(57)【要約】  本発明によれば超音波トランスデューサの作製方法が提供される。圧電ポリマーが、第１及び第２の化学物質を含有する溶液中に混入されて粘性フィルムが形成される。ある実施態様では第１化学物質はメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を含み、第２化学物質はジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）を含む。他の実施態様では第１化学物質はシクロヘキサンを含み、第２化学物質はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む。フィルムはウェハ上にコーティングされ、次いでコーティング中にフラッシュオフされる。その後フィルムは焼き付けされる。第２化学物質は焼き付け中に除去される。次いで、フィルムは焼鈍される。ある実施態様では焼鈍は約１３５℃〜約１４５℃の範囲の焼鈍温度を使用して実施され、焼鈍時間長は約１７〜約１９時間の範囲である。焼鈍後のフィルムは５０％より大きいβ相結晶度を有する。
2016509493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサの作製方法であって、
圧電ポリマーを、第１化学物質及び第２化学物質を含有する溶液中に混入して粘性フィルムを形成するステップ、
前記粘性フィルムをウェハ上にコーティングするステップにして、前記第１化学物質が前記コーティング中に実質的にフラッシュオフされるステップ、
その後、前記粘性フィルムを焼き付けるステップにして、前記第２化学物質が前記焼き付け中に実質的に除去されるステップ、
その後、前記粘性フィルムを焼鈍するステップにして、焼鈍後の前記粘性フィルムが５０％より大きいβ相結晶度を有するステップ、
を含む方法。
【請求項２】
前記コーティングステップに先立ち、前記ウェハを覆って接着促進層を焼き付け処理して被着するステップを更に含み、前記接着促進層が前記粘性フィルムより実質的に薄く、前記粘性フィルムが前記接着促進層上にコーティングされる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接着促進層が実質的に粘性フィルムと類似の材料組成を有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接着促進層が約０．３〜約０．７ミクロンの範囲の厚さを有する請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記粘性フィルムのコーティングがスピンコート法を使用して実施される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記粘性フィルムが多層型のトランスデューサ膜の一部であり、前記トランスデューサ膜が凹形形状を有するように前記トランスデューサ膜を反らせるステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１化学物質がメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を含み、前記第２化学物質がジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１化学物質がシクロヘキサノンを含み、前記第２化学物質がジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記圧電ポリマーが、ポリビニリデンフルオリド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、又はポリビニリデンフルオリド−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧電ポリマー、第１化学物質、第２化学物質の重量混合比が約（２〜３）：（６〜８）：（２〜４）である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記重量混合比が約（２．５〜２．８）：（６．５〜７．５）：（２．５〜３．５）である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記重量混合比が約２．６６：７：３である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記粘性フィルムが約８〜約１０ミクロンの範囲の厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記粘性フィルムが約５７５センチポアズ（ｃＰ）〜約６２５ｃＰの範囲の粘度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記コーティングが、前記コーティング後に前記第２化学物質の有意部分が残留するように実施される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼鈍は約１３５℃〜約１４５℃の範囲の焼鈍温度を使用して実施され、焼鈍時間長は約１７〜約１９時間の範囲である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
マイクロマシン型の超音波トランスデューサであって、
基板と、
前記基板に形成され裏当て材を充填した開口部と、
前記裏当て材を覆って配置した第１金属層と、
前記第１金属層を覆って配置した接着促進層と、
前記接着促進層を覆って配置され前記接着促進層より実質的に厚い圧電層と、
前記圧電層を覆って配置した第２金属層と、
を含み、
前記第１金属層、接着促進層、圧電層、第２金属層の各々がマイクロマシン型の超音波トランスデューサのトランスデューサ膜の一部であるマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項１８】
前記裏当て材は、前記第１金属層をそこに被覆配置する凹形表面を有する請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項１９】
前記第１金属層は前記裏当て材をぴったり覆って配置され、前記接着促進層は前記第１金属層をぴったり覆って配置され、前記圧電層は前記接着促進層を覆って配置され、前記第２金属層は前記圧電層を覆って配置される請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項２０】
前記接着促進層の厚さは約０．３ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲であり、前記圧電層の厚さは約８ミクロン〜約１０ミクロンの範囲である請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項２１】
前記接着促進層及び圧電層は実質的に類似の材料組成を有する請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項２２】
前記圧電層は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリド−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項２３】
前記圧電層は６０％より大きいβ相結晶度を有する請求項１７に記載のマイクロマシン型の超音波トランスデューサ。
【請求項２４】
超音波システムであって、
可撓性の細長部材と、前記細長部材の遠位端に連結した圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含むイメージングコンポーネントを含み、前記ＰＭＵＴが、
前面及び前記前面とは反対側の後面を有する基板と、
前記基板内に位置付けたウェルにして、前記基板の前面を越えずに前記基板の後面から伸延するウェルとを含み、
前記ウェルを覆う第１金属層が配置され、前記ウェルを覆って配置した第１金属層のセグメントが弓形形状を有し、
前記第１金属層を覆って接着促進フィルムが配置され、
前記接着促進フィルムを覆って圧電フィルムが配置され、前記圧電フィルムの厚さが前記接着促進フィルムより実質的に厚く、
前記圧電フィルムを覆って第２金属層が配置され、
インターフェースモジュールが前記細長部材の近位端に係合する構成を有し、
超音波処理コンポーネントが前記インターフェースモジュールと通信する超音波システム。
【請求項２５】
前記接着促進フィルムの厚さは約０．３ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲であり、前記圧電フィルムの厚さは約８ミクロン〜約１０ミクロンの範囲である請求項２４に記載の超音波システム。
【請求項２６】
前記接着促進フィルム及び圧電フィルムは実質的に類似の材料組成を有する請求項２４に記載の超音波システム。
【請求項２７】
前記圧電フィルムは６０％より大きいβ相結晶度を有する請求項２４に記載の超音波システム。
【請求項２８】
前記ウェルは前記圧電フィルムにより伝達されるエネルギーを吸収する構成を有する裏当て材によって充填された請求項２４に記載の超音波システム。
【請求項２９】
前記裏当て材はエポキシ及び充填材料を含有する請求項２８に記載の超音波システム。
【請求項３０】
前記圧電フィルムは１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数で作動する構成を有する請求項２４に記載の超音波システム。
【請求項３１】
前記圧電フィルムは、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリド−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する請求項２４に記載の超音波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングに関し、詳しくは、ＩＶＵＳイメージング用の圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）等のＩＶＵＳ超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングは介入性心臓学（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ）では、人体内の動脈等の血管を評価して、処置が必要かを判定し、介入を案内し、及び又はその有効性を評価する診断ツールとして広く使用されている。血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングシステムは超音波エコーを使用して関心血管の断面画像を形成する。一般に、ＩＶＵＳイメージングでは、ＩＶＵＳカテーテル上の、超音波信号（波）を放射し且つ超音波反射信号を受信するトランスデューサを使用する。放射された超音波信号（超音波パルスとして参照されることがある）は大抵の組織や血液を容易に通過するが、組織構造（血管壁の色々の層等の）、赤血球及びその他の関心特徴部により生じる断続部によりその一部が反射される。患者インターフェースモジュールでＩＶＵＳカテーテルに連結したＩＶＵＳイメージングシステムは、受信した超音波信号（超音波エコーとして参照されることがある）を処理してＩＶＵＳカテーテルを位置付けた血管の断面画像を生成する。
【０００３】
ＩＶＵＳカテーテルは、一般に１つ又は１つ以上のトランスデューサを使用して超音波信号を送信し且つ反射された超音波信号を受信する。しかしながら、従来のトランスデューサには、壊れやすい、サイズが嵩ばる、超音波をフォーカスできない、β相結晶度が低い、製造が難しい等に関する問題が尚ある。ある既存のトランスデューサは上述した領域の幾つかでは受け入れ可能なパフォーマンスを有し得るが、その他領域の幾つかでは不利益を生じ得る。
従って、従来のトランスデューサはその意図目的に対しては一般に適切なものではあるが全ての様相において完全に満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５２４３９８８号明細書
【特許文献２】米国特許第５５４６９４８号明細書
【特許文献３】米国特許第６６４１５４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の問題を解消する超音波トランスデューサ用圧電フィルムの調製及び利用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージング用の超音波トランスデューサの種々の実施態様が提供される。超音波トランスデューサの一例には基板が含まれる。基板には開口部が形成される。開口部を覆う第１金属層が形成される。第１金属層を覆う接着促進層が形成される。接着促進層を覆う圧電層が形成される。圧電層は実質的に接着促進層より肉厚である。ある実施態様では接着促進層及び圧電層は実質的に類似の材料組成を有し得る。圧電層を覆う第２金属層が形成される。第１金属層、接着促進層、圧電層、そして第２金属層は各々、マイクロマシン型超音波トランスデューサのトランスデューサ膜の一部である。ある実施態様では開口部には裏当て材が充填される。
本発明によれば超音波トランスデューサの作製方法も提供される。本方法には、第１化学物質及び第２化学物質を含有する溶液中に圧電ポリマーを混入させるステップが含まれる。ある実施態様では第１化学物質はメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を含み、第２化学物質はジメチルアセタミド（ＤＭＡ）を含む。別のある実施態様では第１化学物質はシクロヘキサノンを含み、第２化学物質はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む。方法はウェハ上に粘性フィルムをコーティングするステップを含む。第１化学物質はコーティング中に実質的にフラッシュオフされる。その後フィルムは焼き付け処理される。第２化学物質は焼き付け処理中に実質的に除去される。次いでフィルムが焼鈍される。焼鈍されたフィルムは６０％以上のβ相結晶度を有する。ある実施態様では、コーティングに先立ち接着促進層がウェハを覆って被着され且つウェハ上で焼き付けられる。接着促進層は実質的にフィルムより薄い。フィルムは接着促進層上にコーティングされる。ある実施態様では接着促進層はフィルムと実質的に類似の材料組成を有する。
【０００７】
本発明によれば更に、超音波システムが提供される。本システムは、可撓性の細長部材と、細長部材の遠位端に連結した圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含む。ＰＭＵＴは、前面と、前面に対向する後面とを有する基板を含む。基板にはウェルが位置付けられる。ウェルは基板の後面から基板の前面に伸延するが前面を越えない。ウェルを覆い且つ基板の前面を覆う誘電支持層が形成される。ウェルを覆って形成された誘電層の一部は弓形を有する。誘電支持層をぴったり覆うトランスデューサ膜が形成される。トランスデューサ膜は、第１導電性要素及び第２導電性要素間に配置した圧電要素を含む。本システムは、細長部材の近位端に係合するように構成されたインターフェースモジュールを含む。本システムは、インターフェースモジュールと通信する血管内超音波処理コンポーネントをも含む。
【０００８】
以上の一般的説明及び以下の詳細な説明は本来例示及び説明上のものであり、本発明の範囲を限定すること無く本発明を理解するためのものである。本発明の追加的様相、特徴及び利益は以下の詳細な説明から当業者には明らかとなろう。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術の問題を解消する超音波トランスデューサ用圧電フィルムの調製及び利用が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の種々の様相に従う血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングシステムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図３】図３は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図４】図４は、本発明の種々の様相に従う超音波トランスデューサ用の圧電フィルムの形成方法を例示するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図６】図６は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図７】図７は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図８】図８は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図９】図９は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の種々の様相に従う異なる製造ステージで示す超音波トランスデューサの模式側方断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の種々の様相に従う超音波トランスデューサの作製方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の原理の理解を促進させる目的上、図示された実施態様を参照して且つ特定用語を使用して以下に説明するが、本発明をこれに限定しようとするものではない。ここに記載される装置、システム、方法の変更及び更なる改変、及びここに開示される原理の更なる応用は、本発明が関連する当業者が通常思いつく如く十分に企図され且つ本発明に含まれるものとする。例えば、本発明によれば心臓血管内イメージングに関して説明される超音波イメージングシステムが提供されるが、そのような記載はその用途に限定しようとするものではないことを理解されたい。ある実施態様では超音波イメージングシステムは血管内イメージングシステムを含む。イメージングシステムは小型キャビティ内でのイメージングが要求される用途に等しく良好に好適なものである。詳しくは、１つの実施態様に関して説明された特徴、コンポーネント、及び又はステップを本発明の他の実施態様に関して説明された特徴、コンポーネント、及び又はステップと組み合わせ得ることは十分に企図されたものである。しかしながら、簡潔化のため、これら多数の組み合わせについては別個に反復記載されない。
【００１２】
今日、主に２つの形式のカテーテル、即ち、ソリッドステート式及び回転式のカテーテルが一般に使用されている。ソリッドステート式カテーテルの一例では、カテーテルの円周方向周囲に配分し且つ電子マルチプレクサ回路に接続したトランスデューサ列（代表的には６４）を使用する。電子マルチプレクサ回路は、超音波信号を送信し且つ反射超音波信号を受けるトランスデューサをトランスデューサ列から選択する。ソリッドステート式カテーテルは、送受信用のトランスデューサ対のシーケンスを介するステッピングにより、移動パーツ無しで、機械的にスキャンされたトランスデューサ要素の効果を合成できる。回転機械的要素が無いことから、トランスデューサ列を血管の外傷の恐れを最小化させる状態下に血液及び血管組織と直接接触状態に配置可能であり、ソリッドステート式スキャナを、簡単な電気ケーブル及び標準的な着脱式電気コネクタでイメージングシステムに直接ワイヤ接続できる。
【００１３】
回転式カテーテルの一例は、関心血管に挿通したシース内で旋回する可撓性の駆動シャフトの先端に位置付けた単一のトランスデューサを含む。このトランスデューサは、代表的には、超音波信号がカテーテルの軸に対して全体に直角を成して拡散するように配向される。代表的な回転式カテーテルでは、流体充填（例えば、塩水充填）されたシースが、旋回するトランスデューサ及び駆動シャフトから血管組織を保護しつつ、その間の、超音波信号のトランスデューサから組織内への自由拡散及びその戻りを許容する。駆動シャフトが回転する（例えば、毎秒３０回転）に際してトランスデューサは高電圧パルスで定期的に励起されて超音波のショートバーストを放出する。トランスデューサから超音波信号が放出され、駆動シャフトの回転軸に対して全体に直角を成す方向で、流体充填したシース及びシース壁を貫く。その後、種々の組織構造から反射して戻る超音波信号をこのトランスデューサが受けると、イメージングシステムが、トランスデューサが１回転する間に生じる数百のこれら超音波パルス／エコー捕捉シーケンスの１つのシーケンスから血管断面の二次元画像を集成する。
【００１４】
図１は本発明の種々の様相に従う超音波イメージングシステム１００の概略図である。ある実施態様では超音波イメージングシステム１００は血管内超音波イメージングシステム（ＩＶＵＳ）を含む。ＩＶＵＳイメージングシステム１００は、患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）１０４によりＩＶＵＳ制御システム１０６に連結したＩＶＵＳカテーテル１０２を含む。ＩＶＵＳ制御システム１０６は、ＩＶＵＳイメージ（ＩＶＵＳシステム１００により生成された画像）を表示するモニター１０８に連結される。
【００１５】
ある実施態様ではＩＶＵＳカテーテル１０２は、Ｖｏｌｃａｎｏ社より入手可能なＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（登録商標）Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ＩＶＵＳ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ、及び又は、何れもここでの引用によりその全体を本明細書の一部とする米国特許第５，２４３，９８８号及び米国特許第５，５４６，９４８号に記載される回転式ＩＶＵＳカテーテルに類似のものであり得る。ＩＶＵＳカテーテル１０２は、血管（図示せず）のルーメンに挿入する形状及び構成を有する、細長の、可撓性のカテーテルシース１１０（近位端部分１１４及び遠位端部分１１６を有する）を含む。ＩＶＵＳカテーテル１０２の長手方向軸ＬＡは近位端部分１１４と、遠位端部分１１６との間を伸延する。ＩＶＵＳカテーテル１０２は、使用中に血管の曲線に適合し得るような可撓性を有し得る。この点、図１に例示する湾曲形態は例示目的上のものであってその他実施態様におけるＩＶＵＳカテーテル１０２の湾曲態様を限定しようとするものではない。一般に、ＩＶＵＳカテーテル１０２は、その使用時に所望の直線又は弓状輪郭を取る構成を有し得る。
【００１６】
回転するイメージングコア１１２がシース１１０内を伸延する。イメージングコア１１２はシース１１０の近位端部分１１４内に配置した近位端部分１１８と、シース１１０の遠位端部分１１６内に配置した遠位端部分１２０とを有する。シース１１０の遠位端部分１１６と、イメージングコア１１２の遠位端部分１２０とはＩＶＵＳイメージングシステム１００の作動中は関心血管内に挿通される。ＩＶＵＳカテーテル１０２の有効長（例えば、患者の、特には関心血管に挿入し得る部分）は、任意の好適な長さであって良く、且つ、用途に応じて変更され得る。シース１１０の近位端部分１１４と、イメージングコア１１２の近位端部分１１８とはインターフェースモジュール１０４に連結される。近位端部分１１４、１１８には、インターフェースモジュール１０４に取り外し自在に連結したカテーテルハブ１２４が嵌装される。カテーテルハブ１２４は、ＩＶＵＳカテーテル１０２とインターフェースモジュール１０４との間を電気的及び機械的に連結する回転インターフェースを支援し且つ支持する。
【００１７】
イメージングコア１１２の遠位端部分１２０はトランスデューサアセンブリ１２２を含む。トランスデューサアセンブリ１２２は、血管の画像を入手するために回転（モーターあるいはその他デバイスを使用するか又は手動で）するように構成される。トランスデューサアセンブリ１２２は、血管、特には血管の狭窄を可視化する任意の好適な形式のものとすることができる。例示実施態様ではトランスデューサアセンブリ１２２は圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（“ＰＭＵＴ”トランスデューサ）と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の関連回路とを含む。ＩＶＵＳカテーテルで使用するＰＭＵＴの一例は、ここでの参照によりその全体を本明細書の一部とする、米国特許第６，６４１，５４０号に記載される如き高分子圧電膜を含み得る。ＰＭＵＴトランスデューサは、半径方向での最適分解能のために１００％以上の帯域幅と、方向角及び仰角方向の最適分解能のための、球状集束された孔とを提供し得る。
【００１８】
トランスデューサアセンブリ１２２は、ＰＭＵＴトランスデューサ及びその内部に配置した関連する回路を有するハウジングをも含み、このハウジングは、ＰＭＵＴトランスデューサにより生成された超音波信号がそこを通して送られる開口部を有する。あるいはトランスデューサアセンブリ１２２は、マイクロマシン型容量性超音波トランスデューサ（“ＣＭＵＴ”）を含む。更に他の実施態様ではトランスデューサアセンブリ１２２は、超音波トランスデューサアレイ（例えば、ある実施態様では１６、３２、６４又は１２８の要素を持つアレイが使用される）を含む。
【００１９】
シース１１０内におけるイメージングコア１１２の回転は、ユーザーが操作可能なユーザーインターフェースコントロールを提供するインターフェースモジュール１０４により制御される。インターフェースモジュール１０４は、イメージングコア１１２を介して受信した情報を受け、分析し、及び又は表示できる。任意の好適な機能、制御、情報処理及び分析、そして表示をインターフェースモジュール１０４に組み込み可能である。１例では、インターフェースモジュール１０４は、イメージングコア１１２が検出した超音波信号（エコー）に相当するデータを受け、それを制御システム１０６に転送する。１例ではインターフェースモジュール１０４は、制御システム１０６に転送前のエコーデータの前処理を実行する。インターフェースモジュール１０４は、エコーデータの増幅、フィルタリング、及び又は、集計を実行し得る。インターフェースモジュール１０４は、トランスデューサアセンブリ１２２内の回路を含むカテーテル１０２の作動を支持する高低の各直流（ＤＣ）電圧をも供給できる。
【００２０】
ある実施態様では、ＩＶＵＳイメージングシステム１００に関連するワイヤが制御システム１０６からインターフェースモジュール１０４に伸延され、かくして制御システム１０６からの信号がインターフェースモジュール１０４に、及び又はその逆に通信され得る。ある実施態様では、制御システム１０６はインターフェースモジュール１０４と無線通信する。同様に、ある実施態様ではＩＶＵＳイメージングシステム１００に関連するワイヤが制御システム１０６からモニター１０８に伸延され、かくして制御システム１０６からの信号がモニター１０８に、及び又は、その逆に通信され得る。ある実施態様では制御システム１０６はモニター１０８と無線通信する。
【００２１】
図２〜図３及び図５〜図１０には超音波トランスデューサ２００の模式側方断面図が、本発明の種々の様相に従う製造の異なるステージで示される。図２〜図３及び図５〜図１０は本発明の概念が良好に理解されるよう明瞭化するべく簡略化されている。
超音波トランスデューサ２００は、例えばトランスデューサアセンブリ１２２内に図１のＩＶＵＳイメージングシステム１００を含み得る。超音波トランスデューサ２００は小型で且つ高い分解能を実現するため、血管内イメージング用に好適である。ある実施態様では超音波トランスデューサ２００は数十又は数百ミクロンのオーダーのサイズを有し、約１メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約１３５ＭＨｚの間の周波数範囲で作動し得、少なくとも１０ミリメートル（ｍｍ）の深さの侵入を提供しつつ、５０サブミクロンの分解能を提供できる。更には超音波トランスデューサ２００は、開発者が目標集束エリアをトランスデューサ孔の偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）深さに基づいて画定し、それにより、血管形態学を定義する上で有益な、表面特徴を越えるイメージを生成させ得るような様式下においても形状付けされる。以下に、超音波トランスデューサ２００及びその製造の種々の様相を詳しく説明する。
【００２２】
例示実施態様では超音波トランスデューサ２００は圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）である。他の実施態様では超音波トランスデューサ２００は別形式のトランスデューサを含み得る。超音波トランスデューサ２００に追加的特徴を付与し得、超音波トランスデューサ２００の追加的実施態様のために、以下に説明する幾つかの特徴を交換又は排除し得る。
図２を参照するに、基板２１０を含む超音波トランスデューサ２００が示される。基板２１０が表面２１２と、この表面２１２と対向する表面２１４とを有している。表面２１２は前面又は前側とも称し得、表面２１４は裏面又は裏側とも称し得る。例示実施態様では基板２１０はマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）シリコン製基板である。基板２１０は、別の実施態様ではＰＭＵＴトランスデューサ２００の設計要求に依存する他の好適な材料を含む。例示実施態様では基板２１０は“僅かに不純物を添加したシリコン製基板”である。言い換えると、基板２１０はドーパントを僅かに添加したシリコンウェハ由来のものであり、それ故に約１オーム／ｃｍ〜約１０００オーム／ｃｍの範囲の抵抗力を有する。“僅かに不純物を添加したシリコン製基板”２１０の１つの利点は、例えば純シリコン又は不純物不添加シリコン製基板と比較して比較的安価なことである。コストが重要関心事項ではない別の実施態様では純シリコン又は不純物不添加シリコン製基板を使用しても良いことは言うまでも無い。
【００２３】
基板２１０は、別個に表示されない種々の層にして、組み合わされることで超小型電子素子を含み得る電子回路を形成し得る層をも含み得る。超小型電子素子は、トランジスタ（例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、高電圧トランジスタ、高周波数トランジスタ、ｐ型チャネル電界効果トランジスタ及び又はｎ型チャネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴｓ／ＮＦＥＴｓ））、抵抗、ダイオード、キャパシタ、インダクタ、ヒューズ、及び又はその他の好適な素子を含み得る。種々の層には、高Ｋ誘電体層、ゲート層、ハードマスク層、界面層、キャップ層、拡散／バリア層、誘電層、導伝層、その他の好適な層又はそれらの組み合わせを含み得る。超小型電子素子は、相互接続されることで、論理機構、記憶装置（例えば、静的ランダムアクセス記憶装置（ＳＲＡＭ））、無線周波数（ＲＦ）装置、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置、システムオンチップ（ＳｏＣ）装置、その他好適形式の装置またはそれらの組み合わせ等の集積回路の一部を形成し得る。
基板２１０の厚さ２２０は表面２１２と表面２１４との間で測定される。ある実施態様では厚さ２２０は約１００ミクロン（μｍ）〜約６００μｍの間の範囲である。
【００２４】
図３を参照するに、誘電層２３０が基板２１０の表面２１２を覆って形成される。誘電層２３０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）又はそれらの組み合わせ等の、斯界に既知の好適な被着処理により形成し得る。誘電層２３０は酸化物材料又は窒化物材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン又は酸化窒化けい素を含有し得る。誘電層２３０はその上に形成される層のための支持面を提供する。誘電層２３０は電気的絶縁をも提供する。詳しくは、例示実施態様の基板２１０は、上述したように比較的導電性である“僅かに不純物を添加したシリコン製基板”である。基板２１０の導電性がこのように比較的高いことで、トランスデューサ２００が、例えば直流での約６０ボルト〜約２００ボルトの比較的高い電圧パルスで励起される場合に問題が生じ得る。これは、トランスデューサ２００の底部電極（以下に詳しく説明する）がシリコン製基板２１０に直接接触するのが望ましくないことを意味する。本発明の種々の様相によれば、誘電層２３０は、シリコン製基板２１０の比較的導電性の表面からのトランスデューサ２００の底部電極の絶縁を助成する。
【００２５】
その後、誘電層２３０上に導伝層２４０が形成される。導伝層２４０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、その他等の好適な被着プロセスにより形成され得る。例示実施態様では導伝層２４０は金属材料を含む。導伝層２４０はフォトリソグラフィ処理の技法でパターン化される。導伝層２４０の非所望部分はフォトリソグラフィ処理の一部として除去される。簡易化の目的上、図３にはパターン化された後の導伝層２４０のみが例示される。
【００２６】
次いで、圧電フィルム２５０が誘電層２３０及び導伝層２４０上に形成される。種々の実施態様において、圧電フィルム２５０は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）又はそのコポリマー、ポリビニリデンフルオリド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）等の圧電性材料を含み得る。あるいは、ＰＶＤＦ−ＣＴＦＥ又はＰＶＤＦ−ＣＦＥ等のポリマーを使用できる。例示実施態様では、圧電フィルム２５０で使用する圧電性材料はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥを含有する。
【００２７】
圧電フィルム２５０のＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ材料等の圧電性材料における１つの考慮事項はβ相結晶度である。β相結晶度は、半結晶ポリマーが圧電化するために必要な永久分極を維持し得る結晶相であることから、圧電用途でＰＶＤＦ−ＴｒＦＥを使用する場合は重要である。市販入手可能な幾つかのＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ材料は適切なβ相結晶度レベルを達成可能である。しかしながら、市販入手出来る既存のＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ材料は一般に溶融プロセスで形成され、しかも本来脆性のものである。溶融プロセスにより製造されるフィルムは、一般に、ＭＥＭＳ装置に組み込むのが困難である。例えば、既存のＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ材料の溶融プロセスに起因する脆性及び冠状動脈の解剖学的構造の大きさから、このような溶融プロセスによるＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ材料がＩＶＵＳトランスデューサの圧電フィルム用に選択されることは少ない。
【００２８】
溶融プロセスで形成した従来の圧電フィルムとは異なり、本発明の圧電フィルム２５０は少なくとも部分的にはスピンキャスト法（スピンコーティング法とも称される）で形成される。スピンキャスト法で高レベルのβ相結晶度を達成するのは困難である。従って、以下に、スピンキャスト法で高β相結晶度の圧電フィルム２５０を形成する方法を説明する。詳しくは、本発明の１様相によれば、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ等の圧電ポリマーを溶液中に配置し、ウェハ（シリコンウェハ等の）上でスピンキャストし、焼鈍し、かくして圧電型ＩＶＵＳトランスデューサ用に必要なレベルのβ相結晶度を提示させることを含む方法が提供される。方法の詳細なステップを図４を参照して以下に説明する。
【００２９】
図４を参照するに、圧電フィルムの形成方法３００の略フローチャートが示される。方法３００は、圧電ポリマーを、第１化学物質（第１溶剤とも称する）及び第２化学物質（第２溶剤とも称する）を含む溶液中に混合して粘性フィルムを形成するステップ３０５を含む。本実施態様は圧電ポリマーはＰＶＤＦ−ＴｒＦＥを含むが、他の実施態様ではＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ、ＰＶＤＦ−ＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ−ＣＦＥ又はそれらの組み合わせが含まれ得る。更に他の実施態様では圧電ポリマーは、ＺｎＯ、ＡＩＮ、ＬｉＮｂＯ4、鉛アンチモンスタネート、鉛マグネシウムタンタレート、鉛ニッケルタンタレート、チタネート、タングステート、ジルコネート、ニオブ酸鉛、バリウム、ビスマス、又はストロンチウム（例えば、鉛ジルコネートチタネート（Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3（ＰＺＴ））、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、ジルコン酸塩ニオビウム鉛チタン酸塩（ＰＮＺＴ）、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ニオブ酸鉛マグネシウム、ニッケルニオブ酸塩鉛、マグネシウムニオブ酸塩鉛、亜鉛ニオブ酸塩鉛、チタン酸鉛）又はそれらの組み合わせを含み得る。
【００３０】
ある実施態様では第１化学物質は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を含み、第２化学物質はジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）を含む。他の実施態様では第１化学物質はシクロヘキサノンを含み、第２化学物質はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む。約５７５センチポイズ（ｃＰ）〜約６２５ｃＰの範囲の所望の粘度を達成するために、圧電ポリマー、第１化学物質及び第２化学物質の重量混合比を注意深く調整する。ある実施態様ではこの混合比は、圧電ポリマーが約２〜３の範囲内で変化し、第１化学物質が約６〜８の範囲内で変化し、第２化学物質が約２〜４の範囲内で変化するように調節される。この場合、混合比は（２〜３）：（６〜８）：（２〜４）と表示され得る。別のある実施態様ではこの混合比は、圧電ポリマーが約２．５〜２．８の範囲内で変化し、第１化学物質が約６．５〜７．５の範囲内で変化し、第２化学物質が約２．５〜３．５の範囲内で変化するように調節される。この場合、混合比は（２．５〜２．８）：（６．５〜７．５）：（２．５〜３．５）と表示され得る。更に他の実施態様では圧電ポリマー、第１化学物質、第２化学物質の重量混合比は約２．６６：７：３である。
【００３１】
上述した特定粘度範囲（約５７５〜６２５ｃＰ）は、厚さ約８μｍ〜約１０μｍの範囲のフィルムを毎分回転数（ｒｐｍ）約８００〜約１０００ｒｐｍでスピンキャストしてのウェハ化を容易化する。超音波トランスデューサ用の、中心周波数約４０メガヘルツ（ｍＨｚ）を実現するにはこの範囲の厚さ、例えば９μｍに近い厚さのフィルムが必要となり得る。
【００３２】
換言すれば、本発明の超音波トランスデューサ用の特定の中心周波数範囲（例えば、約４０ｍＨｚ）を達成するには、所定厚（例えば約９μｍ）の圧電フィルムをウェハ上にスピンキャストする必要がある。圧電フィルムをウェハ上に確実にスピンキャストできるようにするためには圧電材料の粘度を所定範囲（例えば約２００ｃＰ〜約１５００ｃＰ）化する必要がある。この所定粘度範囲を実現するには、圧電材料の形成に使用する種々の化学成分を、目標混合比化する（例えば、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ：ＭＥＫ：ＤＭＡを重量比での２．６６：７：３とする）必要がある。しかしながら、他の実施態様では、超音波トランスデューサ用の異なる中心周波数にして、上記説明によれば、圧電ポリマー及びその他混合用化学物質用の異なる混合比に繋がる異なる中心周波数を用い得る。
【００３３】
方法３００は、粘性フィルムをウェハ上にスピンコート（あるいはスピンキャスト）するステップ３１５を含む。第１化学物質がこのスピンコーティングプロセス中に実質的にフラッシュオフされる。詳しくは、圧電材料をスピンコートするウェハは、本発明の実施態様では約６インチ（約１５ｃｍ）のシリコンウェハである。このウェハの、圧電材料を一様にスピンコートする面積は比較的広い。広いウェハ表面を覆って圧電材料を一様にスピンコーティングする必要性があることが、先に説明した２つの化学物質又は溶剤、即ち、ある実施態様ではＭＥＫ及びＤＭＡ、他の実施態様ではシクロヘキサノン及びＤＭＳＯが必要になる理由の１つである。
【００３４】
例えばＭＥＫ及びＤＭＡの２つの溶剤を第１及び第２の溶剤として使用する理由を以下に説明する。ＭＥＫの２０℃での水銀蒸気圧（ｍｍＨｇ）は約７１である。仮に溶剤としてＭＥＫのみを使用すると、この溶剤はウェハの周囲部に達する頃にはフラッシュオフされてしまう。他方、ＤＭＡの約２５℃での蒸気圧はずっと低い約２ｍｍＨｇである。ＤＭＡはその蒸気圧がこのように低いために、オーブンでベイクされるまではフラッシュオフされない。しかしながらＤＭＡのみを使用すると恐らくＰＶＤＦ−ＴｒＦＥを十分一様にスピンコートすることができない。
【００３５】
２つの溶剤ＭＥＫ及びＤＭＡを共に使用するとＭＥＫをスピンコーティング中にフラッシュオフさせ、その間、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥをウェハエッジ部に運出するＤＭＡを残せる。スピンコート終了時には溶剤混合物の殆どは蒸発し（即ち、スピンコーティング中にＭＥＫが蒸発する）、部分的に固定されたフィルムが残る。次いで、残余の溶剤（即ち、今やその殆どがＤＭＡである）がオーブン内で焼除される。
【００３６】
ＤＭＡは、蒸気圧が低いことに加え、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（即ち、圧電ポリマー）に対する固体溶解度が比較的高いことから選択される。ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥが約２０〜２２％までであるＤＭＡ及びＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ溶剤を作製できる。これらの溶剤の粘度は約１５００ｃＰ以上に高くなる。これは、ＭＥＫのみでは最大粘度約２５０ｃＰの溶剤を生じさせるに足るだけのＰＶＤＦ−ＴｒＦＥしか溶解せず、この高さの最大粘度は約９μｍ厚のフィルムをスピンキャスト生成するには不足であることから有益である。しかしながらＤＭＳＯでも大量のＰＶＤＦ−ＴｒＦＥが溶解し、高粘度の溶剤が生成される。これは、上述した溶剤の第２溶剤としてＤＭＡが選択される理由の１つである。上述したように、他の実施態様ではＭＥＫ及びＤＭＯに代えてシクロヘキサノン及びＤＭＳＯを第１及び第２の各化学物質として使用できる。
【００３７】
方法３００は、ウェハ上にスピンコートしたフィルムを焼き付けるステップ３２０を含む。この焼き付け中に第２化学物質が実質的に除去される。先に説明したように、焼き付け処理中に第２化学物質（例えば、ＤＭＡあるいはＤＭＳＯ）を焼除させるが、それはウェハ上にフィルムが実質的に一様にスピンコートされた後に実施される。
方法３００は、フィルムを焼鈍してＩＶＵＳトランスデューサ用に必要なβ相結晶度を創出させるステップ３２５が含まれる。ある実施態様では、８０：２０ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの示差走査熱量測定（ＤＳＣ）分析を実施して目標焼鈍温度を決定する。ＤＳＣ分析の実験結果に従えば、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの結晶は約１４５℃で完全に溶解する。この情報は、１４５℃付近の色々な温度下における時間に対する結晶形成を評価する実験計画法（ＤＯＥ）を実施するために使用される。上記に基づき、スピンキャストしたＰＶＤＦ−ＴｒＦＥのフィルムを約１３５℃及び１４５℃の間の目標焼鈍温度で約１７〜１９時間の間の目標焼鈍期間において焼鈍し得る。本実施態様では焼鈍温度は約１４０℃であり、焼鈍期間は約１８時間である。これにより、焼鈍後に５０％より大きいβ相結晶度を有する圧電フィルムが生成される。ある実施態様では焼鈍後に６０％より大きいβ相結晶度を有する圧電フィルムが生成され得る。例えば、約６３％のβ相結晶度を有する圧電フィルムを実現可能である。比較すると、市販入手可能な溶融処理済みのＰＶＤＦ−ＴｒＦＥフィルムのβ相結晶度は代表的には約６０％未満である。従って、本発明の種々の様相によれば、溶融法ではなくむしろスピンコーティング法を用いて、高度のβ相結晶度を有する高品質の圧電フィルムを形成できる。
【００３８】
ある実施態様では、スピンコーティング法を確実に成功させるために、圧電フィルム形成に先立ち、導伝層２４０を覆う接着促進材又はプライマ層を追加し得る。これは図５に例示され、接着促進層２６０がトランスデューサ２００の一部として示される。接着促進層２６０は導伝層２４０と圧電フィルム２５０との間に形成される。ある実施態様では接着促進層２６０は圧電フィルム２５０と実施的に類似の材料組成を有する。これらの実施態様では接着促進層２６０は、図４を参照して先に説明したステップ３０５に従う圧電ポリマーと第１及び第２の各溶剤（例えば、ＭＥＫ及びＤＭＡ）との混合に伴い形成され得る。別態様では、異なる溶剤又は異なる比率を使用してスピンコーティング中に薄層を形成し得る。
【００３９】
他の実施態様では、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥベースの接着促進層２６０の代用品が使用される。例えば、代用される接着促進層には、クロム、ＰＢＭＡ（ポリｎ−ブチルメタクリレート）溶液、又はＶＭ６５２（３Ｍ社の提供する接着促進材商標名）が含まれ得る。上述したこれら材料を組み合わせて接着促進層２６０を形成しても良い。例えば、ＶＭ６５２の層をＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの接着層と組み合わせて接着促進層２６０を形成し得る。
【００４０】
その後、接着促進層２６０を誘電層２３０及び導伝層２４０の表面上にスピンコートする。ある実施態様では接着促進層２６０は、約０．３〜約０．７μｍの範囲、例えば約０．５μｍの厚さを有する。次いで、接着促進層２６０を約１２０℃〜約１９０℃の間、少なくとも１１０℃の温度で焼き付ける。その後、接着促進層２６０上に圧電フィルム２５０をスピンコートし、図４を参照して上述したステップ３１５〜３２５に類似する様式で処理する。その名称から示唆されるように、接着促進層２６０は誘電層２３０及びその下方の導伝層２４０への圧電フィルム２５０の接着を容易化する。換言すれば、接着促進層２６０が存在することで圧電フィルム２５０は簡単には剥がれず、しかもトランスデューサ２００の機械的一体性を増長させる。例示した実施態様では接着促進層２６０及び圧電フィルム２５０の材料組成は実質的に類似のものであり得るが、２つの分離した又は個別の層であり得る。換言すれば、２つの層間には可視的境界が存在する。この境界は例えば顕微鏡で観察できる。しかしながら他の実施態様ではこれら２つの層を相互に溶融又は融解させて単一層に見えるようにしても良い。
【００４１】
図３及び図５に示す実施態様では、スピンコート被着後、圧電フィルム２５０を、例えば図３及び図５に示す所望形状にパタニングする。圧電フィルム２５０の不要部分（及びその下側の接着促進層２６０部分）はパタニング処理において除去される。その結果、誘電層２３０及び導伝層２４０部分が露呈される。
【００４２】
図６を参照するに、導伝層２７０が斯界に既知の好適な被着法を用いて圧電フィルム２５０を覆って形成される。被着した導伝層２７０は写真平板技法を使用してパタニングされる。導伝層２７０の不要部分は写真平板処理の一部において除去される。簡略化のために、図６ではパターン化後の導伝層２７０のみを例示する。
導伝層２４０及び２７０そして圧電フィルム２５０（及び、使用する実施態様における接着促進層２６０）はまとめてトランスデューサ膜と見なし得る。
【００４３】
図７を参照するに、パッドメタル２８０、２８１が形成されている。パッドメタル２８０は導伝層２４０上に形成され且つ電気的に連結され、パッドメタル２８１は導伝層２７０上に形成され且つ電気的に連結される。パッドメタル２８０、２８１は、導伝層２４０及び２７０を覆って金属層を被着させ、次いで平板印刷処理においてメタル層をパタニングして形成され得る。かくして、パッドメタル２８０、２８１が形成される。パッドメタル２８０、２８１はトランスデューサ２００用の電極として作用し得る。これらの電極（即ち、パッドメタル２８０、２８１）を介して、トランスデューサ２００と、電子回路（図示せず）等の外部装置との間の電気的接続が確立され得る。電子回路は、トランスデューサ膜を、音波、特には超音波レンジの音波を発生するように励起させ得る。
【００４４】
図８を参照するに、基板２１０にその後部側２１４から開口部３５０が形成される。開口部３５０はボイド又は凹所としても参照され得る。開口部３５０は誘電層２３０まで形成される。換言すると、誘電層２３０の一部は開口部３５０により露呈される。ある実施態様では開口部３５０はエッチング法、例えば、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）法で形成される。開口部３５０はトランスデューサ２００の孔を形成する。その後、各トランスデューサ２００の周囲表面をエッチング処理して装置用の分離フォームファクタを画定し得る。
【００４５】
図９を参照するに、開口部３５０が凹面を形成するように反らされている。言い換えると、誘電層２３０の一部が開口部３５０によって露呈されるのみならず、誘電層２３０の一部を覆って配置したトランスデューサ膜の一部が後部側２１４方向に屈曲される。次いで、弓状のトランスデューサ膜３６０を形成する。トランスデューサ膜３６０が弓状であることにより、そこから放射される超音波信号の球面フォーカスが助成される。別の実施態様ではトランスデューサ膜３６０はその他種々のフォーカシング特性を達成するその他形状構成を有し得る。例えば、他の実施態様ではトランスデューサ膜３６０はより強い弓状又はより平坦な形状を有し得る。
【００４６】
図１０を参照するに、開口部３５０に裏当て材３７０が充填される。開口部３５０を充填する裏当て材３７０により、孔部分が固定され且つまた圧電フィルム２５０の背後から来る音波が消音され得る。詳しくは、裏当て材３７０は誘電層２３０の底側面（あるいは後面）と物理的に接触する。従って、裏当て材３７０の機能の１つは、トランスデューサ膜３６０の、その形状（ここでは弓状）が維持されるような場所への固定を支援することである。裏当て材３７０は、トランスデューサ膜３６０により発生されて超音波トランスデューサ２００内に（例えば、トランスデューサ膜３６０から裏当て材３７０内に）移動（伝播）する音響エネルギー（言い換えれば音波）を吸収できる音響減衰材も収納する。そのような音響エネルギーには、例えば、超音波トランスデューサ２００が図１のトランスデューサアセンブリ１２２内に含まれる場合におけるトランスデューサアセンブリの構造部やインターフェース部で反射される音響エネルギーが含まれる。
【００４７】
音波を適切に消音するために、裏当て材３７０は約４．５メガレイルより大きい音響インピーダンスを有し得る。本実施態様では裏当て材３７０はエポキシ材を含む。その他の種々の実施態様では裏当て材３７０は、トランスデューサ膜３６０の形状を維持するに十分な音響減衰及び機械的強度を提供するその他材料を含み得る。裏当て材３７０はそのような音響的及び機械的特性を実現する材料組み合わせを含み得る。ある実施態様では、使用するエポキシはＥＰＯ−Ｔｅｋ３０１又はＥＰＯ−Ｔｅｋ３５３ＮＤを含む。しかしながら、エポキシのみでは裏当て材３７０としては不十分である。ある実施態様では、エポキシは、セリウムオキシド又はタングステンオキシド等の充填材を追加する処理がなされる。これらの材料はずっと稠密である。密度に音速を乗じたものが音響インピーダンスである。ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥトランスデューサの場合、音響インピーダンスは比較的高く、且つ、全てでなければ殆どのエポキシの音響インピーダンスが低いことが望ましい。従って、音響インピーダンスを押し上げ、トランスデューサの背後から来る音を後方から前方へと反射させて信号をブーストさせる充填材が追加される。
【００４８】
図１１は、本発明の種々の様相に従う、ポリマーＭＥＭＳベースの超音波トランスデューサの製造方法５００のフローチャートである。方法５００には、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）基板を提供するステップ５０５が含まれる。ＭＥＭＳ基板は、第１側部と、第１側部とは反対側の第２側部とを有する。ある実施態様ではＭＥＭＳ基板はシリコン製基板であり、且つ、マイクロ電子回路をその内部に収納し得る。
方法５００は、ＭＥＭＳ基板の第１側部を覆って誘電層を形成するステップ５１０を含む。誘電層は、シリコンオキシド、シリコンニトリド、シリコンオキシニトリド、又はそれらの組み合わせを含み得る。誘電層は、多層型のトランスデューサ膜をその上部に形成する支持表面を提供する。
【００４９】
方法５００には、誘電層を覆って多層型のトランスデューサ膜を形成するステップ５１５が含まれる。トランスデューサ膜は、第１導電性要素と第２導電性要素との間に配置した圧電要素を含む。ある実施態様ではステップ５１５は、誘電層を覆って第１導伝層を被着させるステップと、第１導伝層をパタニングして第１導伝要素を形成するステップと、第１導電要素を覆って圧電材料をスピンキャストするステップと、圧電材料を焼鈍するステップと、圧電材料をエッチングして圧電要素を形成するステップと、圧電要素を覆って第２導伝層を被着させるステップと、第２導伝層をパタニングして第２導伝要素を形成するステップとを含む。第１導伝要素を覆っての圧電材料のスピンキャストは図４に示す方法３００に従って実施され得る。圧電要素には、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、又はそれらの組み合わせが収納され得る。
【００５０】
方法５００には、ＭＥＭＳ基板の開口部を第２側部から充填するステップ５２０が含まれる。開口部は第２側部から誘電層を露呈させる。開口部はＤＲＩＥ法等のエッチング法により形成され得る。
方法５００には、開口部を裏当て材で充填するステップ５２５が含まれる。裏当て材はエポキシ材料を含有する。ある実施態様では裏当て材の音響インピーダンスは約４．５メガレイルより大きい。
方法５００には、誘電層及びトランスデューサ膜が、それら各々が弓状を有するような様式下に欠損されるステップ５３０が含まれる。トランスデューサ膜は、誘電層上に共形的に配置される。トランスデューサ膜は、弓状であることから音響ビームを合焦させ得る。かくして、トランスデューサ膜（又はトランスデューサ自体）は、１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数、例えば約５ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの周波数レンジで作動可能である。
【００５１】
追加的な製造ステップを実施してトランスデューサ製造を完了させ得る。しかしながら、それらの追加的製造ステップは簡略化の理由からここでは説明されない。
本発明に従い製造されたポリマー性ＭＥＭＳベースのトランスデューサは、分解能約５０μｍ未満の超音波を伴う画像タスクを実施できる。加えて、本発明のポリマーＭＥＭＳベースのトランスデューサは約１０ミリメートル（ｍｍ）の侵入深さを達成し得る。
【００５２】
本発明の１様相によれば超音波トランスデューサの製造方法が提供される。本方法には、第１化学物質及び第２化学物質を含有する溶液中に圧電ポリマーを混合して粘性フィルムを形成するステップ、ウェハ上に前記フィルムをコーティングするステップにして、前記第１化学物質が前記コーティング中に実質的にフラッシュオフされるステップ、その後、前記フィルムを焼き付けるステップにして、前記第２化学物質が前記焼き付け中に実質的に除去されるステップと、その後、前記フィルムを焼鈍するステップにして、前記フィルムが焼鈍後に５０％より大きいβ相結晶度を含むステップが含まれる。
【００５３】
ある実施態様では前記方法は、前記コーティングに先立ち、焼き付け処理においてウェハを覆う接着促進層を被着するステップにして、前記接着促進層が前記フィルムより実質的に薄く、前記フィルムが前記接着促進層でコーティングされるステップを更に含む。
ある実施態様では前記接着促進層は前記フィルムと実質的に類似の材料組成を有する。
ある実施態様では前記接着促進層は約０．３〜約０．７ミクロンの範囲の厚さを有する。
ある実施態様では前記フィルムのコーティングはスピンコーティング法を使用して実施される。
【００５４】
ある実施態様ではフィルムは多層型のトランスデューサ膜の一部であり、このトランスデューサ膜が凹形となるように反らせることが更に含まれる。
ある実施態様では、第１化学物質はメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を含み、第２化学物質はジメチルアセタミド（ＤＭＡ）を含む。
ある実施態様では第１化学物質はシクロヘキサノンを含み、第２化学物質はジメチルフルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む。
ある実施態様では圧電ポリマーは、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
【００５５】
ある実施態様では圧電ポリマー、第１化学物質、第２化学物質は、約（２〜３）：（６〜８）：（２〜４）の重量混合比を有する。ある実施態様では前記混合比は約（２．５〜２．８）：（６．５〜７．５）：（２．５〜３．５）である。ある実施態様では前記混合比は約２．６６：７：３である。
ある実施態様ではフィルムの厚さは約８ミクロン〜約１０ミクロンの範囲である。
ある実施態様ではフィルムの粘度は約５７５センチポイズ（ｃＰ）から約６２５センチポイズ（ｃＰ）の範囲である。
ある実施態様ではコーティングは、コーティング後に第２化学物質の有意部分が残留するように実施される。
ある実施態様では、焼鈍は約１３５℃〜約１４５℃の範囲の焼鈍温度を使用して実施され、焼鈍時間長は約１７〜約１９時間の範囲である。
【００５６】
本発明の他の様相によれば、マイクロマシン型の超音波トランスデューサであって、基板と、前記基板に形成され裏当て材を充填した開口部と、前記裏当て材を覆って配置した第１金属層と、前記第１金属層を覆って配置した接着促進層と、前記接着促進材を覆って配置され前記接着促進材より実質的に厚い圧電層と、前記圧電層を覆って配置した第２金属層と、を含み、前記第１金属層、接着促進層、圧電層、第２金属層の各々がマイクロマシン型の超音波トランスデューサのトランスデューサ膜の一部であるマイクロマシン型の超音波トランスデューサが提供される。
ある実施態様では前記裏当て材は、前記第１金属層をそこを覆って配置する凹形表面を有する。
【００５７】
ある実施態様では前記第１金属層は前記裏当て材をぴったり覆って配置され、前記接着促進層は前記第１金属層をぴったり覆って配置され、前記圧電層は前記接着促進層を覆って配置され、前記第２金属層は前記圧電層を覆って配置される。
ある実施態様では前記接着促進層の厚さは約０．３ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲であり、前記圧電層の厚さは約８ミクロン〜約１０ミクロンの範囲である。
ある実施態様では前記接着促進層及び圧電層は実質的に類似の材料組成を有する。
【００５８】
ある実施態様では前記圧電層は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
ある実施態様では前記圧電層は６０％より大きいβ相結晶度を有する。
【００５９】
本発明の更に他の様相によれば、超音波システムであって、可撓性の細長部材と、前記細長部材の遠位端に連結した圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含むイメージングコンポーネントを含み、前記ＰＭＵＴが、前面及び前記前面とは反対側の後面を有する基板と、前記基板内に位置付けたウェルにして、前記基板の前面を越えずに前記基板の後面から伸延するウェルとを含み、前記ウェルを覆う第１金属層が配置され、前記ウェルを覆って配置した第１金属層の１セグメントが弓形を有し、前記第１金属層を覆って接着促進フィルムが配置され、前記接着促進フィルムを覆って圧電フィルムが配置され、前記圧電フィルムの厚さが前記接着促進フィルムより実質的に厚く、前記圧電フィルムを覆って第２金属層が配置され、インターフェースモジュールが前記細長部材の近位端に係合する構成を有し、超音波処理コンポーネントが前記インターフェースモジュールと通信する超音波システムが提供される。
【００６０】
ある実施態様では、前記接着促進フィルムの厚さは約０．３ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲であり、前記圧電フィルムの厚さは約８ミクロン〜約１０ミクロンの範囲である。
ある実施態様では前記接着促進フィルム及び圧電フィルムは実質的に類似の材料組成を有する。
ある実施態様では前記圧電フィルムは６０％より大きいβ相結晶度を有する。
ある実施態様では前記ウェルは前記圧電フィルムにより伝達されるエネルギーを吸収する構成を有する裏当て材で充填される。ある実施態様では前記裏当て材はエポキシを含有する。
ある実施態様では前記圧電フィルムは１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数で作動する構成を有する。
【００６１】
ある実施態様では前記圧電フィルムは、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
本発明の他の様相によれば、マイクロマシン式超音波トランスデューサであって、第１側部及び前記第１側部とは反対側の第２側部を有する基板と、前記基板内に配置したウェルと、前記ウェル及び前記第１側部上の基板を覆って配置された絶縁フィルムにして、前記第１側部に対面する凹形表面を有する絶縁フィルムと、前記第１側部側で前記絶縁フィルムの一部を覆って配置した第１導伝層と、前記第１側部側で前記第１導伝層を覆って配置した圧電要素と、前記第１側部側で前記圧電要素を覆って配置した第２導伝層と、を含むマイクロマシン式超音波トランスデューサが提供される。
【００６２】
ある実施態様では、前記第１及び第２の各導伝層の一部と、前記ウェルを覆って配置した圧電要素とは各々弓形形状を有する。
ある実施態様では前記ウェルは前記基板内部にその全体が位置付けられ且つ裏当て材で充填される。ある実施態様では裏当て材の音響インピーダンスは約４．５メガレイルより大きい。ある実施態様では前記絶縁フィルムは誘電材を含有し、前記裏当て材はエポキシ材を含有する。
ある実施態様では前記圧電要素は１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数で作動する構成を有する。
ある実施態様では前記圧電要素は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
ある実施態様では前記基板はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）基板である。
【００６３】
本発明の他の様相に従えば、超音波システムであって、可撓性の細長部材と、前記細長部材の遠位端に連結した圧電型マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含むイメージングコンポーネントを含み、前記ＰＭＵＴが、前面及び前記前面とは反対側の後面を有する基板と、前記基板内に位置付けたウェルにして、前記基板の前面を越えずに前記基板の後面から伸延するウェルとを含み、前記ウェル及び前記基板の前面を覆って誘電性支持層が配置され、前記誘電性支持層の、前記ウェルを覆う一部が弓形形状を有し、前記誘電性支持層をぴったり覆うトランスデューサ膜が配置され、前記トランスデューサ膜が、第１導伝性要素と第２導伝性要素との間に配置した圧電要素を含み、インターフェースモジュールが前記細長部材の近位端と係合するように構成され、超音波処理コンポーネントが前記インターフェースモジュールと通信する超音波システムが提供される。
【００６４】
ある実施態様では前記ウェルは、前記圧電要素により伝達されるエネルギーを吸収する構成を有する裏当て材で充填される。ある実施態様では前記裏当て材はエポキシを含有する。
ある実施態様では前記圧電要素は１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数で作動する構成を有する。
ある実施態様では圧電要素は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
【００６５】
本発明の他の様相によれば、超音波トランスデューサの作製方法であって、第１側部及び前記第１側部とは反対側の第２側部を有する基板を提供するステップと、前記基板の第１側部を覆う誘電層を形成するステップと、前記誘電層を覆うトランスデューサ膜にして、第１導伝性要素と第２導伝性要素との間に配置した圧電要素を含むトランスデューサ膜を形成するステップと、前記基板に前記第２側部側から、前記第２側部から前記誘電層を露出させる開口部を形成するステップと、前記誘電層及びトランスデューサ膜の各々が弓形形状を有するよう、前記誘電層及びトランスデューサ膜を反らせるステップと、を含む方法が提供される。
【００６６】
ある実施態様では、前記トランスデューサ膜の形成ステップには、前記誘電層を覆う第１導伝層を配置するステップ、前記第１導伝層をパタニングして前記第１導伝要素を形成するステップ、前記第１導伝要素を覆う圧電材料をスピンキャスチングするステップ、圧電材料を焼鈍するステップ、前記圧電材料をエッチングして前記圧電要素を形成するステップ、前記圧電要素を覆う第２導伝層を配置するステップ、前記第２導伝層をパタニングして前記第２導伝要素を形成するステップが含まれる。
ある実施態様では前記方法は、前記開口部を裏当て材で充填するステップを更に含む。
【００６７】
ある実施態様では、前記裏当て材の音響インピーダンスは約４．５メガレイルより大きい。ある実施態様では、前記裏当て材はエポキシ材を含有する。ある実施態様では前記トランスデューサ膜は１メガヘルツ（ＭＨｚ）及び１３５ＭＨｚの間の周波数で作動する構成を有する。
ある実施態様では前記圧電要素は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオリドトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、又はポリビニリデンフルオリドテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）を含有する。
【００６８】
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６９】
１００  超音波イメージングシステム／ＩＶＵＳシステム／ＩＶＵＳイメージングシステム
１０２  ＩＶＵＳカテーテル／カテーテル
１０４  インターフェースモジュール
１０６  ＩＶＵＳ制御システム／制御システム
１０８  モニター
１１０  カテーテルシース／シース
１１２  イメージングコア
１１４  近位端部分
１１６  遠位端部分
１１８  近位端部分
１２０  遠位端部分
１２２  トランスデューサアセンブリ
１２４  カテーテルハブ
２００  超音波トランスデューサ／ＰＭＵＴトランスデューサ／トランスデューサ
２１０  基板／シリコン製基板
２１２  表面
２１４  表面／後部側
２３０  誘電層
２４０  導伝層
２５０  圧電フィルム
２６０  接着促進層
２７０  導伝層
２８０  パッドメタル
２８１  パッドメタル
３５０  開口部
３６０  トランスデューサ膜
３７０  裏当て材
【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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【国際調査報告】
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