(57)【要約】【課題】音響レンズの耐久性を高めることができる超音波デバイスユニットを提供する。【解決手段】超音波デバイスユニットＤＶは、アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第１面で支持するデバイス基板２１と、第１面の反対側のデバイス基板２１の第２面に結合されてデバイス基板２１を支持する基板５５と、デバイス基板２１の第１面に結合されて、第１面に直交する視点からの平面視でデバイス基板２１の外側まで広がってデバイス基板２１の外側で基板５５に重ねられる音響レンズ１８とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第１面に有するデバイス基板と、
前記デバイス基板の前記第１面の反対側の第２面に結合されている基板と、
前記デバイス基板の前記第１面に結合されて、前記第１面に直交する方向の平面視で前記デバイス基板より大きい面積を有する音響レンズと、
を備え、
前記音響レンズは、前記平面視で前記デバイス基板の外側領域で前記基板と重ねられている
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記音響レンズと前記基板との間に挟まれて前記基板に前記音響レンズを固着する接着層を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記接着層は、前記音響レンズと前記素子アレイとの間に挟まれて前記素子アレイに前記音響レンズを固定する音響整合層から連続する層であることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記基板は平面部と前記平面部から窪んだ第１凹部を有し、当該第１凹部に前記デバイス基板は結合されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波デバイスユニットにおいて、一端が前記超音波デバイス基板の前記第１面の一部に重ねられて接続され、他端が前記平面部の一部に重ねられて接続されるフレキシブルプリント板を備え、超音波デバイス基板の前記第１面は、前記平面部を含む平面内、あるいは前記第１凹部の外側の平面内に位置することを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記フレキシブルプリント板に貫通ビアで接続されるコネクターを備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記音響レンズは、前記デバイス基板の外側で前記基板に向き合う面に、前記基板に形成される複数の第２凹部に個別に嵌合している複数の凸部を有することを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は、前記平面視で前記音響レンズの円筒面に対して円筒面の母線に直交する線上の位置に配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は１以上の対を形成し、少なくとも１対の前記凸部及び前記第２凹部は前記平面視で前記母線に直交する線上の前記円筒面を挟む位置に配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は前記円筒面の母線に並列に複数配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記複数の凸部の一部および前記複数の第２凹部の一部は、前記音響レンズの前記円筒面に対して前記母線の延長線上の位置に配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記複数の凸部の一部および前記複数の第２凹部の一部は１以上の対を形成し、少なくとも１対の前記凸部及び前記第２凹部は前記平面視で前記母線に沿った線上の前記円筒面を挟む位置に配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイスユニット、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるｃＭＵＴ（静電容量型マイクロ超音波トランスデューサー）といった薄膜型超音波トランスデューサー素子を備える超音波デバイスユニットは一般に知られる。例えば、特許文献１に開示される超音波デバイスでは、ｃＭＵＴを支持するデバイス基板はバッキング材に接着され、ｃＭＵＴの素子アレイには部分円筒面の周囲に薄板部を有する音響レンズが結合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１４５８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１ではｃＭＵＴの外側でデバイス基板に端子が配置され、端子はワイヤボンディングでバッキング材上のフレキシブルプリント板に接続される。ワイヤボンディングの配置にあたって音響レンズの薄板部とデバイス基板との間には空間が区画される。この空間の厚みだけ音響レンズの薄板部はデバイス基板の表面から遠ざかってしまう。超音波デバイスユニットが被検体に押し当てられる際に音響レンズの薄板部に外力が作用するので音響レンズの破損のリスクが生じていた。
【０００５】
こうした実情に鑑み、音響レンズの耐久性を高めることができる超音波デバイスユニットが望まれた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第１面に有するデバイス基板と、前記デバイス基板の善基第１面の反対側の第２面に結合されている基板と、前記デバイス基板の前記第１面に結合されて、前記第１面に直交する方向の平面視で前記デバイス基板より大きい面積を有する音響レンズとを備え、前記音響レンズは、前記平面視で前記デバイス基板の外側領域で前記基板と重ねられている音響レンズとを備える超音波デバイスユニットに関する。
【０００７】
音響レンズはデバイス基板の外側で基板に重ねられる。したがって、超音波デバイスユニットが被検体に押し当てられる際にデバイス基板の外側で音響レンズに外力が作用しても、音響レンズは基板で支持されることができる。外力は基板で支持される。音響レンズが薄く形成されても、音響レンズの湾曲は回避される。こうして音響レンズの耐久性は高められる。
【０００８】
（２）超音波デバイスユニットは、前記音響レンズと前記基板との間に挟まれて前記基板に前記音響レンズを固着する接着層を備えることができる。こうして音響レンズは基板に固定される。音響レンズと基板との間で相対移動は抑制される。その結果、音響レンズの耐久性はさらに向上する。
【０００９】
（３）前記接着層は、前記音響レンズと前記素子アレイとの間に挟まれて前記素子アレイに前記音響レンズを固定する音響整合層から連続する層であればよい。音響整合層は素子アレイに音響レンズを固定する。音響整合層は個々の薄膜型超音波トランスデューサー素子と音響レンズとの間で超音波振動を伝達する。接着層は音響整合層と同時に形成されることができる。
【００１０】
（４）前記基板は平面部と前記平面部から窪んだ第１凹部を有し、当該第１凹部に前記デバイス基板は結合されることができる。デバイス基板は第１凹部に受け入れられる。デバイス基板は平面から沈んで基板上に配置される。こうして沈んだデバイス基板では、デバイス基板が平面上に配置される場合に比べて高さが抑制される。こうして超音波デバイスユニットの薄型化は実現される。
【００１１】
（５）超音波デバイスユニットは、一端が前記超音波デバイス基板の前記第１面の一部に重ねられて接続され、他端が前記平面部の一部に重ねられて接続されるフレキシブルプリント板を備えることができる。超音波デバイス基板の前記第１面は、前記平面部を含む平面内、あるいは前記第１凹部の外側の平面内に位置することができる。こうして音響レンズはデバイス基板の外側で基板に受け止められることができる。しかも、フレキシブルプリント板の湾曲は最小限に抑えられることから、ワイヤボンディングに比べて出っ張りは抑制される。ワイヤボンディングに比べて超音波デバイスユニットの薄型化は実現される。ここで、「平面内に位置する」とは、第１面が厳密に平面に一致することのみをいうのではなく、その効果を有する範囲で平面の位置は幅を有してもよい。
【００１２】
（６）超音波デバイスユニットは、前記フレキシブルプリント板に貫通ビアで接続されるコネクターを備えることができる。超音波デバイスユニットの外部接続にあたって基板の裏側にコネクターは搭載されることができる。こうして基板の表側では部品の出っ張りは回避される。音響レンズは基板に重なることができる。出っ張りの回避は超音波デバイスユニットの薄型化に寄与する。
【００１３】
（７）前記音響レンズは、前記デバイス基板の外側で前記基板に向き合う面に、前記基板に形成される複数の第２凹部に個別に嵌合している複数の凸部を有してもよい。超音波デバイスユニットの使用にあたって音響レンズは被検体に押し当てられる。押し当てられた音響レンズは被検体に沿って動かされることができる。このとき、音響レンズには面内方向に剪断力が作用する。凸部は基板に対してアンカー効果を発揮する。こうして基板上で音響レンズのずれは防止されることができる。
【００１４】
（８）前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は、前記平面視で前記音響レンズの円筒面に対して円筒面の母線に直交する線上の位置に配置されればよい。音響レンズの円筒面は超音波の焦点位置を決定する。凸部および第２凹部は円筒面の母線に直交する方向に配置されることから、基板に搭載されたデバイス基板に対して音響レンズは円筒面の母線に直交する方向に位置決めされることができる。こうしてデバイス基板上の素子アレイに対して音響レンズは位置合わせされる。超音波の焦点位置は規定の位置に配置される。こうして凸部および第２凹部は鮮明な画像の形成に寄与することができる。
【００１５】
（９）前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は１以上の対を形成すればよく、少なくとも１対の前記凸部および前記第２凹部は前記平面視で前記母線に直交する線上の前記円筒面を挟む位置に配置されればよい。こうして音響レンズは円筒面の両側でアンカー効果を達成することができる。音響レンズのずれは確実に防止されることができる。
【００１６】
（１０）前記複数の凸部の少なくとも一部および前記複数の第２凹部の少なくとも一部は前記円筒面の母線に並列に複数配置されればよい。凸部同士の間には間隙が形成される。こうした間隙は音響レンズの接着時に接着剤の通路として機能することができる。したがって、凸部は接着剤の広がりを妨げない。凸部に邪魔されずに接着剤は広い範囲に広がることができる。
【００１７】
（１１）前記複数の凸部の一部および前記複数の第２凹部の一部は、前記音響レンズの前記円筒面に対して前記母線の延長線上の位置に配置されればよい。デバイス基板上の素子アレイに対して音響レンズは円筒面の母線の方向に位置合わせされる。
【００１８】
（１２）前記複数の凸部の一部および前記複数の第２凹部の一部は１以上の対を形成し、少なくとも１対の前記凸部および前記第２凹部は前記平面視で前記母線に沿った線上の前記円筒面を挟む位置に配置されればよい。こうして音響レンズは円筒面の両側でアンカー効果を達成することができる。音響レンズのずれは確実に防止されることができる。
【００１９】
（１３）超音波デバイスユニットはプローブに組み込まれて利用されてもよい。このとき、プローブは、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えればよい。
【００２０】
（１４）超音波デバイスユニットは電子機器に組み込まれて利用されてもよい。このとき、電子機器は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理する処理部とを備えることができる。
【００２１】
（１５）超音波デバイスユニットは超音波画像装置に組み込まれて利用されてもよい。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。
【図２】一実施形態に係る超音波デバイスの拡大平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った一実施形態に係る超音波デバイスユニットの部分断面図である。
【図４】超音波デバイスユニットの部分平面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿った一実施形態に係る超音波デバイスユニットの断面図である。
【図６】超音波デバイスユニットの全体平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２４】
（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理部）１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、超音波プローブ１３で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がディスプレイパネル１５の画面に表示される。
【００２５】
超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６には超音波デバイスユニットＤＶが嵌め込まれる。超音波デバイスユニットＤＶは超音波デバイス１７を備える。超音波デバイス１７は音響レンズ１８を備える。音響レンズ１８の外表面には部分円筒面１８ａが形成される。部分円筒面１８ａは平板部１８ｂで囲まれる。平板部１８ｂの外周は全周で途切れなく筐体１６に結合される。こうして平板部１８ｂは筐体の一部として機能する。音響レンズ１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。超音波デバイス１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。
【００２６】
図２は超音波デバイス１７の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７は基体（デバイス基板）２１を備える。基体２１の表面（第１面）には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２はアレイ状に配置された薄膜型超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）２３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子２３群は奇数列の素子２３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。
【００２７】
個々の素子２３は振動膜２４を備える。図２では振動膜２４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向からの平面視）で振動膜２４の輪郭が点線で描かれる。振動膜２４上には圧電素子２５が形成される。圧電素子２５は上電極２６、下電極２７および圧電体膜２８で構成される。個々の素子２３ごとに上電極２６および下電極２７の間に圧電体膜２８が挟まれる。これらは下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６の順番で重ねられる。超音波デバイス１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップ（基板）として構成される。
【００２８】
基体２１の表面には複数本の第１導電体２９が形成される。第１導電体２９は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子２３ごとに１本の第１導電体２９が割り当てられる。１本の第１導電体２９は配列の行方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に接続される。第１導電体２９は個々の素子２３ごとに上電極２６を形成する。第１導電体２９の両端は１対の引き出し配線３１にそれぞれ接続される。引き出し配線３１は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体２９は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上電極２６は接続される。第１導電体２９は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体２９にはその他の導電材が利用されてもよい。
【００２９】
基体２１の表面には複数本の第２導電体３２が形成される。第２導電体３２は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子２３ごとに１本の第２導電体３２が割り当てられる。１本の第２導電体３２は配列の列方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に配置される。第２導電体３２は個々の素子２３ごとに下電極２７を形成する。第２導電体３２には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体３２にはその他の導電材が利用されてもよい。
【００３０】
列ごとに素子２３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子２３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極２６および下電極２７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子２３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子２３に上電極が接続されてもよい。
【００３１】
基体２１の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂを有する。第１辺２１ａと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ３３ａが配置される。第２辺２１ｂと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ３３ｂが配置される。第１端子アレイ３３ａは第１辺２１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ３３ｂは第２辺２１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ３３ａは１対の上電極端子３４および複数の下電極端子３５で構成される。同様に、第２端子アレイ３３ｂは１対の上電極端子３６および複数の下電極端子３７で構成される。１本の引き出し配線３１の両端にそれぞれ上電極端子３４、３６は接続される。引き出し配線３１および上電極端子３４、３６は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体３２の両端にそれぞれ下電極端子３５、３７は接続される。第２導電体３２および下電極端子３５、３７は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体２１の輪郭は矩形に形成される。基体２１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。
【００３２】
基体２１には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）３８が連結される。第１配線板３８は第１端子アレイ３３ａに覆い被さる。第１配線板３８の一端には上電極端子３４および下電極端子３５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３９が形成される。第１信号線３９は上電極端子３４および下電極端子３５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、基体２１には第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）４１が覆い被さる。第２配線板４１は第２端子アレイ３３ｂに覆い被さる。第２配線板４１の一端には上電極端子３６および下電極端子３７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４２が形成される。第２信号線４２は上電極端子３６および下電極端子３７に個別に向き合わせられ個別に接合される。
【００３３】
（２）第１実施形態に係る超音波デバイスユニットの構成
図３に示されるように、基体２１は基板４４および被覆膜４５を備える。基板４４の表面に被覆膜４５が一面に形成される。基板４４には個々の素子２３ごとに開口部４６が形成される。開口部４６は基板４４に対してアレイ状に配置される。個々の開口部４６は素子２３ごとに裏側（反対側）の面（第２面）に開口する。開口部４６が配置される領域の輪郭は素子アレイ２２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口部４６の間には仕切り壁４７が区画される。隣接する開口部４６は仕切り壁４７で仕切られる。仕切り壁４７の壁厚みは開口部４６の間隔に相当する。仕切り壁４７は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基板４４は例えばシリコン基板で形成されればよい。
【００３４】
被覆膜４５は、基板４４の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ２）層４８と、酸化シリコン層４８の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層４９とで構成される。被覆膜４５は開口部４６の空間を塞ぐ。こうして開口部４６の輪郭に対応して被覆膜４５の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、被覆膜４５のうち、開口部４６に臨むことから基板４４の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層４８の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。
【００３５】
振動膜２４の表面に下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６が順番に積層される。圧電体膜２８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜２８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体２９の下で圧電体膜２８は完全に第２導電体３２を覆う。圧電体膜２８の働きで第１導電体２９と第２導電体３２との間で短絡は回避されることができる。
【００３６】
基体２１の表面には音響整合層５１が積層される。音響整合層５１は素子アレイ２２を覆う。音響整合層５１の膜厚は振動膜２４の共振周波数に応じて決定される。音響整合層５１には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。音響整合層５１上に音響レンズ１８が配置される。音響レンズ１８は部分円筒面１８ａの裏側の平面で音響整合層５１の表面に密着する。音響レンズ１８は音響整合層５１の働きで基体２１に接着される。部分円筒面１８ａの母線は第１導電体２９に平行に位置づけられる。部分円筒面１８ａの曲率は、１筋の第２導電体３３に接続される１列の素子２３から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。
【００３７】
基体２１の裏面にはバッキング材としての補強板５３が結合される。補強板５３は平板形状に形成される。補強板５３の表面に基体２１の裏面が重ねられる。補強板５３には貫通口５４が形成される。補強板５３の表面は基体２１の裏面に接合される。こうした接合にあたって補強板５３は基体２１に接着剤で接着されてもよい。補強板５３は基体２１の剛性を補強する。補強板５３の働きで基体２１の表面では平面度は良好に確保される。補強板５３は例えばリジッドな基材を備えることができる。そうした基材は例えば４２アロイ（鉄ニッケル合金）といった金属材料から形成されればよい。
【００３８】
貫通口５４は、基体２１の厚み方向からの平面視で少なくとも素子アレイ２２の輪郭を収容する広がりを有する。そして、貫通口５４は素子アレイ２２に含まれる素子２３の開口部４６から連続する。ここでは、開口部４６および貫通口５４は空気で満たされる。振動膜２４からの空気の厚みは超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍に設定される。こうした空気の厚みは基板４４および補強板５３の板厚に基づき設定されることができる。
【００３９】
超音波デバイスユニットＤＶは配線基板５５を備える。配線基板５５は超音波デバイス１７に結合される。配線基板５５は、平面ＰＬ内で広がる平面部５５ａと、平面部５５ａから窪んだ第１凹部５６とを有する。第１凹部５６は平面視で基体２１の輪郭を象る。第１凹部５６は、平面ＰＬに平行に広がる底面５６ａと、底面５６ａの輪郭で底面５６ａから垂直に立ち上がる壁面５６ｂとで区画される。第１凹部５６に超音波デバイス１７は受け入れられる。ここでは、超音波デバイス１７の平面部５５ａは配線基板５５の平面ＰＬ内に含まれる。こうして超音波デバイス１７は平面ＰＬに面一に合わせ込まれる。超音波デバイス１７は配線基板５５に樹脂材で固定されてもよい。超音波デバイス１７が配線基板５５の平面ＰＬ上に設置される場合に比べて超音波デバイスユニットＤＶの厚みは減少する。超音波デバイス１７の平面部５５ａは、厳密に平面ＰＬに一致する必要はなく、その効果を奏する範囲で平面部５５ａの位置はずれてもよい。
【００４０】
配線基板５５には配線パターン５７が形成される。超音波デバイス１７の第１配線板３８および第２配線板４１は配線パターン５７に接続される。配線パターン５７は第１導電パッド（端子）５８ａおよび第２導電パッド（端子）５８ｂを備える。第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂは配線基板５５の平面ＰＬに形成される。個々の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂは個々の第１信号線３９および第２信号線４２に対応して配置される。第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂは例えば銅といった導電材から形成されればよい。個々の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂには対応の第１信号線３９および第２信号線４２が接合される。
【００４１】
第１配線板３８の一端は配線基板５５の平面ＰＬよりも高い位置で超音波デバイス１７に重ねられ接続される。第１配線板３８は上電極端子３４および下電極端子３５の厚み分で平面ＰＬよりも高く位置する。第１配線板３８は超音波デバイス１７上の一端から第１方向ＤＲ１に延びる。第１配線板３８の他端は配線基板５５の平面ＰＬに重ねられ接続される。第１配線板３８は第１導電パッド５８ａの厚み分を挟んで平面ＰＬに重なる。同様に、第２配線板４１の一端は配線基板５５の平面ＰＬよりも高い位置で超音波デバイス１７に重ねられ接続される。第２配線板４１は上電極端子３６および下電極端子３７の厚み分で平面ＰＬよりも高く位置する。第２配線板４１は超音波デバイス１７上の一端から第２方向ＤＲ２に延びる。第２方向ＤＲ２が第１方向ＤＲ１に逆向きである。第２配線板４１の他端は配線基板５５の平面ＰＬに重ねられ接続される。第２配線板４１は第２導電パッド５８ｂの厚み分を挟んで平面ＰＬに重なる。ここでは、超音波デバイス１７は平面ＰＬに面一に合わせ込まれることから、第１配線板３８および第２配線板４１の湾曲は回避される。
【００４２】
配線基板５５の裏面には第１コネクター５９ａおよび第２コネクター５９ｂが配置される。第１コネクター５９ａは第１導電パッド５８ａにビア６１ａで接続される。第２コネクター５９ｂは第２導電パッド５８ｂにビア６１ｂで接続される。ビア６１ａ、６１ｂは配線基板５５の表面から裏面に貫通する。第１コネクター５９ａおよび第２コネクター５９ｂにそれぞれ接続される配線６２ａ、６２ｂでケーブル１４は形成される。
【００４３】
配線基板５５の第１凹部５６には貫通孔６３が形成される。貫通孔６３は第１凹部５６の底面５６ａに位置し、配線基板５５を貫通する。貫通孔６３は第１凹部５６の底面５６ａで超音波デバイス１７の貫通口５４に接続される。超音波デバイス１７の開口部４６の空間は貫通口５４および貫通孔６３を通じて配線基板５５の外部空間に通じる。
【００４４】
図４に示されるように、第１凹部５６は相互に交差する２垂直面で仕切られる壁面５６ｂ（６４ａ、６４ｂ）を有する。２つの壁面６４ａ、６４ｂは直交する。２つの壁面６４ａ、６４ｂに超音波デバイス１７は突き当てられる。したがって、２つの壁面６４ａ、６４ｂに対して基体２１上の上電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７は位置決めされる。２つの壁面６４ａ、６４ｂに対して予め第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂは位置決めされる。ここでは、超音波デバイス１７と残余の壁面５６ｂとの間には空隙６５が形成される。空隙６５には超音波デバイス１７を固定する樹脂材が配置されてもよい。
【００４５】
図５に示されるように、音響レンズ１８は、基体２１の表面（第１面）に直交する方向の平面視で基体２１より大きい面積を有し、基体２１の外側まで広がって基体２１の外側領域で配線基板５５に重ねられる。重ね合わせにあたって音響レンズ１８の平板部１８ｂと配線基板５５の表面との間には接着層６８が挟まれる。接着層６８は例えば第１配線板３８および第２配線板４１に被さってもよい。ここでは、接着層６８は音響整合層５１から連続する。接着層６８は音響整合層５１と同一の素材で形成されればよい。接着層６８は配線基板５５に音響レンズ１８の平板部１８ｂを固定する。
【００４６】
音響レンズ１８の平板部１８ｂには、基体２１の外側で配線基板５５に向き合わせられる面に、配線基板５５の第２凹部６９に個別に嵌め合わせられる複数の凸部７１が形成される。凸部７１は平らな面から配線基板５５に向かって突出する。凸部７１は音響レンズ１８に一体に形成されればよい。
【００４７】
図５から明らかなように、筐体１６は配線基板５５を囲む壁７２を備える。壁７２で囲まれる空間に配線基板５５は嵌め込まれる。壁７２の上端と音響レンズ１８の表面とは面一に合わせ込まれる。音響レンズ１８の平板部１８ｂは壁７２に結合される。音響レンズ１８と壁７２との間には例えば封止材が注入されればよい。ここでは、音響レンズ１８は配線基板５５の全面にわたって広がる。平板部１８ｂの外周端は配線基板５５の端面に面一に合わせ込まれる。したがって、配線基板５５は、壁７２で囲まれる開口を塞ぐ蓋として機能する。
【００４８】
図６に示されるように、凸部７１（第２凹部６９との組み合わせ）は第１群ＦＲに属するものと第２群ＳＤに属するものとに分けられる。第１群ＦＲに属する凸部７１（＝７３ａ）は音響レンズ１８の部分円筒面１８ａに対して部分円筒面１８ａの母線７４に直交する方向に配置される。ここでは、凸部７３ａは母線７４に直交する方向に部分円筒面１８ａを挟む位置に配置される。第１群ＦＲに属する凸部７３ａは部分円筒面１８ａの母線７４に並列に複数配置される。第２群ＳＤに属する凸部７１（＝７３ｂ）は音響レンズ１８の部分円筒面１８ａに対して部分円筒面１８ａの母線７４の延長線（の領域）に配置される。ここでは、凸部７３ｂは母線７４に沿った方向に部分円筒面１８ａを挟む位置に配置される。第２群ＳＤに属する凸部７３ｂは部分円筒面１８ａの母線７４に直交する方向に複数配置される。
【００４９】
（３）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子２５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６を通じて列ごとに素子２３に供給される。個々の素子２３では下電極２７および上電極２６の間で圧電体膜２８に電界が作用する。圧電体膜２８は超音波の周波数で振動する。圧電体膜２８の振動は振動膜２４に伝わる。こうして振動膜２４は超音波振動する。その結果、被検体（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。
【００５０】
超音波の反射波は振動膜２４を振動させる。振動膜２４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜２８を超音波振動させる。圧電素子２５の圧電効果に応じて圧電素子２５から電圧が出力される。個々の素子２３では上電極２６と下電極２７との間で電位が生成される。電位は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。
【００５１】
超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。
【００５２】
前述のように、音響レンズ１８は基体２１の外側で配線基板５５に重ねられる。したがって、超音波デバイスユニットＤＶが被検体に押し当てられる際に基体２１の外側で音響レンズ１８の平板部１８ｂに外力が作用しても、音響レンズ１８の平板部１８ｂは配線基板５５で支持されることができる。外力は配線基板５５で支持される。音響レンズ１８の平板部１８ｂが薄く形成されても、音響レンズ１８の湾曲は回避される。こうして音響レンズ１８の耐久性は高められる。しかも、音響レンズ１８の平板部１８ｂは配線基板５５に接着層６８で固着される。音響レンズ１８は配線基板５５に固定される。音響レンズ１８と配線基板５５との間で相対移動は抑制される。その結果、音響レンズ１８の耐久性はさらに向上する。接着層６８は音響整合層５１と同時に形成されることができる。
【００５３】
超音波デバイス１７の基体２１は第１凹部５６に受け入れられる。基体２１は平面ＰＬから沈んで配線基板５５上に配置される。こうして沈んだ超音波デバイス１７では、基体２１が平面ＰＬ上に配置される場合に比べて高さが抑制される。こうして超音波デバイスユニットＤＶの薄型化は実現される。ここでは、第１配線板３８および第２配線板４１は基体２１の表面や配線基板５５の表面に重なることができる。第１配線板３８および第２配線板４１は、平面ＰＬと、平面ＰＬに面一に合わせ込まれる超音波デバイス１７とに重ねられる。湾曲は最小限に抑えられワイヤボンディングに比べて出っ張りは抑制される。第１配線板３８の接続にあたって第１配線板３８の長さは最大限に短縮されることができる。したがって、ワイヤボンディングに比べて超音波デバイスユニットＤＶの薄型化は実現される。しかも、超音波デバイスユニットＤＶの接続にあたって基体２１の裏側に第１コネクター５９ａおよび第２コネクター５９ｂは搭載される。こうして基体２１の表側では部品の出っ張りは回避される。こうした出っ張りの回避は超音波デバイスユニットＤＶの薄型化に寄与する。
【００５４】
配線基板５５では平面ＰＬ上の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに対して第１凹部５６の壁面６４ａ、６４ｂは精度よく位置することができる。したがって、第１凹部５６に受け入れられた超音波デバイス１７が２つの壁面６４ａ、６４ｂに突き当てられると、平面ＰＬ上の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに対して超音波デバイス１７は精度よく位置決めされる。こうして配線基板５５および超音波デバイス１７に対して確実な第１配線板３８および第２配線板４１の接続は実現される。超音波デバイスユニットＤＶの製造にあたって、第１凹部５６内で超音波デバイス１７を固定した後に超音波デバイス１７上の上電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７並びに配線基板５５上の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに第１配線板３８および第２配線板４１を接合してもよく、あるいは、超音波デバイス１７上の上電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７に第１配線板３８および第２配線板４１を接合した後に第１凹部５６の壁面６４ａ、６４ｂに超音波デバイス１７を突き当てながら配線基板５５上の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに第１配線板３８および第２配線板４１を接合してもよい。その一方で、突き当てが形成されずに平面ＰＬ上に超音波デバイス１７が配置される場合には、配線基板５５上で第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに対して超音波デバイス１７は精度よく位置決めされることができなかった。その結果、予め第１配線板３８および第２配線板４１が超音波デバイス１７に接合された後でなければ配線基板５５上の第１導電パッド５８ａおよび第２導電パッド５８ｂに対して第１配線板３８および第２配線板４１は精度よく位置決めされることができなかった。
【００５５】
超音波の発信時に素子２３が振動膜２４を超音波振動させると、超音波は振動膜２４から表側に伝わり基体２１の第１面から出射される。このとき、超音波は同様に振動膜２４から裏側に伝わる。超音波は開口部４６内を伝わる。開口部４６は貫通口５４に連続することから、超音波の伝搬経路の長さは増大する。伝播経路の長さの増大に伴い超音波は減衰する。こうして振動膜２４から裏側に伝わる超音波の影響は抑制される。このとき、開口部４６の内部空間は貫通口５４および貫通孔６３を通じて配線基板５５の外部空間に通じる。開口部４６の内部空間と配線基板５５の外部空間との間で通気は確保される。したがって、開口部４６の内部空間は密閉されない。開口部４６の内部空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができる。こうして素子２３の破損は確実に回避されることができる。仮に開口部４６の内部空間が気密に密閉されてしまうと、圧力変動に起因して素子２３の破損が懸念されてしまう。
【００５６】
超音波デバイスユニットＤＶでは配線基板５５の第２凹部６９に音響レンズ１８の凸部７１が嵌め込まれる。したがって、被検体に押し当てられた音響レンズ１８が被検体に沿って動かされても、音響レンズ１８の作用する面内方向の剪断力に抗して、凸部７１は配線基板５５に対してアンカー効果を発揮する。こうして配線基板５５上で音響レンズ１８のずれは防止されることができる。
【００５７】
音響レンズ１８の部分円筒面１８ａは超音波の焦点位置を決定する。第１群ＦＲに属する凸部７３ａおよび第２凹部６９は部分円筒面１８ａの母線７４に直交する方向に配置されることから、配線基板５５に搭載された基体２１に対して音響レンズ１８は部分円筒面１８ａの母線７４に直交する方向に位置決めされることができる。こうして基体２１上の素子アレイ２２に対して音響レンズ１８は位置合わせされる。超音波の焦点位置は規定の位置に配置される。こうして凸部７３ａおよび第２凹部６９は鮮明な画像の形成に寄与することができる。凸部７３ａおよび第２凹部６９は複数組であって、部分円筒面１８ａの母線７４に直交する方向に部分円筒面１８ａを挟む位置に配置されることから、音響レンズ１８は部分円筒面１８ａの両側でアンカー効果を達成することができる。音響レンズ１８のずれは確実に防止されることができる。
【００５８】
一方で、第２群ＳＤに属する凸部７３ｂおよび第２凹部６９は音響レンズ１８の部分円筒面１８ａに対して母線７４の延長線（の領域）に配置される。基体２１上の素子アレイ２２に対して音響レンズ１８は部分円筒面１８ａの母線７４の方向に位置合わせされる。加えて、凸部７３ｂおよび第２凹部６９は複数組であって、母線７４に沿った方向に部分円筒面１８ａを挟む位置に配置される。したがって、音響レンズ１８は部分円筒面１８ａの両側でアンカー効果を達成することができる。音響レンズ１８のずれは確実に防止されることができる。
【００５９】
ここでは、凸部７３ａおよび第２凹部６９は部分円筒面１８ａの母線７４に並列に複数配置される。凸部７３ｂおよび第２凹部６９は部分円筒面１８ａの母線７４に直交して部分円筒面１８ａを仕切る平面に並列に複数配置される。凸部７３ａ、７３ｂ同士の間には間隙が形成される。こうした間隙は音響レンズ１８の接着時に接着剤の通路として機能することができる。したがって、凸部７１は接着剤の広がりを妨げない。凸部７１に邪魔されずに接着剤は広い範囲に広がることができる。
【００６０】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１や装置端末１２、超音波プローブ１３、ディスプレイパネル１５、筐体１６、音響レンズ１８、基体２１、素子２３、第１および第２配線板３８、４１、音響整合層５１等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１１  電子機器としての超音波画像装置（超音波診断装置）、１２  処理部（装置端末）、１３  プローブ（超音波プローブ）、１５  表示装置（ディスプレイパネル）、１６  筐体、１７  超音波デバイス、１８  音響レンズ、１８ａ  円筒面（部分円筒面）、２１  デバイス基板（基体）、２２  素子アレイ、２３  薄膜型超音波トランスデューサー素子、３８  フレキシブルプリント板（第１フレキシブルプリント配線板）、４１  フレキシブルプリント板（第２フレキシブルプリント配線板）、５６  第１凹部、５９ａ  第１コネクター、５９ｂ  第２コネクター、６１ａ  ビア、６１ｂ  ビア、６８  接着層、６９  第２凹部、７１  凸部、７３ａ  凸部、７３ｂ  凸部、７４  母線、ＤＲ１  第１方向、ＤＲ２  第２方向、ＤＶ  超音波デバイスユニット、ＰＬ  平面。
【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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