(57)【要約】      （修正有）【課題】イメージング解像度を低下させることなく制限された寸法を有する超音波トランスデューサを製造する改良された方法を提供する。【解決手段】導体パッドの二次元アレイと、超音波トランスデューサの外部でのさらなる処理のために導体パッドと接続された電気回路と、を備える半導体材料のキャリアを提供するステップを含む。次に、圧電材料を含む層がキャリア上に提供され、その層は導体パッドの二次元アレイを覆う。キャリア上の二次元アレイをダイシングすることによって複数のトランスデューサ要素のそれぞれが分離される。最後に、各トランスデューサ要素を接地するために複数のトランスデューサ要素上に接地層が提供される。ここで、キャリアと圧電材料を含む層との間にバッファ層が提供される。バッファ層はキャリア上の複数のトランスデューサ要素のそれぞれをダイシングするのに適した厚さを有する。【選択図】図１
2013184064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の単一キャリア上に二次元アレイ状に配列された複数のトランスデューサ要素を含む超音波イメージングデバイスに使用される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記超音波トランスデューサは複数の層を備えており、当該製造方法は、
導体パッドの二次元アレイと、前記超音波トランスデューサの外部でのさらなる処理のために前記導体パッドと接続された電気回路と、を備える半導体材料の前記キャリアを提供するステップと、
圧電材料を含む層であって導体パッドの前記二次元アレイを覆う層を、前記キャリア上に提供するステップと、
前記キャリア上の前記二次元アレイをダイシングすることによって前記複数のトランスデューサ要素のそれぞれを分離するステップと、
各トランスデューサ要素を接地するために前記複数のトランスデューサ要素上に接地層を提供するステップと、
前記キャリアと前記圧電材料を含む前記層との間にバッファ層を提供するステップと、を含み、
前記バッファ層は前記キャリア上の前記複数のトランスデューサ要素のそれぞれをダイシングするのに適した厚さを有する製造方法。
【請求項２】
前記バッファ層上に、導体パッドの前記二次元アレイに対応するパターンのマスクを与えるステップと、
前記バッファ層をエッチングし、それにより前記導体パッドを含む前記パターンに対応するバケットが形成されるステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧電材料の前記層と前記キャリアの前記バケット内の前記導体パッドとの電気的な接続のために、前記バッファ層上に導電性材料を含む層を提供するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記導体パッドを含む前記バケットを満たすために、導電性材料を含む層、特に導電性接着剤を含む層を提供するステップをさらに含む請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
導電性材料の前記層は、前記キャリアと圧電材料の前記層とを音響的にマッチさせるのに適した音響的特性を有する請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
導電性材料を含む層であって前記バケット内の前記導体パッドと接続された層を提供するステップをさらに含む請求項２から４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
圧電材料の前記層と前記接地層との間に、導電性材料を含む層を提供するステップをさらに含む請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記導電性材料を含む前記層は、圧電材料の前記層と外部環境とを音響的にマッチさせるような音響的特性を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記バッファ層は電気絶縁材料を含む層である請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記バッファ層は音響的に透明な性質を有する層である請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記バッファ層は酸化アルミニウムを含む請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のトランスデューサ要素のそれぞれを分離する前記ステップは、前記キャリア上の前記二次元アレイをスクライブすること、割ること、鋸で切ること、およびレーザ切断することからなるグループのうちの任意のひとつを含む請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリア内に設けられた前記電気回路は、前記超音波トランスデューサの外部でのさらなる処理のために、複数のトランスデューサ要素を電気的に集約するよう構成される請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の方法によって製造された、複数の層を備える超音波トランスデューサ。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法によって製造された少なくともひとつの超音波トランスデューサを備える超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波イメージングデバイスに使用される超音波トランスデューサを製造する方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、その方法によって製造された超音波トランスデューサに関する。
【０００３】
本発明はまた、その方法によって製造された少なくともひとつの超音波トランスデューサを備える超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００４】
超音波トランスデューサは、例えば超音波イメージングデバイスに応用されている。ここでは、イメージは例えば人や動物の心臓のものでありうる。食道は心臓に近いので、そのような超音波トランスデューサはしばしば、心臓を可視化するための経食道エコー（ＴＥＥ）に利用される。超音波トランスデューサを備えるＴＥＥプローブは、とりわけビームのアパーチャ、使用周波数およびプローブの先端のトランスデューサ要素の数に応じた解像度のイメージを生成するよう構成される。そのような超音波トランスデューサの他の応用も知られている。例えば、血管や心腔や体内空洞（例えば、膣、直腸、鼻）に適用して、子宮や前立腺や胃などの臓器を調べることができる。
【０００５】
上述の通り、超音波イメージングデバイスは超音波プローブを備える。超音波プローブは、複数の独立したトランスデューサ要素を有するトランスデューサを含む。さらにそれは中央演算ユニットを備える。中央演算ユニットはプローブを制御し、プローブから導かれた音響信号からイメージを生成する。コンピュータの形態をとる中央演算ユニットはさらに、イメージを表示するディスプレイと接続されてもよいし、コンピュータを制御するためにキーボードまたは他の入力デバイスと接続されてもよいし、イメージを保持する保持デバイスと接続されてもよい。
【０００６】
プローブは超音波イメージングデバイスの重要な部分を形成する。プローブは、ターゲット領域（心臓など）に向けて超音波エネルギを送信し、かつ、ターゲット領域から超音波エネルギを受信するトランスデューサ要素を含むからである。これらのプローブには、そのアプリケーションによって異なる形状やサイズがあることが知られている。より大きなプローブはより多くのトランスデューサ要素およびより多くの電気回路を有することができ、イメージの解像度に良い影響がある。しかしながら、より大きなプローブが体内で使用された場合、それは不快であり、かつ、動きの自由度が少ない。そして子供の食道については、より大きなプローブはそもそも使用不可である場合がある。
【０００７】
トランスデューサ要素を一次元アレイに配列し、二次元イメージを生成することが知られている。オペレータは一次元アレイを操縦し、回転させ、または並行移動させてもよい。しかしながら、体内で使用された場合、プローブのこれらの動きは患者にとって非常に不快でありうる。
【０００８】
より最新の超音波トランスデューサは、二次元アレイ状に配列された複数のトランスデューサ要素を備える。この複数のトランスデューサ要素は、三次元イメージを生成する。四次元イメージもまた知られている。そこでは、二次元アレイから生成された複数のイメージが時間に亘って組み合わされ、それによりリアルタイムのまたはほぼリアルタイムの三次元イメージが与えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら一方で、二次元アレイ超音波トランスデューサは複雑である。そのようなトランスデューサは、例えば、導体パッドの二次元アレイを有するキャリア層と、その層の上に設けられた複数の圧電素子と、を備える。圧電素子により、機械的応力（振動）は電位に変換され、または電位は機械的応力に変換される。圧電素子は一方の側が個々の導体パッドと電気的に接続され、他方の側が他の圧電素子と電気的に接続されると共に接地される。この接地は大抵、複数の独立した圧電素子上に接地層を設けることによりなされる。これらのトランスデューサ要素は二次元アレイ状に配列されるので、トランスデューサ要素の数は非常に多く、特に所定のイメージ解像度が要求される場合はそうである。例えば、３２×３２の比較的小さいアレイでさえも、既に１０２４個のトランスデューサ要素を含む。各トランスデューサ要素は個々に接続されるべきである。さらなる処理のために、そのような要素に電気信号を送信するまたはそのような要素から電気信号を受け取る（読み出す）必要があるからである。複数の観点から、これらのアレイを製造することは挑戦的である。
【００１０】
トランスデューサの最適なパフォーマンスは、それぞれの個々の要素間での、アレイの音響的隔離の最適化を要求する。空気で満たされた要素間のギャップはそのような音響的隔離を提供する。しかしながら、これらのギャップはアレイの構造的寸法を増大させる。また、アレイの物理的強度はギャップによって低下するので、個々の要素はより不安定になる。アレイから個々のトランスデューサ要素をダイシングする処理は、超音波トランスデューサの製造におけるデリケートなステップである。
【００１１】
さらに、電気信号を与えたり電気信号を読み出したりするために各トランスデューサ要素は個別に接続される必要があるので、トランスデューサ要素を接続することもまた挑戦的である。それぞれ別個のトランスデューサ要素をプローブの外部でのさらなる処理のために接続することは、大量のワイヤを含むケーブルを必要とする。これは実用的ではない。そのように大量のワイヤを含むケーブルはそれに応じた寸法を有するからであり、また、そのようなケーブルは柔軟ではなく、食道や他の体腔を通すことはできないからである。したがって、プローブに少なくともいくつかの電気回路を設けることで、一群のトランスデューサ要素を駆動し、必要とされるワイヤの数を低減する必要がある。しかしながら、電気回路はプローブの寸法を増大させ、また製造を複雑にする。
【００１２】
したがって、トランスデューサ要素のアレイを使用して高解像度イメージを提供するよう超音波トランスデューサを構成し、またその超音波トランスデューサを備えるプローブの複雑さを低減し、寸法を低減する必要がある。
【００１３】
本発明のひとつの目的は、上述のような従来技術の不利な点のうちの少なくともいくつかを除去する、超音波トランスデューサの改良された製造方法およびこの方法により製造された超音波トランスデューサを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、イメージング解像度を低下させることなく制限された寸法を有する超音波トランスデューサを製造する改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の態様では、半導体材料の単一キャリア上に二次元アレイ状に配列された複数のトランスデューサ要素を含む超音波イメージングデバイスに使用される超音波トランスデューサの製造方法が提供される。超音波トランスデューサは複数の層を備える。この方法は以下のステップを含む。
【００１６】
導体パッドの二次元アレイを備える半導体材料のキャリアを提供するステップ。半導体材料のキャリアは、超音波トランスデューサの外部でのさらなる処理のために導体パッドと接続された電気回路を備える。
【００１７】
圧電材料を含む層であって導体パッドの二次元アレイを覆う層を、キャリア上に提供するステップ。
【００１８】
前記キャリア上の二次元アレイをダイシングすることによって複数のトランスデューサ要素のそれぞれを分離するステップ。
【００１９】
各トランスデューサ要素を接地するために複数のトランスデューサ要素上に接地層を提供するステップ。この方法は、以下のステップをさらに備えることにより特徴付けられる。
【００２０】
キャリアと圧電材料を含む層との間にバッファ層を提供するステップ。バッファ層はキャリア上の複数のトランスデューサ要素のそれぞれをダイシングするのに適した厚さを有する。
【００２１】
食道プローブは単一のトランスデューサを備えてもよい。単一のトランスデューサのトランスデューサ要素は超音波エネルギを送信し、受信する。別の例では、これらの超音波プローブは２つの超音波トランスデューサを備え、一方のトランスデューサのトランスデューサ要素は超音波を送信するよう構成され、他方のトランスデューサのトランスデューサ要素は超音波を受信するよう構成される。三次元（３Ｄ）プレーンをカバーするために、個々のトランスデューサ要素の二次元（２Ｄ）グリッドまたはアレイが提供される。所定の最低解像度で３Ｄまたは四次元（４Ｄ）のイメージを生成するためには、多数のトランスデューサ要素が必要とされる。２０００以上の個々のトランスデューサ要素を備えるアレイが普通である。
【００２２】
これらの２０００以上の個々のトランスデューサ要素のそれぞれを接続するためのワイヤの数を低減するために、少なくともいくつかの個々のトランスデューサ要素を組み合わせてそれらのトランスデューサ要素が単一のワイヤを使用できるようにする電気回路が提供される。単一のワイヤを介して複数の電気信号を多重化し伝送するための手法またはより具体的には電気回路は知られている。電気信号を多重化する電気回路はウエハのダイに設けられてもよい。このような電気回路はウエハのダイの半導体層に存在する。ウエハのダイは上面側に複数の導体パッドを備える。各トランスデューサ要素にひとつのパッドが対応する。下面側において、ウエハのダイは多重化電気信号をさらに処理するよう構成される。多くの場合、これは複数の導体パッドの態様で実現される。例えば９００個の個々のトランスデューサ要素の３０×３０アレイと、（３×３サブアレイの）９個の信号を多重化するよう構成されたウエハのダイ内の電気多重化回路と、を有する超音波トランスデューサの場合、ウエハのダイは上面側に９００個の導体パッドを有し、１００個のボンドパッドを有する。プローブの外部でのさらなる処理のために、例えば、これらのボンドパッドはボンドワイヤによって接続されてもよい。
【００２３】
動作する超音波トランスデューサについて、圧電素子などのトランスデューサ要素は少なくとも、ウエハのダイの導体パッド上に設けられる必要がある。これらのトランスデューサ要素は、材料応力からの電気的エネルギを電気エネルギに変換し、かつ、その逆を行うよう構成される。単一の導体パッドおよび圧電素子を備える個々の電気回路を閉じるために、これらの圧電素子はグランドに接続される必要がある。
【００２４】
９００個の導体パッド上に９００個の個々の圧電素子を与えることは物理的に困難である。しかしながら、代替的な製造方法が存在する。より多くの圧電素子が使用される場合、例えば２０００個以上の要素（４５×４５アレイ）が普通であるが、このような場合にはこれらの代替案の必要性が増している。ここでは、９００個の導体パッドを備えるウエハのダイがまず提供され、次に単純化された製造では、圧電材料の層がこれらの導体パッドの上に設けられる。圧電材料のこの層から、ダイシングステップにより、個々の圧電素子が形成される。ここでは、圧電材料含有層のみがダイシングされ、その下のウエハのダイはダイシングされない。ウエハのダイは圧電層に対するキャリア層として機能する。ダイシングの結果、多重化用の電気回路と複数の導体パッドと複数の個々の圧電素子とを備える単一のウエハキャリアダイが形成される。導体パッドの数は圧電素子の数に対応する。最後に、ウエハのダイ全体において、接地層が圧電素子の上に提供される。これにより、各圧電素子はグランドと接続され、電気回路が閉じる。
【００２５】
ウエハキャリアダイ内の電気回路を損傷せずに圧電材料の層から個々の圧電素子をダイシングすることは、大きなチャレンジであり、非常に高い精度でなされる必要がある。ダイス／カットの深さが十分でない場合、圧電素子は分離されず、２つの個々の圧電回路間の短絡が発生し、イメージ生成のための信号処理にエラーが生じうる。カットが深すぎる場合、ウエハキャリアダイの表面の下の電気回路を損傷し、個々の圧電回路からの電気信号の多重化にエラーが生じうる。また、イメージ生成のための信号処理にエラーが生じうる。
【００２６】
本発明の第１の態様によると、超音波イメージングデバイスのための超音波トランスデューサの製造方法はウエハキャリア上に追加的な層を提供するステップを含む。この追加的な層はダイシングのためのバッファ層として機能し、ウエハキャリアと圧電素子の層との間に設けられる。別の態様では、例えばスタックの音響特性を向上させるために、バッファ層とウエハキャリアとの間やバッファ層と圧電素子の層との間に中間層が存在してもよい。
【００２７】
バッファ層によると、個々の圧電素子のダイシングを単純化できる追加的な厚さが生成される。層の厚さは、ダイシングの正確さに関連するような手法において、バッファ層が厚いほど圧電材料層のダイシングの深さの許容誤差が大きくなるようなものである。
【００２８】
別の態様によると、バッファ層に、導体パッドの二次元アレイに対応するパターンのマスクが与えられる。そして、バッファ層はエッチングされ、パターンに応じて層の部分が除去される。その結果、バッファ層に孔が設けられる。この孔のなかで、キャリアの導体パッドが露出される。これらの孔またはバケットは、バッファ層の厚さと同様な深さを有する。したがって、バッファ層はグリッドの形態で（またはバケットのグリッドとして）存在する。導体パッドの位置では全ての材料が除去される。これらのバケットの底部において導体パッドは露出する。その上に圧電材料層が設けられる。次に、スタックを上側からバッファ層に至るまで切断することによりダイシングされる。これにより、作業可能な切断の許容誤差が提供される。この許容誤差はバッファ層の厚さに対応する。
【００２９】
マスクを付与しその後バッファ層をエッチングすることにより、バッファ層を構成する材料は個々の圧電回路から除去され、圧電素子は中間層としてのバッファ層を介することなく導体パッドと電気的に接続される。しかしながら、圧電素子／導体パッドが設けられないスタックの場所では、バッファ層の材料は依然として存在する。これらの場所は、ダイシングステップ中にカットが適用される場所に対応する。バッファ層はグリッドの形状で存在する。
【００３０】
ダイシングステップについて、レーザカッティングなどの他のダイシング技術を適用してもよい。バッファ層または少なくともエッチング後に残るバッファ層の部分により、バッファ層の厚さに応じたダイシング許容誤差（バッファ）が実現される。バッファ層において残存するバッファ部分は、個々の圧電スタックの電気回路の一部を形成しない。圧電スタックからの電気的信号はバッファ層そのものによっては歪められない。
【００３１】
バッファ層を構成する材料は、大きな厚さを有する層に提供可能という能力によって選択される。これらの材料は、隣接する層の音響特性にマッチしない音響特性を有してもよく、したがって所定の高さまで音響信号を反射する。したがって、バッファ層に含まれる材料は、厚い層に適用可能という能力および高いレベルの音響的透明性によって選択される。
【００３２】
別の態様では、方法はさらに、圧電材料の層とキャリアのバケット内の導体パッドとを電気的に接続するための、バッファ層上に設けられた導電性材料を含む層を提供するステップを含む。
【００３３】
圧電層とキャリアとの間のバッファ層をマスキングステップおよびエッチングステップによって処理すると、バケットが形成される。導体パッドは各バケットの底部に位置する。バケットの壁はバッファ層によって形成される。したがって、壁の高さはバッファ層の厚さに対応する。圧電素子を所定の許容誤差でダイシング可能とするために、所定の厚さが必要である。バッファ層上に導電性材料を含む追加的な層を設けることで、導体パッドの接触面積は少なくとも各バケットの壁の分増大する。さらに、導電性材料の追加的な層は、バッファ層の上面の少なくとも一部、バケットとバケットとの間に設けられてもよい。これにより、導体パッドの接触面はバケットの外の部分にまで広げられている。
【００３４】
後者の場合、バッファ層の上面は導電性材料の追加的な層を含み、全ての接触パッドは互いに電気的に接続されうる。しかしながら、ダイシングステップにおいて、これらの接続は切断され、各圧電素子は分離される。
【００３５】
追加的な層を構成する材料は、電気伝導性および処理性能により選択される。例えば約４μｍ程度の最小厚さのために、その層は音響的に透明である。好適な実施の形態では、その層は最小の厚さを有し、ウエハスタック／キャリア層に適用容易な材料から構成され、高レベルの電気伝導性を有する。
【００３６】
さらに別の態様では、方法は、導体パッドを含むバケットを満たすための導電性フィラーを有する層を提供するステップを含む。より具体的な態様では、フィラーは接着剤であり、接着剤は層に塗布する際に多かれ少なかれ流動的であり、したがって各バケットを満たすよう構成される。
【００３７】
導電性フィラーまたは接着剤がバケットを満たすと、それは圧電スタック／圧電回路の一部を形成する。したがって、キャリアと圧電層とまたはキャリア上の導電性層と圧電層とのそれぞれの隣接する層を音響的にマッチさせるような特定の材料が用意される必要がある。圧電素子が動作する周波数に対応する音響インピーダンスにおいてマッチするよう材料を最適化する必要がある。
【００３８】
異なる態様では、隣接する層同士を音響的にマッチさせるためにさらなる追加的な層を設けてもよい。例えば、そのような音響層を、圧電材料を含む層と接地層との間に設けてもよい。これにより、隣接する層の音響インピーダンスをマッチできる。また、トランスデューサの動作環境とマッチ可能であり、またはサンプルされるべきターゲットとマッチ可能である。
【００３９】
別の態様では、バッファ層は電気的絶縁材料を含み、他の具体的な態様では、バッファ層は酸化アルミニウムを含む。さらに別の態様では、バッファ層を構成する材料は音響的に透明な性質を有する。バッファ層を形成すべき材料は、所定の要求の組み合わせを充足する必要がある。その材料は、圧電素子のダイシングにおける作業可能許容誤差に応じた厚さにおいて、超音波に対して音響的に透明となるような音響インピーダンスを有する必要がある。さらに、個々の圧電素子間の短絡を防ぐために、その材料は電気絶縁性である必要がある。一例では、これらの要求のうちの少なくともいくつかを充足する酸化アルミニウムが使用される。
【００４０】
他の態様では、キャリア上の二次元にしたがって音響スタックをダイシングすることによって複数のトランスデューサ要素のそれぞれを分離するステップは、スクライブすること、割ること、鋸で切ること、およびレーザ切断することなどのステップによって実行される。ダイシングの最も適切な方法は適宜選択されてもよい。
【００４１】
異なる態様では、ウエハキャリア内の電気回路は、低減された数のワイヤを介しての超音波トランスデューサの外でのさらなる処理のために複数のトランスデューサ要素を集約するよう構成される。複数のトランスデューサ要素についての大量の電気信号を処理するという課題を克服するためのいくつかの解法が知られている。例えば、光ファイバを通信媒体として採用する方法が提案されている。光ファイバはより大きな帯域幅で伝送するよう構成され、したがって媒体を介して伝送されるデータ量は増大する。しかしながら、トランスデューサプローブに光ファイバを含めることは、トランスデューサ／圧電素子から提供された電気信号から光学データへの変換を必要とする。プローブにデジタル光学モジュレータを組み込む必要があり、これはプローブ寸法に負の影響を与える。さらに、光学モジュレータ回路は信号にクロスオーバを生じさせうる。
【００４２】
ある態様では、多重化電気回路はウエハキャリア内に設けられる。この回路は、個々のトランスデューサ要素（圧電回路）によって提供される複数の電気信号を多重化して、同軸ケーブルなどの単一ワイヤを介して伝送されるよう構成された単一信号にするよう構成される。ある態様では、複数の電気信号を組み合わせる周波数分割多重化回路は、ウエハキャリア内またはウエハキャリアの下に設けられてもよい。各信号は特定の周波数ドメイン内の異なる周波数に割り当てられ、したがって同軸ケーブルの利用可能な帯域幅が最適化される。さらなる要求に依存して、他のタイプの多重化電気回路を使用してもよい。使用される他の多重化器は、時分割多重化器や符号分割多重化器であってもよい。
【００４３】
異なる態様では、上述の態様のうちのひとつ以上によって製造された、複数の層を備える超音波トランスデューサが提供される。
【００４４】
さらに別の態様では、上述の態様のうちの任意のひとつ以上に係る方法によって製造された少なくともひとつの超音波トランスデューサを備える超音波プローブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のある態様にしたがい製造されたトランスデューサを備える超音波イメージングデバイスの一例を示す図である。
【図２】図１の超音波イメージングデバイスの断面図である。
【図３】トランスデューサ要素の２つの２Ｄアレイを備える超音波トランスデューサの構造的概念図である。
【図４】トランスデューサ要素の二次元アレイの一例を示す図である。
【図５】本発明の別の態様に係る超音波イメージングデバイスの超音波トランスデューサを製造するステップの例を示す図である。
【図６】本発明の第１の態様に係る超音波イメージングデバイスの超音波トランスデューサを製造するステップの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明のより良い理解のために、本発明の似た部材は同じ参照符号により示される。
【００４７】
図１は、本発明のある態様にしたがい製造されたトランスデューサを備える超音波イメージングデバイスの一例を示す図である。参照符号１０で示される超音波イメージングデバイスはプローブの形態で示されている。プローブは体腔に挿入されるものであり、例えば経鼻的プローブや経食道的プローブである。超音波プローブ１０は、縦軸１０’に沿って延びるシャフト１１を備える。シャフト１１は、端部１１ａに胃内視鏡ヘッドまたは先端１２を備える。先端１２は超音波トランスデューサ１３を収容する。
【００４８】
超音波プローブ１０は、チューブ状部材または胃内視鏡１１−１２を備える。チューブ状部材は患者の体内の体腔に挿入される。これは例えば口を通じて食道を下降し、心臓の領域に向けての移動である。この種のトランスデューサ装置は多要素２Ｄアレイ超音波トランスデューサ１３を備える。したがって、このトランスデューサ装置は、心臓などのターゲット領域の三次元（３Ｄ）イメージまたはリアルタイム四次元（４Ｄ）イメージを生成することができる。
【００４９】
トランスデューサ１３は多くの場合、セラミックなどの圧電材料からなる１０００以上の圧電素子１３０のマトリックスを備える。圧電素子１３０は、音響エネルギを伝送しかつ受信するために個々にアドレス指定される必要がある。胃内視鏡のチューブ状部材またはシャフト１１は口を通じて挿入され食道を下降するので、その構造は柔軟である必要があり、寸法直径には制限がある。ケーブルは、トランスデューサの接続のためのワイヤを制限された数だけしか含むことができない。ワイヤが多いと柔軟性がなくなり、プローブの操作が困難となり、患者に不快感を与えてしまうからである。
【００５０】
患者の体内の制限された利用可能スペースのため、胃内視鏡のプローブ１０の先端１２の構造的寸法は制限される。また、消費電力をできる限り低くすべきである。多数の高電圧伝送信号および低電圧受信信号はシャフト１１を通じて患者の体内の外に出され、３Ｄイメージ生成および処理装置に向けられる。先端１２および／またはシャフト１１内で１０００以上の（または２０００以上の）圧電素子１３０を、対応する電気回路および多数の高電圧伝送信号および低電圧受信信号に接続することには技術的困難性が伴う。
【００５１】
図１に示される超音波トランスデューサは２つの２Ｄアレイを備える。これは、高電圧ドライバ回路が低電圧受信回路から分離されるアプリケーションに使用されうる。ウエハキャリア内またはその下のビーム生成ドライバ回路に依存して、また特に圧電層の圧電材料のタイプおよび層の厚さに依存して、トランスデューサ要素は高調波イメージングに使用されうる。そこでは、非線形受信信号の二次、三次、四次またはより高次の高調波が合成される。より高次の高調波はイメージの「解像度」を向上させる。より現実的な実施の形態では、音響エネルギを伝送するために３ＭＨｚの伝送信号が使用され、二次高調波６ＭＨｚ信号が受信される。しかしながら、トランスデューサアレイの帯域幅はより高次の高調波の処理を制限する。三次、四次およびより高次の高調波は、トランスデューサアレイが取り扱えるよりも高い帯域幅を必要とするからである。個々のトランスデューサの動作周波数を変えることで、また、スマートなアレイパターンを使用することで、三次およびより高次の高調波の処理が可能となる。
【００５２】
図１および図２に示されるように、デュアル超音波トランスデューサは２つの２Ｄトランスデューサアレイ１３ａ、１３ｂを備えるトランスデューサである。第１の２Ｄトランスデューサアレイ１３ａは、患者の体内のターゲット位置に向けて音響エネルギを放出するために使用される。この第１アレイ１３ａのトランスデューサ要素１３０は、高電圧励起回路を使用して音響エネルギを放出するために最適化されている。励起回路はイメージ生成および処理装置のなかまたはプローブそのもの（図１および図２には図示されていない）のなか、例えばウエハキャリアのなかに配置されている。トランスデューサ要素１３０は伝送信号線１５ａを介して入力を受ける（または、エネルギを受ける）。
【００５３】
デュアル超音波トランスデューサ１３はトランスデューサ要素１３０ｂの第２アレイ１３ｂを備える。第２アレイ１３ｂは、ターゲット位置から反射された音響エネルギを受けることができる。適切な低エネルギ受信回路は先端１２内に収容されている。この受信回路は、音響エネルギを電気信号に変換し、低電圧受信エレクトロニクス１７ｂに与える。このエレクトロニクスは受けた電気信号を組み合わせてより少ない数の信号とする。この信号は出力信号線１５ｂを介して適切なイメージ生成および処理装置（不図示）に送信される。
【００５４】
一方の２Ｄアレイ（第１アレイ１３ａ）は超音波エネルギの伝送に特化し、一方で他方の２Ｄアレイ（第２アレイ１３ｂ）は超音波エネルギの受信に特化している。伝送アレイ１３ａおよび対応するエレクトロニクスは、基本周波数超音波パルスの伝送について最適化されてもよい。
【００５５】
一例では、信号線１５ａおよび１５ｂは、シャフト１１を通過して先端１２に向かう同軸ケーブルとして構成されてもよい。ある実施の形態では、受信信号のさらなる処理は受信回路１７ｂの一部として実行されてもよい。例えば、受信信号をそれが入力される超音波デバイスとマッチさせるために、さらなる超音波デバイス用回路が適用されてもよい。
【００５６】
上述のように、胃内視鏡プローブ内のスペースは制限されているので、使用される電気回路の種類も制限される。好適には、電気回路はプローブ１０の先端１２に集積され、受信（第２）２Ｄアレイ１３ｂのトランスデューサ要素１３０ｂに特定の手段で直接接続される。使用される電気回路の主たる目的は、受信信号線またはチャネル１５ｂの数をさらに低減することである。これは、例えば１０００以上の受信トランスデューサ要素１３０ｂから、少なくとも６４であり好適には２５６を超えない数の一組の受信信号線１５ｂに導くことである。この受信信号線１５ｂはＴＥＥプローブ１０のシャフト１１を通してガイドされる。
【００５７】
この構造的減縮を達成するために、いくつかのアプローチを取ることができる。
ａ）  マイクロビーム形成、すなわち、遅延加算（delay-and-sum）回路によって、２Ｄアレイのトランスデューサ要素のサブセット（サブアレイ２０）の信号を電気的に組み合わせて単一の信号を得ること。
ｂ）  等位相スイッチング、すなわち、アレイのうち同じ信号遅延が割り当てられるべき複数の所定の近傍要素を動的にグルーピングすること。これらの要素は、各受信超音波チャネルについて、電気的スイッチによって並列にスイッチされる。
ｃ）  受信信号の周波数における多重化。複数の帯域制限された信号はより高い周波数の帯域に変調され、単一の同軸ケーブルまたは光ファイバ接続上で合成される。
ｄ）  時間での多重化、つまり、複数の信号はサンプリングされ、可能であればデジタル化および符号化される。そのようなデータは単一のデータストリームとして伝送されるよう単一のチャネル１５ｂ上で合成される。
【００５８】
信号処理はアナログ信号ドメインにおいて実現されるか、または信号処理チェーンの一部または全体のデジタル処理によってアナログデジタル変換の後で実現される。
【００５９】
第１および第２の２Ｄアレイ１３ａ、１３ｂは、その意図されている使用法および機能に依存して、同等のまたは異なるサイズを有しうる。後者の実施の形態では、縦軸方向１０’におけるトランスデューサ要素１３０ａの第１アレイ１３ａの寸法サイズは、トランスデューサ要素１３０ｂの第２の２Ｄアレイ１３ｂの寸法サイズよりも小さい（図１および図２参照）。
【００６０】
好適には、また図１および図２（および図３）に示される通り、トランスデューサ要素の第１アレイ１３ａおよび第２アレイ１３ｂは、プローブ先端１２の縦軸方向１０’において並んで配置される。
【００６１】
ある実施の形態では、アレイがスパースマトリックスとして接続される場合にさらなる減縮が得られる。ＴＥＥプローブ１０のヘッドまたは先端１２の構造的制限に起因して、そのようなさらなる減縮は有利である。ヘッドまたは先端１２は典型的には３０×１５×１５ｍｍ（長さ×幅×高さ）のサイズを有しうる。
【００６２】
本発明に係る超音波イメージングデバイスに使用されるデュアル超音波トランスデューサを得るために、第１および第２アレイ１３ａ、１３ｂのいくつかの構成が可能であることは自明であろう。アレイ１３ａ、１３ｂのトランスデューサ要素１３０ａ、１３０ｂは、矩形、楕円形、三角形または多角形の形状を有してもよい。図４（ａ）から図４（ｃ）に示されるように、要素は異なるタイプの二次元グリッドに配列されてもよく、そのようなグリッドは例えば直交グリッド、傾斜グリッド、三角グリッド、六角グリッド、または環状グリッドである。両方のアレイについて異なるアパーチャ形状もまた可能である。トランスデューサ要素１３０ａ、１３０ｂは、任意の適切な圧電材料または複合材料から製造されうる。
【００６３】
トランスデューサ１３を２つの物理的に分離されたトランスデューサ２Ｄアレイ１３ａ、１３ｂに分離することにより、ＴＥＥプローブの改善が可能となる。特に、第１および第２の２Ｄアレイ１３０ａ、１３０ｂの両方は、アパーチャ、トランスデューサ材料および厚さ、共振周波数、要素数および要素寸法、ならびにマッチング層およびバッキングについてそれぞれ個別に最適化されうる。これにより、デュアルトランスデューサの２つの２Ｄアレイの送信特性および受信特性をそれぞれ別個にかつ独立に最適化できる。このようにして、プローブは、調和イメージング、高調波イメージング、分数調波イメージング、ラジアル変調等に適したものとされうる。
【００６４】
さらに、このような分離されたアレイ構造によると、低電圧受信および制御エレクトロニクス１７ｂ、１７ｂ’と、高電圧送信信号１５ａ、１５ａからの送信信号線１５ｂ、１５ｂと、を物理的に分離しシールドすることができる。これにより、ノイズや干渉をさらに低減することができ、受信回路１７ｂ、１７ｂに対する要求を軽減することができる。
【００６５】
高電圧合成送信／受信回路の代わりに低電圧集積受信回路１７ｂ’を使用することにより、電子部品の電力消費を低減することができる。
【００６６】
２つの狭帯域アレイ１３ａ、１３ｂによって調和イメージング、分数調波イメージング、高調波イメージングのいずれもが可能であるので、広帯域アレイは必要ではない。トランスデューサアレイ１３ａ、１３ｂは異なる要素ピッチおよび動作周波数を有しうるので、グレーティングローブは抑制されうる。まず、送信トランスデューサ１３ａは、アパーチャ、トランスデューサ材料等について、基本周波数を送信するよう完全に最適化されてもよい。次に、受信トランスデューサアレイ１３ｂは、同じ点について、調和周波数、分数調波周波数または高調波周波数を受けるよう完全に最適化されてもよい。
【００６７】
図３は、２つの別個のアレイ１３ａ、１３ｂに分割されたトランスデューサの他の実施の形態の正面図である。以降の図面による説明においては、説明を容易とするために、直交座標系が示される。
【００６８】
Ｙ次元はシャフト軸の縦軸方向（図１の参照符号１０’）であり、Ｘ次元は幅方向であり、Ｚ次元はプローブ表面と直交する方向である。第１（送信）２Ｄアレイ１３ａの中心はデュアルトランスデューサの原点として定義される。三次元角は方位角および仰角により表される。方位角はＸ−Ｙ平面における回転角を意味する。したがって、方位角＝０度はＸ軸に一致し、方位角＝９０度はＹ軸に一致する。仰角はＸ−Ｙ平面に対する角度を意味する。したがって、仰角＝０度はＸ軸またはＹ軸であり、仰角９０１はＺ軸である。
【００６９】
好適な実施の形態では、第１の（送信）アレイ１３ａの（Ｘ方向で見たときの）幅Ｘは１０ｍｍであり、一方その（Ｙ方向における）長さＹ１はより小さい。そのアレイはＸ方向には多くの要素を有し、Ｙ方向にはより少ない要素を有する。
【００７０】
説明を目的とし限定を目的としない例により示される本実施の形態では、第１の（送信）２Ｄアレイ１３ａは、１０×１．２５ｍｍ（Ｘ×Ｙ１）の寸法サイズを有し、０．３１ｍｍのピッチを伴う３２×４のトランスデューサ要素１３０ａを備える。本実施の形態では、第２の（受信）２Ｄアレイ１３ｂは、１０×１０ｍｍ（Ｘ×Ｙ２）の寸法サイズを有し、０．２ｍｍのピッチを伴う４５×４５のトランスデューサ要素１３０ｂを備える。アレイの残りの部分（ウエハダイ）は、その周の辺りに分布するボンドパッドのために使用されてもよい。要素１３０ｂ間の切れ目１３１は３０μｍである。要素１３０ａ間の切れ目は同じであるか、または少し大きくてもよい。この構成は、３ＭＨｚでの送信および第２調和周波数（６ＭＨｚ）での受信のために設計されている。
【００７１】
第２の限定的でない例では、より正方形状の送信アレイが使用されうる。例えば、１１×１１の個々のトランスデューサ要素１３０ｂを備えてもよい。これは、ターゲット位置に向けてより多量のエネルギを送信できる点で有利である。
【００７２】
本実施の形態では、第１の（送信）２Ｄアレイ１３ａは矩形（正方形ではない）のアパーチャ形状を有する。一方で、第２の（受信）２Ｄアレイ１３ｂは正方形またはほぼ正方形のアパーチャ形状を有する。第１および第２の２Ｄアレイ１３ａ、１３ｂは互いに隣接して配置される。
【００７３】
本実施の形態では、第２の（受信）トランスデューサ１３ｂは２０２５のトランスデューサ要素１３０ｂを備え、それぞれが３×３の要素からなる１５×１５のサブアレイ２０に分割される。各サブアレイ２０は、電気回路１７ｂ、１７ｂ’において、または図１および図２では不図示であるが少なくとも部分的にトランスデューサアレイスタック１３ｂまたは取り付けられた受信エレクトロニクス１４ｂにおいて、マイクロビームフォーミングによってひとつの受信信号を生成する。したがって、２０２５のトランスデューサ要素１３０ｂはそれぞれが別個に（同軸ケーブル１５ｂ内の）出力信号線に接続されるわけではなく、２２５個のサブアレイ２０が生成されることにより、この信号線の数はかなり低減される。サブアレイ２０は９個のトランスデューサ要素１３０ｂのサブグループからなる。
【００７４】
したがって、信号処理は２２５の同軸信号線ケーブルのみを必要とするので、シャフト１１を通じてガイドされるべき信号線１５ｂの数をかなり低減できる。１：２の多重化が実行される場合、もし必要であればさらなる低減が可能であり、１１３の信号線ケーブルとなる。
【００７５】
第１の（送信）２Ｄアレイ１３ａは１２８個のトランスデューサ要素１３０ａを備える。１２８個のトランスデューサ要素は１２８の同軸ケーブル１５ａを通じて外部のメインフレームに直接接続されてもよい。送信および受信ケーブル１５ａ、１５ｂは物理的に分離されていてもよいし、統合されていてもよい。しかしながら、この構造的アプローチによると、電力線および制御線と共に信号線をかなり低減することができる。信号ケーブルの総数は２５６より少なくなる。
【００７６】
図４ａから図４ｅにはいくつかの代替的な実施の形態が示される。それらの図は２Ｄアレイ１３ａまたは１３ｂについてのいくつかの要素形状およびグリッド構成を示す。図４ａは、矩形のトランスデューサ要素１３０を有する直交グリッドアレイを示し、図４ｂは三角形のトランスデューサ要素１３０を有する三角形グリッドアレイを示す。図４ｃは、楕円形トランスデューサ要素１３０からなる傾斜グリッドパターンを示し、図４ｄは星形状要素に基づく六角形グリッドアレイを示す。最後に図４ｅは環状グリッドを示す。
【００７７】
図５は本発明のある態様に係る方法を示す。そこでは、トランスデューサ要素の（デュアル）２Ｄアレイを伴う超音波トランスデューサが製造される。この方法は、高解像度超音波トランスデューサの製造について高い収率および高いスループットを提供する。この方法では、ウエハキャリア上に圧電材料の層を塗布し、その後その層から個々の要素をダイシングすることによってトランスデューサ要素が形成される。
【００７８】
方法の第１ステップ４０ａにおいて、ウエハが提供される。ウエハは半導体材料のスライスであり、複数の層が設けられるキャリアとして使用される。半導体材料はケイ素または他の既知の材料、例えばゲルマニウム、ガリウム、ヒ素化合物、または炭化ケイ素であってもよい。このような材料は純粋なものであってもよいし、ホウ素やリンなどのドーパントを含むものであってもよい。
【００７９】
ウエハキャリアは既知の半導体製造方法により製造される。トランスデューサ要素が超音波を送信するよう構成される場合、複数の個々のトランスデューサ要素を駆動するためにウエハの層内にマイクロエレクトロニクスが形成されてもよい。図１において１３ｂで示されるように、トランスデューサ要素が超音波を受けるよう構成されている場合、トランスデューサ要素は超音波プローブ１０の外部でのさらなる処理のために接続される必要がある。例えば、上述の通り、マイクロビーム形成方法をトランスデューサ要素のアレイに適用し、既知の遅延加算回路によっていくつかの個々のトランスデューサ要素を２Ｄアレイのひとつのサブセットに統合し、単一の接続またはワイヤを介しての単一の信号のさらなる処理に付すことができる。
【００８０】
したがって、少なくとも個々の超音波トランスデューサ要素を接続するために、ウエハキャリアには少なくともいくつかの電気回路が設けられる。ウエハキャリアの製造中、導体パッドの２Ｄアレイはウエハキャリアの上面上に生成される。導体パッドは互いに絶縁されており、図４に開示されるようなあらゆる種類のパターンおよび形状で提供されうる。最も使用される形状は、図４（ａ）に示されるような、個々の導体パッドの直交グリッドである。
【００８１】
各導体パッドは、ウエハキャリアの層内の電気回路と電気的に接続される。これらの電気回路は、大抵、チップ上のビームフォーマとして構成される。それらは、プローブの中でまたは超音波トランスデューサデバイスの中で、ウエハダイの外部でのさらなる処理のためにアドレス可能である。電気回路は、ウエハキャリアの上面においてボンドパッドを介してアドレスされ／接続されうる。そこから、回路はボンドワイヤまたは同様のものを介してさらなる処理のために接続されうる。
【００８２】
上述の通り、ビームフォーマ回路は、ウエハキャリアの上面上の導体パッドを介してアドレス可能である。それらは、個々のトランスデューサ要素によって／から提供された多数の個々の電気信号を統合する。そのようにして、プローブそのものの中のワイヤの数は低減され、プローブと超音波デバイスとを接続するために必要なワイヤの数は低減される。
【００８３】
方法の第２ステップ４０ｂにおいて、ウエハキャリア上にバッファ層が塗布される。この層の塗布方法は本発明の範囲を超えており、任意の適切な蒸着または成長方法であってもよい。しかしながら、バッファ層には所定の特性が要求される。バッファ層はウエハダイ上の複数の層の一部を形成し、そのウエハダイから超音波トランスデューサが生成されるので、音響的要求が存在する。方法のさらなるステップ４０ｄにおいて所定の深さまで切断されるとき、バッファ層は、ウエハダイの垂直面において圧電層とキャリアとの間のバッファを形成し、ウエハダイの水平面において個々の圧電素子／トランスデューサ要素間のバッファを形成する。
【００８４】
送信された超音波の反射および歪曲を防ぐために、バッファ層はできる限り音響的に透明である必要がある。音響インピーダンスは層の材質および厚さに関連するので、いくつかの組み合わせが可能である。例えば、酸化アルミニウムがバッファ層の主たる成分として使用される場合（または、バッファ層が酸化アルミニウムのみを含む場合）、層が音響的に透明であるためには、層の厚さは１５から２５μｍであるべきである。しかしながら、バッファ層の厚さを低減すると、個々のトランスデューサ要素４０ｄを圧電層から分離するステップにおけるダイシングのための許容誤差が低減される。さらに、個々の圧電素子間の短絡を防ぐために、バッファ層は電気絶縁性を有する必要がある。
【００８５】
次のステップでは、圧電材料の層がバッファ層の上に提供される４０ｃ。そのような層の塗布方法もまた本発明の範囲を超えており、上述の方法と同様の方法であってもよい。圧電材料は圧電セラミックであってもよい。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛等やオルトリン酸ガリウム等の結晶などの材料を含んでもよい。
【００８６】
ステップ４０ｄにおいて、スタックはダイシングされる。これにより、個々のトランスデューサ要素が形成される。ウエハキャリアは上面上に導体パッドを備え、その導体パッド上にバッファ層が設けられており、その上にさらに圧電層が存在する。ダイシングは多くの方法により実行されうる。とりわけ、機械的鋸引きやレーザカッティングである。最も普通のダイシングは、ダイヤモンドの鋸での鋸引きによるものである。この鋸引きの間、ウエハはフレーム上で静止状態で保持され、鋸は導体パッドのパターン（２Ｄアレイ）にしたがい上面からウエハを切断する。切断箇所またはストリートにより、圧電材料は、２Ｄアレイ状に配列された複数の個々のトランスデューサ要素に分離される。切断箇所は２５から７５μｍの幅を有し、特に３０μｍの幅を有する。切断箇所は、圧電材料の全てが切り取られるような深さまで設けられる。切断箇所はバッファ層に到達する深さを有する。これにより、バッファ層の厚さ分、切断の許容誤差を増やすことができる。
【００８７】
例えば、ウエハキャリア内の電気回路がウエハの表面の直下にあり、スタックが２５μｍ厚のバッファ層とそれに続く２５０μｍ厚の圧電材料の層とを備える場合、切断ステップ中、切断箇所は２５０から２７５μｍまでの範囲程度の深さを有することができる。切断深さが２６２．５μｍに設定された場合、両方の方向において１２．５μｍの切断許容誤差が許される。５０μｍの層厚さのバッファ層が設けられた場合、切断許容誤差は両方の方向において２５μｍまで増大する。
【００８８】
最後に、ステップ４０ｅの間、層のスタックは導電性材料の仕上げ層によって覆われる。この仕上げ層は全ての個々のトランスデューサ要素の上面を電気的に接続し、それらをグランドと接続する。これにより、個々のトランスデューサ要素の電気回路は閉じ、回路は動作可能となる。
【００８９】
図６において、超音波イメージングデバイスの超音波プローブ内の超音波トランスデューサの製造の一例が示される。方法はいくつかのステップ５０−５０ｉを含み、それらのステップ中、ウエハキャリア上に層が与えられ、またはウエハキャリアから材料が除去される。分離ステップ中、ウエハスタックはダイシングされる。
【００９０】
ステップ５０において、ウエハが提供される。そこでは、少なくともいくつかの電気回路がウエハキャリア内に存在する。複数の導体パッド５２はウエハキャリア５１の上に形成される。これらの導体パッド５２は２Ｄ直交アレイにしたがうグリッド状に配列される。しかしながら、他の実施の形態では、図４に示されるもののような他のグリッドが使用されてもよい。
【００９１】
次のステップ５０ａにおいて、ウエハキャリアに、例えば酸化アルミニウムや他の電気絶縁性材料を含むバッファ層が提供される。さらに、超音波トランスデューサの個々のトランスデューサ要素によって送信されたり受信されたりする超音波に影響を与えないように、バッファ層の材料は音響的にできる限り透明であるべきである。入射角がゼロの場合、超音波の反射レベルは以下の数式によって表される。
【数１】
2013184064.tif 000003
【００９２】
超音波の音響反射は両方の材料の音響インピーダンスｚ１およびｚ２の関数である。両方の材料の音響インピーダンスがほぼ同じ場合、上記数式による反射Ｒは最小となる。音響インピーダンスは速度と密度との積であるから、異なる密度を有する２つの材料に同じ音響インピーダンスを持たせることが可能である。音響反射係数は−１から＋１の範囲の値を有しうる。
【００９３】
さらに、バッファ層が音響的に透明であるためには、または、バッファ層が少なくとも高レベルの透明性を有するためには、バッファ層は所与の材料に対して最小の厚さを有する必要がある。例えば、アルミニウムの層が提供され、６ＭＨｚの第２高調波の音響信号が受信される場合、層を波長の半分よりもかなり薄くすることで、その層の中に定在波が生じることを防止する必要がある。信号の波長はかなり小さいので、より厚い層に定在波が現れうるからである。他の材料については他の厚さが適用される。しかしながら、そのような厚さもまた定在波を防止するのに十分なほど薄くする必要がある。
【００９４】
次のステップ５０ｂ中、引き続くステップ５０ｃにおけるエッチングのために、バッファ層上にマスク５４が付与される。導体パッド５２は例えば直交２Ｄアレイ状のグリッドに配列されており、そのようなグリッドに対応するマスクが与えられる。引き続いて、上にバッファ層５３を伴うウエハスタックがエッチングされる。マスクが付与されていないバッファ層の場所では、全ての層が除去される。層の少なくとも一部は除去されうる。または、エッチング時間およびレートに依存して、層全体が除去されうる。高度に選択的なエッチングを使用すると、下にあるウエハ層を除去することなくバッファ層を除去することができる。ある実施の形態では、非等方的エッチングの代わりに等方的エッチングを使用することで、垂直な壁ではなく丸みを帯びた壁を生成することができる。
【００９５】
エッチング後、スタックはバケット５５を有する。バケット５５の深さはウエハキャリアに届く程度である。これらのバケットの底部において導体パッドは露出する。圧電材料と導体パッドとの間の良好な電気的接続を実現しなければならない。導体パッドはバケットの底部にのみ存在するので、これは困難である。導体パッドの接触面積を増やすために、ステップ５０ｄにおいて追加的な層５６がバケット上／内に提供される。この追加的な層５６はアルミニウムなどの導電性材料を含み、導体パッド５２の電気接触を増大させる。有利な実施の形態では、この層は薄い層として付与される。この層は成長により得られてもよく、または接着剤あるいは接着剤的材料としてスタックの上に提供されてもよい。
【００９６】
次に、ステップ５０ｅにおいて、ウエハスタック上に流動性材料５７が提供される。この材料５７は、この材料５７がバッファ層５３に形成されたバケット５５を満たすよりも高い流動性を有する。この流動性材料または接着剤５７は導電性を有する。それにより、接着剤５７の上面から追加的な導電性層５６および導体パッド５２を介してウエハキャリア５１の表面下の電気回路までの電気的接続が可能となる。塗布後、接着剤はその下の導電性層５６にくっつく。有利な実施の形態では、接着剤５７は層状に塗布され、隣接する層にマッチする音響的インピーダンスおよび厚さを有する。接着剤は微粒子導電性接着剤であってもよい。この場合、バケットを完全に満たして導体パッドとの電気的接続を取ることを確かなものとすることができ、また、バケット内の空気の量を最小化できる。このような空気はスタックの音響特性に負の影響を与える。
【００９７】
ステップ５０ｆ中、圧電材料がスタックに付与される。これは、オルトリン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）や石英などの（単）結晶、ランガサイト（ＬＡ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）等、または有利な実施の形態ではチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック材料であってもよい。圧電材料は金の電極を有し、隣接する層との接続を確かなものとしてもよい。圧電セラミック層としてＰＺＴが使用される場合、音響インピーダンスは約３８ＭＲａｙｌｓである。
【００９８】
圧電セラミックの音響インピーダンスは比較的高いので、超音波は媒体の境界においてある程度反射される。この影響を最小化するため、ステップ５０ｇにおいて、追加的な層５９が付与される。この層は導電性を有し、プローブの外部環境と圧電材料との間の音響的マッチング層として使用される。空気の音響インピーダンスは約５００Ｒａｙｌであり、人間の組織の音響インピーダンスは１．４ＭＲａｙｌから１．７ＭＲｒａｙｌの間にある（骨は例外で、より高い）。スタック上に追加的な層５９が付与される場合、この層を使用して、圧電材料の層と外部および測定対象組織、器官、動脈等とを音響的にマッチさせることができる。例えば、７ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する層は、隣接する圧電層と外部とをマッチさせることができる。
【００９９】
これらの層を付与した後、ダイシングステップ５０ｈにおいてスタックをダイシングすることができる。ダイシングの際、ウエハキャリアそのものを除く全てのスタックは、バッファ層の残存する材料と同じグリッドにしたがって切断される。ストリート６０は、個々の導体パッド間に形成される。ストリート６０の幅は２５μｍから７５μｍの範囲にあり、または２５μｍから５０μｍの範囲にあり、または３０μｍである。切断部分／ストリート６０の深さは少なくともバッファ層５７に届くまでであるが、実際は例えばバッファ層が２５μｍの層厚さで与えられた場合はバッファ層５７の内部に約１０μｍの深さまで届いてもよい。ダイシングの際、２Ｄグリッドにしたがって切断が行われるにつれて個々の圧電素子が形成される。複数の個々のスタックが生成され、それらは個々のトランスデューサ要素を形成する。個々のトランスデューサ要素間には電気的な接続もなく、（ストリート内の空気に起因して）物理的な接触さえないので、それらの要素は電気回路によってそれぞれ個別に動作可能である。電気回路はウエハキャリア表面の下にあり、導体パッドによって接続される。
【０１００】
電気回路を閉じるために、ステップ５０ｉにおいて、個々のトランスデューサ要素のスタックの上面側に、導電性材料の層６１が提供される。この層６１は接地される。この層は、個々の回路を接地することでそれらを閉じる機能に加えて、個々のスタックを安定化する機能も有する。接地層６１を付与することにより、個々のトランスデューサ要素はウエハキャリアと接地層との間でロックされ、トランスデューサユニット全体の安定性が向上する。
【０１０１】
上述の詳細な説明から、変形例が可能であることは明らかである。要求される音響特性および寸法を有する材料の異なる選択肢もまた可能である。したがって、上述の発明は例示的な実施の形態を参照して図示、説明されたのであり、当業者であれば、材料および寸法の他の選択は本発明の請求の範囲に含まれる単なる詳細であると理解するであろう。
【図１】
2013184064.tif 000004
【図２】
2013184064.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013184064.tif 000007
【図６】
2013184064.tif 000008
【図３】
2013184064.tif 000009
【外国語明細書】
2013184064000001.pdf