(57)【要約】      （修正有）【課題】音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成される画像の分解能を向上させることが可能な超音波デバイスの製造方法、超音波プローブの製造方法、電子機器の製造方法及び超音波画像装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１１の振動板５０上に第１電極１４、圧電体層１５及び第２電極１６を含む圧電素子１７を形成し、基板１１の圧電素子１７と対向する位置に開口部１８を形成し、基板１１の圧電体層１５を設けた面及び開口部１８を設けた面の何れかの面側に、圧電素子１７の駆動によって発生する超音波を伝播させる音響整合層３０及び超音波を屈折させるレンズ部材３１を設けて超音波デバイスとする超音波デバイスの製造方法であって、基板１１の何れかの面側の周囲に壁部を設けて壁部内に流動材を注入し、流動材を硬化して表面が平坦の音響整合層３０とし、音響整合層３０とレンズ部材３１とを接合する。【選択図】図７
2018093380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備し、
前記基板上に振動板を形成し、
前記振動板上に第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子を形成し、
前記基板の前記圧電素子と対向する位置に開口部を形成し、
前記基板の前記圧電体層を設けた面及び前記開口部を設けた面の何れかの面側に、前記
圧電素子の駆動によって発生する超音波を伝播させる音響整合層及び前記超音波を屈折さ
せる屈折部材を設けて超音波デバイスとする超音波デバイスの製造方法であって、
前記基板の前記何れかの面側の周囲に壁部を設けて前記壁部内に流動材を注入し、前記
流動材を硬化して表面が平坦の前記音響整合層とし、
前記音響整合層と前記屈折部材とを接合することを特徴とする超音波デバイスの製造方
法。
【請求項２】
前記音響整合層の接合面及び前記屈折部材の接合面の少なくとも一方に活性化処理を施
して、前記音響整合層と前記屈折部材とを接合することを特徴とする請求項１に記載の超
音波デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記活性化処理は、プラズマ処理又は紫外線照射処理の何れかであることを特徴とする
請求項２に記載の超音波デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記音響整合層と前記屈折部材とを接合した後に、アニール処理を施すことを特徴とす
る請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記音響整合層の接合面及び前記屈折部材の接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布し
て、前記音響整合層と前記屈折部材とを接着することを特徴とする請求項１に記載の超音
波デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記接着剤を転写用フィルム上に塗布し、前記音響整合層の接合面及び前記屈折部材の
接合面の少なくとも一方に、前記転写用フィルム上に塗布した前記接着剤を転写して、前
記音響整合層と前記屈折部材とを接着することを特徴とする請求項５に記載の超音波デバ
イスの製造方法。
【請求項７】
第１の粘度である前記接着剤を転写用フィルム上に塗布した後に、前記第１の粘度であ
る前記接着剤の粘度を、前記第１の粘度より高い第２の粘度に調整して調整接着剤とし、
前記音響整合層の接合面及び前記屈折部材の接合面の少なくとも一方に、前記転写用フィ
ルム上の前記調整接着剤を転写して、前記音響整合層と前記屈折部材とを接着することを
特徴とする請求項５に記載の超音波デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記音響整合層は、シリコーン系材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項７の
何れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記屈折部材は、シリコーン系材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項８の何
れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法を含むことを特徴
とする超音波プローブの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法を含むことを特徴
とする電子機器の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の超音波デバイスの製造方法を含むことを特徴
とする超音波画像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイスの製造方法、超音波プローブの製造方法、電子機器の製造方
法及び超音波画像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プローブ等の超音波デバイスの先端から対象物に向かって超音波を出射し、その
対象物から反射された超音波を検出する電子機器が知られており、この電子機器は、例え
ば、患者の体内を映像化して診断に用いる超音波画像装置等として用いられる。この超音
波画像装置に搭載され、超音波を出射する超音波素子としては、例えば、圧電素子が用い
られる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の超音波センサーを具備するプローブでは、圧電素子は、こ
れを含む素子アレイが組み込まれた凹部に流動性のある樹脂を流し込むことで形成される
音響整合層により保護されている。そして、形成された音響整合層とレンズとを接合して
超音波センサーとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、音響整合層に流動性がある状態でレンズを取り付けると、音響整合層の
厚みにばらつきが生じやすい。そして、音響整合層の厚さのばらつきが大きくなると、超
音波に基づいて生成される画像の分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されるものであり、音響整合層の厚さのばらつ
きを低減して、超音波に基づいて生成される画像の分解能を向上させることが可能な超音
波デバイスの製造方法、超音波プローブの製造方法、電子機器の製造方法及び超音波画像
装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、基板を準備し、前記基板上に振動板を形成し、前
記振動板上に第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子を形成し、前記基板の前記
圧電素子と対向する位置に開口部を形成し、前記基板の前記圧電体層を設けた面及び前記
開口部を設けた面の何れかの面側に、前記圧電素子の駆動によって発生する超音波を伝播
させる音響整合層及び前記超音波を屈折させる屈折部材を設けて超音波デバイスとする超
音波デバイスの製造方法であって、前記基板の前記何れかの面側の周囲に壁部を設けて前
記壁部内に流動材を注入し、前記流動材を硬化して表面が平坦の前記音響整合層とし、前
記音響整合層と前記屈折部材とを接合することを特徴とする超音波デバイスの製造方法に
ある。
かかる態様によれば、音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成
される画像の分解能を向上させることが可能な超音波デバイスを提供することができる。
【０００８】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記音響整合層の接合面及び前記屈折
部材の接合面の少なくとも一方に活性化処理を施して、前記音響整合層と前記屈折部材と
を接合することが好ましい。
これによれば、音響整合層と屈折部材との接合界面に接着剤等を介在させる必要がない
ため、接着剤等による音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成さ
れる画像の分解能を向上させることが可能な超音波デバイスを提供することができる。
【０００９】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記活性化処理は、プラズマ処理又は
紫外線照射処理の何れかであることが好ましい。
これによれば、音響整合層の接合面と屈折部材の接合面のみを確実に活性化することが
できるので、上述の効果を享受できると共に、活性化処理に伴う超音波デバイスの構成部
材の劣化を最小限に抑えることができる。
【００１０】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記音響整合層と前記屈折部材とを接
合した後に、アニール処理を施してもよい。
これによれば、音響整合層と屈折部材との接合界面における活性化接合を促進すること
ができるので、処理時間を短縮して製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記音響整合層の接合面及び前記屈折
部材の接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、前記音響整合層と前記屈折部材とを
接着してもよい。
これによれば、大掛かりな装置を必要とすることなく簡易な方法で音響整合層と屈折部
材とを接着することができるので、処理時間を短縮して製造コストを低減することができ
る。
【００１２】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記接着剤を転写用フィルム上に塗布
し、前記音響整合層の接合面及び前記屈折部材の接合面の少なくとも一方に、前記転写用
フィルム上に塗布した前記接着剤を転写して、前記音響整合層と前記屈折部材とを接着し
てもよい。
これによれば、簡易な方法で音響整合層と屈折部材とを接着することができる。
【００１３】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、第１の粘度である前記接着剤を転写用
フィルム上に塗布した後に、前記第１の粘度である前記接着剤の粘度を、前記第１の粘度
より高い第２の粘度に調整して調整接着剤とし、前記音響整合層の接合面及び前記屈折部
材の接合面の少なくとも一方に、前記転写用フィルム上の前記調整接着剤を転写して、前
記音響整合層と前記屈折部材とを接着してもよい。
これによれば、粘度の低い第１の粘度である接着剤を用いることで転写フィルム上に均
一に塗布したものを、第１の粘度より高い第２の粘度に調整した上で転写する。このため
、接着剤の厚みの変動を抑制して転写することができるので、音響整合層の厚さのばらつ
きを更に低減して、超音波に基づいて生成される画像の分解能を向上させることが可能な
超音波デバイスを提供することができる。
【００１４】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記音響整合層は、シリコーン系材料
からなることが好ましい。
これによれば、適度な流動性を維持した状態で硬化させることができるので、超音波の
伝播効率の低下を防止することができる。
【００１５】
また、前記超音波デバイスの製造方法において、前記屈折部材は、シリコーン系材料か
らなることが好ましい。
これによれば、音響整合層と同様の材料を用いることができるので、音響整合層と屈折
部材との接合を容易に行うことができる。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記の何れかの超音波デバイスの製造方法を
含むことを特徴とする超音波プローブの製造方法にある。
これによれば、音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成される
画像の分解能を向上させることが可能な超音波プローブを提供することができる。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記の何れかの超音波デバイスの製造方法を
含むことを特徴とする電子機器の製造方法にある。
これによれば、音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成される
画像の分解能を向上させることが可能な電子機器を提供することができる。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記の何れかの超音波デバイスの製造方法を
含むことを特徴とする超音波画像装置の製造方法にある。
これによれば、音響整合層の厚さのばらつきを低減して、超音波に基づいて生成される
画像の分解能を向上させることが可能な超音波画像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の超音波デバイスの構成例を示す断面図。
【図２】実施形態１の超音波センサーの構成例を示す分解斜視図。
【図３】実施形態１の超音波センサーの構成例を示す平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ′線断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ′線断面図。
【図６】実施形態２の超音波デバイスの構成例を示す断面図。
【図７】実施形態２の超音波センサーの製造例を示すＢ−Ｂ′線断面図。
【図８】実施形態２の超音波センサーの製造例を示すＢ−Ｂ′線断面図。
【図９】超音波画像装置の一例を示す斜視図。
【図１０】超音波デバイスの一例を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を
示すものであって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更可能である。なお、各
図面において同じ符号を付したものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されてい
る。また、Ｘ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、
これらの軸に沿った方向を、それぞれ第１の方向Ｘ（Ｘ方向）、第２の方向Ｙ（Ｙ方向）
及び第３の方向Ｚ（Ｚ方向）とし、各図の矢印の向かう方向を正（＋）方向、矢印の反対
方向を負（−）方向として説明する。Ｘ方向及びＹ方向は、板、層及び膜の面内方向を表
し、Ｚ方向は、板、層及び膜の厚み方向又は積層方向を表す。
【００２１】
また、各図面において示す構成要素、即ち、各部の形状や大きさ、層の厚さ、相対的な
位置関係、繰り返し単位等は、本発明を説明する上で誇張して示されている場合がある。
更に、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定
するものではない。例えば、「基板上の第１電極」や「第１電極上の圧電体層」という表
現は、基板と第１電極との間や、第１電極と圧電体層との間に、他の構成要素を含むもの
を除外しない。
【００２２】
（実施形態１）
（超音波デバイス）
図１は、本発明の実施形態１にかかる超音波センサーを搭載した超音波デバイスの構成
例を示す断面図である。本実施形態では、超音波デバイスとして超音波プローブ（プロー
ブ）を例示して説明する。図示するように、超音波プローブ（プローブＩ）は、ＣＡＶ面
型の超音波センサー１と、超音波センサー１に接続されたフレキシブルプリント基板（Ｆ
ＰＣ基板２）と、図示しない装置端末から引き出されたケーブル３と、ＦＰＣ基板２及び
ケーブル３を中継ぎする中継基板４と、超音波センサー１、ＦＰＣ基板２及び中継基板４
を保護する筐体５と、筐体５及び超音波センサー１の間に充填された耐水性樹脂６とを具
備して構成されている。また、詳細は後述するが、超音波センサー１は、超音波素子１０
、圧電素子１７の駆動によって発生する超音波を伝播させる音響整合層３０、超音波を屈
折させる屈折部材であるレンズ部材３１及び包囲板４０を含んで構成されている。なお、
プローブＩは、上記の構成に限定されず、必要に応じて他の要素を含んで構成されてもよ
い。
【００２３】
プローブＩに搭載された超音波センサー１は、送受信一体型に構成されている。この超
音波センサー１では、超音波センサー１の繰り返し発信周期に応じ、送信超音波が、音響
整合層３０及びレンズ部材３１を通じて送信される。送信超音波が所定の間隔で送信され
るなかで、測定対象物から反射された反射超音波が、音響整合層３０及びレンズ部材３１
を通って受信される。これらの送信超音波や反射超音波の波形信号に基づき、プローブＩ
の装置端末において、測定対象物に関する情報（位置や形状等）が検出される。
【００２４】
このような超音波センサー１によれば、後述のように、送受信感度のばらつきを抑制し
、受信感度の向上化を図ることができる。従って、プローブＩに超音波センサー１を搭載
することで、検出感度に優れた超音波デバイスとなる。超音波センサー１は、送受信一体
型に限定されず、送信専用型や受信専用型等にも適用できる。超音波センサー１を搭載可
能な超音波デバイスは、プローブＩに限定されない。
【００２５】
また、超音波センサー１は、詳細は後述するが、振動板５０の圧電素子１７とは反対側
が超音波の通過領域となる型（ＣＡＶ面型）に限定されず、振動板５０の圧電素子１７側
が超音波の通過領域となる型（ＡＣＴ面型）にも適用できる。ＣＡＶ面型の超音波センサ
ー１は、ＡＣＴ面側の超音波センサーと比べて、測定対象物に対して超音波素子１０を構
成する圧電素子１７が離れた位置にある。従って、外部からの水分が圧電素子１７に極め
て到達し難い構成となり、使用時の電気的安全性に優れる超音波センサー１となる。しか
も、圧電素子１７が薄膜である場合、製造時のハンドリング性も向上させることができる
ので、超音波センサー１の取り扱いが容易となる。なお、ＡＣＴ面型の超音波センサー１
Ｂ（図６参照）の詳細については後述する。
【００２６】
（超音波センサー）
図２は、超音波センサーの分解斜視図である。図１及び図２に示すように、超音波セン
サー１は、超音波素子１０、音響整合層３０、レンズ部材３１及び包囲板４０を含んで構
成されている。図２において、包囲板４０と支持部材４１とは別体に示されているが、実
際には、図１に示すように、両者は一体的に構成されている。なお、超音波センサー１は
、上記の構成に限定されず、他の要素を含んで構成されてもよい。
【００２７】
超音波センサー１がＣＡＶ面型に構成されていることから、音響整合層３０は、空間２
０内に設けられている。音響整合能を有する樹脂等が基板１１の空間２０内等に充填され
て音響整合層３０を構成することで、超音波素子１０及び測定対象物の間で音響インピー
ダンスが急激に変化することを防止でき、その結果、超音波の伝播効率の低下を防止する
ことができる。そのような音響整合層３０に適用可能な材料としては、例えば、シリコー
ンオイル、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等のシリコーン系材料等の流動性を有する材
料（流動材）が挙げられる。ただし、音響整合層３０に適用可能な材料は、前記の例に限
定されず、超音波センサー１の用途等に応じた材料を適宜選択して用いることができる。
なお、基板１１及び空間２０の詳細については、後述する。
【００２８】
レンズ部材３１は、基板１１上の振動板５０とは反対側に設けられている。レンズ部材
３１は、超音波を収束させる役割を有している。超音波を電子フォーカス法で収束させる
場合等には、レンズ部材３１は省略可能である。また、レンズ部材３１は、超音波の収束
機能を有しない保護板等に代替させることも可能である。本実施形態では、上記の音響整
合層３０が、レンズ部材３１と基板１１との接合機能又は接着機能も有している。レンズ
部材３１と基板１１との間に音響整合層３０を介在させ、超音波センサー１が構成されて
いる。レンズ部材３１は、上述した音響整合層３０のシリコーン系材料等と同様のものか
ら構成できる。ただし、レンズ部材３１に適用可能な材料は、前記の例に限定されず、超
音波センサー１の用途等に応じた材料を適宜選択して用いることができる。音響整合層３
０と同様の材料を用いることにより、音響整合層３０とレンズ部材３１との接合又は接着
を容易に行うことができる。なお、振動板５０の詳細については、後述する。
【００２９】
包囲板４０は、振動板５０の第２の面５０ｂ側に設けられている。包囲板４０の中央に
は凹部（圧電素子保持部３２）が形成され、この圧電素子保持部３２の周囲は、包囲板４
０の縁部４０ａ及び面４０ｂで囲われている。圧電素子保持部３２によって、超音波素子
１０の周囲の領域（超音波素子１０の上面及び側面を含む領域）が覆われる。従って、超
音波素子１０の上面は包囲板４０の面４０ｂで覆われ、側面は縁部４０ａで覆われること
になる。
【００３０】
圧電素子保持部３２のＺ方向の長さは８０μｍであるが、前記の値に限定されない。圧
電素子保持部３２の長さは、超音波素子１０の駆動を阻害しない程度のスペースが確保さ
れる値であればよい。また、圧電素子保持部３２は、空気で満たされていてもよく、樹脂
で満たされていてもよい。
【００３１】
包囲板４０は、縁部４０ａ及び後述する支持部材４１を介して、振動板５０と接着又は
接合されている。包囲板４０の接着又は接合には、接着剤等を用いることができるが、前
記の例に限定されない。包囲板４０の厚さは４００μｍであるが、前記の値に限定されな
い。
【００３２】
超音波センサー１には、包囲板４０の面４０ｂと振動板５０の第２の面５０ｂとの間、
且つ、超音波素子１０と重ならない位置に、支持部材４１が設けられており、この支持部
材４１により振動板５０を支持できる。このため、例えば、レンズ部材３１を超音波素子
１０に実装する際や、超音波素子１０とレンズ部材３１の密着性を確保する際に、レンズ
部材３１を音響整合層３０側に押圧することがある。レンズ部材３１を具備していない場
合や、レンズ部材３１の代わりに他の部材を設けた場合にも、各部材の密着性を確保する
ため、音響整合層３０側から振動板５０に押圧力を付すこともある。超音波センサー１で
は、支持部材４１を具備して構成されているため、上記の通り、所定の外圧が振動板５０
に加わったとしても、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
【００３３】
また、支持部材４１が超音波素子１０と重ならない位置に設けられているため、圧電素
子１７が支持部材４１によって過度に拘束されることが回避される。よって、支持部材４
１を設けていない場合と比べて、超音波の送信効率や受信効率が過度に低下することも防
止される。
【００３４】
ここで、超音波素子１０と重ならない位置とは、超音波素子１０をＺ方向から見たとき
、後述する能動部（超音波素子１０を構成する第１電極１４と第２電極１６とで挟まれた
部分（図５等参照））に重ならない位置である。特に、超音波センサー１では、後述する
隔壁１９よりも狭い幅を有している支持部材４１が、Ｘ方向に沿って整列する超音波素子
１０間に設けられている。つまり、超音波センサー１では、超音波素子１０をＺ方向から
見たとき、支持部材４１が、後述する可動部（振動板５０の第２の面５０ｂ側のうち空間
２０に対応する部分）にすら重なっていない。このため、支持部材４１を設けていない場
合と比べ、超音波送信効率や受信効率が過度に低下することが確実に防止される。支持部
材４１は、接着剤等により超音波素子１０側に接着又は接合されているが、この手法は前
の例に限定されない。
【００３５】
支持部材４１は、Ｙ方向に沿って延びる梁形状を有している。これによれば、Ｙ方向に
亘る広い範囲で振動板５０を支持できる。梁形状の支持部材４１は、Ｙ方向ではなく、Ｘ
方向に沿って延在していてもよい。梁形状の支持部材４１は、延在する片方の端部が包囲
板４０の縁部４０ａから離れていてもよい。延在方向の少なくとも片方の端部が包囲板４
０の縁部４０ａに接していれば、本発明の梁形状の支持部材４１に含まれる。
【００３６】
勿論、支持部材４１は、梁形状を有していなくてもよい。支持部材４１は、延在方向に
直線状でなくてもよい。支持部材４１の作製手法によっては、支持部材４１のＸＹ平面の
断面積がＺ方向に応じて異なる態様となる場合があるものの、かかる態様も、振動板５０
を支持できる限り、本発明の支持部材４１に含まれる。
【００３７】
圧電素子保持部３２の中心部分は、包囲板４０の縁部４０ａから比較的離れている。従
って、振動板５０において、圧電素子保持部３２の中心部分に対応する中心箇所Ｃでは、
支持部材４１がない場合に剛性が低くなりやすい。そこで、支持部材４１は、そのような
振動板５０の中心箇所Ｃを支持するように、圧電素子保持部３２の中心部分に設けられて
いる。これにより、より高い信頼性を確保できる。
【００３８】
超音波センサー１において、支持部材４１の数、配置、形状等は種々に選択が可能であ
る。例えば、支持部材４１は複数であってもよい。その場合、支持部材４１は、圧電素子
保持部３２内に、等間隔に設けられることが好ましい。これによれば、振動板５０を万遍
なく支持できる。従って、振動板５０の数は、３つ以上の奇数であることが好ましい。こ
れは、圧電素子保持部３２内に支持部材４１を等間隔に設けたとき、その真ん中の支持部
材４１が、振動板５０の中心箇所Ｃの近傍に位置し得るためである。例えば、支持部材４
１の数は、３つ程度であるとバランスがよい。勿論、支持部材４１は、振動板５０の中心
箇所Ｃからずれた部分のみに設けられてもよい。
【００３９】
梁形状の支持部材４１は、包囲板４０をウェットエッチングすることで作製されたもの
である。このように、支持部材４１は、包囲板４０の構成材料を活かして作製されており
、包囲板４０と同一の構成を有している。ウェットエッチングは、例えばドライエッチン
グに比べ、加工精度は劣るものの、短時間で多くの領域を削ることができるため、梁形状
の支持部材４１を作製するのには好適な手法である。
【００４０】
超音波素子１０は、基板１１、振動板５０及び圧電素子１７を含んで構成されている。
なお、超音波素子１０は、上記の構成に限定されず、他の要素を含んで構成されてもよい
。
【００４１】
基板１１には、複数の隔壁１９が形成されている。この複数の隔壁１９により、Ｘ方向
及びＹ方向に沿って、複数の空間２０（キャビティ）が区画されている。空間２０は、Ｚ
方向に基板１１を貫通するように形成されている。つまり、基板１１には、その振動板５
０側に開口した開口部１８が形成されている。開口部１８（空間２０）は、二次元状、即
ち、Ｘ方向に複数且つＹ方向に複数形成されている。開口部１８（空間２０）の配列や形
状は、種々に変形が可能である。例えば、開口部１８（空間２０）は、一次元状、即ち、
Ｘ方向及びＹ方向の何れか一方の方向に沿って複数形成されてもよい。また、開口部１８
（空間２０）は、超音波素子１０をＺ方向から見たときに、正方形状（Ｘ方向とＹ方向と
の長さの比が１：１）に形成されてもよいし、長方形状（Ｘ方向とＹ方向との長さの比が
１：１以外）に形成されてもよい。
【００４２】
基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶基板を用いることができるが、これに限定
されるものではない。例えば、ＳＯＩ基板やガラス基板等を用いてもよい。
【００４３】
振動板５０は、開口部１８（空間２０）を塞ぐように基板１１上に設けられており、基
板１１上に形成された弾性膜１２と、弾性膜１２上に形成された絶縁体膜１３とによって
構成されている。以降、振動板５０の基板１１側の面を第１の面５０ａと称し、第１の面
５０ａに対向する面を第２の面５０ｂと称する。振動板５０は、この場合、弾性膜１２に
よって第１の面５０ａが構成され、絶縁体膜１３によって第２の面５０ｂが構成される。
【００４４】
本実施形態では、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる弾性膜１２と、酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯ２）等からなる絶縁体膜１３とで振動板５０を構成したが、これに限定され
るものではない。例えば、弾性膜１２又は絶縁体膜１３の何れか一方でもよく、又は他の
膜としてもよい。或いは、振動板５０を設けずに、後述する第１電極１４のみが振動板と
して機能するようにしてもよい。基板１１上に第１電極１４を直接設ける場合には、第１
電極１４を絶縁性の保護膜等で保護することが好ましい。また、弾性膜１２は、基板１１
と別部材でなくてもよい。基板１１の一部を薄く加工し、これを弾性膜１２として使用し
てもよい。
【００４５】
ここで、振動板５０の第２の面５０ｂ側のうち、空間２０に対応する部分を可動部と称
する。可動部は、圧電素子１７の変位によって振動が生じる部分である。例えば、圧電素
子１７に電圧を印加したとき、可動部に振動が生じる。この振動によって空間２０内の媒
質である音響整合層３０に圧力変動が生じ、この圧力変動に応じて超音波センサー１から
送信超音波が送信され、或いは、受信超音波が受信される。
【００４６】
振動板５０は、空間２０に対応する領域（可動部）が、圧電素子１７に電圧を印加して
いない状態で、空間２０とは反対側に凸（即ち上凸）となる撓みを有している。かかる撓
みを有する振動板５０となるように、圧電素子１７が構成されている。本明細書において
、空間２０とは反対側（＋Ｚ方向側）に凸であることは「上凸」で表される。また、空間
２０側（−Ｚ方向側）に凸であることは「下凸」で表される。超音波センサー１の型によ
って圧電素子１７近傍の構成が異なるが、振動板５０の空間２０に対向する側に圧電素子
１７が設けられている超音波センサー１であれば、何れの型でも、上記のように「上凸」
及び「下凸」と解釈される。
【００４７】
図３は、超音波センサーの構成例を示す平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ′線断面
図であり、図５は、Ｂ−Ｂ′線断面図である。なお、これらの各図においては、開口部１
８（空間２０）がＺ方向から見たときに長方形状（Ｘ方向とＹ方向との長さの比が１：２
）に形成された超音波センサー１を例示した。また、以降に示す図６及び図７についても
同様の形状の超音波センサー１とする。
【００４８】
図示するように、圧電素子１７は、弾性膜１２及び絶縁体膜１３からなる振動板５０上
に設けられており、振動板５０の開口部１８（空間２０）に対向する位置に設けられてい
る。圧電素子１７は、第１電極１４、圧電体層１５及び第２電極１６を含んで構成されて
いる。この圧電素子１７に対応する領域には開口部１８（空間２０）が形成され、これは
隔壁１９により区切られている。圧電素子１７のうち、第１電極１４と第２電極１６とが
Ｚ方向で重なった部分を能動部と称する。能動部は、選択された第１電極１４と第２電極
１６による電圧の印加により駆動される領域であり、上述した可動部内に存在する。
【００４９】
圧電素子１７は、第１電極１４と圧電体層１５と第２電極１６とを含む部分であり、圧
電素子１７をＺ方向から見たとき、開口部１８の内側の領域にある。即ち、圧電素子１７
のＸ方向及びＹ方向は、何れも開口部１８より短い。ただし、圧電素子１７のＸ方向が開
口部１８より長い場合や、圧電素子１７のＹ方向が開口部１８より長い場合も、本発明に
含まれる。
【００５０】
図示しないものの、圧電素子１７と振動板５０との間に、他の層が設けられてもよい。
例えば、圧電素子１７と振動板５０との間に、密着性を向上させるための密着層が設けら
れてもよい。このような密着層は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯＸ）層、チタン（Ｔｉ）
層、窒化シリコン（ＳｉＮ）層等から構成できる。
【００５１】
ここで、本実施形態では、圧電素子１７と、弾性膜１２及び絶縁体膜１３からなる振動
板５０とを合わせてアクチュエーター装置と称する。このアクチュエーター装置では、圧
電素子１７を構成する第１電極１４及び第２電極１６が、図示しない駆動回路に電気的に
接続されており、この駆動回路から第１電極１４及び第２電極１６に電気信号（駆動信号
）が入力されることで、圧電素子１７に電圧が印加され、圧電体層１５に分極が生じて圧
電素子１７及び振動板５０が変位する。また、圧電素子１７が変位すると、圧電体層１５
に分極が生じて表面電荷が発生する。表面電荷は、駆動回路にて電圧として検出される。
【００５２】
超音波センサー１は、送受信一体型に構成されているが、圧電素子１７は、送信専用型
、受信専用型、送受信一体型等の何れの型にも適用でき、ＣＡＶ型、ＡＣＴ型、送信専用
型、受信専用型、送受信一体型等に応じて、高い検出感度を有するように設計することが
可能である。
【００５３】
圧電素子１７を構成する圧電体層１５は、空間２０（開口部１８）毎にパターニングし
て構成されている。この圧電体層１５は、電気機械変換能力を有しており、厚さが３μｍ
以下、好ましくは０．３μｍ以上１．５μｍ以下の薄膜である。ただし、この膜厚に限定
されない。なお、第１電極１４と圧電体層１５との間に、他の層が設けられてもよい。例
えば、第１電極１４と圧電体層１５との間に、圧電体層１５を所定の配向に制御するため
の配向制御層（シード層）が設けられてもよい。このような配向制御層は、例えば、後述
する圧電体層１５と同様の材料を適宜選定することができる。
【００５４】
圧電体層１５は、電気機械変換能力を有していればよく、必要に応じて構成材料を適宜
選定することができる。圧電体層１５は、代表的にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系
のペロブスカイト構造を有する複合酸化物（ペロブスカイト型複合酸化物）を用いること
ができる。これによれば、圧電素子１７の変位量を確保しやすくなる。また、この他に、
鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニオブ（Ｎｂ）及びＴｉを含むＰＭＮ−ＰＴ系やＰ
ＭＮ−ＰＺＴ系の多成分系の複合酸化物等も適用できる。
【００５５】
また、圧電体層１５は、鉛を含まない非鉛系材料、例えば、ビスマス（Ｂｉ）及び鉄（
Ｆｅ）を含むＢＦＯ系の複合酸化物、Ｂｉ、バリウム（Ｂａ）、Ｆｅ及びＴｉを含むＢＦ
−ＢＴ系の複合酸化物、Ｂｉ、Ｆｅ（鉄）、マンガン（Ｍｎ）、Ｂａ及びＴｉを含むＢＦ
Ｍ−ＢＴ系の複合酸化物、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）及びＮｂを含むＫＮＮ系
の複合酸化物等のペロブスカイト型複合酸化物を用いることもできる。これによれば、環
境への負荷が少ない非鉛系材料を用いて超音波素子１０を実現できる。
【００５６】
なお、圧電体層１５は、前記の例に制限されず、他の元素（添加元素）を含んで構成し
てもよく、例えば、Ｍｎ、リチウム（Ｌｉ）、Ｂａ、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウ
ム（Ｓｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（
Ｓｂ）、Ｆｅ、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、Ｍｇ、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、ラン
タン（Ｌａ）、サマリウム（Ｓｍ）、セシウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含ん
でもよい。これらの添加元素の中では、Ｍｎを更に含むことが好ましい。これによれば、
リーク電流を抑制しやすくなり、例えば、非鉛系材料として信頼性の高い超音波素子１０
を実現できる。このような添加元素を含む圧電体層１５である場合も、複合酸化物がペロ
ブスカイト構造を有するように構成されることが好ましい。
【００５７】
ペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示される。この場合、Ａサ
イトは酸素（Ｏ）原子が１２配位しており、ＢサイトはＯ原子が６配位して８面体（オク
タヘドロン）をつくっている。なお、ペロブスカイト型複合酸化物がペロブスカイト構造
を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損・過剰等による不可避な化学量論の組成
のずれは勿論のこと、元素の一部置換等も許容され、これらは本実施形態のペロブスカイ
ト型複合酸化物に含まれる。
【００５８】
例えば、ＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物は、その組成式は（Ｂｉ、Ｂａ）（Ｆｅ、Ｔｉ）Ｏ
３として表され、ＡサイトにＢｉ及びＢａが、ＢサイトにＦｅ及びＴｉが位置している。
代表的な組成としては、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表される。かか
る混晶は、Ｘ線回折パターンで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムが単独では検出できな
いものをいう。ただし、特に断りが無い限り、ＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物は、混晶の組成
から外れる組成も含むものである。
【００５９】
また、ＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物は、そのＡサイトのＢｉをＬｉ、Ｓｍ、Ｃｅ等の添加
元素で置換するようにしてもよく、ＢサイトのＦｅをＡｌ、Ｃｏ等の添加元素で置換する
ようにしてもよい。これによれば、各種特性を向上させて構成や機能の多様化を図りやす
くなる。
【００６０】
通常、超音波センサーでは、超音波素子をＸ方向及びこれに直交するＹ方向に、二次元
的に並設しており、Ｘ方向をスキャン方向、Ｙ方向をスライス方向とする。本実施形態の
構成例では、スライス方向であるＹ方向に、１６個の超音波素子１０が並設され、スキャ
ン方向であるＸ方向に、６４個の超音波素子１０が並設されているが、図３及び図４には
、それぞれその一部のみを示している。このような超音波センサー１では、スキャン方向
（Ｘ方向）にスキャンしながら、スライス方向（Ｙ方向）に延びる列毎に駆動、即ち、超
音波の送信及び受信を行うことにより、スライス方向のセンシング情報を、スキャン方向
に連続して取得することができる。
【００６１】
また、通常、圧電素子を駆動する場合、何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極
を個別電極とする。例えば、Ｙ方向を一列とし、Ｘ方向に複数列ずつ配置された超音波素
子１０毎にグループ化され、当該グループ毎に駆動して、Ｘ方向にスキャンすることが行
われる場合には、何れか一方が共通電極で他方が個別電極という区別は現実的ではない。
何れにしても、超音波素子を二次元的に並列させた態様とする場合には、圧電素子を構成
する第１電極を一方向に亘るように設け、第２電極を前記一方向に直交する方向に亘るよ
うに設け、共通化された共通電極と信号電極との間に電圧を印加することにより、グルー
プ毎に圧電素子を駆動することが一般的に行われる。
【００６２】
本実施形態では、超音波センサー１の各電極の配置は特に限定されない。例えば、第１
電極１４について、Ｙ方向に延びた列を複数列毎に束ねて共通化してもよく、これを仮に
１チャンネルとし、このチャンネルをＸ方向に亘って複数設けてもよい。この場合、第１
電極１４は、複数列毎に共通化され、複数列１チャンネル毎に駆動可能となる。一般に、
共通化された電極は、共通電極（コモン電極（ＣＯＭ）とも呼ばれる）と呼ばれ、グルー
プ毎に共通化された電極は、信号電極（シグナル電極（ＳＩＧ）とも呼ばれる）と呼ばれ
る。
【００６３】
例えば、第２電極１６は、Ｘ方向に沿って一列に連続して設けられ、Ｙ方向に沿って複
数列設けられてもよい。このような構成においては、第２電極１６を１列毎に共通化して
、１チャンネル内の全ての圧電素子１７を同時に駆動し、順次各チャンネルを駆動すると
、Ｘ方向に沿った１次元のデータが取得できる。また、第２電極１６を１列毎又は複数列
毎に共通化し、１チャンネル内の圧電素子１７をグループ毎に順次駆動し、順次各チャン
ネルを駆動すると、ＸＹ方向の二次元データが取得できる。
【００６４】
なお、超音波センサー１では、Ｘ方向又はＹ方向の一方端又は両端に、図示しない外部
接続端子を具備することになる。また、本実施形態では、第１電極１４を信号電極とし、
第２電極１６を共通電極とする構成としたが、第２電極１６が信号電極、第１電極１４が
共通電極となるように、それぞれ配置して超音波センサー１を構成しても構わない。
【００６５】
圧電素子１７を構成する第１電極１４や第２電極１６の材料は、圧電素子１７を形成す
る際に酸化せず、導電性を維持できる電極材料であればよい。そのような材料としては、
例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｇ、ス
テンレス鋼等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴ
Ｏ）等の酸化スズ系導電材料、酸化亜鉛系導電材料、ルテニウム酸ストロンチウム（Ｓｒ
ＲｕＯ３）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）、元素ドープチタン酸ストロンチウム
等の酸化物導電材料、導電性ポリマー等を用いることができる。ただし、前記の材料に制
限されない。電極材料として、上記材料の何れかを単独で用いてもよく、複数の材料を積
層させた積層体を用いてもよい。第１電極１４の材料と第２電極１６の材料は、同一であ
ってもよく、異なっていてもよい。
【００６６】
（実施形態２）
（超音波デバイス）
図６は、本発明の実施形態２にかかる超音波センサーを搭載した超音波デバイスの構成
例を示す断面図である。本実施形態では、超音波デバイスとして超音波プローブ（プロー
ブ）を例示して説明する。図示するように、ＡＣＴ面型の超音波センサー１Ｂを具備して
、プローブＩＢが構成されていること以外は実施形態１の超音波センサー１と同様の構成
である。従って、超音波センサー１と同様の構成要素については、説明を適宜省略する。
【００６７】
ＡＣＴ面型の超音波センサー１Ｂでは、音響整合層３０は圧電素子１７の周囲に設けら
れている。これによれば、圧電素子１７は音響整合層３０により保護される。また、音響
整合層３０を構成する、上述したシリコーン系材料等の音響整合能を有する樹脂等（以下
、単に「樹脂」という）は、軟性材料であるため、超音波センサー１Ｂの振動特性の低下
を抑制することができる。そして、振動板５０は、空間２０に対応する領域が、圧電素子
１７に電圧を印加していない状態で音響整合層３０側に上凸となる撓みを有している。Ａ
ＣＴ面型の超音波センサー１Ｂでは、空間２０内は空気層とされている。
【００６８】
圧電素子１７に電圧を印加して圧電素子１７及び振動板５０を変位させることで、空間
２０内の媒質（空気層）に圧力変動が生じ、これにより送信超音波が送信される。また、
反射超音波を受けて空間内の媒質に圧力変動が生じると、圧電素子１７及び振動板５０が
変位し、これにより圧電素子１７から電圧が得られる。
【００６９】
（超音波デバイスの製造方法）
次に、超音波センサー１Ｂの製造方法について、図４〜図７を用いて説明する。図６及
び図７は、超音波センサーの製造方法の一例を示すＢ−Ｂ′線断面図である。
【００７０】
まず、図４及び図５に示すように、基板１１としてシリコン基板を準備する。次に、基
板１１を熱酸化することによって、その表面に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性
膜１２を形成する。更に、弾性膜１２上にスパッタリング法や蒸着法等でジルコニウム膜
を形成し、これを熱酸化することによって、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁
体膜１３を得る。このようにして、基板１１上に、弾性膜１２と絶縁体膜１３とからなる
振動板５０を形成する。
【００７１】
次に、振動板５０の絶縁体膜１３上に第１電極１４を形成する。第１電極１４は、例え
ばスパッタリング法、真空蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法等の気相法、
スピンコート法等の液相法等により形成することができる。次に、第１電極１４をパター
ニングする。第１電極１４のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ
：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）、イオンミリング等のドライエッチング
や、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。なお、第１電極
１４のパターニングにおける形状は、特に限定されない。
【００７２】
次に圧電体層１５を形成する。圧電体層１５の形成方法は限定されない。例えば、金属
錯体を含む溶液（前駆体溶液）を塗布乾燥し、更に高温で焼成することで金属酸化物を得
るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、ゾル−ゲ
ル法等の化学溶液法（湿式法）を用いることができる。その他、レーザーアブレーション
法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、エアロゾル・デポジション法等
、気相法、液相法、又は固相法により圧電体層１５を製造することができる。
【００７３】
例えば、湿式法によって形成された圧電体層１５は、詳細は後述するが、前駆体溶液を
塗布して前駆体膜を形成する工程（塗布工程）、前駆体膜を乾燥する工程（乾燥工程）、
乾燥した前駆体膜を加熱して脱脂する工程（脱脂工程）、及び、脱脂した前駆体膜を焼成
する工程（焼成工程）までの一連の工程によって形成された圧電体膜（不図示）を複数有
する。即ち、圧電体層１５は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返す
ことによって形成される。なお、上述した一連の工程において、塗布工程から脱脂工程ま
でを複数回繰り返した後に、焼成工程を実施してもよい。
【００７４】
湿式法によって形成された層や膜は、界面を有する。湿式法によって形成された層や膜
には、塗布又は焼成の形跡が残り、このような形跡は、その断面を観察したり、層内（又
は膜内）における元素の濃度分布を解析したりすることによって確認可能な「界面」とな
る。「界面」とは、厳密には層間又は膜間の境界を意味するが、ここでは、層又は膜の境
界付近を意味するものとする。湿式法によって形成された層や膜の断面を観察した場合、
このような界面は、隣の層や膜との境界付近に、他よりも色が濃い部分、又は他よりも色
が薄い部分として確認される。また、元素の濃度分布を解析した場合、このような界面は
、隣の層や膜との境界付近に、他よりも元素の濃度が高い部分、又は他よりも元素の濃度
が低い部分として確認される。圧電体層１５は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程
を複数繰り返して、或いは、塗布工程から脱脂工程までを複数回繰り返した後に焼成工程
を実施して形成される（複数の圧電体膜によって構成される）ため、各圧電体膜に対応し
て、複数の界面を有することとなる。
【００７５】
圧電体層１５を湿式法で形成する場合の具体的な手順の例は、次の通りである。まず、
金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなり、圧電体層１５を形成するための前駆体溶液を
調整する（調整工程）。そして、この前駆体溶液を、パターニングした第１電極１４上に
、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体膜を形成する（塗布工程）。次に、この前駆
体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させ（乾燥工程
）、更に乾燥した前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４５０℃程度に加熱して一定時
間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。更に、脱脂した前駆体膜をより高い温度
、例えば６５０℃〜８００℃程度に加熱し、この温度で一定時間保持することによって結
晶化させ、圧電体膜を形成する（焼成工程）。そして、上記の塗布工程、乾燥工程、脱脂
工程及び焼成工程を複数回繰り返すことにより、複数層の圧電体膜からなる圧電体層１５
を形成する。
【００７６】
なお、上述の前駆体溶液は、焼成により、上述したペロブスカイト型複合酸化物を形成
し得る金属錯体を、それぞれ有機溶媒に溶解又は分散させたものである。つまり、前駆体
溶液は、金属錯体の中心金属として、上述したペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る
各元素を含むものである。このとき、前駆体溶液中に、上記元素以外の元素を含む金属錯
体、例えば、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａ
ｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ａｌ等の添加物を含む金属錯体を更に混合し
てもよい。
【００７７】
上記各元素を含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、β−ジケトン
錯体等を用いることができる。前駆体溶液において、これらの金属錯体の混合割合は、ペ
ロブスカイト型複合酸化物に含まれる各金属元素が所望のモル比となるように混合すれば
よい。
【００７８】
前駆体溶液の作製に用いられる有機溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール
、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコ
ール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、
酢酸、オクチル酸、２−ｎ−ブトキシエタノール、ｎ−オクタン等、又はこれらの混合溶
媒等が挙げられる。なお、前駆体溶液は、各金属錯体の分散を安定化する添加剤を含んで
もよい。このような添加剤としては、２−エチルヘキサン酸等が挙げられる。
【００７９】
乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ラン
プの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装
置、ホットプレート等が挙げられる。
【００８０】
次いで、複数の圧電体膜からなる圧電体層１５をパターニングする。パターニングは、
いわゆる、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングや、エッチン
グ液を用いたウェットエッチングによって行うことができる。なお、圧電体層１５のパタ
ーニングにおける形状は、特に限定されない。
【００８１】
次に、パターニングした圧電体層１５上に第２電極１６を形成する。第２電極１６は、
第１電極１４と同様の方法により形成することができる。なお、第２電極１６のパターニ
ングにおける形状は、特に限定されない。本実施形態では、圧電体層１５上に第２電極１
６を形成する前後で、必要に応じて６００℃〜８００℃程度の温度域で再加熱処理（ポス
トアニール）を行ってもよい。このように、ポストアニールを行うことで、圧電体層１５
と第１電極１４や第２電極１６との良好な界面を形成することができ、且つ圧電体層１５
の結晶性を改善することができる。
【００８２】
以上の工程によって、第１電極１４と圧電体層１５と第２電極１６とを備えた圧電素子
１７が完成する。
【００８３】
次に、図７に示すように、基板１１の圧電素子１７とは反対側の面に、図示しないマス
ク膜を形成し、これを所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜を介して、基
板１１に対してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング
）を実施して、基板１１を複数の隔壁１９によって区画して、空間２０を形成する。この
空間２０内は空気層とされている。
【００８４】
次に、基板１１の圧電素子１７形成面側の周囲に、壁部を設けて当該壁部内に後述する
流動材を注入し、当該流動材を硬化して、厚さが８０μｍ〜１００μｍであって表面が平
坦の音響整合層３０を形成し、これに準備したレンズ部材３１を取り付ける。レンズ部材
３１の厚さは２００μｍであるが、超音波ビームを形成するため、圧電素子１７に対応す
る部分（レンズ部分）が曲面状に形成されており、最大肉厚部の厚みは６００μｍとなっ
ている。ただし、これらの厚さに限定されない。なお、実施形態１のＣＡＶ面型の超音波
センサー１では、基板１１の開口部１８（空間２０）形成面側の周囲に、壁部を設けて当
該壁部内に流動材を注入すること以外は、超音波センサー１Ｂと同様にして音響整合層３
０を形成し、これにレンズ部材３１を取り付ける。
【００８５】
以下、音響整合層３０にレンズ部材３１を取り付ける方法について説明する。取り付け
方法としては、例えば、音響整合層３０の接合面（＋Ｚ方向側の面）と、レンズ部材３１
の接合面（−Ｚ方向側の面）とを直接接合する方法が挙げられる。この直接接合は、音響
整合層３０とレンズ部材３１との両接合面が平坦面（平滑面）である場合、特に、音響整
合層３０及びレンズ部材３１が同一の材料で構成されている場合に行うことができる。好
ましい材料としては、シリコーンオイル、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等のシリコー
ン系材料等の流動材が挙げられる。
【００８６】
ここで、好ましい取り付け方法としては、音響整合層３０の接合面（＋Ｚ方向側の面）
と、レンズ部材３１の接合面（−Ｚ方向側の面）とを活性化（表面改質）し、これらを直
接接合する方法が挙げられる。これによれば、音響整合層３０とレンズ部材３１との接合
界面に接着剤等を介在させる必要がないため、接着剤等による音響整合層３０の厚さのば
らつきを低減して、超音波に基づいて生成される画像の分解能を向上させることができる
。また、これらの接合界面に接着剤等の他の部材を介在させないことで、超音波センサー
１Ｂ全体の設計上の誤差を低減することができる。なお、音響整合層３０及びレンズ部材
３１の両接合面のうち、何れか一方の接合面に活性化処理を施して両者を接合してもよい
。
【００８７】
音響整合層３０とレンズ部材３１との両接合面を活性化する際には、例えば、プラズマ
（ｐｌａｓｍａ）処理、紫外線（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）照射処理を行うことが
好ましい。ただし、各接合面を活性化することができ、両者を直接接合することができれ
ば、これらに限定されない。また、音響整合層３０とレンズ部材３１の両接合面のみを確
実に活性化することができるので、活性化処理に伴う超音波デバイスの構成部材の劣化を
最小限に抑えることができる。さらに、硬化収縮、塗布ばらつき、接着ばらつき等による
音響整合層３０の層厚変化の影響を低減することができ、製造コストの低減化を図ること
ができる。
【００８８】
また、音響整合層３０とレンズ部材３１の直接接合の後に、所定温度でアニール処理を
施してもよい。アニール処理の温度は、これらの接合界面における活性化接合を促進する
ことができれば特に限定されないが、超音波デバイスの構成部材への影響を考慮して、８
０℃〜１５０℃で行うことが好ましい。これによれば、これらの接合界面における活性化
接合を更に促進することができ、処理時間を短縮して製造コストを低減することができる
。
【００８９】
また、音響整合層３０とレンズ部材３１の各接合面を活性化した後に接着剤を塗布し、
両者を直接接着してもよい。接着剤を用いることで、音響整合層３０とレンズ部材３１と
の接着を更に強固にすることができる。この方法の場合、塗布ばらつき、接着ばらつき等
による音響整合層３０の層厚変化の影響を低減するために、接着剤を１μｍ〜２μｍの膜
厚になるように塗布することが好ましい。接着剤は、音響への影響を考慮して、音響整合
層３０を構成するシリコーン系材料等と同様の材料からなるものを用いることが好ましい
。
【００９０】
取り付け方法の他の例としては、音響整合層３０の接合面（＋Ｚ方向側の面）及びレン
ズ部材３１の接合面（−Ｚ方向側の面）の何れか一方の面、或いは両接合面に接着剤を塗
布し、これらを接着する方法が挙げられる。好ましい接着剤の膜厚は上述した通りである
が、両接合面に塗布する場合には、それぞれ０．５μｍ〜１μｍの膜厚になるように塗布
することが好ましい。
【００９１】
また、転写用フィルムの表面に塗布した接着剤を転写するフィルム転写により、音響整
合層３０の接合面（＋Ｚ方向側の面）及びレンズ部材３１の接合面（−Ｚ方向側の面）の
何れか一方の面、又は両接合面に、接着剤を塗布してもよい。転写用フィルムは、転写用
フィルムの表面の接着剤を音響整合層３０上及び／又はレンズ部材３１上に転写すること
ができれば特に限定されない。
【００９２】
フィルム転写では、粘度の低い（第１の粘度である）接着剤（低粘性接着剤）を転写用
フィルムの表面に塗布する。そして、転写用フィルムの表面の接着剤の粘度を調整する粘
度調整工程により、接着剤の粘度を高い状態（β状態）に調整し、粘度を上昇させた（第
２の粘度である）接着剤（調整接着剤）を音響整合層３０上及び／又はレンズ部材３１上
に転写してもよい。これによれば、転写用フィルム上に塗布した低粘性接着剤の厚みを低
粘性により均一にした後に粘度を上げることで、均一な厚みを保持した調整接着剤を音響
整合層３０及び／又はレンズ部材３１上に転写することができる。その結果、音響整合層
３０の厚さのばらつきを更に低減して、超音波に基づいて生成される画像の分解能を向上
させることができる。粘度調整工程においては、転写用フィルムの表面に塗布した低粘性
接着剤を半硬化させることで、粘度の高い状態（β状態）の調整接着剤に調整することが
できる。調整接着剤は、自重等により流動しない粘度に調整されているため、厚みの変動
を抑制することができる。
【００９３】
次に、図８に示すように、不要部分をダイシング等により切断・除去し、常法により、
複数の隔壁１９によって区画された基板１１上に包囲板４０等を設け、超音波センサー１
Ｂとする。なお、実施形態１のＣＡＶ面型の超音波センサー１では、包囲板４０と振動板
５０とを、縁部４０ａ及び支持部材４１を介して常法により接着又は接合し、超音波セン
サー１とする。
【００９４】
（他の実施形態）
以上説明した各実施形態では省略したが、例えば、振動板の圧電素子とは反対側が、測
定対象物に向けて発信される超音波や測定対象物から反射した超音波（エコー信号）の通
過領域となる構成とすることができる。これによれば、振動板の圧電素子とは反対側の構
成を簡素化させ、超音波等の良好な通過領域を確保できる。また、電極や配線等の電気的
領域や各部材の接着固定領域を測定対象物から遠ざけて、これらと測定対象物との間での
汚染や漏れ電流を防止しやすくなる。従って、汚染や漏れ電流を特に嫌う医療用の機器、
例えば超音波診断装置（超音波画像装置）、血圧計及び眼圧計にも好適に適用できる。
【００９５】
また、圧電素子を含む領域を封止する封止板を基板に接合するのが好ましい。これによ
れば、圧電素子を物理的に保護でき、また超音波センサーの強度も増加するため、構造安
定性を高めることができる。更に、圧電素子が薄膜として構成される場合には、その圧電
素子を含む超音波センサーのハンドリング性も向上させることができる。
【００９６】
また、上述した各実施形態では、開口部は、圧電素子毎に形成した例を示したが、これ
に限定されず、複数の圧電素子に対応して開口部を形成してもよい。例えば、スキャン方
向（Ｘ方向）に亘って並設される圧電素子の列に共通する開口部を設けてもよく、又は全
体に１つの開口部としてもよい。なお、このような複数の圧電素子に対して共通する開口
部を設けた場合には、圧電素子の振動状態が異なるようになるが、振動板の基板とは反対
側から、各圧電素子の間を押さえ込む部材等を設けて、独立した開口部を設けた場合と同
様な振動を行うようにしてもよい。
【００９７】
本発明の超音波センサーは、種々の圧力センサーとして用いることができる。例えば、
プリンター等の液体噴射装置において、インクの圧力を検知するセンサーとしても適用で
きる。また、本発明の超音波センサーの構成は、超音波モーター、圧電トランス、振動式
ダスト除去装置、圧力電気変換機、超音波発信機及び加速度センサー等に好適に応用でき
る。この種の超音波センサーの構成を利用して得られた完成体、例えば、上記の超音波セ
ンサーを搭載したロボット等も、超音波デバイスに含まれる。
【００９８】
ここで、上述した超音波センサーを用いた電子機器の一例について説明する。図９は超
音波画像装置の一例の概略構成を示す斜視図、図１０は超音波デバイスを示す平面図であ
る。本実施形態では、電子機器として超音波画像装置を例示して説明し、超音波デバイス
として超音波プローブ（プローブ）を例示して説明する。
【００９９】
図９に示すように、超音波画像装置１０１は、装置端末１０２と超音波プローブ（プロ
ーブ１０３）とを備える。装置端末１０２とプローブ１０３とはケーブル１０４で接続さ
れる。装置端末１０２とプローブ１０３とはケーブル１０４を通じて電気信号をやり取り
する。装置端末１０２には表示装置（ディスプレイパネル１０５）が組み込まれる。ディ
スプレイパネル１０５の画面は、装置端末１０２の表面に露出する。装置端末１０２では
、プローブ１０３の超音波センサー１（図１０参照）から送信され、検出された超音波に
基づき画像が生成される。画像化された検出結果は、ディスプレイパネル１０５の画面に
表示される。
【０１００】
図１０に示すように、プローブ１０３は、筐体１０６を有する。筐体１０６内には、複
数の超音波素子１０（図２等参照）がＸ方向及びＹ方向の二次元に配列された超音波セン
サー１が収納される。超音波センサー１は、その表面が筐体１０６の表面に露出するよう
に設けられる。超音波センサー１は、表面から超音波を出力すると共に、超音波の反射波
を受信する。また、プローブ１０３は、プローブ本体１０３ａに着脱自在となるプローブ
ヘッド１０３ｂを備えることができる。このとき、超音波センサー１は、プローブヘッド
１０３ｂの筐体１０６内に組み込むことができる。
【符号の説明】
【０１０１】
Ｉ，ＩＢ，１０３…プローブ、１，１Ｂ…超音波センサー、２…ＦＰＣ基板、３，１０
４…ケーブル、４…中継基板、５，１０６…筐体、６…耐水性樹脂、１０…超音波素子、
１１…基板、１２…弾性膜、１３…絶縁体膜、１４…第１電極、１５…圧電体層、１６…
第２電極、１７…圧電素子、１８…開口部、１９…隔壁、２０…空間、３０…音響整合層
、３１…レンズ部材、３２…圧電素子保持部、４０…包囲板、４０ａ…縁部、４０ｂ…面
、４１…支持部材、５０…振動板、５０ａ…第１の面、５０ｂ…第２の面、１０１…超音
波画像装置、１０２…装置端末、１０３ａ…プローブ本体、１０３ｂ…プローブヘッド、
１０５…ディスプレイパネル
【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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