そして、可撓性膜形成手順により、前記非導電性部材を固化して可撓性膜４２を形成する。【００７９】
勿論、非導電性材料として、前記第１の実施形態と同様に、シリコン基板４１よりも脆性の低い低脆性材料（ポリイミド（ＰＩ））を前記凹部４１ｄに充填し、シリコン基板４１およびセル領域３１上に、をスピンコートして熱加工することで、厚さ１０〜２０μｍ程度の可撓性膜４２を形成しても良い。  
こうして、図１９に示す構成の、分割溝２８が形成される以前の状態のｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａが製造される。【００８０】
次に、作業者は、分割溝形成手順により、図１９に示すｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａにおいて、シリコン基板４１の他方の面から前記第１の間隔（所定距離Ｌｍ）よりも広く前記凹部群４１Ｄの幅（ストリートライン４３の幅Ｌ）よりも狭い幅を有し、前記シリコン基板４１の他方の面から前記凹部４１ｄ内の前記可撓性膜４２にまで到達する分割溝２８を形成する。この場合図示はしないが、分割溝２８を形成したｃ−ＭＵＴ４０Ａは、前記第１の実施形態と同様の構成となる（図６参照）
なお、この分割溝形成手順により分割溝２８を形成する方法としては、前記第１の実施形態と同様にダイシングソーを用いたダイシングを適用する。
従って、本実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａは、複数の凹部４１ｄを有する凹分群４１Ｄを設けた場合でも、前記第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。【００８１】
また、第２の実施形態のｃ−ＭＵＴ４０Ａは、さらに、後述する作用・効果も得ることができる。このような特徴となる作用・効果を図２０〜図２３を用いて説明する。【００８２】
なお、図２０及び図２１は、第２の実施形態の、分割溝を形成する以前の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図で、図２０は、１つの凹部を設けた構成、図２１は、２つの凹部を設けた構成を示している。また、図２２及び図２３は、第２の実施形態の、分割溝を形成した後の超音波振動子アレイのその他の作用・効果を説明する説明図で、図２２は、図２０の超音波振動子アレイに分割溝を設けた構成、図２３は、図２１の超音波振動子アレイに分割溝を設けた構成を示している。【００８３】
第２の実施形態のｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａでは、複数の凹部４１ｄを設けているので、可撓性膜１２の表面上において、その表面の一部が落ち込んでしまう落ち込み部５０の落ち込み量を小さくすることができる。【００８４】
勿論、分割溝２８を形成した場合でも、図２２及び図２３からも解るように、落ち込み部５０の落ち込み量を小さくすることができる。これにより、ｃ−ＭＵＴアレイ４０Ａの湾曲側の表面の凸凹を低減できるので、安定した音響効果が得られる。【００８５】
本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。【００８６】
以上のように、上述した各実施の形態によれば、簡単な構成で、複数のセルを有する超音波振動子アレイを湾曲させるための分割溝をシリコン基板に形成した際の、チッピングの発生をしにくくすることができる超音波振動子アレイを実現することができる。【００８７】
本出願は、２０１２年１月３０日に日本国に出願された特願２０１２−１７２２０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月1日(2013.5.1)
【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】
基板と、
前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の溝状の複数の凹部と、
前記基板の前記一方の面のうち、前記凹部同士の間に配置されて少なくとも１個の超音波振動子セルからなるセル領域と、
前記基板の前記一方の面側において、前記基板および前記セル領域を覆う、前記基板よりも脆性の低い可撓性膜と、
前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜に到達する分割溝と、
を具備したことを特徴とする超音波振動子アレイ。
【請求項２】
前記分割溝は、前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、溝を形成することによって形成された側壁部と、底面部とを有し、
前記底面部は、前記溝の深さ方向に向かって前記側壁部の延長部分の間隔が前記幅よりも狭くなる形状を有し、
前記側壁部と前記底面部との境界は、前記凹部内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項３】
前記凹部内には、前記基板よりも脆性の低い低脆性材料が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項４】
前記低脆性材料と前記可撓性膜とは、同じ材料よりなることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項５】
前記分割溝のうち最も深い部分に隣接する前記可撓性膜の厚みが、
前記セル領域と隣接する前記可撓性膜の厚みに対して、
同じ厚みか、またはより厚いことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子アレイ。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波振動子アレイを用いたことを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項７】
基板の一方の面に、セル領域を配置する手順と、
前記基板の一方の面に所定間隔で配置された直線状の複数の凹部を、前記セル領域が凹部間に位置するように、形成する凹部形成手順と、
前記凹部を埋めるように前記基板よりも脆性の低い低脆性材料を前記凹部に充填する充填手順と、
前記基板の前記一方の面側に、前記基板および前記セル領域を前記基板よりも脆性の低い可撓性膜で覆う可撓性膜形成手順と、
前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜にまで到達する、前記凹部の幅よりも狭い幅を有する分割溝を形成する分割溝形成手順と、
を含むことを特徴とする超音波振動子アレイの製造方法。
【請求項８】
前記分割溝形成手順によって形成される前記分割溝は、前記凹部の幅よりも狭い幅を有し、溝を形成することによって形成された側壁部と、底面部とを有し、
前記底面部は、前記溝の深さ方向に向かって前記側壁部の延長部分の間隔が前記幅よりも狭くなる形状を有し、
前記側壁部と前記底面部との境界は、前記凹部内に位置していることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子アレイの製造方法。
【請求項９】
前記低脆性材料と前記可撓性膜は、同じ材料からなり、
前記充填手順と前記可撓性膜形成手順では、前記凹部を埋めるように前記基板および前記セル領域表面に溶融樹脂を塗布した後、前記溶融樹脂を硬化させることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子アレイの製造方法。
【請求項１０】
基板の一方の面にセル領域を配置する手順と、
前記基板の一方の面に、少なくとも２つの溝状の凹部を含み、前記凹部同士が第１の間隔で配置された複数の凹部群を、前記セル領域が前記凹部群間に位置し、かつ前記第１の間隔よりも広い第２の間隔となるように配置して形成する凹部群形成手順と、
非導電性材料を用いて前記凹部を埋めるとともに、前記基板および前記セル領域を覆う形成手順と、
前記基板の前記一方の面側に、前記非導電性部材を固化して可撓性膜を形成する可撓性膜形成手順と、
前記第１の間隔よりも広く前記凹部群の幅よりも狭い幅を有し、前記基板の他方の面から前記凹部内の前記可撓性膜にまで到達する分割溝を形成する分割溝形成手順と、
を含むことを特徴とする超音波振動子アレイの製造方法。
【国際調査報告】
2013114968.tif 000026
2013114968.tif 000027
2013114968.tif 000028
2013114968.tif 000029