(57)【要約】超音波トランスデューサは、第１の面と、反対側の第２の面と、これらの間を延びる長手軸とを有する積層を備える。上記積層は、各層が上面と反対側の底面とを有する複数の層を備え、上記積層の複数の層は圧電層と誘電層とを備える。誘電層は圧電層へ接続され、積層の軸に実質的に平行な方向に第２の所定の長さで延びる開口を規定する。積層内には複数の第１の切溝スロットが規定され、第１の切溝スロットは各々、積層内へ所定の深さで延び、かつ上記軸に実質的に平行な方向へ第１の所定の長さで延びる。第１の切溝スロットの各々の第１の所定の長さは、誘電層により規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ上記軸に実質的に平行な縦方向における積層の第１の面と反対側の第２の面との長手方向間隔より短い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサであって：
第１の面と、反対側の第２の面と、これらの間に延びる長手軸とを有する積層であって、該積層は、各層が上面と反対側の底面とを有する複数の層を備え、該積層の該複数の層は圧電層と誘電層とを備える、積層；および
該積層内に規定される複数の第１の切溝スロットであって、各々の第１の切溝スロットは、該積層内へ所定の深さで延び、かつ該軸に実質的に平行な方向へ第１の所定の長さで延びる、第１の切溝スロット、
を備え、
ここで、該誘電層の上面は、該圧電層の底面の一部に接続されかつ該一部の基底を成し、かつ該積層の軸に実質的に平行な方向へ第２の所定の長さに延びる開口を規定し、そして各々の第１の切溝スロットの該第１の所定の長さは、該誘電層により規定される開口の該第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ該軸に実質的に平行な縦方向において、該積層の該第１の面と該反対側の第２の面との間の長手軸距離より短い、超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記複数の第１の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメントを規定する、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記複数の層は信号電極層をさらに備え、該信号電極層の上面の少なくとも一部は前記圧電層の底面の少なくとも一部に接続され、該信号電極層の上面の少なくとも一部は前記誘電層の底面の少なくとも一部に接続される、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記複数の層はグランド電極層をさらに備え、該グランド電極層の底面の少なくとも一部は前記圧電層の上面の少なくとも一部に接続される、請求項３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記グランド電極層は、前記軸に実質的に平行な縦方向において、前記誘電層によって規定される開口の前記第２の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記グランド電極層は、前記軸に実質的に平行な縦方向において、各々の第１の切溝スロットの該第１の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項５に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記積層の前記複数の層は少なくとも１つの整合層をさらに備え、各整合層は上面と、反対側の底面とを有し、該複数の第１の切溝スロットは該少なくとも１つの整合層を介して延びる、請求項４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの整合層は第１の整合層と第２の整合層とを備え、前記第２の整合層は、該第２の整合層が該第１の整合層の上に存在するように該第１の整合層へ接続される、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記第１の整合層の底面の少なくとも一部は、前記圧電層の上面の少なくとも一部に接続される、請求項８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの整合層の各整合層は、前記軸に実質的に平行な縦方向において前記誘電層によって規定される開口の前記第２の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
前記積層の前記複数の層はさらに裏層を備え、該裏層の上面の少なくとも一部は、前記誘電層の底面の少なくとも一部へ接続される、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１２】
前記裏層は、実質的に、前記誘電層によって規定される開口を充填する、請求項１１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１３】
前記裏層の上面の少なくとも一部は、前記圧電層の底面の少なくとも一部へ接続される、請求項１１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１４】
レンズをさらに備え、該レンズは、前記少なくとも１つの整合層のうちの該整合層の上面を実質的に覆う位置合せで位置づけられる、請求項１１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１５】
少なくとも１つの第１の切溝スロットは前記レンズの底部内へ延びる、請求項１４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１６】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は、該圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも６０％である所定の深さまで延びる、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１７】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は該圧電層を通って延びる、請求項１１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１８】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は、前記基底を成す誘電層内へ所定の深さに延びる、請求項１７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１９】
１つの第１の切溝スロットの前記少なくとも一部は、前記裏層内へ延びる、請求項１８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２０】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部の前記所定の深さは、前記軸に実質的に平行な縦方向で変化する、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２１】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの前記所定の深さは、少なくとも１つの他の第１の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２２】
複数の第２の切溝スロットをさらに備え、各々の第２の切溝スロットは前記積層内へ所定の深さで、かつ前記軸に実質的に平行な方向へ第３の所定の長さで延び、該第２の切溝スロットの各々の長さは、少なくとも、前記誘電層によって規定される開口の前記第２の所定の長さと同じ長さであり、かつ該軸に実質的に平行な縦方向における前記積層の前記第１の面と前記反対側の前記第２の面との間の長手方向距離より短く、該第２の切溝スロットの各々は少なくとも１つの第１の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２３】
前記複数の第１の切溝スロットは複数の超音波アレイ・エレメントを規定し、該複数の第２の切溝スロットは複数の超音波アレイ・サブエレメントを規定する、請求項２２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２４】
前記複数の超音波アレイ・サブエレメントの各々は、約０．５〜約０．７の幅対高さのアスペクト比を有する、請求項２３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２５】
前記グランド電極層は、前記第１の切溝スロットの各々の前記第１の少なくとも所定の長さ、及び前記軸に実質的に平行な縦方向における前記第２の切溝スロットの各々の前記第３の所定の長さと同じ長さである、請求項２２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２６】
少なくとも１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも６０％である所定の深さまで延びる、請求項２２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２７】
複数の第２の切溝スロットをさらに備え、該第２の切溝スロットの各々は前記積層内へ所定の深さで、かつ前記軸に実質的に平行な方向へ第３の所定の長さで延び、該第２の切溝スロットの各々の長さは、該誘電層によって規定される開口の該第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ該軸に実質的に平行な縦方向における該積層の前記第１の面と前記反対側の第２の面との間の長手方向距離より短く、該第２の切溝スロットの各々は少なくとも１つの第１の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項１１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２８】
少なくとも１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は前記圧電層を通って延びる、請求項２７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの第２の切溝スロットは前記基底を成す誘電層内へ延びる、請求項２８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３０】
前記１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は該裏層内へ延びる、請求項２９に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３１】
前記第２の切溝スロットの所定の深さは、前記軸に実質的に平行な縦方向で変わる、請求項２２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの第２の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも１つの他の第２の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項２２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３３】
上面と反対側の底面とを有するインタポーザをさらに備える、請求項４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３４】
前記インタポーザの上面上に所定のパターンで位置づけられる複数の電気トレースをさらに備える、請求項３３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３５】
前記インタポーザは該積層の軸に実質的に平行な方向へ第４の所定の長さで延びる第２の開口を規定する、請求項３４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３６】
前記信号電極層は電極パターンを規定する、請求項３４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３７】
前記積層は、前記信号電極層によって規定される電極パターンが前記インタポーザの上面に位置づけられる電気トレースの所定のパターンへ電気的に結合されるように、該インタポーザを実質的に覆う位置合わせで取り付けられる、請求項３６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３８】
超音波トランスデューサであって：
第１の面と、反対側の第２の面と、これらの間を延びる長手軸とを有する積層であって、該積層は、各層が上面と、反対側の底面とを有する複数の層を備える、積層；および
該積層の一部の中に規定される複数の第１の切溝スロットであって、該第１の切溝スロットは各々、該積層内へ所定の深さで延び、かつ該長手軸に実質的に平行な方向へ第１の所定の長さで延びる、第１の切溝スロット、
を備え、
ここで、該第１の所定の長さは、該第１の面と該反対側の第２の面との間の縦方向距離より少ない、超音波トランスデューサ。
【請求項３９】
前記複数の第１の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメントを規定する、請求項３８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４０】
前記複数の層は圧電層と誘電層とを備える、請求項３８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４１】
前記圧電層は前記誘電層へ接続される、請求項４０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４２】
前記誘電層は、前記積層の長手軸に実質的に平行な方向へ第２の所定の長さで延びる開口を規定し、該第１の切溝スロットの各々の第１の所定の長さは、該開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さである、請求項４１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４３】
複数の第２の切溝スロットをさらに備え、該第２の切溝スロットの各々は前記積層内へ所定の深さで、かつ該軸に実質的に平行な方向へ第３の所定の長さで延び、該第２の切溝スロットの各々の第３の所定の長さは、該誘電層によって規定される開口の該第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ前記軸に実質的に平行な長さ方向における該積層の該第１の面と該反対側の第２の面との間の長手方向距離より短く、１つの第２の切溝スロットは少なくとも１つの第１の切溝スロットに隣接して位置づけられる、請求項４２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４４】
前記複数の層はさらに、グランド電極層と、信号電極層と、裏層と、少なくとも１つの整合層とを備える、請求項４０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４５】
前記複数の層はさらに、グランド電極層と、信号電極層と、裏層と、少なくとも１つの整合層とを備える、請求項４３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４６】
少なくとも１つの第１の切溝スロットは、少なくとも１つの層を介して延び、前記積層内のその所定の深さに到達する、請求項３８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４７】
少なくとも１つの第２の切溝スロットは、少なくとも１つの層を介して延び、前記積層内のその所定の深さに到達する、請求項４３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４８】
１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は少なくとも１つの層を介して延び、かつ前記裏層内へ所定の深さで延びる、請求項４４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さは、前記軸に実質的に平行な縦方向で変化する、請求項３８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの第１の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも１つの他の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項３８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５１】
１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は少なくとも１つの層を介して延び、かつ前記裏層内へ所定の深さで延びる、請求項４５に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５２】
前記少なくとも１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さは、前記軸に実質的に平行な縦方向で変化する、請求項４６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５３】
前記少なくとも１つの第２の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも１つの他の切溝スロットの所定の深さより深い、請求項４３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５４】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも６０％である所定の深さまで延びる、請求項４０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５５】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は前記圧電層を通って延びる、請求項４０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５６】
少なくとも１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は、前記圧電層の上面から該圧電層の底面までの距離の少なくとも６０％である所定の深さまで延びる、請求項４３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５７】
少なくとも１つの第２の切溝スロットの少なくとも一部は前記圧電層を介して延びる、請求項４３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５８】
レンズをさらに備え、該レンズは、前記積層の上面を実質的に覆う位置合わせで位置づけられる、請求項４４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５９】
少なくとも１つの第１の切溝スロットは前記レンズの底部内を延びる、請求項５８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６０】
前記信号電極層の少なくとも一部は前記圧電層の底面の基底を成しかつ該圧電層の底面へ接続され、該信号電極層の少なくとも一部は該誘電層の底面の基底を成しかつ該誘電層の底面へ接続される、請求項４４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６１】
前記信号電極は電極パターンを規定する、請求項６０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６２】
所定のパターンでその上に位置決めされる複数の電気トレースを有する上面と反対側の底面とを有するインタポーザをさらに備え、前記積層は、前記信号電極層によって規定される電極パターンが該電気トレースの所定のパターンへ電気的に結合されるように、該インタポーザを実質的に覆う位置合わせで取り付けられる、請求項６１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６３】
前記積層を、前記インタポーザ構造体を実質的に覆う位置合わせで取り付けるための手段をさらに備える、請求項６２に記載の超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００４年４月２０日に出願された、米国特許仮出願第６０／５６３，７８４号の利益を主張する。この出願は、本明細書中で参考としてその全体が援用される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
圧電材料から製造される高周波数超音波トランスデューサは、皮膚及び目における小組織の特徴を解明する診療において、ならびに血管内画像化アプリケーションにおいて使用される。高周波数超音波トランスデューサはまた、小型動物または実験動物における構造物及び流体の流れを画像化するためにも使用される。最も単純な超音波画像システムは、２Ｄ深度画像を捕捉するために機械的に走査される固定焦点式単素子トランスデューサを使用する。しかしながら、さらに魅力があるのは線形アレイ・トランスデューサであり、これは、可変焦点、可変ビーム・ステアリング等の機能を提供し、かつ、より高度な画像構成アルゴリズム及び増大されたフレーム・レートを可能にする。
【０００３】
線形アレイ・トランスデューサには多くの優位点があるが、線形アレイ・トランスデューサの従来的製造方法は複雑な手順を必要とする。さらに、高周波数では、即ち２０ＭＨｚまたはそれ以上では、もしくは約２０ＭＨｚまたはそれ以上では、アレイの圧電構造体は低周波数のアレイ圧電物質のそれより小さく、薄く、かつ精巧でなければならない。少なくともこれらの理由により、ダイシングソーを使用するアレイ製造における従来のダイス／充填方法、及びより最近のインターデジタル状ペアボンディング等のダイシングソー方法には多くの欠点があり、高周波数線形アレイ・トランスデューサの製造にとって満足のいくものではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の要旨）
本発明による超音波トランスデューサは、ある態様において、第１の面と、反対側の第２の面と、これらの間を延びる長手軸とを有する積層を備える。上記積層は、各層が上面と反対側の底面とを有する複数の層を備える。ある態様においては、上記積層の複数の層は、誘電層へ接続される圧電層を備える。積層内には複数の切溝スロットが規定され、切溝スロットの各々は積層内へ所定の深さまで延び、かつ上記軸に実質的に平行な方向へ第１の所定の長さで延びる。別の態様においては、誘電層は、積層の軸に対して実質的に平行である方向へ第２の所定の長さで延びる開口を規定する。ある例示的な態様においては、上記切溝スロットの各々の第１の所定の長さは、誘電層により規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さである。さらに、上記所定の第１の長さは、上記長手軸に実質的に平行な縦方向における上記積層の第１の面と上記反対側の第２の面との長手方向間隔より短い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
（発明の詳細な説明）
本明細書を通じて使用されているように、本明細書における範囲の表現は、「約」を付した特定の１つの値から、かつ／または「約」を付した別の特定の値まで、のように行われる場合がある。同様の範囲を表現するに当たって、別の実施形態は、特定の１つの値から、かつ／または他の特定の値まで、と表現する。同様に、値を近似値として表現する場合、先行詞「約」の使用により、その特定の値は別の具体的表現を形成することが理解される。さらには、各範囲の端点は、もう一方の端点に関連して、かつもう一方の端点に関わりなく、共に重要であることが理解される。また、本明細書に開示されている多くの値が存在するが、本明細書では、その各値はその値自体に「約」を加えた特定の値である、として開示されることも理解される。例えば、値「３０」が開示されていれば、「約３０」もまた開示されている。また、その値「以下」という値が開示されている場合、熟練者には正しく理解されるように、「その値以上」及び値間の可能な範囲も同じく開示されていることも理解される。例えば、値「３０」が開示されていれば、「３０以下」及び「３０以上」も同じく開示されている。
【０００６】
また、本出願書を通じて、データは多くの異なる形式で提示されること、及びこのデータは終点及び始点ならびにデータ・ポイントの任意の組合わせの範囲を提示することも理解される。例えば、特定のデータ・ポイント「３０」及び特定のデータ・ポイント「１００」が開示されていれば、「３０」及び「１００」より大きい、以上、未満、以下ならびに「３０」及び「１００」そのもの、及び「３０」から「１００」までの間が開示されているものと考えられる点は理解される。
【０００７】
「任意選択の」または「任意選択として」は、続いて記述されるイベントまたは状況が発生する場合もあれば、発生しない場合もあること、及びその記述はそのイベントまたは状況が発生する例、及び発生しない例を含むことを意味する。
【０００８】
当業者には、本発明における多くの修正及び変形が明らかであると思われることから、以下、例示のみを意図する実施形態例によって、本発明をより具体的に説明する。本明細書において使用されているように、不定冠詞（ａ，ａｎ）または定冠詞（ｔｈｅ）は、使用されている文脈に依存して１つのものを意味する場合も、それ以上のものを意味する場合もある。
【０００９】
図１〜１１を参照すると、本発明の１つの態様において、超音波トランスデューサは、第１の面１０２と、反対側の第２の面１０４と、これらの間を延びる長手軸Ｌとを有する積層１００を備える。上記積層は、各層が上面１２８と、反対側の底面１３０とを有する複数の層を備える。ある態様においては、上記積層の複数の層は圧電層１０６と誘電層１０８とを備える。ある態様においては、上記誘電層は圧電層へ接続されかつその基底を成す。
【００１０】
上記積層の複数の層は、さらに、グランド電極層１１０と、信号電極層１１２と、裏層１１４と、少なくとも１つの整合層とを備えてもよい。切断される追加の層としては、一時的な保護層（図示されていない）、音響レンズ３０２、フォトレジスト層（図示されていない）、導電エポキシ（図示されていない）、接着剤層（図示されていない）、高分子層（図示されていない）、金属層（図示されていない）及びこれらに類似するものが含まれる可能性があるが、これらに限定されない。
【００１１】
圧電層１０６は、様々な材料から製造することができる。限定を意図するものではないが、例えば、圧電層を形成する材料は、セラミック、単結晶、高分子及び共重合物質、０−３、２−２及び／または３−１連結性のセラミック／高分子及びセラミック／セラミック複合材料及びこれらに類似するものを含むグループから選択されてもよい。ある例では、圧電層はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックを含む。
【００１２】
誘電層１０８は、圧電層の活動領域を規定することができる。誘電層の少なくとも一部は、スピン・コーティングまたはディップ・コーティングを含む（但しこれらに限定されない）、従来の薄膜技術によって、圧電層の少なくとも一部へ直接蒸着されてもよい。或いは、誘電層は、圧電層のある領域を露光するフォトリソグラフィによってパターニングされてもよい。
【００１３】
例示として示されているように、誘電層は、圧電層の底面へ付着されてもよい。ある態様においては、誘電層は、圧電層の底面全体を覆っていない。ある態様においては、誘電層は、積層の長手軸に実質的に平行な方向へ第２の所定の長さＬ２だけ延びる開口または間隙を規定する。誘電層におけるこの開口は、好適には、圧電層の底面の中心領域に位置を合わされる。上記開口は、アレイの高度寸法を規定する。ある態様においては、アレイの各エレメント１２０は同じ高度寸法を有し、開口の幅は、切溝スロットを形成しているデバイスの活動領域用に留保される圧電層の領域において一定である。ある態様においては、誘電層における開口の長さは、積層の長手軸に実質的に垂直である軸において所定の方法で変わってもよく、その結果、アレイ・エレメントの高度寸法が変わる。
【００１４】
誘電層と圧電層との相対厚さ、及び誘電層と圧電層との相対誘電率は、これらの２層に渡って印加電圧が分割される度合いを規定する。ある例においては、上記電圧は誘電層に渡る９０％及び圧電層に渡る１０％に分割されてもよい。誘電層及び圧電層に渡る電圧分割器の割合は、変更されてもよいことが企図される。よって、圧電層のうちの、基底となる誘電層が存在しない部分では、印加電圧の最大強度が圧電層に渡って現れる。この部分は、アレイの活動領域を規定する。
【００１５】
この態様においては、誘電層は活動領域より広い圧電層の利用を可能にし、かつ（後述する）アレイ・エレメント及び（後述する）アレイ・サブエレメントが活動領域内に規定されるように、但し、上面上には共通のグランドが維持されるように、（後述する）切溝スロットが活動領域内に製造されかつこの領域を超えて延びることを可能にする。
【００１６】
積層内には、複数の第１の切溝スロット１１８が規定される。第１の切溝スロットは各々、積層内へ所定の深さで延び、かつ積層の長手軸に実質的に平行な方向へ第１の所定の長さＬ１で延びる。第１の切溝スロットの「所定の深さ」が、上記第１の切溝スロットの個々の長さに沿った位置の関数である所定の深さプロファイルを含んでもよいことは認識されるであろう。第１の切溝スロットの各々の第１の所定の長さは、誘電層により規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ積層の長手軸に実質的に平行な長さ方向における積層の第１の面と反対側の第２の面との長手方向距離より短い。ある態様においては、上記複数の第１の切溝スロットは、複数の超音波アレイ・エレメント１２０を規定する。
【００１７】
超音波トランスデューサはまた、複数の第２の切溝スロット１２２を備えてもよい。この態様においては、第２の切溝スロットは各々、積層内へ所定の深さまで延び、かつ積層の長手軸に実質的に平行な方向へ第３の所定の長さＬ３で延びる。先に述べたように、第２の切溝スロットの「所定の深さ」は、上記第２の切溝スロットの個々の長さに沿った位置の関数である所定の深さプロファイルを含んでもよい。第２の切溝スロットの各々の長さは、誘電層により規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ積層の長手軸に実質的に平行な縦方向における積層の第１の面と反対側の第２の面との長手方向間隔より短い。ある態様においては、第２の切溝スロットは各々、少なくとも１つの第１の切溝スロットに隣接して位置づけられる。ある態様においては、上記複数の第１の切溝スロットは複数の超音波アレイ・エレメントを規定し、上記複数の第２の切溝スロットは複数の超音波アレイ・サブエレメント１２４を規定する。例えば、第２の切溝スロットが存在しない本発明のアレイは、アレイ・エレメントにつき１つのアレイ・サブエレメントを有し、２つの個々の第１の切溝スロット間に１つの第２の切溝スロットが存在する本発明のアレイは、アレイ・エレメントにつき２つのアレイ・サブエレメントを有する。
【００１８】
当業者には、第１または第２の切溝スロットの何れも、積層の個々の第１及び第２の面のどちらにも延びない、即ち切溝スロットは中間の長さを有するので、形成されるアレイ・エレメントは、積層の個々の第１及び第２の面に近い積層の隣接する部分によって支持されることが認識されるであろう。
【００１９】
本発明による積層の圧電層は、現行の臨床画像周波数標準よりも高いとされる周波数で共振することができる。ある態様においては、圧電層は約３０ＭＨｚの中心周波数で共振する。ある態様においては、圧電層は約１０〜２００ＭＨｚの間、好適には約２０〜１５０ＭＨｚの間、より好適には約２５〜１００ＭＨｚの間の中心周波数で共振する。
【００２０】
ある態様においては、複数の超音波アレイ・サブエレメントの各々は約０．２〜１．０の間、好適には約０．３〜０．８の間、より好適には約０．４〜０．７の間の幅対高さのアスペクト比を有する。ある態様においては、圧電素子の断面に、約０．６未満の幅対高さのアスペクト比が使用される。このアスペクト比、及び結果として生じるジオメトリは、音響エネルギーの生成に使用される厚さ方向の共振モードからアレイ・エレメントの横方向の共振モードを分離する。当業者には理解されるであろうが、他のタイプのアレイに関しても、同様の断面設計を考えることができる。
【００２１】
先に記述したように、複数の第１の切溝スロットは、複数のアレイ・エレメントを規定するように製造される。アレイ・エレメントにつき２つのサブダイス素子を有する６４素子アレイの非限定的な例では、この６４素子のアレイを作り上げる１２８個の圧電サブエレメントを生成するために１２９個の第２の切溝スロットが製造される。この数字は、より大きいアレイに関しては増加されてもよいことが企図される。サブダイスの存在しないアレイであれば、各々６４個及び２５６個のアレイ・エレメントを有するアレイ構造に６５個及び２５７個の第１の切溝スロットを使用することができる。ある態様においては、第１及び／または第２の切溝スロットは空気で満たされてもよい。ある代替態様においては、第１及び／または第２の切溝スロットは液体または、例えば高分子等の固体で満たされてもよい。
【００２２】
複数の第１及び第２の切溝スロットを使用する、「サブダイス」によるサブエレメントの形成は、短絡される１対のサブエレメントがアレイの１つのエレメントとして作用するように、隣接する２つのサブエレメントが互いに電気的に短絡される技術である。第１の切溝スロットから結果的に生じる、アレイ・エレメント同士の中心〜中心の間隔である所定のエレメント・ピッチについて、サブダイシングは、エレメント内の望ましくない横方向の共振がデバイス作動の所望される帯域幅より外の周波数へ移行されるように改良されたエレメントの幅対高さのアスペクト比を見込んでいる。
【００２３】
低周波数では、微細なダイシング・ブレードを使用してアレイ・エレメントをさらなるダイシング（サブダイシング）することができる。高周波数では、アレイ・エレメントの寸法が低減されることに起因して、サブダイシングはより困難になる。約２０ＭＨｚを超える高周波アレイ設計では、サブダイシングという考案は、エレメントのピッチが大きくなるにつれて、典型的なアレイ・エレメントの電気インピーダンスを下げ、アレイ・エレメントの信号強度及び感度を上げる。アレイのピッチは、デバイスの中心周波数における水中での音の波長に関して説明することができる。例えば、３０ＭＨｚの中心周波数を有するトランスデューサに関して言えば、使用に際しての有効波長は５０ミクロンである。この点を念頭に置けば、約０．５λ〜２．０λの範囲のエレメント・ピッチを有する線形アレイは、大部分のアプリケーションの合格範囲内にある。
【００２４】
ある態様においては、本発明による積層の圧電層は、約７．５〜３００ミクロンの間、好適には約１０〜１５０ミクロンの間、より好適には約１５〜１００ミクロンの間のピッチを有する。限定を意図しない一例においては、３０ＭＨｚのアレイ設計の場合、結果的に生じる１．５λに対するピッチは約７４ミクロンである。
【００２５】
限定を意図しない別の態様においては、幅約８ミクロン及び間隔距離７４ミクロンのオーダー第１の切溝スロットを有する厚さ約６０ミクロンの圧電層と、少なくとも１つの第１の切溝スロットに隣接して位置づけられる、同じく約８ミクロンの切溝幅を有する第２の切溝スロットとを有する積層の場合、所望される幅対高さのアスペクト比を有するアレイ・サブエレメント及び約１．５λのピッチを有する６４素子アレイがもたらされる。サブダイシングが使用されず、個々の切溝スロットが全て第１の切溝スロットであれば、アレイ構造は、ピッチ０．７５λの１２８素子を形成するように構成され、配置されてもよい。
【００２６】
高周波数では、アレイ・エレメント及び切溝スロットの幅が１〜１０のミクロンのオーダーまで縮小すると、アレイの製造段階で狭い切溝スロットを製造することが望ましい。当業者には、切溝スロットを狭く製造することにより、アレイ・デバイスの正常動作の間のエネルギーのグレーティング・ローブ効果を最小限に抑えることができるように、アレイのピッチを最小化し得ることが認識されるであろう。さらに、切溝スロットを狭めることにより、所定のアレイ・ピッチに対するエレメントの強度及び感度は、除去される圧電層が可能な限り少ないことに起因して最大化される。圧電層は、レーザ加工を使用して微細ピッチでパターニングされ、機械的完全性を保持されてもよい。
【００２７】
複数の第１及び／または第２の切溝スロットは、レーザ・マイクロマシニングを使用して積層内のその所定の深さまで伸長されてもよい。レーザ・マイクロマシニングは、切溝スロットを延びる、または「ダイシング」する非接触方法を提供する。切溝スロットを「ダイシング」するために使用できるレーザとしては、例えば可視及び紫外線波長レーザ及び１００ｎｓ〜１ｆｓからのパルス幅を有するレーザ及びこれらに類似するものが含まれる。開示した本発明の一態様においては、熱影響域（ＨＡＺ）は、紫外線（ＵＶ）領域のより短い波長のレーザ及び／またはピコ秒〜フェムト秒のパルス幅レーザを使用することによって最小化される。
【００２８】
レーザ・マイクロマシニングは、大量のエネルギーを可能な限り少ない容量かつ可能な限り短時間で方向づけることによって、物質の表面を局部的にアブレートすることができる。十分に短い時間期間に渡って入射光子の吸収が発生すれば、熱伝導は発生する間がない。アブレートされた汚れのないスロットは、残留エネルギーがほとんどない状態で生成され、これにより、局所的な溶融は回避され、熱損傷は最小限に抑えられる。レーザ条件は、気化領域内の消費エネルギーを最大化すると同時に周囲の圧電層に与える損傷を最小限に抑えるものを選ぶことが望ましい。
【００２９】
ＨＡＺを最小化するために、吸収されるレーザ・パルスのエネルギー密度は最小化されてもよく、上記エネルギーは、熱伝導メカニズムにより材料内部で散逸されないように防止されてもよい。使用可能なレーザの例示的な２つのタイプは、紫外線（ＵＶ）レーザ及びフェムト秒（ｆｓ）レーザである。ＵＶレーザは、セラミックにおいて極浅の吸収深度を有し、よって、エネルギーは浅い容積内に含まれる。ｆｓレーザは極く短い時間パルス（約１０〜１５秒）を有し、よって、エネルギーの吸収はこの時間スケールで発生する。ある例では、レーザ切断後に圧電層を再ポーリング（再分極）する必要はない。
【００３０】
ＵＶエキシマ・レーザは、ノズル、光学デバイス、センサ及びこれらに類似するもの等のマイクロ・オプティカル・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＯＥＭＳ）ユニット製造のための複雑な微小構造体の製造用に適合化される。エキシマ・レーザは、幾つかの紫外線波長における短パルス内の高いピーク電力出力に起因して、熱損傷が低く解像度の高い材料処理を提供する。
【００３１】
当業者には認識されるように、概して、所定のレーザ・マイクロマシニング・システムでアブレートされる深度は、パルス当たりのエネルギー及びパルス数に大きく依存する。アブレーション率はほぼ一定であることが可能であり、かつそれを超過すると上記率が急速に低下してゼロになる深度までは所定のレーザ・フルーエンスに対して十分に独立であることが可能である。圧電積層上に入射する位置当たりのパルス数を制御すれば、所定の切溝深度を位置の関数として所定のレーザ・フルーエンスの飽和深度まで確立することができる。飽和深度は、プラズマ・プルーム（アブレーションの過程で生成される）による、及びレーザ溝の壁によるレーザ・エネルギーの吸収によって発生する可能性がある。プルーム内のプラズマは、より深い溝の壁内に閉じ込められると、より厚くなり、かつ吸収性をより高める可能性があり、さらに、プルームの膨張に要する時間はより長くなる。レーザ・パルスの始点からプルーム減衰開始までの時間は、高フルーエンスにおいては概して数ナノ秒である。数十ナノ秒のパルス幅を有するレーザの場合、これは、レーザ・ビームの後部がプルームと相互作用することを意味する。ピコ秒〜フェムト秒レーザを使用すれば、このレーザ・ビームとプルームとの相互作用を回避することができる。
【００３２】
ある態様においては、第１または第２の切溝スロットを圧電層内へ、または圧電層を通って延ばすために使用されるレーザは、例えばＫｒＦエキシマ・レーザ・システム（例えば、波長約２４８ｎｍを有するもの）等の短波長レーザである。使用してもよい短波長レーザの別の例は、フッ化アルゴン・レーザ（例えば、波長約１９３ｎｍを有するもの）である。別の態様においては、圧電層の切断に使用されるレーザは、短パルス幅レーザである。例えば、ほぼｐｓ〜ｆｓのオーダーの短パルス幅を放射するように修正されたレーザを使用可能である。
【００３３】
約１〜２００μｍの範囲の厚さ（好適には、１０〜１５０μｍの範囲の厚さ）の圧電層を介して約１〜３０μｍの範囲の幅（より好適には、５〜１０μｍの範囲の幅）の切溝スロットをレーザ切断するためには、約０〜２０Ｊ／ｃｍ２の範囲（好適には、ＰＺＴセラミックに対して約０．５〜１０．０Ｊ／ｃｍ２の範囲）のフルーエンス領域を有するＫｒＦエキシマ・レーザ・システム（約２４８ｎｍの波長を有するＵＶ光）を使用することができる。圧電層の実際の厚さは、最も一般的には、材料の音速及びアレイ・トランスデューサの意図される中心周波数に依存して１／４λから１／２λまでの範囲の厚さに基づく。当業者には明白であろうが、裏層及び整合層及びこれらの個々の音響インピーダンス値は、圧電層の最終厚さを決定づける。同じく当業者には明白であろうが、目標厚さは、アレイの各サブエレメントの特有の幅対高さのアスペクト比に基づき、さらに微調整されてもよい。切溝の幅が広いほど、かつレーザ・フルーエンスが高いほど、エキシマ・レーザはより深くまで切断することができる。単位面積当たりのレーザ・パルス数もまた、明確な深度制御を可能にし得る。別の態様においては、より低いフルーエンスのレーザ・パルス、即ち約１Ｊ／ｃｍ２〜１０Ｊ／ｃｍ２未満のレーザ・パルスを使用して、高分子ベースの材料及び薄い金属層をレーザで削ることができる。
【００３４】
先に述べたように、上記複数の層は、信号電極層１１２及びグランド電極層１１０をさらに含んでもよい。これらの電極は、誘電層及び圧電層の暴露領域を覆うメタライゼーション層（図示されていない）の付加によって規定されてもよい。電極層は、当業者によって理解される任意の金属化表面を備えてもよい。使用可能な電極材料の非限定的な一例は、ニッケル（Ｎｉ）である。酸化しない、（１〜１００ＭＨｚにおいて）より低い抵抗の金属化層は、スパッタリング等の薄膜堆積技術（蒸着、電気メッキ、他）によって堆積されてもよい。Ｃｒ／Ａｕの組合わせ（各々３００／３０００オングストローム）は、このようなより低い抵抗の金属化層の一例であるが、より薄い層及びより厚い層の使用も可能である。Ｃｒは、Ａｕの界面接着層として使用される。当業者には明白であろうが、半導体及びミクロ加工分野において周知である他の従来的な界面接着層を使用可能であることが企図される。
【００３５】
信号電極層の上面の少なくとも一部は、圧電層の底面の少なくとも一部へ接続され、かつ信号電極層の上面の少なくとも一部は、誘電層の底面の少なくとも一部へ接続される。ある態様においては、本明細書に記述されているように、信号電極は誘電層によって規定される開口より広く、積層のインタポーザへの表面取り付けに使用される導電材料４０４より上に存在する領域において誘電層の端をカバーする。
【００３６】
ある態様においては、堆積される信号電極パターンは、圧電層の底面の全体表面を覆うパターンであり、または、誘電層によって規定される開口を横断して延びる適切な領域の所定のパターンである。信号電極のもとの長さは、信号電極の最終長さより長くてもよい。信号電極は、より短い長さをもたらす、より入り組んだパターンにトリミング（またはエッチング）されてもよい。
【００３７】
最終的な入り組んだ信号電極パターンを生成するためには、レーザ（または、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）他等の他の材料除去技術）を使用して、堆積される電極の幾分かを除去することができる。ある態様においては、スパッタリング（各々３００／３０００のＣｒ／Ａｕ−但し、これより薄い層及び厚い層も企図される）によって誘電性の間隙より長い単純な矩形形状の信号電極が堆積される。この信号電極は、次にレーザでパターニングされる。
【００３８】
また、シャドウ・マスク及び標準的な「ウェット・ベンチ」フォトリソグラフィ工程を使用して、詳細がさらに入り組んでいる同じ、または類似の信号電極パターンを直接生成することもできる。
【００３９】
別の態様においては、グランド電極層の底面の少なくとも一部は圧電層の上面の少なくとも一部へ接続され、グランド電極層の上面の少なくとも一部は第１の整合層１１６の底面の少なくとも一部へ接続される。ある態様においては、上記グランド電極層は、積層の長手軸に実質的に平行な縦方向で誘電層によって規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さである。別の態様においては、上記グランド電極層は、積層の長手軸に実質的に平行な縦方向で第１の切溝スロットの各々の第１の所定の長さと少なくとも同じ長さである。さらに別の態様においては、上記グランド電極層は、圧電層の上面の実質的な全てを覆って連結式に存在する。
【００４０】
ある態様においては、グランド電極層は、積層の長手軸に実質的に平行な縦方向で（先に記述したように）第１の切溝スロットの各々の第１の所定の長さと少なくとも同じ長さであり、かつ第２の切溝スロットの各々の第３の所定の長さと同じ長さである。ある態様においては、グランド電極の一部は、典型的には、信号グランドがグランド電極から（後述する）インタポーザ４０２上の（１つまたは複数の）信号グランド・トレースへ接続されることを可能にすべく暴露されたままである。
【００４１】
ある例においては、信号及びグランド両電極は、物理的な堆積技術（蒸着またはスパッタリング）によって付加されてもよい。但し、例えば電気メッキ等の他のプロセスが使用されてもよい。ある好適な態様においては、スパッタリング等の絶縁保護コーティング技術を使用して、誘電層の端の近傍領域において優れたステップ・カバレージが達成される。
【００４２】
先に述べたように、誘電層が存在しない領域では、信号電極及びグランド電極に印加される電気信号の全電位が圧電層に渡って存在する。誘電層が存在する領域では、電気信号の全電位が誘電層の厚さ及び圧電層の厚さに渡って分散される。ある態様においては、圧電層に渡る電位に対する誘電層に渡る電位の割合は、圧電層の厚さに対する誘電層の厚さに比例し、かつ圧電層の誘電率に対する誘電層の誘電率に反比例する。
【００４３】
積層の複数の層はさらに、上面と反対側の底面とを有する少なくとも１つの整合層を備えてもよい。ある態様においては、上記複数の層は、２つのこのような整合層を備える。第１の整合層１１６の底面の少なくとも一部は、圧電層の上面の少なくとも一部へ接続されてもよい。第２の整合層１２６が使用されれば、この第２の整合層の底面の少なくとも一部は上記第１の整合層の上面の少なくとも一部へ接続される。上記（一方または双方の）整合層は、積層の長手軸に実質的に平行な縦方向で誘電層によって規定される開口の第２の所定の長さと少なくとも同じ長さであってもよい。
【００４４】
整合層は、所定の音響インピーダンス及び目標厚さを有する。例えば、所定の音響インピーダンスを生成するためには、エポキシと混合された粉末（体積％）を使用してもよい。整合層は圧電層の上面へ付加され、硬化させられ、次いで正確な目標厚さにラッピングされてもよい。当業者には、整合層は、通常、デバイスの中心周波数における整合層材料自体の内部の音の波長のほぼ４分の１に等しい、または４分の１に近い厚さを有してもよいことが認識されるであろう。整合層の特有の厚さ範囲は、層の実際の選択、その特有の材料特性及びデバイスの意図された中心周波数に依存する。限定を意図しない一例においては、高分子ベースの整合層材料及び３０ＭＨｚの場合に、約１５〜２５ｕｍという好適な厚さの値がもたらされる。
【００４５】
ある態様においては、整合層は、約８Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する、３０１−２  Ｅｐｏｔｅｋエポキシと混合された体積比３０％のＰＺＴを含んでもよい。ある態様においては、音響インピーダンスは約８〜９Ｍｒａｙｌの間であってもよく、別の態様においては、インピーダンスは約３〜１０Ｍｒａｙｌの間であってもよく、さらに別の態様においては、インピーダンスは約１〜３３Ｍｒａｙｌの間であってもよい。エポキシを添加した粉末の準備及びこれに続く、層内へ実質的に空気溜まりが存在しないようにした圧電層の上面上への上記材料の硬化は、当業者には周知である。エポキシは、まず脱気され、粉末を混合され、次に再度脱気されてもよい。混合物は、室温から上昇される設定温度（２０〜２００℃）において圧電層の表面に付加されてもよい。３０１−２エポキシの場合、使用温度は８０℃である。上記エポキシは、概して２時間で硬化する。限定を意図しないある態様においては、第１の整合層の厚さは波長の約４分の１であり、３０１−２エポキシにおける体積率３０％のＰＺＴでは約２０μｍ厚さである。
【００４６】
積層の複数の層は、上面と反対側の底面とを有する裏層１１４をさらに備えてもよい。ある態様においては、上記裏層は誘電層によって規定される開口を実質的に満たす。別の態様においては、裏層の上面の少なくとも一部が誘電層の底面の少なくとも一部へ接続される。さらなる態様においては、誘電層の底面の実質上全てが裏層の上面の少なくとも一部へ接続される。さらに別の態様においては、裏層の上面の少なくとも一部が圧電層の底面の少なくとも一部へ接続される。
【００４７】
当業者には認識されるであろうが、整合層及び裏層は、空気及び／または水の音響インピーダンスと圧電層のそれとの間の音響インピーダンスを有する材料から選択されてもよい。さらに、当業者には認識されるように、エポキシまたはポリマは、可変性の音響インピーダンス及び減衰の材料を生成するために、様々な組成及び比率の金属及び／またはセラミック粉末と混合されてもよい。本開示では、材料のこのような任意の組合わせが企図される。１〜６個の不連続層から徐々に変化する１つの層に及ぶ範囲の整合層及び０〜５個の不連続層から徐々に変化する１つの層に及ぶ範囲の裏層の選択は、特有の中心周波数に対する圧電層の厚さを変える。
【００４８】
ある態様においては、２つの整合層及び１つの裏層を有する３０ＭＨｚ圧電アレイ・トランスデューサの場合、圧電層の厚さは約５０μｍ〜約６０μｍの範囲内である。非限定的な他の例では、上記厚さは約４０μｍ〜７５μｍの範囲であってもよい。２５〜５０ＭＨｚの範囲内の中心周波数を有するトランスデューサ、及び異なる数の整合層及び裏層に関しては、圧電層の厚さは使用される材料に関する知識に基づいて適宜スケーリングされるが、トランスデューサ設計分野の当業者であれば、適切な寸法を決定することができる。
【００４９】
圧電層の一方（または双方）の表面の修正に当たっては、レーザを使用してもよい。このような修正の１つとしては、整合層及び裏層の付加に先立つセラミック曲面の生成が考えられる。これは、二次元式に適用されるレーザ切断の可変深度制御方法論を延長したものである。材料の二次元除去により表面を湾曲させた後は、メタライゼーション層（図示されていない）が体積されてもよい。また、圧電層材料の電気双極子をアラインし直すために、圧電層の再ポーリングが使用されてもよい。
【００５０】
ある態様においては、レンズ３０２が、積層の最上層である層の上面を実質的に覆う位置合わせで位置づけられてもよい。レンズは、音響エネルギーを収束するために使用されてもよい。上記レンズは、当業者には周知であろうが、高分子材料で製造されてもよい。例えば、３つの平坦な側面と１つの曲面とを有する予備成形された、または既成のＲｅｘｏｌｉｔｅ片をレンズとして使用することができる。曲率半径（Ｒ）は、音響レンズの意図された焦点距離によって決定される。限定を意図するものではないが、例えば、上記レンズは、コンピュータ化された数値管理機器、レーザ加工、成形及びこれらに類似するものを使用して従来的に形作られてもよい。ある態様においては、曲率半径は、曲りの幅（ＷＣ）が誘電層により規定される開口と少なくとも同じ幅であるに足る大きさである。
【００５１】
ある好適な態様においては、レンズの最小厚さが、誘電層によって規定される開口または間隙の中心を実質的に覆って存在する。さらに、曲りの幅は、誘電層によって規定される開口または間隙より大きい。ある態様においては、レンズの長さは切溝スロットの長さより広くてもよく、レンズがトランスデューサ・デバイスの上端に取り付けられると、切溝スロットが全て保護されかつ密封されることを可能にする。
【００５２】
ある態様においては、レンズの平らな面は、積層へのレンズの接着を提供するために接着層で被覆されてもよい。ある例では、上記接着層は、レンズを積層へ接着する働きをするＳＵ−８フォトレジスト層であってもよい。レンズの底面に付着される接着層の厚さが適切な波長の厚さ（例えば、４分の１波長の厚さ等）であれば、付着される接着層が第２の整合層１２６としても作用し得ることは認識されるであろう。例示したＳＵ−８層の厚さは、通常の薄膜体積技術（例えば、スピン・コーティング等）によって制御されてもよい。
【００５３】
ＳＵ−８の膜は、コーティングの温度が約６０〜８５℃まで上昇されると粘着質（ねばねばした状態）になる。８５℃を超える温度では、ＳＵ−８層の表面トポロジーは変化し始める可能性がある。従って、ある好適な態様においては、この工程は８０℃の設定温度で実行される。ＳＵ−８層は既に固体形状であり、かつ上昇される温度はこの層を粘着質にさせるだけであることから、この層が積層に付着されれば、付着されたＳＵ−８はアレイの切溝から流れ落ちない。これにより、形成されるアレイ・エレメント間の物理的間隙及び機械的隔離が維持される。
【００５４】
ＳＵ−８層と第１の整合層との間の空気の閉じ込めを回避するためには、この接着プロセスを部分真空において実行することが好適である。接着が行われた後、試料が室温にまで冷却されると、ＳＵ−８層の（Ｒｅｘｏｌｉｔｅ層を介する）ＵＶ露光は、ＳＵ−８をクロスリンクし、上記層をより剛性にしかつ接着性を高めるために使用されることが可能である。
【００５５】
レンズの積層上への取り付けに先立って、ＳＵ−８層及びレンズはレーザ切断を実行されてもよい。これにより、アレイの切溝（第１及び／または第２のアレイ切溝スロット）、及びある態様においてはサブダイシングまたは第２の切溝は、双方の整合層（２つの整合層が使用される場合）を介してレンズ内へと効果的に延びる。ＳＵ−８及びレンズがレーザ切断されれば、ピックアンドプレース・マシン（または、互いに接着される実際のコンポーネントの固有のサイズ及び形状に合わせてサイズ取りされかつ成形される整列用のジグ）を使用して、レンズの位置を積層の最上層の最上面におけるＸ及びＹの双方に合わせることができる。ＳＵ−８及びレンズのレーザ切断に当たっては、約１〜５Ｊ／ｃｍ２のレーザ・フルーエンスを使用してもよい。
【００５６】
少なくとも１つの第１の切溝スロットは、少なくとも１つの層を介して、または上記層内へ延び、積層内の所定の深さ／深さプロファイルへ到達することができる。積層の幾つかの層または全ての層を介する、もしくはこれらの層内へのカットは、実質上同時に行われてもよい。従って、複数の層は、選択されて実質上同時に切断されてもよい。さらに、当業者には明らかであろうが、幾つかの層が選択されて一度に切断され、他の層は後続時期に選択的に切断されてもよい。ある態様においては、少なくとも１つの第１及び／または第２の切溝スロットの少なくとも一部は、圧電層の上面から圧電層の底面までの距離の少なくとも６０％である所定の深さまで延び、少なくとも１つの第１及び／または第２の切溝スロットの少なくとも一部は、圧電層の上面から圧電層の底面までの距離の１００％である所定の深さまで延びることができる。
【００５７】
少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は、誘電層内の所定の深さまで延びることができ、１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部はまた、裏層内の所定の深さまで延びることができる。当業者には明らかであるように、裏層内の所定の深さは、０ミクロンから圧電層自体の厚さ以上である深さまでの範囲で変わってもよい。裏層を介するレーザ・マイクロマシニングは、隣接するエレメント間の隔離を著しく改善させることができる。ある態様においては、１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部は少なくとも１つの層を介して延び、かつ裏層内の所定の深さまで延びる。本明細書に記述されているように、裏層内の所定の深さは変わってもよい。少なくとも１つの第１の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さは、積層の長手軸に実質的に平行な縦方向において、その同じ個々の切溝スロットの別の部分の所定の深さに照らして、または別の切溝スロットの少なくとも一部の所定の深さに照らして変わってもよい。別の態様においては、少なくとも１つの第１の切溝スロットの所定の深さは、少なくとも１つの他の切溝スロットの所定の深さより深くてもよい。
【００５８】
第１の切溝スロットに関連して先に記述したように、少なくとも１つの第２の切溝スロットは、少なくとも１つの層を通って延び、積層内のその所定の深さに到達することができる。第１の切溝スロットに関連して先に記述したように、第２の切溝スロットは積層の少なくとも１つの層内へ、または上記層を介して延びることができる。積層の層が独立して切断される場合は、第１の切溝スロットであれ第２の切溝スロットであれ、積層の所定の層における各切溝スロットは、隣接する層内のその対応するスロットを実質的に覆う位置合わせで存在することができる。
【００５９】
ある好適な方法論においては、切溝スロットは、積層がインタポーザ上へ取り付けられ、かつ裏層が付着された後に圧電層内へとレーザ切断される。
【００６０】
超音波トランスデューサはさらに、上面と反対側の底面とを有するインタポーザ４０２を備えてもよい。ある態様においては、上記インタポーザは、積層の長手軸Ｌｓに対して実質上の平行方向に第４の所定の長さＬ４で延びる第２の開口を規定する。第２の開口は、圧電積層の底面への裏層の容易な付着を可能にする。
【００６１】
インタポーザの上面上には、所定のパターンで複数の電気トレース４０６が位置づけられてもよく、信号電極層１１２はまた電極パターンを規定してもよい。規定された電極パターンを有する信号電極１１２を含む積層は、信号電極層によって規定される電極パターンがインタポーザの上面上に位置づけられる電気トレースの所定のパターンと電気的に結合されるように、インタポーザ４０２を実質的に覆う位置合わせで取り付けられてもよい。インタポーザはまた、アレイの個々のエレメントへの電気リードにとっての再分配層として作用することもできる。アレイのグランド電極１１０は、グランド接続用に留保されたインタポーザ上のトレースへ接続されてもよい。レンズが使用される場合、これらの接続はレンズの付着に先行して行われてもよい。但し、レンズ材料の領域が小さく、グランド電極の一部がいまだ暴露されていれば、上記接続はレンズの付着後に行われてもよい。これらの接続を行うために使用可能な導電エポキシ及び塗料としては、当業者の誰もが周知である多くが存在する。当業者には明らかであろうが、これらの接続は、ワイヤボンディングを使用して行ってもよい。例えば、ワイヤボンディングを使用して、インタポーザからフレックス回路への接続、及び積層からインタポーザへの接続を行うことができる。従って、表面取り付けは、技術上周知の方法を使用して、限定を意図するものではなく例えば、はんだを含む（但しこれに限定されない）、導電性の表面取り付け材料を使用することにより、またはワイヤボンディングを使用することによって実行されてもよいことが企図される。
【００６２】
裏当て材１１４は、本明細書に記述されているように製造されてもよい。ある非限定的な例では、裏当て材は、所定の音響インピーダンスを生成すべく使用されることが可能なエポキシと混合される粉末（体積％）から製造されてもよい。３０１−２  Ｅｐｏｔｅｋエポキシと混合された３０％ＰＺＴは８Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有し、非導電性である。インタポーザによって規定される第２の開口内で幾分かの原位置硬化が行われる、エポキシ・ベースの裏当てを使用する場合、積層の上面へ接着される硬質プレートの使用により積層の反りの最小化を促進することができる。エポキシ・ベースの裏層は、例えばタングステン、アルミナ及びこれらに類似するもの等の他の粉末で構成されてもよい。その他、例えば導電性の銀エポキシ等の他の従来的な裏当て材も企図されることは認識されるであろう。
【００６３】
原位置で硬化されなければならない材料の量を減らすため、裏層は事前に製造され、その硬化後に、インタポーザにより規定される開口を介して嵌合するような適切なサイズに切断されてもよい。既成の裏当ての上面は裏当て材（または他の接着材）の新しい層で被覆され、インタポーザにより規定される第２の開口内へ位置決めされてもよい。原位置で硬化する材料の量を減らすことにより、積層内で誘発される残留応力の量は低減されることが可能であり、圧電表面は実質上平坦または平面のままであり続けることができる。硬質プレートは、裏当ての接着完了後に除去することができる。
【００６４】
本発明によるアレイは、当業者には明らかであるようにどのような形状であってもよく、線形アレイ、スパース線形アレイ、１．５次元アレイ及びこれらに類似するものが含まれる。
【００６５】
（超音波アレイ製造の例示的方法論）
本明細書において提供する超音波アレイを製造する１つの方法は、圧電層１０６をレーザで切断することを含み、上記圧電層は高い超音波伝送周波数で共振する。同じく本明細書において提供する超音波アレイを製造する１つの方法は、圧電層をレーザで切断することを含み、上記圧電層は、約３０ＭＨｚの超音波伝送中心周波数で共振する。さらに本明細書において提供する超音波アレイを製造する１つの方法は、圧電層をレーザで切断することを含み、上記圧電層は、約１０〜２００ＭＨｚの範囲、好適には約２０〜１５０ＭＨｚの範囲、より好適には約２５〜１００ＭＨｚの範囲の超音波伝送周波数で共振する。
【００６６】
同じく本明細書においては、熱影響域が最小化されるように圧電層をレーザで切断することによって超音波アレイを製造する方法を提供する。また、再ポーリング（レーザ後のミクロ加工）の必要がないように圧電層をレーザで切断することを含む、超音波アレイの製造方法についても論じる。
【００６７】
本明細書において提供する１つの方法では、全ての機能層の「ダイシング」が１つまたは一連の連続ステップで達成されることが可能である。さらに本明細書において提供する超音波アレイを製造する１つの方法は、圧電層が高い超音波伝送周波数で共振するように上記圧電層をレーザで切断することを含む。ある例では、レーザは、圧電層以外の追加の層を切断する。別の例では、圧電層及び追加の層は実質上同時に、もしくは実質上一斉に切断される。切断される追加の層としては、一時的な保護層、音響レンズ３０２、整合層１１６及び／または１２６、裏層１１４、フォトレジスト層、導電エポキシ、接着層、高分子層、金属層、電極層１１０及び／または１１２及びこれらに類似するものが含まれるが、これらに限定されない。幾つかの、または全ての層は、実質上一斉に切断されてもよい。従って、複数の層は、実質上同時に選択的に切断されてもよい。さらに、当業者には明らかであろうが、幾つかの層は選択されて一度に切断され、他の層は後続時期に選択的に切断されてもよい。
【００６８】
さらに本明細書で提供する１つの方法においては、レーザはまず少なくとも圧電層を切断し、次に、積層の上面及び底面の双方が空気に暴露される裏層を切断する。積層１００は、積層の底面へのアクセスを保持するために積層領域の下に位置決めされる穴または開口を規定する機械的サポートまたはインタポーザ４０２へ付着されてもよい。インタポーザは、アレイの個々のエレメントに至る導線のための再分配層として作用することもできる。ある例では、インタポーザ上へ取り付けられた積層を介してレーザ切断が行われた後に、裏層の厚さを増大するために、インタポーザにより規定される第２の開口内へ追加の裏当て材が堆積されてもよい。
【００６９】
当然ながら、開示した上記方法はレーザによる単一の切断に限定されるものではなく、当業者には明らかであるように、１つまたは複数の開示された層を介してレーザにより複数の追加の切断が行われてもよい。
【００７０】
さらに本明細書で提供する超音波アレイを製造する１つの方法は、圧電層が高い超音波伝送周波数で共振するように、圧電層をレーザで切断することを含む。この実施形態では、レーザは、圧電層の部分を異なる深さに切断する。例えば、レーザは、少なくとも１つの深さまで切断する場合もあれば、幾つかの異なる深さまで切断する場合もある。レーザ切断の深さは各々、アレイ構造体の別々の領域と見なされてもよい。例えば、１つの領域は、レーザが整合層、電極層、圧電層及び裏層を切断することを必要とし、第２の領域は、レーザが整合層、電極層、圧電層、誘電層１０８及びこれらに類似するものを切断することを必要とする場合がある。
【００７１】
開示した方法の１つの態様においては、事前にダイシングされて組み立てられた積層の上面及び底面の双方が暴露され、レーザ加工は、何れの表面から（または双方で）実行されてもよい。この例では、双方の表面を暴露させていることから、レーザ加工によってより清浄かつ真っ直ぐな切溝エッジを生成することが可能になる。レーザ・ビームが「突き抜ける」と、加工プロセスはもはやエントリ・ポイントから噴出する材料を頼むことがなくなってビームはカット・エッジを清浄にすることができ、切断最深部に関わるプルームとの相互作用は最小化されることが可能である。
【００７２】
さらに提供する方法では、レーザは、他の圧電層もパターニングすることができる。ＰＺＴ圧電セラミックに加えて、例えば嵌合方法によるもの等の技術上周知の技術の使用に関して先に述べたように、セラミック高分子複合層が製造され、類似の厚さにラッピングされてもよい。例えば、２−２及び３−１セラミック／高分子複合材料が、アレイに必要とされるピッチに類似するセラミック幅及びセラミック／セラミック間隔で製造されてもよい。高分子フィラは除去されてもよく、アレイのエレメント／エレメント・クロストークは低減されてもよい。高分子材料を除去するために必要なフルーエンスはセラミックに関して必要なフルーエンスより低く、よって、エキシマ・レーザは、エア・カーフを有するアレイ構造体を生成するために高分子／セラミック複合材料内の高分子を除去するための適切なツールとなる。このケースでは、アレイの活動領域内で（高分子が除去されている場合）、２−２複合材料を１位相セラミックとして使用することができる。或いは、３−１複合材料における高分子の１つの連結軸が除去されてもよい。
【００７３】
２−２複合材料に関する別の手法は、２−２複合材料の方向性に対して垂直にカットするレーザ・マイクロマシニングであってもよい。アレイ・エレメントはセラミック／高分子複合材料であると思われることから、結果として得られる構造体は、３−１複合材料を使用して生成されるものに類似する可能性がある。この手法による機械加工は、セラミック及び高分子の双方が同時にアブレートされ得ることから、より高いフルーエンスで行うことができる。
【００７４】
レーザでアブレートされる試料の表面は、レーザ処理そのものの間に試料上に破壊屑が堆積しないように保護されてもよい。この例では、積層アッセンブリの上面へ保護層を配置することができる。保護層は一時的なものであってもよく、レーザ処理の後は除去することができる。保護層は、例えば従来的なレジスト層等の可溶性の層であってもよい。例えば、上面が薄い金属層である場合、保護層は、金属の剥がれ落ちを防止するように作用する。当業者には認識されるように、高いレーザ・フルーエンス及び高いレーザ切断密度に関わらず試料に接着されたままであり、しかもレーザ切断後は表面から除去されることが可能な他の可溶性の層が使用されてもよい。
【実施例】
【００７５】
以下の例は、一般的な当業者に対して超音波アレイ・トランスデューサ及び本明細書においてクレームされている方法の完全な開示及び説明を行うために提起するものであって、純粋に本発明を例示することを意図するものであり、発明者がその発明として見なすものの範囲を限定する意図のあるものではない。
【００７６】
レーザ・マイクロマシニングを使用して例示的な高周波数超音波アレイを製造するための例示的な方法を、図１２ａ〜１２ｇに示す。まず、その上面及び底面に電極を有する、予めポーリングされた圧電構造体を準備する。例示的構造体としては、ＣＴＳ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．（イリノイ州、ブルーミングデール所在）から流通しているモデルＰＺＴ  ３２０３ＨＤ（部品番号ＫＳＮ６５７９Ｃ）がある。ある態様においては、圧電体の上面上の電極がアレイのグランド電極１１０になり、底面上の電極は除去されて誘電層１０８に代えられる。圧電体の底面上には、続いて電極が堆積されてもよく、これがアレイの信号電極１１２になる。
【００７７】
任意選択として、（１〜１００ＭＨｚで）より抵抗の低い酸化しない金属化層がスパッタリング、蒸着、電気メッキ、他等の薄膜堆積技術によって堆積される。Ｃｒ／Ａｕの組合わせは、このような金属化層の非限定的な一例である。この層が使用される場合、ＣｒはＡｕのための接着層として使用される。任意選択として、セラミック圧電体（ＰＺＴ等）の場合には、メーカーが製造する構造体の持つ自然の表面粗さが所望されるものより大きい場合がある。圧電層１０６の目標厚さを達成する上で、その確度／精度を向上させるために、圧電構造体の上面は滑らかな仕上がりになるようにラッピングされかつ電極はラッピングされた表面に付着されてもよい。
【００７８】
次に、圧電構造体の上面へ第１の整合層１１６が付着される。ある態様においては、上側の電極は、信号グランドが上側の電極から基底を成すインタポーザ４０２上の（１つまたは複数の）信号グランド・トレースへ接続されることを見込んで暴露されたままにされる。圧電構造体の上面には整合層が付着され、硬化され、次いで目標の厚さにラッピングされる。使用される整合層材料の非限定的な一例は、約８Ｍｒａｙｌの音響インピーダンスを有する３０１−２Ｅｐｏｔｅｋエポキシと混合された３０％ＰＺＴであった。例によっては、第１の層としては７〜９Ｍｒａｙｌの範囲が望ましい。他の例では、１〜３３Ｍｒａｙｌの範囲が使用されてもよい。第１の整合層内に実質的に空気溜まりが存在しないように、粉末を添加されたエポキシが準備され、圧電構造体の上面上へ硬化される。ある非限定的な例では、３０１−２エポキシはまず脱気され、粉末が混合され、かつ混合体が再度脱気された。混合体は、室温から上昇される設定温度において圧電構造体の表面へ付着される。この態様においては、整合層は７〜９Ｍｒａｙｌの所望される音響インピーダンスを有し、かつ３０１−２エポキシ内の３０％ＰＺＴの場合は厚さ約２０μｍである約４分の１波長の目標厚さを有する。任意選択として、所望される音響インピーダンスを生成するために、異なる組成の粉末、及び所望される粘度の異なるエポキシと混合された適切な（体積％）の粉末が使用されてもよい。
【００７９】
任意選択として、ラッピングされた整合層の上面には、圧電構造体の上側の電極へ接続する金属化層が付着されてもよい。この追加の金属層は、静電遮蔽に役立つ冗長接地層としての機能を果たす。
【００８０】
圧電構造体の底面は、積層がその完成された形にある場合の動作の所望される中心周波数を有するデバイスを生成することに適する圧電層１０６の目標厚さを達成するようにラッピングされる。所望される厚さは、積層の層の選択、その材料組成及び加工されるジオメトリ及び寸法に依存する。圧電層の厚さは、積層内の他の層の音響インピーダンスによって、かつアレイのピッチと、アレイ・エレメントの切溝１１８及びサブダイス切溝１２２の切溝幅との組合わせにより規定されるアレイ・エレメント１２０の幅対高さの割合によって影響される。例えば、２つの整合層と１つの裏層とを有する３０ＭＨｚ圧電アレイの場合、圧電層の目標厚さは約６０μｍであった。別の例では、上記目標厚さは約５０〜７０μｍである。２５〜５０ＭＨｚの範囲の周波数に関しては、当業者には知られる通り、使用される材料に関する知識に基づいて適宜スケーリングされる。
【００８１】
誘電層１０８は、ラッピングされた圧電層の底面の少なくとも一部へ付着される。付着された誘電層は、圧電層の中心領域（整合層により覆われる領域の下）に開口を規定する。誘電層によって規定される開口は、アレイの高度寸法をも規定することは認識されるであろう。例示目的の一例においては、誘電層を形成するために、平坦な表面上および代表物へスピンコートされるように設計されるＳＵ−８レジスト製剤（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ、マサチューセッツ州ニュートン所在）が使用される。スピン速度、スピン時間及び加熱（標準パラメータは全てスピン・コーティング及び薄膜堆積の分野において周知）を制御することにより、均一な厚さを達成することができる。ＳＵ−８製剤は感光性でもあり、従って、標準的なフォトリソグラフィによって誘電層はパターニングされ、レジストから所望される幅及び通気の間隙がエッチングされて誘電層内に開口が形成される。任意選択として、誘電層の開口（または任意の一般的なパターン）を生成するため、ＵＶ放射線に暴露されるレジストの領域がエッチング工程の間に除去されないように、ネガレジスト製剤が使用される。
【００８２】
誘電層の圧電層の底面への接着は、次のＵＶ露光によって増強される。エッチング工程後のこの追加的なＵＶ露光は、ＳＵ−８層内のクロスリンクを向上させ、誘電層の接着及び耐化学性を高める。
【００８３】
任意選択として、誘電層の付着工程の間に積層１００が割れることを防止するために機械的サポートが使用されてもよい。この態様においては、機械的サポートは、ＳＵ−８層を機械的サポート自体の上にスピンすることによって第１の整合層へ付着される。機械的サポートは、ＳＵ−８誘電体の堆積、スピニング、焼付け、初回ＵＶ露光及びレジストの現像の間に使用されてもよい。ある態様においては、機械的サポートは、ＳＵ−８層がそれ自体のみのサポートとして作用することから、２回目のＵＶ露光より前に除去される。
【００８４】
次に、圧電層のラッピングされた底面及び誘電層の底面に信号電極層１１２が付着される。信号電極層は、誘電層によって規定される開口より広く、積層を基底であるインタポーザへ表面取り付けするために使用される導電材料を覆う領域において、パターニングされた誘電層の端をカバーする。信号電極層は、典型的には、蒸着またはスパッタリング等の従来の物理的堆積技術によって付着されるが、電気メッキ等の他の工程が使用されてもよい。別の例では、誘電層の端に近い領域において良好なステップ・カバレージを達成するために、スパッタリング等の従来の絶縁保護コーティング技術が使用される。ある例においては、信号電極層は積層の底面の全表面をカバーし、または、誘電層によって規定される開口に渡って集中する矩形パターンを形成する。次に、信号電極層はレーザによってパターニングされる。
【００８５】
ある態様においては、信号電極層のもとの長さは、信号電極の最終的な長さより長い。信号電極は、より入り組んだパターンにトリミング（またはエッチング）され、より短い長さに形成される。詳細部がさらに入り組んだパターンを堆積するために、シャドウ・マスクまたは標準的なフォトリソグラフィ工程が使用されてもよいことは認識されるであろう。さらに、堆積された信号電極の幾分かを除去して類似の入り組んだパターンを生成するために、レーザ、または、例えば反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）等の別の材料除去技術が使用されてもよい。
【００８６】
誘電層が存在しない領域では、圧電層に渡って、信号電極及びグランド電極に印加される電気信号の完全な電位が存在する。誘電層が存在する領域では、電気信号の完全な電位が誘電層の厚さ及び圧電層の厚さに渡って分配される。
【００８７】
次に、積層が、第１の整合層の上面が機械的サポートへ接着されかつ積層の底面が暴露されるように機械的サポート上へ取り付けられる。ある態様においては、機械的サポートの表面寸法は積層のそれより大きい。別の態様においては、上（即ち、サポートの外周）から見てもやはり見える機械的サポートの領域内に、積層のインタポーザ上への表面取り付けの間に位置合わせの目的で使用されるマーキングが存在する。例えば、機械的サポートはインタポーザであってもよいが、この限りではない。このようなインタポーザの一例は、Ｇｅｎｎｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カナダ、オンタリオ州バーリントン所在）から入手可能な６４素子７４μｍピッチ・アレイ（３０ＭＨｚで１．５ラムダ）、部品番号ＧＫ３０９７＿３Ａである。機械的サポートとインタポーザとが同一である場合、誘電層によって規定される開口の２つの端は、表面取り付けステップの間に積層がインタポーザ上の金属トレースに対して正しく配向され得るように、サポート上の金属トレースに垂直に配向されてもよい。
【００８８】
ある態様においては、インタポーザ上の任意（または全て）の外部トレースは位置合わせのマーキングとして使用される。これらのマーキングは、機械的サポート上の両Ｘ−Ｙ軸におけるマーキングに対する、誘電層によって規定される開口の配向の決定を可能にする。別の態様においては、機械的サポート上の位置合わせマーカは、積層自体の表面の一部に置かれる。例えば、位置合わせマークは、グランド電極層の堆積の間に積層上へ置かれてもよい。
【００８９】
先に述べたように、電極パターンは、積層の底面上へ位置決めされる信号電極層の底面上に生成され、レーザでパターニングされる。レーザ切断の深さは、電極の一部を除去するに足るものである。このレーザ・マイクロマシニング工程ステップが、表面実装用抵抗器上及び回路基板またはフレックス回路上の電気トレースをトリミングする際のレーザの使用に類似するものであることは、当業者には認識されるであろう。ある態様においては、機械的サポートの外周上のマーキングを基準として使用し、レーザ・ビームのＸ−Ｙ軸が、誘電層によって規定される開口に対する周知の関係性によって定義される。レーザでトリミングされたパターンは、上記パターンがインタポーザ上に規定される金属トレース・パターンの上端に重畳され得るようにして配向される。インタポーザの信号トレース・パターンに対するトリミングされた信号電極パターンのＹ軸の位置合わせは重要であり、ある態様において、位置合わせのミスは全アレイ・エレメント・ピッチの１つ分以下である。
【００９０】
所望される電極パターンを生成するためには、シャドウ・マスクを使用する投射エッチング・モードにおいて使用されるＫｒＦエキシマ・レーザが使用されてもよい。例えば、Ｌｕｍｏｎｉｃｓ（ミシガン州ファーミントンヒルズ所在）ＥＸ−８４４、ＦＷＨＭ＝２０ｎｓが使用されてもよい。ある態様においては、矩形の間隙を使用することによって切り取られるエキシマ・レーザ・ビームの均質な中心部は、ビーム減衰器、二重テレスコープ・システム及び薄い金属マスクを通過し、有効焦点距離８６．９ｍｍの３レンズプロジェクション・システム（分解能１．５μｍ以下）によってコンピュータ制御のｘ−ｙ−ｚステージ上に設置された試料表面上へ結像される。ある態様においては、このマスク投影系の縮率は１０：１に固定されてもよい。
【００９１】
ある態様においては、２つの機能セットが積層上の信号電極にトリミングされる。リードフィンガ機能は、インタポーザから誘電層により規定される開口によって規定される圧電層の活動領域まで電気的連続性を供給するために、積層上の信号電極層へトリミングされる。信号電極の最終的な長さは、これらのリードフィンガの製造工程において生成されてもよい。各リードフィンガを電気絶縁するため、狭いラインも積層上の信号電極へトリミングされる。
【００９２】
積層を（実際のインタポーザと同じ正確な寸法及び形状の）機械的サポート・インタポーザ上へ取り付け、かつレーザでトリミングされた信号電極パターンを機械的サポート上の外部可視的な金属パターンに関して配向することは、上記トリミングされた信号電極パターンが、実際のインタポーザ上のトレースへ自動的に位置合わせされることを可能にする。これは、表面取付けの間に機械的サポート・インタポーザ及び実際のインタポーザの双方の端を揃えるジグの使用によって、表面取付けの位置合わせを単純にする。表面取り付け工程の完了後、機械的サポート・インタポーザは除去される。表面取り付け工程には、例えばアメリカのＩｎｄｉｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ニューヨーク州ユーティカ所在）から入手可能な低温作動型インジウムはんだを含む技術上周知の材料４０４が使用されてもよい。
【００９３】
次に、形成された積層へ裏層１１４が付着される。エポキシ・ベースの裏当てが使用され、かつインタポーザの穴の中で幾分かの原位置硬化が発生する場合は、積層の反りを回避するために、積層の上面へ接着される硬質プレートが使用されてもよい。上記プレートは、裏層の硬化が完了すると取り外すことができる。ある態様においては、高い音響減衰及び十分に大きい厚さを含む裏当て材の特性の組合わせは、裏層が可能な限り１００％吸収材料に近い働きをするように選択される。裏層は、アレイ・エレメント間の電気的短絡を発生させない。
【００９４】
積層のグランド電極は、接地接続用に留保されたインタポーザ上のトレースへ接続される。この接続を行うために使用され得る例示的な導電エポキシ及び塗料としては、当業者には周知である多くが存在する。ある態様においては、インタポーザからのトレースは、当業者には認識されるように、リアルタイムの超音波画像を生成するために、アレイと、デバイスをリアルタイムで作動させるために必要な適切なビーム形成電子機器との統合を可能にする、フレックス回路または他のＰＣＢ材料から製造されるさらに大きいフットプリントの回路プラットフォームへ接続される。これらの電気接続は、はんだ、ワイヤボンディング及び異方性導電膜（ＡＣＦ）等の幾つかの周知技術を使用して行われてもよい。
【００９５】
ある態様においては、アレイ・エレメント１２０及びサブエレメント１２４は、アレイの切溝スロットが積層内の底面電極パターンに関して（Ｘ及びＹの双方において）配向されかつ位置合わせされるようにレーザ・ビームを揃えることによって形成されてもよい。任意選択として、レーザ切断の切溝は、基底を成す裏層内へと延びる。
【００９６】
ある態様においては、レンズ３０２が、積層の最上層である層の上面を実質的に覆う位置合わせで位置づけられる。別の態様においては、レンズの最小厚さが、誘電層によって規定される開口の中心を実質的に覆って存在する。さらなる態様においては、曲りの幅は誘電層によって規定される開口より大きい。レンズの長さは基底を成す切溝スロットの長さより広くてもよく、レンズがトランスデューサ・デバイスの上端に取り付けられると、切溝スロットが全て保護されかつ密封されることを可能にする。
【００９７】
ある態様においては、レンズの底の平らな面は、形成されて切断された積層へのレンズの結合を提供するために接着層で被覆されてもよい。ある例においては、接着層は、レンズを積層へ接着する働きをするＳＵ−８フォトレジスト層であってもよい。レンズの底面に付着される接着層の厚さが適切な波長の厚さ（例えば、４分の１波長の厚さ等）であれば、付着される接着層が第２の整合層１２６としても作用し得ることは認識されるであろう。例示したＳＵ−８層の厚さは、通常の薄膜堆積技術（例えば、スピン・コーティング等）によって制御されてもよい。
【００９８】
ＳＵ−８の膜は、コーティング温度が約６０〜８５℃まで上昇されると粘着性（ねばねばの状態）になる。８５℃を超える温度では、ＳＵ−８層の表面トポロジーは変化し始める可能性がある。従って、ある好適な態様においては、この工程は８０℃の設定温度で実行される。ＳＵ−８層は既に固体形状であり、かつ上昇される温度はこの層を粘着質にさせるだけであることから、この接着層が積層に付着されれば、付着されたＳＵ−８はアレイの切溝から流れ落ちない。これにより、形成されるアレイ・エレメント間の物理的間隙及び機械的隔離が維持される。接着層と第１の整合層との間の空気の閉じ込めを回避するためには、この接着プロセスを部分真空において実行することが好適である。ある態様においては、接着が行われた後、試料が室温にまで冷却されると、ＳＵ−８層の（付着されたレンズを介する）ＵＶ露光を使用してＳＵ−８がクロスリンクされ、上記層がより剛性にされかつ接着性が高められる。
【００９９】
別の態様においては、レンズの積層上への取り付けに先立って、ＳＵ−８層及びレンズはレーザ切断を実行されてもよい。これにより、アレイの切溝（第１及び／または第２のアレイ切溝スロット）、及びある態様においてはサブダイシングまたは第２の切溝は、双方の整合層（２つの整合層が使用される場合）を介してレンズ内へと効果的に延びる。
【０１００】
当業者には、本発明において、本発明の範囲または精神を逸脱することなく様々な修正及び変形を実行できることが明らかとなるであろう。当業者には、本明細書の考察及び本明細書に開示されている発明の実施を通じて本発明の他の実施形態が明らかとなるであろう。明細書及び実施例は、単なる例示であるとされるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
本明細書に援用されかつその一部を構成する添付の図面は、後述する幾つかの態様を示し、その明細記述と共に本発明の原理を説明する働きをする。諸図を通じて、類似の番号は同じエレメントを表示する。
【図１】図１は、複数のアレイ・エレメントを示す、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、図１の配列された超音波トランスデューサの複数のアレイ・エレメントのうちの１つのアレイ・エレメントを示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のアレイ・エレメント上に取り付けられたレンズを示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示す実施形態の分解断面図である。
【図６】図６は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１の整合層、圧電層、誘電層を介して裏層内まで延びる複数の第１及び第２の切溝スロットを示す。
【図７】図７は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１及び第２の整合層、圧電層、誘電層を介して裏層内へと延びる複数の第１及び第２の切溝スロットを示す。
【図８】図８は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１及び第２の整合層、圧電層、誘電層を介してレンズ及び裏層内へと延びる複数の第１及び第２の切溝スロットを示す。
【図９】図９は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１及び第２の整合層、圧電層、誘電層を介してレンズ及び裏層内へと延びる複数の第１及び第２の切溝スロットを示す。本例では、複数の第２の切溝スロットは、複数の第１の切溝スロットより狭い。
【図１０】図１０は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１及び第２の整合層、圧電層、誘電層を介してレンズ及び裏層内へと延びる複数の第１の切溝スロットを示し、かつ第１及び第２の整合層を介してレンズ及び圧電層内へと延びる複数の第２の切溝スロットをさらに示す。
【図１１】図１１は、図１の配列された超音波トランスデューサを、配列された超音波トランスデューサの長手軸Ｌを横断する方向から示す例示的な部分断面図であり、第１及び第２の整合層、圧電層、誘電層を介してレンズ及び裏層内へと延びる複数の第１の切溝スロットを示し、かつ誘電層を介して圧電層内へと延びる複数の第２の切溝スロットをさらに示す。
【図１２ａ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｂ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｃ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｄ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｅ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｆ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【図１２ｇ】図１２は、本発明の配列された超音波トランスデューサの一実施形態を製造するための例示的方法を示す。
【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１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１２ｆ】
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【図１２ｇ】
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【国際調査報告】
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