(57)【要約】【課題】送受信感度を向上可能な超音波デバイス及び超音波装置を提供する。【解決手段】超音波デバイスは、振動部と第１電極と圧電体と第２電極とが、この順の積層方向に積層され、積層方向から平面視して、第１電極の外周縁は、圧電体の外周縁より大きく、圧電体は、振動部内に設けられる能動部と、能動部に接続されて振動部の内外に跨って設けられた引出部と、を備え、引出部は、能動部よりも幅寸法が小さく、第２電極は、能動部及び引出部上に設けられる。【選択図】図３
2018107571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と第１電極と圧電体と第２電極とが、この順の積層方向に積層され、
前記積層方向から平面視して、前記第１電極の外周縁は、前記圧電体の外周縁より大きく、
前記圧電体は、前記振動部内に設けられる能動部と、前記能動部に接続されて前記振動部の内外に跨って設けられた引出部と、を備え、
前記引出部は、前記能動部よりも幅寸法が小さく、
前記第２電極は、前記能動部及び前記引出部上に設けられる
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記引出部は、前記能動部と接続される接続部を備え、
前記接続部は、前記平面視において、前記能動部へ向かうにしたがって幅寸法が大きくなる
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第１電極は、前記平面視において、前記振動部を覆って設けられている
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記圧電体の前記能動部及び前記引出部の前記第１電極とは反対側の面が同一平面である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
複数の開口部を有する基板と、前記開口部を閉塞する支持膜と、を備え、
前記支持膜は、前記平面視において前記複数の開口部と重なる位置の前記支持膜を含む前記振動部と、前記振動部以外の支持部と、により構成され、
複数の前記振動部のそれぞれに前記能動部及び前記引出部を有する前記圧電体及び前記第２電極が設けられ、
前記引出部はそれぞれ、前記支持部において互いに接続され、前記引出部上に設けられる前記第２電極が電気的に接続されている
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第１電極は、複数の前記開口部が設けられたアレイ領域内で、前記支持部上で前記引出部及び前記第２電極が延設される第１領域以外の領域に設けられ、
前記引出部及び前記第２電極は、前記第１領域上に亘って設けられ、前記第１領域内において互いに接続される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第１領域内において、前記第１電極から独立する第３電極が設けられ、
前記引出部は、前記第３電極上に形成される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス及び超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の開口部が形成された基板と、各開口部を塞ぐように基板に設けられた振動板と、振動板の開口部と重なる領域（振動部）のそれぞれに設けられた圧電素子と、を備える超音波センサー（超音波デバイス）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
圧電素子は、振動部側から第１電極と圧電体と第２電極とが、順に積層されて構成される。超音波デバイスは、第１電極と第２電極との間の電圧印加によって駆動され、超音波を送信する。また、超音波デバイスは、超音波の受信時に、第１電極と第２電極との間の電位差の変化を、超音波の受信信号として出力する。
【０００３】
ここで、特許文献１の圧電素子では、積層方向から見た平面視において、第１電極は振動板の略全面に設けられ、圧電体は開口部内に設けられ、第２電極は圧電体上に設けられる。また、これら第１電極、圧電体、及び第２電極を覆い、かつ、第２電極の一部を露出させる絶縁膜が設けられる。また、複数の圧電素子間で第２電極を接続する導通配線が、絶縁膜上に設けられる。これにより、第１電極と第２電極との絶縁を確保しつつ、複数の第２電極を接続でき、第２電極が接続された複数の圧電素子を同時に駆動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６４４９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、特許文献１に記載の超音波デバイスでは、絶縁膜や導通配線によって、圧電体や振動部の変形が阻害され、超音波の送受信感度が低下するおそれがある。
すなわち、絶縁膜は、圧電素子の略全面を覆うように形成され、導通配線は、上記平面視において、振動部の内外に亘って絶縁膜上に形成されている。これら絶縁膜や導通配線の剛性によって、圧電体や振動部の変形が阻害され、超音波の送信感度及び受信感度が低下する、つまり送受信感度が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、送受信感度を向上させることができる超音波デバイス及び超音波装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、振動部と第１電極と圧電体と第２電極とが、この順の積層方向に積層され、前記積層方向から平面視して、前記第１電極の外周縁は、前記圧電体の外周縁より大きく、前記圧電体は、前記振動部内に設けられる能動部と、前記能動部に接続されて前記振動部の内外に跨って設けられた引出部と、を備え、前記引出部は、前記能動部よりも幅寸法が小さく、前記第２電極は、前記能動部及び前記引出部上に設けられることを特徴とする。
【０００８】
ここで、平面視において、第１電極と圧電体と第２電極とが互いに重なる領域は、電極間に電圧が印加された際に圧電素子が駆動する駆動領域である。
本適用例では、積層方向からの平面視（以下、単に平面視とも称す）において、第１電極の外周縁は、圧電体の外周縁よりも大きい。つまり、第１電極の外周縁が、圧電体の外周縁の外側に位置するため、圧電体の外周縁の内側に位置する場合と比べて、駆動領域の面積を増大させることができ、超音波デバイスの送受信感度を向上させることができる。
また、本適用例では、圧電体は、振動部内に設けられた能動部に接続され、振動部の内外に跨って設けられた引出部を有する。第２電極は、これら能動部及び引出部上に設けられ、第１電極との間の絶縁を維持しつつ、振動部内から振動部外に引き出される。このような構成では、第１電極と第２電極との間に絶縁膜を別途設ける必要がなく、当該絶縁膜により振動部の振動が阻害されないため、送受信感度の低下を抑制できる。
さらに、引出部の幅寸法が、能動部の幅寸法よりも小さいため、引出部の幅寸法が能動部と同じである場合と比べて、引出部による振動部の振動の阻害を抑制でき、送受信感度の低下を抑制できる。
以上から、本適用例では、超音波デバイスの送受信感度を向上させることができる。
【０００９】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記引出部は、前記能動部と接続される接続部を備え、前記接続部は、前記平面視において、前記能動部へ向かうにしたがって幅寸法が大きくなることが好ましい。
本適用例では、接続部は、能動部へ向かうにしたがって幅寸法が大きくなるため、引出部の強度の低下と、送受信感度の低下との両方を抑制できる。また、接続部への応力集中を抑制でき、当該応力により亀裂が生じることを抑制できる。
【００１０】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１電極は、前記平面視において、前記振動部を覆って設けられていることが好ましい。
本適用例では、第１電極によって振動部を覆うことにより、振動部に作用する応力を、第１電極によって緩和でき、当該応力によって振動部に亀裂が生じたり、振動特性が劣化したりすることを抑制できる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記圧電体の前記能動部及び前記引出部の前記第１電極とは反対側の面が同一平面であることが好ましい。
本適用例では、第２電極は、同一平面である能動部と引出部との一面に亘って形成される。このような構成では、第２電極の形成面に段差が形成されている場合と比べて、当該段差において第２電極が薄くなることによる配線抵抗の増大や、第２電極の断線等の不具合が生じるおそれがなく、第２電極の接続信頼性を向上させることができる。
【００１２】
本適用例の超音波デバイスにおいて、複数の開口部を有する基板と、前記開口部を閉塞する支持膜と、を備え、前記支持膜は、前記平面視において前記複数の開口部と重なる位置の前記支持膜を含む前記振動部と、前記振動部以外の支持部と、により構成され、複数の前記振動部のそれぞれに前記能動部及び前記引出部を有する前記圧電体及び前記第２電極が設けられ、前記引出部はそれぞれ、前記支持部において互いに接続され、前記引出部上に設けられる前記第２電極が電気的に接続されていることが好ましい。
本適用例では、基板の開口部以外の領域に設けられた支持部において、複数の引出部が互いに接続され、複数の第２電極が電気的に接続される。このような構成では、接続位置が、振動部外にあるため、振動部の振動が阻害されず、送受信感度の低下を抑制できる。
【００１３】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１電極は、複数の前記開口部が設けられたアレイ領域内で、前記支持部上で前記引出部及び前記第２電極が延設される第１領域以外の領域に設けられ、前記引出部及び前記第２電極は、前記第１領域上に亘って設けられ、前記第１領域内において互いに接続されることが好ましい。
本適用例では、支持部上で引出部及び第２電極が延設される第１領域とは異なる領域に第１電極が設けられる。ここで、第２電極と重なる位置（すなわち第１領域）に第１電極が形成されていると、電極間に電圧が印加された際の引出部の変形により、第２電極が断線するおそれがある。これに対して、本適用例では、引出部の変形による第２電極の断線という不具合が生じず、配線接続の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記第１領域内において、前記第１電極から独立する第３電極が設けられ、前記引出部は、前記第３電極上に形成されることが好ましい。
本適用例では、引出部は、第１領域において、第１電極とは独立する第３電極上に設けられる。このような構成では、支持部上に直に引出部を設ける場合と比べて、第１電極上に設けられた能動部における第２電極の形成面に対して、引出部における第２電極の形成面を同一平面とすることが容易であり、第２電極の断線を抑制できる。
【００１５】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、上記適用例の超音波デバイスと、前記超音波デバイスを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、上記適用例と同様に、平面視において、第１電極の外周縁は、圧電体の外周縁よりも大きいため、圧電体の外周縁よりも小さい場合と比べて、駆動領域の面積を増大させることができ、超音波デバイスの送受信感度を向上させることができる。
また、本適用例では、圧電体は、振動部内に設けられた能動部に接続され、振動部の内外に跨って設けられた引出部を有する。第２電極は、これら能動部及び引出部上に設けられ、第１電極との間の絶縁を維持しつつ、振動部内から振動部外に引き出される。このような構成では、第１電極と第２電極との間に絶縁膜を別途設ける必要がなく、当該絶縁膜により振動部の振動が阻害されないため、送受信感度の低下を抑制できる。
さらに、引出部の幅寸法が、能動部の幅寸法よりも小さいため、引出部の幅寸法が能動部と同じである場合と比べて、引出部による振動部の振動の阻害を抑制でき、送受信感度の低下を抑制できる。
以上から、本適用例では、超音波デバイスの送受信感度を向上させることができ、高精度の超音波測定を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態の超音波デバイスにおける素子基板を模式的に示す平面図。
【図４】第１実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図６】第１実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図７】第１実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図８】第１実施形態の超音波トランスデューサー及び比較例の特性を示す図。
【図９】第２実施形態の超音波デバイスにおける素子基板を模式的に示す平面図。
【図１０】第２実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図１１】第２実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図１２】第２実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図１３】第２実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図１４】第３実施形態の超音波トランスデューサーを模式的に示す平面図。
【図１５】変形例に係る超音波デバイスにおける素子基板を模式的に示す平面図。
【図１６】変形例に係る超音波デバイスにおける下部電極を模式的に示す平面図。
【図１７】変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図１８】変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に接触させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
【００１８】
［制御装置の構成］
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部１１と、表示部１２と、を備える。また、制御装置１０は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、を備える。制御装置１０は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置１を制御する。例えば、制御装置１０は、超音波プローブ２の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ２から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部１２に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部１２に表示させたりする。このような制御装置１０としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
【００１９】
［超音波プローブの構成］
図２は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納する超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、回路基板２３とにより超音波センサー２４が構成される。
【００２０】
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の回路基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
【００２１】
［回路基板の構成］
回路基板２３は、後述する超音波デバイス２２の共通端子４１３及び信号端子４１４（図３参照）と電気的に接続され、制御装置１０の制御に基づいて超音波デバイス２２を制御する。
具体的には、回路基板２３は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス２２に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス２２から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置１０に出力する。
【００２２】
［超音波デバイスの構成］
図３は、超音波デバイス２２を構成する素子基板４１を封止板４２側から見た場合について模式的に示す図である。また、図４は、図３に示すＡ−Ａ´線で切断した超音波デバイス２２の断面を模式的に示す断面図である。また、図５は、図３に示すＢ−Ｂ´線で切断した超音波デバイス２２の断面を模式的に示す断面図である。また、図６は、図３に示すＣ−Ｃ´線で切断した超音波デバイス２２の断面を模式的に示す断面図である。また、図７は、図３に示すＤ−Ｄ´線で切断した超音波デバイス２２の断面を模式的に示す断面図である。なお、図３では、超音波デバイス２２の＋Ｙ側の端部を含む一部のみを図示している。
超音波デバイス２２は、図４に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響層４３と、音響レンズ４４と、を含み構成される。なお、図５から図７では、封止板４２、音響層４３、及び音響レンズ４４の図示を省略している。
【００２３】
（素子基板の構成）
図３に示すように、素子基板４１を基板厚み方向（Ｚ方向であり積層方向に相当）から見た平面視（以下、単に平面視とも称す）において、素子基板４１の中央のアレイ領域Ａｒ１には、超音波の送受信を行う複数の超音波トランスデューサー４５が設けられる。複数の超音波トランスデューサー４５は、Ｘ方向（スキャン方向）及びＹ方向に沿ってマトリクス状に配置され、超音波トランスデューサーアレイ４６を構成する。超音波トランスデューサーアレイ４６は、複数の超音波トランスデューサー４５を含み、１つの送受信チャンネルとして機能する超音波トランスデューサーユニット４５０の複数が、Ｘ方向に沿って配置された１次元超音波アレイとして構成される。
超音波トランスデューサーユニット４５０については後述する。
【００２４】
素子基板４１は、基板に相当し、図４に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の封止板４２側（−Ｚ側）に設けられる支持膜４１２と、を備える。
ここで、以降の説明にあたり、基板本体部４１１の音響レンズ４４側の面を前面４１１Ａと称し、封止板４２側の面を背面４１１Ｂと称する。また、支持膜４１２の封止板４２とは反対側の面を超音波送受面４１２Ａと称し、封止板４２側の面を作動面４１２Ｂと称する。
【００２５】
基板本体部４１１は、支持膜４１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部４１１には、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４１１Ｃが設けられる。
【００２６】
支持膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１１Ｂに設けられる。支持膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。この支持膜４１２は、開口部４１１Ｃの背面４１１Ｂ側を閉塞する振動部４１２Ｃと、開口部４１１Ｃを構成する壁部４１１Ｄ上に位置する支持部４１２Ｄと、を有する。つまり、開口部４１１Ｃは、支持膜４１２の振動領域である振動部４１２Ｃの外縁を規定する。
【００２７】
複数の振動部４１２Ｃのそれぞれの作動面４１２Ｂには、圧電素子５が設けられている。なお、後に詳述するが、圧電素子５は、下部電極５１の下部電極本体部５１１、圧電膜６の能動部６１、及び上部電極５２の上部電極本体部５２１が順に積層された積層体として構成される。これら支持膜４１２の振動部４１２Ｃと、圧電素子５とにより、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。
【００２８】
このような超音波トランスデューサー４５では、下部電極本体部５１１及び上部電極本体部５２１の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることにより、振動部４１２Ｃを振動させて、超音波送受面４１２Ａ側から超音波を送信する。また、対象物から反射され、超音波送受面４１２Ａに入射する超音波により振動部４１２Ｃが振動されると、圧電膜６の上下、すなわち下部電極５１及び上部電極５２間に電位差が発生する。この下部電極５１及び上部電極５２間に発生する電位差を検出することにより、超音波を検出、つまり受信する。
【００２９】
（封止板の構成）
図２及び図４に示す封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
この封止板４２は、素子基板４１の共通端子４１３及び信号端子４１４に対向する位置には、開口部（図示略）が設けられ、当該開口部を介して、共通端子４１３及び信号端子４１４と回路基板２３とが、例えばＦＰＣ等により電気接続される。
【００３０】
（音響層及び音響レンズの構成）
音響層４３は、図４に示すように、素子基板４１の超音波送受面４１２Ａ側に配置される。すなわち、音響層４３は、開口部４１１Ｃ内に充填されている。
音響レンズ４４は、素子基板４１の前面４１１Ａ側、すなわち素子基板４１及び音響層４３の＋Ｚ側に配置される。音響レンズ４４は、生体表面に密着され、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内で収束させる。また、音響レンズ４４は、生体内で反射した超音波を、音響層４３を介して超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。
【００３１】
これら音響層４３及び音響レンズ４４の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。これにより、音響層４３及び音響レンズ４４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させることができ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝搬させることができる。
【００３２】
（超音波トランスデューサーユニットの構成）
超音波トランスデューサーユニット４５０は、図３に示すように、複数の超音波トランスデューサー４５がＹ方向に沿って配列され構成されたトランスデューサー列を、複数列（図３では４列）含み構成される。ここで、Ｙ方向に配列された超音波トランスデューサー４５の列のうち、−Ｘ側の２列を−Ｘ側列Ｌ１とも称し、＋Ｘ側の２列を＋Ｘ側列Ｌ２とも称す。本実施形態では、後述するように、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２において、複数の超音波トランスデューサー４５が、互いに並列接続されている。
なお、超音波トランスデューサーユニット４５０は、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２の中間位置を通りＹ方向に平行な仮想線に対して線対称であるため、以下、−Ｘ側列Ｌ１について主に説明する。
【００３３】
超音波トランスデューサー４５の圧電素子５は、下部電極５１と、圧電膜６と、上部電極５２と、の積層体として構成される。
下部電極５１は、下部電極本体部５１１と、複数の下部電極本体部５１１を互いに接続する下部電極接続部５１２と、を有する。下部電極５１の材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。
【００３４】
下部電極本体部５１１は、第１電極に相当し、平面視において、開口部４１１Ｃと重なる位置に形成される。本実施形態では、下部電極本体部５１１は、開口部４１１Ｃを覆って設けられ、下部電極本体部５１１の外縁は、開口部４１１Ｃの外縁の外側に位置する。
下部電極本体部５１１は、−Ｘ側列Ｌ１を構成する複数の超音波トランスデューサー４５のうち、Ｘ方向及びＹ方向に隣り合う４つの超音波トランスデューサー４５（以下、超音波トランスデューサー群４５１とも称す）に亘って設けられる。なお、±Ｙ側の端部に位置する超音波トランスデューサー４５については、下部電極本体部５１１は、２つの超音波トランスデューサー４５のみに亘って設けられる。＋Ｘ側列Ｌ２についても同様である。
【００３５】
下部電極接続部５１２は、−Ｘ側列Ｌ１において、複数の下部電極本体部５１１の−Ｘ側に、Ｙ方向に沿って設けられ、複数の下部電極接続部５１２を互いに接続する。また、下部電極接続部５１２は、＋Ｘ側列Ｌ２において、複数の下部電極本体部５１１の＋Ｘ側に、Ｙ方向に沿って設けられ、複数の下部電極接続部５１２を互いに接続する。
【００３６】
図３に示すように、下部電極５１は、アレイ領域Ａｒ１の±Ｙ側に位置する端子領域Ａｒ２において、共通端子４１３に接続される。この共通端子４１３は、例えば、回路基板２３の基準電位回路（図示省略）に接続され、基準電位に設定される。なお、図３では、アレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ側の端子領域Ａｒ２のみを図示しているが、アレイ領域Ａｒ１の−Ｙ側にも同様に端子領域Ａｒ２が設けられ、下部電極５１が共通端子４１３に接続される。
【００３７】
圧電膜６は、圧電体に相当し、能動部６１と、引出部６２と、を有する。圧電膜６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、具体的には、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを含むチタン酸ジルコン酸鉛を用いて形成される。
【００３８】
能動部６１は、複数の振動部４１２Ｃのそれぞれに設けられ、平面視において、能動部６１の外形寸法は、振動部４１２Ｃ（開口部４１１Ｃ）の寸法よりも小さい。この能動部６１は、下部電極５１及び上部電極５２間への電圧印加によって変形する。
【００３９】
引出部６２は、引出主部６２１と、第１延出部６２２と、第２延出部６２３と、を有する。
引出主部６２１は、各能動部６１から延出し、平面視において、Ｙ方向に沿って振動部４１２Ｃの内外に跨って設けられる。図３に示すように、超音波トランスデューサー群４５１を構成する４つの超音波トランスデューサー４５のうち、＋Ｙ側に位置する２つの超音波トランスデューサー４５では、引出主部６２１が能動部６１の＋Ｙ側に設けられる。また、超音波トランスデューサー群４５１を構成する４つの超音波トランスデューサー４５のうち、−Ｙ側に位置する２つの超音波トランスデューサー４５では、引出主部６２１が能動部６１の−Ｙ側に設けられる。
図３に示すように、引出主部６２１の延出方向（Ｙ方向）に直交する幅方向（Ｘ方向）における寸法は、能動部６１よりも小さい。
また、図６に示すように、引出主部６２１の上面（−Ｚ側の面）は、能動部６１の上面と同一平面である。
【００４０】
第１延出部６２２及び第２延出部６２３は、図３に示すように、平面視において、壁部４１１Ｄと重なる支持部４１２Ｄ上に延設される。
第１延出部６２２は、図３に示すように、超音波トランスデューサー群４５１の±Ｙ側のそれぞれに、Ｘ方向に沿って設けられる。Ｙ方向において、第１延出部６２２に隣りあう超音波トランスデューサー４５から引き出された引出主部６２１が、当該第１延出部６２２に接続する。すなわち、第１延出部６２２は、支持部４１２Ｄ上において引出主部６２１と接続する。
第２延出部６２３は、図３に示すように、超音波トランスデューサーユニット４５０のＸ方向における中央、すなわち−Ｘ側列Ｌ１と＋Ｘ側列Ｌ２との間に、Ｙ方向に沿って設けられる。
【００４１】
上部電極５２は、第２電極に相当し、下部電極５１と同様の金属材料を用いて、図３に示すように圧電膜６上に設けられる。この上部電極５２は、上部電極本体部５２１と、上部電極本体部５２１から引き出される上部電極引出部５２２と、複数の上部電極引出部５２２を互いに接続する上部電極接続部５２３と、上部電極接続部５２３から延出される上部電極延出部５２４と、を有する。
【００４２】
上部電極本体部５２１は、能動部６１上の略全面に設けられる。平面視において、下部電極本体部５１１、能動部６１、及び上部電極本体部５２１が重なる領域は、電圧印加時に圧電素子５が駆動する駆動領域である。なお、平面視における駆動領域のＸ方向及びＹ方向の寸法は、開口部４１１Ｃの寸法の０．７倍程度であり、これにより超音波トランスデューサー４５の送受信感度を向上させることができる。
【００４３】
上部電極引出部５２２は、引出主部６２１上に設けられ、能動部６１からＹ方向に引き出される。すなわち、上部電極引出部５２２は、同一平面である能動部６１の上面から引出主部６２１の上面に亘って設けられる。
上部電極接続部５２３は、平面視において、第１延出部６２２上に、Ｘ方向に沿って設けられる。この上部電極接続部５２３は、第１延出部６２２上において、複数の上部電極引出部５２２を互いに接続する。
上部電極延出部５２４は、平面視において、第２延出部６２３上に、Ｙ方向に沿って設けられる。上部電極延出部５２４は、図示を省略するが、複数の上部電極接続部５２３を互いに接続する。
なお、平面視において、上部電極接続部５２３及び第１延出部６２２が設けられた領域、並びに、上部電極延出部５２４及び第２延出部６２３が設けられた領域が、第１領域に相当する。
【００４４】
ここで、図３に示すように、平面視において、素子基板４１上の第１延出部６２２及び第２延出部６２３と重なる位置に、第３電極に相当する上部電極配線部５２５が設けられる。上部電極配線部５２５は、例えば、下部電極５１と同時に形成され、下部電極５１とは離間し、独立している。
上部電極配線部５２５は、図３に示すように、第１延出部６２２と第２延出部６２３とが交差する接続位置Ｐにおいて、上部電極延出部５２４と接続される。すなわち、図５及び図７に示すように、接続位置Ｐにおいて引出部６２の一部が除去され、上部電極配線部５２５上に上部電極延出部５２４が設けられる。
【００４５】
上部電極配線部５２５は、図３に示すように、端子領域Ａｒ２において、信号端子４１４に接続される。この信号端子４１４は、例えば、回路基板２３の送信回路や受信回路に接続される。なお、図３では図示を省略するが、アレイ領域Ａｒ１の−Ｙ側に設けられた端子領域Ａｒ２においても、上部電極配線部５２５が信号端子４１４に接続される。
【００４６】
上述のように、各超音波トランスデューサー４５の上部電極本体部５２１が互いに接続される。また、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２のそれぞれにおいて、各超音波トランスデューサー４５の下部電極本体部５１１が互いに接続される。すなわち、素子基板４１上において、−Ｘ側列Ｌ１を構成する各超音波トランスデューサー４５が並列接続される。同様に、素子基板４１上において、＋Ｘ側列Ｌ２を構成する各超音波トランスデューサー４５が並列接続される。
【００４７】
また、本実施形態では、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２は、回路基板２３において並列接続され、超音波トランスデューサーユニット４５０が一つの送受信チャンネルとして駆動される。すなわち、超音波トランスデューサーユニット４５０を構成する各超音波トランスデューサー４５は、回路基板２３において並列接続される。このような構成では、超音波を送信する際に、各超音波トランスデューサー４５を同時駆動できるため、超音波トランスデューサーユニット４５０における超音波の出力を増大させることができる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１の一部を除く略全面に、保護膜４１５が設けられている。具体的には、保護膜４１５は、各超音波トランスデューサー４５の駆動領域の少なくとも一部を露出させる開口を有する。保護膜４１５の形成材料として、例えば、ＡｌＯｘ、ＴａＯｘ、及びＢａＯｘ等の絶縁性を有する金属酸化物を用いることができる。
【００４９】
（超音波トランスデューサーの送受信感度）
図８は、超音波トランスデューサー４５と従来の超音波トランスデューサーとの送受信感度の一例を示す図である。
なお、図８では、比較例１として、下部電極及び上部電極の幅寸法が、圧電膜よりも小さく、かつ、一定である場合の超音波トランスデューサーの特性を例示している。また、比較例２として、上部電極の幅寸法が、比較例１に対して大きく、圧電膜の幅寸法と略同じである場合の超音波トランスデューサーの特性を例示している。すなわち、比較例２では、比較例１と比べて、圧電素子の駆動領域が大きい。
【００５０】
受信効率は、超音波プローブの静電容量をＣ１とし、ケーブル３の静電容量をＣ２とした際の比（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））である。図８に示すように、実施例１では、駆動領域が大きいため、比較例１及び比較例２に対して、受信効率が増大している。
【００５１】
受信感度は、所定の強度の超音波を受信した際の超音波トランスデューサーの出力値（電圧値）の大きさであり、比較例１を基準として示す。図８に示すように、受信感度は、比較例１に対して、比較例２ではわずかに減少している。また、実施例１では比較例２に対してさらに減少している。ここで、超音波トランスデューサーの出力値は、圧電膜の圧電定数と圧電膜の歪みとの積に比例する。圧電膜の歪みは、振動部４１２Ｃの中心部に近いほど大きく、外周部に近いほど小さくなる。したがって、振動部４１２Ｃに対する駆動領域の面積が大きい程、圧電膜の歪みが小さい領域を含むこととなり、受信感度が低下する。上述の理由により、実施例１では、比較例１及び比較例２よりも受信感度が低下している。
【００５２】
一方、送信感度は、所定の出力で超音波トランスデューサーが駆動された際に、振動部によって排除される媒質の体積（排除体積）であり、比較例１の送信感度を基準として示す。図８に示すように、比較例２では、比較例１よりも圧電素子の駆動領域が大きいため、送信感度が比較例１に対して約４割増大している。さらに、実施例１では、送信感度が比較例１に対して約７割増大している。これは、振動部を覆うように下部電極を設けたことにより、圧電素子の駆動領域が増大したことによる。
また、送信感度が大幅に増大することにより、送信感度と受信感度との積として得られる送受感度も増大している。図８に示すように、実施例１では、比較例１に対して４割以上増大しており、比較例２よりも大きくなっている。
【００５３】
以上のように、本実施形態の超音波トランスデューサー４５では、比較例１，２に対して、圧電素子５の駆動領域が大きく、これにより送受信感度も大きい。つまり、振動部４１２Ｃを覆うように下部電極本体部５１１を形成し、上部電極本体部５２１の幅寸法を大きくすることにより、受信感度はわずかに低下するものの、駆動領域が増大し、送信感度が大幅に増大するため、結果的に送受信感度が増大する。
なお、本実施形態では、比較例２に対して、引出主部６２１の幅寸法を、能動部６１の幅寸法よりも小さくすることにより、受信感度の低下を抑制することができる。
【００５４】
［第１実施形態の作用効果］
超音波トランスデューサー４５では、平面視において、下部電極本体部５１１の外周縁は、能動部６１の外周縁よりも大きい。このため、下部電極本体部５１１の外周縁が、能動部６１の外周縁よりも小さい場合と比べて、駆動領域の面積を増大させることができ、超音波デバイス２２の送受信感度を向上させることができる。
また、引出主部６２１は、振動部４１２Ｃの内外に跨って設けられ、能動部６１に接続される。上部電極５２は、能動部６１及び引出主部６２１上に設けられ、下部電極５１との間の絶縁を維持しつつ、振動部４１２Ｃから支持部４１２Ｄに亘って引き出される。このような構成では、上部電極引出部５２２を設ける際に、下部電極本体部５１１を覆う絶縁膜を別途設ける必要がなく、当該絶縁膜により振動部４１２Ｃの振動が阻害されないため、超音波デバイス２２の送受信感度の低下を抑制できる。
さらに、引出主部６２１の幅寸法が、能動部６１の幅寸法よりも小さいため、引出主部６２１の幅寸法が能動部６１と同じである場合と比べて、引出主部６２１による振動部４１２Ｃの振動の阻害を抑制でき、送受信感度の低下を抑制できる。
【００５５】
また、振動部４１２Ｃを覆うように下部電極本体部５１１が設けられているため、変形時の振動部４１２Ｃの応力を、下部電極本体部５１１の弾性によって緩和でき、振動部４１２Ｃに亀裂が生じたり、振動部４１２Ｃの特性が変化したりすることを抑制できる。
また、能動部６１が下部電極本体部５１１上に設けられているため、同様に、下部電極本体部５１１の弾性により、能動部６１の応力を緩和でき、能動部６１に亀裂が生じたり、圧電特性が変化したりすることを抑制できる。
さらに、能動部６１を下部電極本体部５１１上に設けるため、下部電極本体部５１１に応じた所望の結晶方位を有する能動部６１を形成でき、能動部６１における圧電体結晶の均一性を向上させることもできる。
【００５６】
上部電極５２は、同一平面である能動部６１及び引出部６２の上面に形成されている。このような構成では、上部電極５２の形成面に段差が形成されている場合と比べて、当該段差において上部電極５２が薄くなることによる配線抵抗の増大や断線等の不具合が生じるおそれがなく、上部電極５２の接続信頼性を向上させることができる。例えば、上部電極引出部５２２は、能動部６１の上面と同一平面である引出部６２の上面に形成されている。したがって、能動部６１と引出部６２との境界位置において、上記不具合が発生することがない。
【００５７】
引出主部６２１は、支持部４１２Ｄ上において第１延出部６２２及び第２延出部６２３を介して互いに接続される。また、上部電極引出部５２２は、第１延出部６２２及び第２延出部６２３上において、上部電極接続部５２３及び上部電極延出部５２４を介して互いに接続される。このような構成では、平面視において、接続位置が、振動部４１２Ｃ上になく振動部４１２Ｃの振動が阻害されないため、送受信感度の低下を抑制できる。
【００５８】
下部電極５１は、支持部４１２Ｄ上における、上部電極接続部５２３及び第１延出部６２２が設けられた領域、並びに、上部電極延出部５２４及び第２延出部６２３が設けられた領域（第１領域）以外の領域に形成されている。また、引出部６２及び上部電極５２は、第１領域上に亘って設けられる。そして、下部電極５１が設けられない第１領域において、上部電極接続部５２３及び上部電極延出部５２４を介して、上部電極引出部５２２が、互いに接続される。
ここで、第１領域に下部電極５１が形成されていると、下部電極５１と上部電極５２との間に電圧が印加された際の第１延出部６２２及び第２延出部６２３変形により、上部電極接続部５２３や上部電極延出部５２４が断線するおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記不具合が生じず、配線接続の信頼性を向上させることができる。また、第１領域において、上部電極５２が下部電極５１に導通することを抑制でき、配線接続の信頼性を向上させることができる。また、支持膜４１２の略全域を、下部電極５１又は圧電膜６で覆うことができ、支持膜４１２の劣化を抑制できる。
【００５９】
上記第１領域において、支持膜４１２上に、上部電極配線部５２５が設けられる。そして、第１延出部６２２及び第２延出部６２３は、上部電極配線部５２５上に設けられる。これにより、支持部４１２Ｄ上に直に第１延出部６２２及び第２延出部６２３を設ける場合と比べて、下部電極本体部５１１上に設けられた能動部６１の上面と、引出部６２の上面とを同一平面とすることが容易である。したがって、圧電膜６の上面を平坦面とすることが容易であり、上部電極５２の信頼性を向上させることができる。
【００６０】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。
第１実施形態の超音波デバイスでは、超音波トランスデューサーユニット４５０を構成する複数の超音波トランスデューサー４５が、並列に接続されていた。これに対して、第２実施形態では、上記複数の超音波トランスデューサーの一部が直列に接続されている点で相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００６１】
［超音波デバイスの構成］
図９は、超音波デバイス２２Ａを構成する素子基板４１を、封止板４２側から見た場合について模式的に示す図である。また、図１０は、図９に示すＥ−Ｅ´線で切断した超音波デバイス２２Ａの断面を模式的に示す断面図である。また、図１１は、図９に示すＦ−Ｆ´線で切断した超音波デバイス２２Ａの断面を模式的に示す断面図である。また、図１２は、図９に示すＧ−Ｇ´線で切断した超音波デバイス２２Ａの断面を模式的に示す断面図である。また、図１３は、図９に示すＨ−Ｈ´線で切断した超音波デバイス２２Ａの断面を模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２Ａでは、第１実施形態と同様に、超音波トランスデューサーアレイ４８は、複数の超音波トランスデューサー４７がマトリクス状に配置され構成される。また、超音波トランスデューサーアレイ４８は、１つの送受信チャンネルである超音波トランスデューサーユニット４７０の複数が、Ｘ方向（スキャン方向）に沿って配置された１次元超音波アレイとして構成される。
図１０〜図１３では、超音波トランスデューサーアレイ４８の一部を図示している。
【００６２】
（超音波トランスデューサーユニットの構成）
超音波トランスデューサーユニット４７０は、図９に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー４７を含み構成される。本実施形態では、超音波トランスデューサーユニット４７０は、Ｙ方向に沿って配列された超音波トランスデューサー４７の列のうち、Ｘ方向に隣り合う２列により構成される。図９には、Ｘ方向に隣り合う二つの超音波トランスデューサーユニット４７０を図示する。
超音波トランスデューサーユニット４７０は、複数の超音波トランスデューサー４７を含む超音波トランスデューサー群４７１が、Ｙ方向に複数配置され構成されている。なお、超音波トランスデューサー群４７１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配置された４つの超音波トランスデューサー４５を含む。
以下、説明の便宜上、図９に示す二つの超音波トランスデューサーユニット４７０のうちの−Ｘ側を第１ユニット４７０Ａとも称し、＋Ｘ側を第２ユニット４７０Ｂとも称する。
【００６３】
ここで、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂは、第１ユニット４７０Ａと第２ユニット４７０ＢとのＸ方向の中間位置を通り、Ｙ方向に平行な仮想線に対して線対称の関係にある。
また、Ｙ方向に隣接する二つの超音波トランスデューサー群４７１は、これら二つの超音波トランスデューサー群４７１の中間位置を通り、Ｘ方向に平行な仮想線に対して線対称の関係にある。
したがって、以下の説明では、第１ユニット４７０Ａについて主に説明する。また、図９の中央部に図示する超音波トランスデューサー群４７１について主に説明する。
【００６４】
第１ユニット４７０Ａを構成する超音波トランスデューサー群４７１のうち、Ｙ方向に沿って隣接する２つの超音波トランスデューサー４７は直列接続され、直列部４７２を構成する。また、超音波トランスデューサー群４７１のうちＸ方向に隣り合う二つの直列部４７２は互いに並列に接続される。また、複数の超音波トランスデューサー群４７１のそれぞれに含まれる直列部４７２も互いに並列接続される。
なお、以下の説明では、直列部４７２に含まれる２つの超音波トランスデューサー４７のうち、−Ｙ側を第１超音波トランスデューサー４７Ａと、＋Ｙ側を第２超音波トランスデューサー４７Ｂとも称す。
【００６５】
超音波トランスデューサー４７は、振動部４１２Ｃと、振動部４１２Ｃ上に設けられた圧電素子５と、を備え、圧電素子５は、下部電極５３と、圧電膜６と、上部電極５４と、の積層体として構成される。
【００６６】
下部電極５３は、第１超音波トランスデューサー４７Ａ及び第２超音波トランスデューサー４７Ｂに含まれる２つの開口部４１１Ｃを覆うように形成される。下部電極５３は、第１超音波トランスデューサー４７Ａ及び第２超音波トランスデューサー４７Ｂに共通の電極である。すなわち、下部電極５３は、各直列部４７２のそれぞれに個別に設けられる。また、下部電極５１は、他の電極や配線と離間している。
【００６７】
圧電膜６は、能動部６１と、第１超音波トランスデューサー４７Ａの能動部６１に接続する第１引出部６３と、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの能動部６１に接続する第２引出部６４と、を有する。
【００６８】
第１引出部６３は、第１引出主部６３１と、第１延出部６３２と、を有する。
第１引出主部６３１は、第１超音波トランスデューサー４７Ａの能動部６１から−Ｙ側に引き出され、平面視において、振動部４１２Ｃ（開口部４１１Ｃ）から支持部４１２Ｄ（壁部４１１Ｄ）に亘って設けられる。第１引出主部６３１の幅寸法は、能動部６１の幅寸法よりも小さい。
【００６９】
第１延出部６３２は、平面視において、支持部４１２Ｄと重なる領域に設けられる。
具体的には、第１延出部６３２は、第１超音波トランスデューサー４７Ａの−Ｙ側の支持部４１２Ｄ上と（図１２参照）、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂの間の支持部４１２Ｄ上と（図１０参照）、に設けられる。
第１超音波トランスデューサー４７Ａの−Ｙ側では、第１延出部６３２は、Ｘ方向に沿って、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂに亘って設けられ、第１超音波トランスデューサー４７Ａから引き出された各第１引出主部６３１と接続する。なお、第１引出主部６３１及び第１延出部６３２の上面（−Ｚ側の面）は、同一平面である。
また、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂの間では、第１延出部６３２は、複数の超音波トランスデューサー群４７１に亘り、Ｙ方向に沿って設けられる。
【００７０】
第２引出部６４は、第２引出主部６４１と、第２延出部６４２と、を有する。
第２引出主部６４１は、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの能動部６１から＋Ｙ側に引き出される点以外、第１引出主部６３１と同様に構成される。
第２延出部６４２は、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの＋Ｙ側の支持部４１２Ｄ上と（図１２参照）、第１ユニット４７０Ａの−Ｘ側の支持部４１２Ｄ上と、に設けられる。第２超音波トランスデューサー４７Ｂの＋Ｙ側では、第２延出部６４２は、Ｘ方向に沿って、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂに亘って設けられ、第２超音波トランスデューサー４７Ｂから引き出された各第２引出主部６４１と接続する。なお、第２引出主部６４１及び第２延出部６４２の上面（−Ｚ側の面）は、同一平面である。また、第１ユニット４７０Ａの−Ｘ側では、第２延出部６４２は、複数の超音波トランスデューサー群４７１に亘り、Ｙ方向に沿って設けられる。
【００７１】
上部電極５４は、圧電膜６上に設けられ、上部電極本体部５４１と、第１上部電極引出部５４２Ａと、第２上部電極引出部５４２Ｂと、第１上部電極接続部５４３Ａと、第２上部電極接続部５４３Ｂと、第１上部電極延出部５４４Ａと、第２上部電極延出部５４４Ｂと、を有する。
上部電極本体部５４１は、第１実施形態と同様に、能動部６１上に設けられる。すなわち、平面視において、下部電極５３、能動部６１、及び上部電極本体部５４１が重なる領域は、本実施形態の圧電素子５の駆動領域である。
【００７２】
第１上部電極引出部５４２Ａ、第１上部電極接続部５４３Ａ、及び第１上部電極延出部５４４Ａは、第１超音波トランスデューサー４７Ａの上部電極本体部５４１に接続する。
第１上部電極引出部５４２Ａは、第１引出主部６３１上に設けられ、第１超音波トランスデューサー４７Ａの上部電極本体部５４１から、Ｙ方向に沿って引き出される。
第１上部電極接続部５４３Ａは、第１超音波トランスデューサー４７Ａの−Ｙ側の第１延出部６３２上に、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂに亘り、Ｘ方向に沿って設けられる。第１上部電極接続部５４３Ａは、第１延出部６３２上において、複数の第１上部電極引出部５４２Ａを互いに接続する。
第１上部電極延出部５４４Ａは、第１ユニット４７０Ａ及び第２ユニット４７０Ｂの間に位置する第１延出部６３２上に、複数の超音波トランスデューサー群４７１に亘り、Ｙ方向に沿って設けられる。第１上部電極延出部５４４Ａは、図示を省略するが、複数の第１上部電極接続部５４３Ａを互いに接続する。
【００７３】
第２上部電極引出部５４２Ｂ、第２上部電極接続部５４３Ｂ、及び第２上部電極延出部５４４Ｂは、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの上部電極本体部５４１に接続する。
第２上部電極引出部５４２Ｂは、第２引出主部６４１上に設けられ、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの上部電極本体部５４１から、Ｙ方向に沿って引き出される。
第２上部電極接続部５４３Ｂは、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの＋Ｙ側の第２延出部６４２上に、Ｘ方向に沿って設けられる。第２上部電極接続部５４３Ｂは、第１延出部６３２上において複数の第２上部電極引出部５４２Ｂを互いに接続する。
第２上部電極延出部５４４Ｂは、第１ユニット４７０Ａの−Ｘ側に位置する第２延出部６４２上に、複数の超音波トランスデューサー群４７１に亘り、Ｙ方向に沿って設けられる。第２上部電極延出部５４４Ｂは、複数の第２上部電極接続部５４３Ｂを互いに接続する。
【００７４】
ここで、図９に示すように、素子基板４１上には、平面視において、第１延出部６３２と重なる位置に、第１上部電極配線部５４５Ａが設けられ、第２延出部６４２と重なる位置に、第２上部電極配線部５４５Ｂが設けられる。第１上部電極配線部５４５Ａ及び第２上部電極配線部５４５Ｂは、例えば、下部電極５３と同時に形成され、下部電極５３とは離間している。
【００７５】
第１上部電極配線部５４５Ａは、図９に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿って第１延出部６３２が交差する交差位置（第１接続位置Ｐ１）において、第１上部電極延出部５４４Ａと接続される。すなわち、図１１及び図１３に示すように、第１接続位置Ｐ１において、第１延出部６３２の一部が除去され、第１上部電極延出部５４４Ａが第１上部電極配線部５４５Ａ上に設けられる。
第１上部電極配線部５４５Ａは、図示は省略するが、共通端子４１３に接続される。これにより、第１超音波トランスデューサー４７Ａの上部電極本体部５２１が基準電位に設定される。
【００７６】
第２上部電極配線部５４５Ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って第２延出部６４２が交差する交差位置（第２接続位置Ｐ２）において、第２上部電極延出部５４４Ｂと接続される。すなわち、第２接続位置Ｐ２において、第２延出部６４２の一部が除去され、第２上部電極延出部５４４Ｂが第２上部電極配線部５４５Ｂ上に設けられる。
第２上部電極配線部５４５Ｂは、図示は省略するが、信号端子４１４に接続される。これにより、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの上部電極本体部５４１が、回路基板２３の送信回路や受信回路に接続される。
【００７７】
上述のように構成される超音波デバイス２２Ａでは、超音波の送信時に、直列部４７２における第２超音波トランスデューサー４７Ｂの上部電極本体部５４１に、駆動電圧が印加される。これにより、直列部４７２における第１超音波トランスデューサー４７Ａの上部電極本体部５４１と、第２超音波トランスデューサー４７Ｂの上部電極本体部５４１との間に電位差が生じ、各超音波トランスデューサー４７Ａ，４７Ｂが駆動する。
また、超音波の受信時には、第１超音波トランスデューサー４７Ａ及び第２超音波トランスデューサー４７Ｂの各上部電極本体部５４１間に生じた電位差が、検出信号として直列部４７２から出力される。
【００７８】
［第２実施形態の作用効果］
超音波デバイス２２Ａでは、複数の超音波トランスデューサーユニット４７０を備え、各超音波トランスデューサーユニット４７０は、直列接続された複数の超音波トランスデューサー４７を含む直列部４７２の複数が、互いに並列接続されて構成される。このような構成では、超音波を受信した際に、直列部４７２から、直列接続された各圧電素子５に生じた電位差の和に応じた信号が出力される。したがって、超音波デバイス２２Ａの受信感度を向上させることができる。
【００７９】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。
第１実施形態及び第２実施形態の超音波デバイスでは、圧電膜の能動部から、能動部よりも幅寸法が小さく、平面視において略矩形状の引出部が引き出されていた。これに対して、第２実施形態では、引出部は、能動部に向かうにしたがって幅寸法が大きくなる接続部を有する点で、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００８０】
図１４は、第３実施形態の超音波トランスデューサー４９を模式的に示す平面図である。
超音波トランスデューサー４９において、引出部６２は、能動部６１と接続される接続部６２４を有する。
接続部６２４は、平面視において、能動部６１に向かうにしたがって幅寸法が大きくなる。図１４では、接続部６２４は、能動部６１から延出される引出主部６２１の一部に設けられる。また、能動部６１との境界位置における接続部６２４の幅寸法は、能動部６１の幅寸法と略同じである。また、接続部６２４の端縁は、平面視において、当該接続部６２４の内側に向かって凹に湾曲する。
【００８１】
［第３実施形態の作用効果］
引出部６２は、能動部６１へ向かうにしたがって幅寸法が大きくなる接続部６２４を有する。これにより、平面視における引出部６２の面積を小さくすることができ、送受信感度の低下を抑制し、かつ、引出部６２の強度の低下を抑制できる。また、接続部６２４への応力集中を抑制でき、当該応力により亀裂が生じることを抑制できる。
また、平面視において、接続部６２４の端縁は湾曲している。これにより、接続部６２４への応力集中をより確実に抑制できる。
【００８２】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００８３】
（変形例１）
第２実施形態では、二つの超音波トランスデューサーの直列接続により構成される直列部の複数が、互いに並列接続され構成された超音波トランスデューサーユニットを例示した。しかしながら、上記構成に限定されず、直列接続された超音波トランスデューサーを備える超音波トランスデューサーユニットとして、下記図１５〜図１８に示すような構成を例示できる。
図１５は、変形例１に係る超音波デバイスが備える超音波トランスデューサーユニットの概略構成を示す平面図である。また、図１６は、図１５に示す超音波トランスデューサーユニットにおける下部電極及び上部電極配線部を示す平面図である。また、図１７は、図１５に示すＩ−Ｉ´線で切断した超音波デバイスの断面を模式的に示す断面図である。また、図１８は、図１５に示すＪ−Ｊ´線で切断した超音波デバイスの断面を模式的に示す断面図である。なお、図１５〜図１８では、音響層４３及び音響レンズ４４の図示を省略している。
【００８４】
図１５に示すように超音波トランスデューサーユニット７００は、複数の超音波トランスデューサー７０がＸ方向及びＹ方向に沿ってマトリクス状に配置され構成される。
超音波トランスデューサーユニット７００は、複数の超音波トランスデューサー７０が並列接続された並列部７０１の複数が互いに直列接続されている。本変形例では、並列部７０１では、Ｘ方向に沿って配置された２つの超音波トランスデューサー７０が並列接続されている。また、超音波トランスデューサーユニット７００は、Ｙ方向に沿って奇数個（本変形例では３個）の並列部７０１が配置され構成される。
なお、以下、各並列部７０１を、−Ｙ側から第１並列部７０１Ａ、第２並列部７０１Ｂ、第３並列部７０１Ｃとも称す。
【００８５】
図１５では、複数の超音波トランスデューサーユニット７００を含む超音波トランスデューサーアレイの一部として、Ｘ方向に配置された２つの超音波トランスデューサーユニット７００を示す。これら２つの超音波トランスデューサーユニット７００のうち、−Ｘ側を第１ユニット７００Ａと、＋Ｘ側を第２ユニット７００Ｂとも称す。
第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００Ｂは、Ｘ方向における第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００Ｂの中間位置を通り、Ｙ方向に平行な仮想線に対して、線対称の関係にある。したがって、以下、第１ユニット７００Ａについて主に説明する。
【００８６】
超音波トランスデューサー７０は、振動部４１２Ｃと、振動部４１２Ｃ上に設けられた圧電素子５Ｂと、を備え、圧電素子５Ｂは、下部電極５５と、圧電膜６と、上部電極５６と、の積層体として構成される。
【００８７】
下部電極５５は、図１６に示すように、下部電極本体部５５１と、下部電極引出部５５２と、下部電極接続部５５３と、下部電極配線部５５４と、を有する。
下部電極本体部５５１は、平面視において、振動部４１２Ｃ（開口部４１１Ｃ）と重なる位置に、各超音波トランスデューサー７０に個別に設けられる。下部電極本体部５５１の外縁は、平面視において、振動部４１２Ｃの外縁の内側に位置する。なお、下部電極本体部５５１の外縁が、振動部４１２Ｃの外縁の外側に位置するように、振動部４１２Ｃを覆って下部電極本体部５５１を設けてもよい。
下部電極引出部５５２は、下部電極本体部５５１から引き出され、平面視において、振動部４１２Ｃから支持部４１２Ｄに亘って設けられる。
【００８８】
下部電極接続部５５３は、平面視において支持部４１２Ｄ上に設けられ、並列部７０１を構成する超音波トランスデューサー７０の下部電極引出部５５２を、互いに接続する。
本変形例では、下部電極接続部５５３は、図１５に示すように、各並列部７０１の−Ｙ側の位置に、Ｘ方向に隣りあう二つの超音波トランスデューサー７０に対して１つ設けられる。例えば、Ｘ方向に沿って配置されたｎ個の超音波トランスデューサー７０により並列部７０１が構成される場合、ｎ−１個の下部電極接続部５５３を設けてもよい。これにより、Ｘ方向に隣りあう二つの超音波トランスデューサー７０の下部電極本体部５５１が互いに接続される。
【００８９】
下部電極配線部５５４は、平面視において支持部４１２Ｄ上に設けられ、第１並列部７０１Ａの下部電極接続部５５３に接続する。本変形例では、下部電極配線部５５４は、第１配線部５５４Ａと、第２配線部５５４Ｂと、を有する。
第１配線部５５４Ａは、Ｘ方向に沿って設けられ、第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００Ｂにおける、各第１並列部７０１Ａの下部電極接続部５５３に接続する。
第２配線部５５４Ｂは、第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００ＢのＸ方向における中間位置に、Ｙ方向に沿って設けられ、第１配線部５５４Ａに接続する。第２配線部５５４Ｂは、図示を省略するが、例えば回路基板２３の基準回路に接続される。これにより、第１並列部７０１Ａの各下部電極本体部５５１が、基準電位に設定される。
【００９０】
なお、支持部４１２Ｄ上には、上部電極配線部５５５が形成されている。上部電極配線部５５５は、導通部５５５Ａと、引出配線部５５５Ｂと、を有する。導通部５５５Ａは、第３ユニットの＋Ｙ側に設けられ、第３ユニットの後述する上部電極接続部５６３と接続する。引出配線部５５５Ｂは、導通部５５５Ａから引き出され、図示を省略するが、例えば、回路基板２３の送信回路や受信回路に接続される。
【００９１】
圧電膜６は、能動部６５と、圧電体引出部６６と、圧電体接続部６７と、を有する。
能動部６５は、下部電極本体部５５１上に設けられる。平面視において、能動部６５の外形寸法は、振動部４１２Ｃ（開口部４１１Ｃ）及び下部電極本体部５５１の寸法よりも小さい。
【００９２】
圧電体引出部６６は、能動部６５から＋Ｙ側に引き出され、平面視において、振動部４１２Ｃから支持部４１２Ｄに跨って設けられる。圧電体引出部６６の幅寸法は、能動部６５の幅寸法（最大寸法）よりも小さい。なお、第１並列部７０１Ａの圧電体引出部６６は、第２並列部７０１Ｂの下部電極接続部５５３に向かって引き出される。また、第２並列部７０１Ｂの圧電体引出部６６は、第３並列部７０１Ｃの下部電極接続部５５３に向かって引き出される。また、第３並列部７０１Ｃの圧電体引出部６６は、上部電極配線部５５５の導通部５５５Ａに向かって引き出される。
【００９３】
圧電体接続部６７は、下部電極接続部５５３及び導通部５５５Ａ上に設けられる。すなわち、第１並列部７０１Ａの圧電体接続部６７は、第２並列部７０１Ｂの下部電極接続部５５３上に設けられ、圧電体引出部６６と接続する。同様に、第２並列部７０１Ｂの圧電体接続部６７は、第３並列部７０１Ｃの下部電極接続部５５３上に設けられる。また、第３並列部７０１Ｃの圧電体接続部６７は、上部電極配線部５５５の導通部５５５Ａ上に設けられる。
【００９４】
上部電極５６は、圧電膜６上に設けられ、上部電極本体部５６１と、上部電極引出部５６２と、上部電極接続部５６３と、を有する。
上部電極本体部５６１は、能動部６５上に設けられる。すなわち、平面視において、下部電極本体部５５１、能動部６５、及び上部電極本体部５６１が重なる領域は、本実施形態の圧電素子５Ｂの駆動領域である。
上部電極引出部５６２は、圧電体引出部６６上に設けられる。また、上部電極引出部５６２は、平面視において、上部電極本体部５６１から引き出され、振動部４１２Ｃから支持部４１２Ｄに跨って設けられる。
上部電極接続部５６３は、圧電体接続部６７上に設けられ、上部電極引出部５６２と接続する。
【００９５】
図１５及び図１８に示すように、平面視において互いに重なる上部電極接続部５６３及び下部電極接続部５５３、並びに、上部電極接続部５６３及び導通部５５５Ａは、圧電体接続部６７に形成された貫通口６７１内において、互いに接続される。つまり、第１並列部７０１Ａの上部電極接続部５６３は、第２並列部７０１Ｂの下部電極接続部５５３に接続される。第２並列部７０１Ｂの上部電極接続部５６３は、第３並列部７０１Ｃの下部電極接続部５５３に接続される。第３並列部７０１Ｃの上部電極接続部５６３は、上部電極配線部５５５の導通部５５５Ａに接続される。
上述のように構成された超音波トランスデューサーユニット７００では、第１並列部７０１Ａ、第２並列部７０１Ｂ、及び第３並列部７０１Ｃが、順に直列接続される。
【００９６】
上述のように構成された第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００ＢをＸ方向に複数配置することにより、１次元超音波アレイとしての超音波トランスデューサーアレイを構成することができる。
また、第１ユニット７００Ａ及び第２ユニット７００ＢをＸ方向及びＹ方向に配置し、各超音波トランスデューサーユニット７００を個別に駆動可能とすることにより、２次元超音波アレイとしての超音波トランスデューサーアレイを構成することができる。
【００９７】
なお、変形例１では、３つの並列部７０１を設ける構成を例示したが、これに限定されず、２つ又は４つ以上の並列部７０１を設ける構成としてもよい。
また、並列部７０１は、２つの超音波トランスデューサー７０が並列接続されていたが、これに限定されず、３つ以上の超音波トランスデューサー７０が並列接続される構成としてもよい。
【００９８】
（他の変形例）
第１及び第２実施形態では、下部電極が振動部４１２Ｃを覆うように設けられていたが、これに限定されず、変形例１のように、平面視において、下部電極（下部電極本体部）の外縁が、振動部４１２Ｃの外縁の内側に位置してもよい。また、下部電極（下部電極本体部）の外縁の少なくとも一部が、振動部４１２Ｃの外縁の一部を跨ぐように、下部電極が設けられてもよい。
【００９９】
上記各実施形態及び変形例では、能動部と引出部との上面が同一平面である構成を例示したが、これ限定されない。例えば、能動部や引出部の一部に段差が形成されていてもよい。また、能動部と引出部との境界に段差が形成されていてもよい。
【０１００】
第１実施形態及び第２実施形態では、上部電極配線部（第１上部電極配線部及び第２電極配線部）によって、端子領域Ａｒ２の共通端子４１３又は信号端子４１４と、上部電極と、を接続する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、封止板４２に、素子基板４１の例えば接続位置Ｐ，Ｐ１，Ｐ２に向かって突出するバンプ電極を設け、当該バンプ電極と、封止板４２に形成された配線とを介して、回路基板２３と超音波トランスデューサーとを接続してもよい。このような構成では、各超音波トランスデューサーが、上部電極配線部を介して、端子領域Ａｒ２の共通端子４１３又は信号端子４１４に接続される場合と比べて、各超音波トランスデューサーまでの配線長の差異を小さくでき、電圧降下による影響を抑制できる。なお、この場合でも、上記実施形態のように上部電極配線部を設けることにより、例えば、製造時等に動作テストを行う際に、共通端子４１３又は信号端子４１４を用いることができる。
【０１０１】
第１実施形態及び第２実施形態では、支持部４１２Ｄ上に上部電極配線部（第３電極）を設け、当該上部電極配線部と重なる位置の略全域に、引出部及び上部電極を設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第１実施形態において、上部電極配線部は、接続位置Ｐを含む第２延出部６２３と重なる位置に設けられ、第１延出部６２２と重なる位置には設けられない構成としてもよい。また、上部電極配線部を設けずに、上部電極を端子領域まで引き出す構成としてもよい。また、上部電極配線部を設けない場合、上述のように封止板４２に設けたバンプ電極及び配線を介して、超音波トランスデューサーを回路基板２３に接続してもよい。
【０１０２】
第１実施形態では、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２を回路基板２３において並列に接続し、超音波トランスデューサーユニット４５０を一つの送受信チャンネルとして構成する場合について例示したが、これに限定されない。例えば、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２のそれぞれの信号端子４１４に異なる駆動信号を入力することにより、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２のそれぞれを一つの送受信チャンネルとしてもよい。また、−Ｘ側列Ｌ１及び＋Ｘ側列Ｌ２を同時駆動させるか、個別駆動させるかを、回路基板２３において切替可能としてもよい。
【０１０３】
第１及び第２実施形態では、超音波トランスデューサーユニットが一方向に配列された一次元超音波アレイを例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサーユニットをマトリクス状に配置することにより、二次元超音波アレイを構成することができる。この場合、各超音波トランスデューサーユニットに対して少なくとも信号端子を個別に設ければよい。
【０１０４】
第３実施形態において、引出主部６２１の接続部６２４は、端縁が平面視において内側に向かって凹に湾曲していたが、これに限定されない。例えば、接続部６２４の端縁は、直線状でもよいし、外側に向かって凸となるように湾曲していてもよい。
また、接続部６２４は、引出主部６２１の能動部６１側の一部に設けられていた。すなわち、引出主部６２１の一部が、能動部６１に向かって幅寸法が大きくなっていたが、引出主部６２１は、延出方向の全域にて、能動部６１に向かって幅寸法が大きくなってもよい。
また、接続部６２４の幅寸法は、能動部６１との境界位置において、能動部６１の幅寸法と略同じである構成を例示したが、能動部６１よりも幅寸法が小さくてもよい。
【０１０５】
各実施形態では、下部電極及び上部電極が金属材料で形成されていたが、これに限定されない。例えば、下部電極及び上部電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）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（ＳｒＲｕＯ３）、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や、導電性ポリマー等を用いて形成されてもよい。
【０１０６】
上記各実施形態では、支持膜４１２の基板本体部４１１（開口部４１１Ｃ）とは反対側に圧電素子及び封止板４２が設けられ、基板本体部４１１に音響層４３及び音響レンズ４４が設けられ、基板本体部４１１側の面から超音波の送受信が行われる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、支持膜４１２の基板本体部４１１とは反対側に圧電素子５、音響層４３及び音響レンズ４４が設けられ、基板本体部４１１側に封止板４２（補強板）が設けられ、基板本体部４１１とは反対側の面から超音波の送受信が行われる構成としてもよい。
【０１０７】
上記各実施形態では、超音波装置として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。
【０１０８】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１…超音波測定装置、５…圧電素子、６…圧電膜、１０…制御装置、２２，２２Ａ…超音波デバイス、４１…素子基板、４５…超音波トランスデューサー、４６…超音波トランスデューサーアレイ、５１…下部電極、５２…上部電極、６１…能動部、６２…引出部、４１１…基板本体部、４１１Ｃ…開口部、４１１Ｄ…壁部、４１２…支持膜、４１２Ｃ…振動部、４１２Ｄ…支持部、４１３…共通端子、４１４…信号端子、４５０…超音波トランスデューサーユニット、４５１…超音波トランスデューサー群、５１１…下部電極本体部、５１２…下部電極接続部、５２１…上部電極本体部、５２２…上部電極引出部、５２３…上部電極接続部、５２４…上部電極延出部、５２５…上部電極配線部、６２１…引出主部、６２２…第１延出部、６２３…第２延出部、６２４…接続部、Ａｒ１…アレイ領域、Ｌ１…−Ｘ側列、Ｌ２…＋Ｘ側列、Ｐ…接続位置。
【図１】
2018107571.tif 000003
【図２】
2018107571.tif 000004
【図３】
2018107571.tif 000005
【図４】
2018107571.tif 000006
【図５】
2018107571.tif 000007
【図６】
2018107571.tif 000008
【図７】
2018107571.tif 000009
【図８】
2018107571.tif 000010
【図９】
2018107571.tif 000011
【図１０】
2018107571.tif 000012
【図１１】
2018107571.tif 000013
【図１２】
2018107571.tif 000014
【図１３】
2018107571.tif 000015
【図１４】
2018107571.tif 000016
【図１５】
2018107571.tif 000017
【図１６】
2018107571.tif 000018
【図１７】
2018107571.tif 000019
【図１８】
2018107571.tif 000020