(57)【要約】  本発明は、超音波トランスデューサの製造方法を提供する。第１側と該第１側とは反対の第２側とを有する基材が提供される。該基材の第１側には下部電極が形成される。下部電極には圧電素子が形成される。該圧電素子は面取側壁を有する。該圧電素子にわたって上部電極が形成される。該圧電素子の面取側壁に最も近い上部電極の一部にわたってステップ金属部材が形成される。
2016509777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ機械加工超音波トランスデューサであって、
基材と、
該基材に配置された下部電極と、
該下部電極に配置された圧電素子と、
該圧電素子の上面及び側壁に少なくとも配置された上部電極と、
該上部電極の側壁に配置されたステップ金属部材と
を備えるマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記圧電素子が面取部を有する、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記基材中に配置されるウェルをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記ウェルに裏打ち材料が少なくとも部分的に充填されている、請求項４に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記上部電極、前記下部電極及び前記ウェルにわたって配置された前記圧電素子の部分がそれぞれ円弧形状を有する、請求項４に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記基材と少なくとも前記下部電極との間に配置された誘電体層をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥ）又はポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴＦＥ）を含有する、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備える、請求項１に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
前記ビアが前記底部セグメント上に直接配置された、請求項９に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項９に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
【請求項１２】
次のものを備える超音波システム：
可撓性細長部材と、該細長部材の遠位端部に連結された圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含む画像化部品、ここで、該ＰＭＵＴは、
前面と該第１面とは反対側の裏面とを有する基材と、
該基材に配置され、該基材の裏面から該基材の該前面に延在するがただしそれを越えないウェルであって、少なくとも部分的に裏打ち材料が充填されたものと、
該ウェルに配置されたトランスデューサ膜であって、上部電極と下部電極との間に配置された圧電素子を備えるものと、
該圧電素子の側壁に配置されたステップ金属部材と
を備える；
該細長部材の近位端部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；及び
該インターフェースモジュールと通信する超音波処理部品。
【請求項１３】
前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１４】
前記圧電素子が面取部を有する、請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１５】
前記ウェルにわたって配置された前記トランスデューサ膜の部分が円弧形状を有する、請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１６】
前記基材と前記下部電極との間に配置された誘電体層をさらに備える、請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１７】
前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴＦＥ）又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する、請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１８】
前記上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備える、
請求項１２に記載の超音波システム。
【請求項１９】
前記ビアが前記底部セグメント上に直接配置された、請求項１８に記載の超音波システム。
【請求項２０】
前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項１８に記載の超音波システム。
【請求項２１】
次の工程：
第１側及び該第１側とは反対の第２側を有する基材を準備し；
該基材の第１側に下部電極を形成し；
該下部電極に、面取側壁を有する圧電素子を形成し；
該圧電素子に上部電極を形成し；及び
該圧電素子の該面取側壁に最も近い上部電極の部分にステップ金属部材を形成すること
を含む、超音波トランスデューサを製造する方法。
【請求項２２】
前記上部電極、前記圧電素子及び前記下部電極が集合的にトランスデューサ膜を形成し、そして次の工程：
前記基材内に前記第２側からウェルを形成し；及び
該ウェルにわたって配置された該トランスデューサ膜の一部を円弧形状に変形させること
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェルに裏打ち材料を充填することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記下部電極を形成させる前に、前記基材の前記第１側にわたって誘電体層を形成させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴＦＥ）又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記上部電極を形成する工程を、該上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備えるように実施する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記ビアを前記底部セグメント上に直接配置する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、一般に、血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化に関し、特に、超音波トランスデューサの電極アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングは、治療の必要性を決定し、インターベンションを案内し、及び／又はその有効性を評価するために、ヒトの体内における動脈などの血管を評価するための診断ツールとして心臓インターベンションで広く使用されている。ＩＶＵＳ画像化システムは、超音波エコーを使用して関心のある血管の断面画像を生成する。典型的には、ＩＶＵＳ画像化は、超音波信号（電磁波）を放射し、かつ、反射した超音波信号を受信するＩＶＵＳカテーテル上のトランスデューサを使用する。放射された超音波信号（超音波パルスと呼ばれる場合が多い）は、大部分の組織及び血液を容易に通過するが、組織構造（血管壁の様々な層など）、赤血球及び関心のある他の特徴により生じるインピーダンス変化によって部分的に反射する。患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）によってＩＶＵＳカテーテルに接続されるＩＶＵＳ画像化システムは、受信された超音波シグナル（超音波エコーと呼ばれる場合が多い）を処理して、ＩＶＵＳカテーテルが配置されている血管の断面画像を生成する。
【０００３】
ＩＶＵＳカテーテルは、典型的には、超音波信号を送信し、反射した超音波信号を受信するために１個以上のトランスデューサを使用する。これらのトランスデューサは、トランスデューサに電気信号を適用するために使用される電極を有する。しかし、トランスデューサ用の電極を形成する既存の技術には、ある種の欠点がある場合がある。例えば、従来のトランスデューサの電極は、不連続性の問題に悩まされる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、トランスデューサ電極を形成させる従来の方法は、それらの意図された目的では一般に適切ではあったが、あらゆる面で完全に満足できるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
超音波トランスデューサは、人体内部の病状を評価するのに役立つ血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化で使用されている。その操作の一部として、超音波トランスデューサは、トランスデューサに電気信号を適用するために使用される電極を有する。しかし、従来の超音波トランスデューサは、電極の不連続性などの欠点に悩まされており、この不連続性は、トランスデューサの目的の電気的操作を妨害する場合がある。本発明は、従来の超音波トランスデューサに関連する電極の不連続性の問題を克服するためにステップ金属部材を利用する超音波トランスデューサに関する。より詳しくは、超音波トランスデューサは、上部電極と下部電極との間に挟まれた圧電体膜を有する。上部電極は、圧電体膜の上面及び側壁上に配置される。圧電体膜の側壁に位置する上部電極の部分は、不連続の問題に悩まされる傾向がある。したがって、上部電極の側壁部分上にステップ金属部材（上部電極自体と同じ材料組成を有する）が形成される。ステップ金属部材は、電気的不連続性が上部電極の側壁部に発生した場合にブリッジとして機能する。
【０００６】
本発明は、血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化で使用するための超音波トランスデューサの様々な実施形態を提供する。典型的な超音波トランスデューサは、基材と、該基材に配置された下部電極と、該下部電極に配置された圧電素子と、該圧電素子の上面及び側壁に少なくとも配置された上部電極と、該上部電極の側壁に配置されたステップ金属部材とを備える。
【０００７】
本発明は、超音波システムをさらに提供する。この超音波システムは、可撓性細長部材と、該細長部材の遠位端部に連結された圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とを含む画像化部品を備える。ＰＭＵＴは、前面と該第１面とは反対側の裏面とを有する基材と、該基材に配置され、該基材の裏面から該基材の該前面に延在するがただしそれを越えないウェルであって、少なくとも部分的に裏打ち材料が充填されたものと、該ウェルに配置されたトランスデューサ膜であって、上部電極と下部電極との間に配置された圧電素子を備えるものと、該圧電素子の側壁に配置されたステップ金属部材とを備える。また、超音波システムは、細長部材の近位端部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及び該インターフェースモジュールと通信する超音波処理部品も備える。
【０００８】
本発明はさらに、超音波トランスデューサを形成する方法を提供する。この方法は、第１側及び該第１側とは反対の第２側を有する基材を準備し；該基材の第１側に下部電極を形成し；該下部電極に、面取側壁を有する圧電素子を形成し；該圧電素子に上部電極を形成し；該圧電素子の該面取側壁に最も近い上部電極の部分にステップ金属部材を形成することを含む。
【０００９】
前述の一般的な説明及び次の詳細な説明の両方は、性質が例示的かつ説明的であり、本発明の範囲を限定することなく本発明の理解を与えることを目的とするものである。この点に関して、本発明の追加の態様、特徴、及び利点は、次の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。
【００１０】
本発明の態様は、次の詳細な説明から、添付の図と共に読むと最もよく理解される。斯界での標準的な慣行に従って、様々な特徴は一定の縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際には、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために任意に拡大又は縮小できる。さらに、本発明は、様々な例において参照数字及び／又は文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、単純さ及び明瞭さの目的のためであり、それ自体は議論された様々な実施形態及び／又は構成間の関係を規定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の様々な態様に係る血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図３】図３は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図４】図４は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図５】図５は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図６】図６は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図７】図７は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図８】図８は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図９】図９は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の様々な態様に係るトランスデューサの一部の概略上面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。
【図１６Ｂ−Ｃ】図１６Ｂ−Ｃは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。
【図１６Ｄ−Ｅ】図１６Ｄ−Ｅは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。
【図１７】図１７は、本発明の様々な態様に係るトランスデューサを製造する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】
【００１２】
詳細な説明
本発明の原理の理解を進める目的で、図面に示された実施形態を参照し、特定の用語を同じものを説明するために使用する。それにもかかわらず、本発明の範囲の限定を意図するものではないことが分かるであろう。説明する装置、システム及び方法の任意の変更及びさらなる改変、並びに本発明の原理のさらなる適用が完全に意図され、かつ、本発明の範囲内に含まれる。この開示が関連する当業者であれば通常思いつくと考えられるからである。例えば、本発明は、心臓血管イメージングに関して記載される超音波画像化を提供するが、このような記載はこの用途に限定することを目的とするものではないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、超音波画像化システムは、血管内画像化システムを包含する。この画像化システムは、同様に小さな空洞内での画像化を必要とする任意の用途にも適している。特に、一実施形態に関して説明した特徴、構成要素及び／又は工程を、本発明の他の実施形態に関して説明した特徴、構成要素及び／又は工程と組み合わせることができることが完全に意図される。しかしながら、単純化のため、これらの組み合わせの多数の反復は別々には説明しない。
【００１３】
現在、次の２種類のカテーテルが一般的に使用されている：ソリッドステート型及び回転型。典型的なソリッドステートカテーテルは、カテーテルの周囲に分配され、かつ、電子マルチプレクサ回路に接続されたトランスデューサ（通常は６４個）のアレイを使用する。マルチプレクサ回路は、超音波信号を送信し、反射された超音波信号を受信するためにアレイからトランスデューサを選択する。一連の送信・受信トランスデューサ対をステップスルーすることで、ソリッドステートカテーテルは、機械的に走査されたトランスデューサ素子の効果を合成することができる（ただし、可動部品なしで）。いかなる回転機械部品も存在しないので、トランスデューサアレイは、最小の血管外傷リスクで、血液及び血管組織に直接接触して配置でき、ソリッドステートスキャナは、単純な電気ケーブル及び標準的な取り外し可能電気コネクタで画像化システムに直接配線できる。
【００１４】
典型的な回転カテーテルは、目的の血管に挿入されるシース内部で回転する可撓性ドライブシャフトの先端部に位置する単一のトランスデューサを備える。トランスデューサは、典型的には、超音波信号がカテーテルの軸に対して略垂直に伝播するように配向される。典型的な回転カテーテルでは、液体で満たされた（例えば、生理食塩水で満たされた）シースは、回転するトランスデューサ及びドライブシャフトから血管組織を保護すると共に、超音波信号がトランスデューサから組織に自由に伝播し、そして戻ることを可能にする。ドライブシャフトが回転すると（例えば、毎秒３０回転で）、トランスデューサは、高電圧パルスで周期的に励起されて短い超音波バーストを放出する。超音波信号は、トランスデューサから、流体が充填されたシース及びシースの壁を通ってドライブシャフトの回転軸に対して略垂直方向に放射される。その後、同じトランスデューサは、様々な組織構造から反射した戻り超音波信号を待ち、画像化システムは、トランスデューサの単一回転の間に生じるこれらの超音波パルス／エコー取得シーケンスの数百のシーケンスから血管断面の二次元画像を組み立てる。
【００１５】
図１は、本発明の様々な態様に係る超音波画像化システム１００の概略図である。いくつかの実施形態では、超音波画像化システム１００は、血管内超音波画像化システム（ＩＶＵＳ）を含む。ＩＶＵＳ画像化システム１００は、患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）１０４によってＩＶＵＳ制御システム１０６に接続されたＩＶＵＳカテーテル１０２を備える。制御システム１０６は、ＩＶＵＳ画像（ＩＶＵＳシステム１００により生成される画像など）を表示するモニタ１０８に接続されている。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ＩＶＵＳカテーテル１０２は回転ＩＶＵＳカテーテルであり、これは、ボルカノ社から入手できるＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（登録商標）回転ＩＶＵＳ画像化カテーテル及び／又は米国特許第５２４３９８８号及び米国特許第５５４６９４８号に開示された回転ＩＶＵＳカテーテルと同様のものであってよい。これらの文献の両方をその全体について参照により本明細書に援用する。カテーテル１０２は、血管の内腔への挿入のために成形されかつ構成された細長い可撓性カテーテルシース１１０（近位端部１１４及び遠位端部１１６を有する）を備える（図示せず）。カテーテル１０２の縦軸ＬＡは、近位端部１１４と遠位端部１１６との間に延在する。カテーテル１０２は、使用中に血管の湾曲に適応することができるように可撓性である。この点に関し、図１に示される湾曲構成は、例示を目的とするものであり、決して他の実施形態においてカテーテル１０２が曲線的であることができる態様に限定するものではない。一般に、カテーテル１０２は、使用時に任意の所望の直線状又は弧状輪郭となるように構成できる。
【００１７】
シース１１０内には回転イメージングコア１１２が延在している。イメージングコア１１２は、シース１１０の近位端部１１４内に配置された近位端部１１８と、シース１１０の遠位端部１１６内に配置された遠位端部１２０とを有する。シース１１０の遠位端部１１６及びイメージングコア１１２の遠位端部１２０は、ＩＶＵＳ画像化システム１００の動作中に目的の血管内に挿入される。カテーテル１０２の使用可能な長さ（例えば、患者、特に目的の血管に挿入できる部分）は、任意の好適な長さとすることができ、用途に応じて変更できる。シース１１０の近位端部１１４及びイメージングコア１１２の近位端部１１８は、インターフェースモジュール１０４に接続される。近位端部１１４、１１８は、インターフェースモジュール１０４に取り外し可能に接続されたカテーテルハブ１２４に取り付けられている。カテーテルハブ１２４は、カテーテル１０２とインターフェースモジュール１０４との間に電気的及び機械的接続を与える回転インターフェースを容易にしかつ支持する。
【００１８】
イメージングコア１１２の遠位端部１２０は、トランスデューサアセンブリ１２２を備える。トランスデューサアセンブリ１２２は、回転（モータ又は他の回転装置若しくは方法の使用によって）して血管の画像を取得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、特に血管内の狭窄を可視化するための任意の好適なタイプのものとすることができる。図示された実施形態では、トランスデューサアセンブリ１２２は、圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（「ＰＭＵＴ」）及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの関連回路を備える。ＩＶＵＳカテーテルに使用される代表的なＰＭＵＴは、米国特許第６６４１５４０号（その全体が参照により本明細書に援用される）に開示されているような高分子圧電体膜を備えることができる。ＰＭＵＴトランスデューサは、最適な半径方向での解像度について７５％を超える帯域幅及び最適な方位角及び仰角解像度について球状焦点開口を提供することができる。
【００１９】
また、トランスデューサアセンブリ１２２は、ＰＭＵＴトランスデューサと、その中に配置される関連回路とを有するハウジングを備えることができ、ここで、該ハウジングは、ＰＭＵＴトランスデューサによって生成される超音波信号が移動する開口部を有する。あるいは、トランスデューサアセンブリ１２２は、容量性マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（「ＣＭＵＴ」）を含む。さらに別の実施形態では、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を備える（例えば、いくつかの実施形態では１６、３２、６４又は１２８個の部材を有するアレイを使用する）。
【００２０】
シース１１０内でのイメージングコア１１２の回転は、インターフェースモジュール１０４によって制御されるが、これにより、ユーザが操作できるユーザインタフェースコントロールが得られる。インターフェースモジュール１０４は、イメージングコア１１２を介して受信された情報を受信、分析及び／又は表示することができる。任意の好適な機能、制御、情報処理及び分析並びにディスプレイをインターフェースモジュール１０４に実装できることが分かるであろう。一例では、インターフェースモジュール１０４は、イメージングコア１１２により検出された超音波信号（エコー）に対応するデータを受信し、そして受信されたエコーデータを制御システム１０６に転送する。一例では、インターフェースモジュール１０４は、制御システム１０６にエコーデータを送信する前に、エコーデータの予備的処理を実行する。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／又は総計を実行することができる。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内の回路を含めたカテーテル１０２の動作をサポートするために、高及び低電圧直流電力を供給することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ＩＶＵＳ画像化システム１００に関連する配線は、制御システム１０６からの信号をインターフェースモジュール１０４に伝達する及び／又はインターフェースモジュールからの信号を制御システムに伝達することができるように、制御システム１０６からインターフェースモジュール１０４に延びる。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、インターフェースモジュール１０４と無線で通信する。同様に、いくつかの実施形態では、ＩＶＵＳ画像化システム１００に関連する配線は、制御システム１０６からの信号をモニタ１０８に及び／又はモニタから信号を制御システムに伝達することができるように、制御システム１０６からモニタ１０８に延在することが分かる。いくつかの実施形態では、制御システム１０６は、モニタ１０８と無線で通信する。
【００２２】
図２〜１４は、トランスデューサ２００用の電極アセンブリを説明するための例示超音波トランスデューサ２００の概略部分断面側面図である。図２〜１４は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階に相当する。図２〜１４は、本発明の技術思想をよく理解するために明確化の目的で簡略化されている。
【００２３】
超音波トランスデューサ２００を、それぞれ、図１のＩＶＵＳ画像化システム１００、例えばトランスデューサアセンブリ１２２に含めることができる。超音波トランスデューサ２００は、小さいサイズを有し、そして高解像度を実現するため、血管内イメージングに適している。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ２００は、数十又は数百ミクロン程度の大きさを有し、約１メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約１３５ＭＨｚの周波数範囲で動作することができ、サブ５０ミクロンの解像度を与えることができると共に、少なくとも１０ミリメートル（ｍｍ）の深さの透過を与えることができる。さらに、超音波トランスデューサ２００は、開発者がトランスデューサ開口の偏向深さに基づいて目標フォーカスエリアを定義し、それにより、表面特性を越えて血管の形態を画定するのに有用な画像を生成することを可能にするように成形される。超音波トランスデューサ２００及びその製造の様々な態様を以下でより詳細に議論する。
【００２４】
図示した実施形態では、超音波トランスデューサ２００は、圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）である。他の実施形態では、トランスデューサ２００は、別のタイプのトランスデューサを含むことができる。追加の特徴を超音波トランスデューサ２００に加えることができ、以下に説明する特徴のいくつかを超音波トランスデューサ２００の追加の実施形態の代わりに使用し又は除去することができる。
【００２５】
図２に示されるように、トランスデューサ２００は、基材２１０を備える。基材２１０は、表面２１２と、該表面２１２とは反対側の表面２１４とを有する。また表面２１２を前面又は前側ということもでき、また、表面２１４を背面又は裏側ということもできる。図示された実施形態では、基材２１０は、シリコン微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）基材である。基材２１０は、別の実施形態では、ＰＭＵＴトランスデューサ２００の設計要件に応じて他の好適な材料を含む。図示した実施形態では、基材２１０は、「低濃度ドープシリコン基材」である。言い換えれば、基材２１０は、ドーパントがわずかに添加されたシリコンウエハからなり、その結果、約１Ω／ｃｍ〜約１０００Ω／ｃｍの範囲の抵抗率を有する。「低濃度ドープシリコン基材」２１０の利点の一つは、例えば、純粋なシリコン又はドープされていないシリコン基材と比較して比較的安価であることである。もちろん、コストが懸念されるほど重要ではない別の実施形態では、純粋なシリコン又は非ドープシリコン基材を使用してもよいと解される。
【００２６】
基材２１０は、別々に示されておらず、かつ、様々なマイクロエレクトロニクス要素を備えることができる電子回路を形成するように組み合わせることができる様々な層を有することができる。これらのマイクロエレクトロニクス要素としては、次のものが挙げられる：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、高周波トランジスタ、ｐ−チャネル及び／又はｎ−チャネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ／ＮＦＥＴ））；抵抗器；ダイオード；コンデンサ；インダクタ；ヒューズ；及び／又は他の好適な部品。様々な層としては、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、誘電体層、導電層、他の好適な層又はそれらの組合せが挙げられる。論理素子、メモリ素子（例えば、スタティックランダムアクセスメモリ（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）デバイス、他の好適なタイプ装置又はそれらの組み合わせといった複数のマイクロエレクトロニクス要素を互いに相互接続して集積回路の一部を形成させることができる。
【００２７】
基材２１０の初期厚み２２０が表面２１２と表面２１４との間で測定される。いくつかの実施形態では、初期厚み２２０は、約２００ミクロン（μｍ）〜約１０００μｍの範囲である。
【００２８】
基材２１０の表面２１２及び２１４には誘電体層２３０が形成される。誘電体層２３０は、熱酸化法、低温酸化物堆積法、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）又はそれらの組み合わせといった当技術分野において知られている好適な堆積プロセスによって形成できる。誘電体層２３０は、酸化ケイ素、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素又はこれらの組み合わせといった酸化物材料又は窒化物材料を含有することができる。誘電体層２３０は、その上に形成される層のための支持表面となる。誘電体層２３０は電気的絶縁を与える。より詳細には、図示した実施形態では、基材２１０は、上述のように、比較的導電性の「低濃度ドープシリコン基材」である。基材２１０のこの比較的高い導電性は、トランスデューサ２００を比較的高い電圧、例えば約６０ボルト〜約２００ボルトＤＣの励起電圧でパルスした場合に問題となることがある。これは、トランスデューサ２００の下部電極（以下でより詳細に説明する）がシリコン基材２１０と直接接触することは望ましくないことを意味する。本発明の様々な態様によれば、誘電体層２３０は、シリコン基材２１０の比較的導電性の表面からトランスデューサ２３０の下部電極を絶縁するのに役立つ。
【００２９】
次に、導電層２４０（すなわち、下部電極）が誘電体層２３０に形成される。導電層２４０は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤなどの好適な堆積プロセスによって形成できる。図示した実施形態では、導電層２４０は、金属又は複数の金属材料を含む。例えば、金属又は複数の金属材料としては、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組合せが挙げられる。
【００３０】
図３を参照すると、導電層２４０は、リフトオフ又はフォトリソグラフィープロセスでの技術を使用してパターニングされる。導電層２４０の不要部分は、プロセスの一部として除去される。いくつかの実施形態では、導電層は、パターンを創り出すために、シャドーマスクを用いて堆積できる。
【００３１】
次いで、誘電体層２３０及び導電層２４０に圧電体フィルム２５０が形成される。様々な実施形態では、圧電体フィルム２５０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はその共重合体、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥ）又はポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴＦＥ）などの圧電材料を含むことができる。あるいは、ＰＶＤＦ・ＣＴＦＥ及びＰＶＤＦ・ＣＦＥなどの重合体又はゾル・ゲル形成圧電材料を使用することができる。図示した実施形態では、圧電体フィルム２５０に用いられる圧電材料は、ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥを含有する。
【００３２】
圧電体フィルム２５０をパターニングして所望の形状、例えば、図３に示されている形状を達成する。圧電体フィルム２５０の不要部分は、パターニングプロセスで除去される。その結果、誘電体層２３０及び導電層２４０の部分が露出される。単純化するため、図３は、パターン化された後の圧電体フィルム２５０しか示していない。
【００３３】
本実施形態では、圧電体フィルム２５０は、上部電極を形成するための堆積を可能にするように面取部を形成させるような方法でエッチングされる。面取部は、それ自体が図３の断面図に示される台形の側壁として示すことができる。面取部は、導電層２７０を不連続の可能性の低い圧電体フィルム２５０に堆積させるのを可能にする。また、いくつかの実施形態では、圧電体フィルム２５０が導電層２４０にさらに粘着しやすくするように接着促進層（本明細書に示さない）を圧電体フィルム２５０と導電層２４０との間に形成することができると解される。接着促進層の一実施形態は、２０１２年１２月２１日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」という発明の名称の米国仮出願６１／７４５２１２号（Ｄｙｌａｎ  Ｖａｎ  Ｈｏｖｅｎ、代理人整理番号４４７５５．１０６１）に詳しく記載されている。
【００３４】
ここで図４を参照すると、導電層２７０（すなわち、上部電極）は、当該分野で知られている好適な堆積プロセスを使用して圧電体フィルム２５０に形成される。図示した実施形態では、導電層２７０は、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含む。その堆積後に、導電層２７０は、フォトリソグラフィープロセスでの技術を使用してパターニングされる。導電層２７０の不要部分は、フォトリソグラフィープロセスの一環として除去される。簡単にするため、図４は、パターン化された後の導電層２７０を示すにすぎない。
【００３５】
導電層２４０及び２７０と圧電層２５０（及び接着促進層（これを使用する実施形態））をまとめてトランスデューサ膜とみなすことができる。パッド金属を形成して導電層２４０及び／又は２７０に電気的接続を確立することもできると解されるが、これらのパッド金属は、単純化の目的でここには示されていない。
【００３６】
導電層２７０（すなわち、上部電極）の堆積に関連する潜在的な問題は、堆積した導電層２７０に不連続が存在する可能性があることである。例えば、図５を参照すると、導電層２７０中における例示の不連続２７５が示されている。上述のように、圧電体フィルム２５０は、このような不連続２７５を避けるために部分的に面取部を有するように形成される。それにもかかわらず、金属堆積プロセスにおける限界及び他の不備により、依然として１以上の不連続２７５をもたらす場合がある。不連続２７５は、電気的開放状態を引き起こす可能性がある。言い換えれば、導電層２７０は、不連続２７５のため目的の外部機器に電気的に接続できない。これは、トランスデューサ２００への完全な電気的アクセスを妨げる場合がある。
【００３７】
本発明の様々な態様によれば、不連続２７５によって引き起こされる問題は、ステップ金属部材を使用して解決できる。ステップ金属は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤなどの好適な堆積プロセス、その後のリフトオフ又はフォトリソグラフィーパターンプロセスによって形成できる。ステップ金属の形成を以下図６〜９を参照して説明する。
【００３８】
図６を参照すると、導電層２７０を含めてトランスデューサ２００にわたってフォトレジスト材料２８０がコーティングされている。
【００３９】
図７を参照すると、フォトレジスト材料２８０内に開口部２８５が形成される。開口部２８５は、導電層２７０の側壁の一部（すなわち、圧電体フィルム２５０の側壁に形成された上部電極の一部）を露出させるのに十分な幅となるように構成されている。不連続２７５が存在する場合には、開口部２８５は、不連続２７５を同様に露出させる。
【００４０】
図８を参照すると、開口部２８５にステップ金属部材２９０が形成される。ステップ金属部材２９０は、導電層２７０と実質的に同様の材料組成を有する。言い換えれば、図示した実施形態では、ステップ金属部材２９０は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はこれらの組み合わせなどの１種以上の金属を含む。ステップ金属部材２９０は、垂直寸法２９５及び横方向又は水平方向寸法２９６を有するように形成される。いくつかの実施形態では、垂直寸法２９５は約０．５μｍ〜約２μｍの範囲であり、横方向寸法２９６は約３０μｍ〜約１００μｍの範囲である。
【００４１】
図９を参照すると、フォトレジスト材料２８０は、例えばフォトレジスト剥離プロセスにより除去される。ステップ金属部材２９０は、導電層２７０（上部電極）の側壁を覆う。不連続２７５などの任意の不連続が導電層２７０に存在する場合には、ステップ金属２９０は不連続を「遮蔽する」ことになることが分かる。別の言い方をすれば、ステップ金属２９０は、実際には、不連続により分離された導電層２７０のセグメントのためのブリッジとして機能する。結果として、ステップ金属２９０により導電層２７０全体を通じて電気的連続性が維持される。
【００４２】
ステップ金属部材２９０は、導電層２７０の側壁に形成されることが分かる。というのは、導電層２７０の側壁は、不連続が発生する可能性のある導電層２７０のセグメントであると認められているからである。しかし、別の実施形態では、ステップ金属部材２９０（又はそれと同様の他の部材）は、導電層２７０の他の領域にわたって形成するように構成できる（これらの領域も不連続を含む可能性があると認められる場合に）。
【００４３】
ステップ金属部材２９０に加えて（又はその代わりに）、本発明は、以下、図１０〜１４を参照してより詳細に説明するように、上記不連続の問題に対処するために金属ビアを形成することができる。一貫性及び明瞭性の理由から、図２〜９及び１０〜１４に見られる同一又は類似の構成要素は、同じ表示である。
【００４４】
図１０を参照すると、誘電体層２３０（図２について上述した）が基材２１０に形成される。次いで、導電層２４０（図２について上述した）が誘電体層２３０に形成される。
【００４５】
図１１を参照すると、導電層２４０は、別々のセグメント：セグメント２４０及びセグメント２４５にパターニングされる。セグメント２４０は、トランスデューサ２００の下部電極として機能し、以下、下部電極２４０Ａという。セグメント２４５は、トランスデューサ２００の上部電極の底部として機能し、以下、上部電極セグメント２４５という。次いで、下部電極２４０Ａの一部及び上部電極セグメント２４５の一部にわたって圧電体フィルム２５０が形成される。前述のように、圧電体フィルム２５０は、ＰＶＤＦ材料又は他の好適な重合体材料を含有することができる。
【００４６】
図１２を参照すると、圧電体フィルム２５０は、ビアによりセグメント２４５にパターニングされる。このビアは、圧電体膜をこの断面図において２つ別個の構成部分２５０Ａ及び２５０Ｂに分離する。いくつかの実施形態では、構成部分２５０Ａは、上部電極セグメント２４５上に形成され、構成部分２５０Ｂは下部電極２４０Ａ上に形成される。しかし、異なる実施形態では、これは必ずしもそうであるとは限らない。前述のように、電極の不連続の問題を軽減するために、構成部分２５０Ａ及び２５０Ｂの両方は、面取部を有するように形成される。
【００４７】
図１３を参照すると、圧電構成部分２５０Ａ及び２５０Ｂにわたって導電層２７０が形成される。導電層２７０は、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属を含有する。導電層２７０は、トランスデューサ２００の上部電極の頂部として機能し、以下、上部電極セグメント２７０という。
【００４８】
図１３に示すように、上部電極セグメント２７０の部分２７０Ａが上部電極セグメント２４５上に形成される。この部分２７０Ａをビア２７０Ａということができる。実際には、ビア２７０Ａは、上部電極セグメント２７０（すなわち、上部電極の頂部）と上部電極セグメント２４５（すなわち、上部電極の底部）との間の接触面を増加させる。結果として、上部電極には不連続が現れにくくなる。
【００４９】
追加の処理工程を実行して、トランスデューサ２００の製造を完了させることができる。例えば、裏側２１４から基材２１０に開口部又はウェルをエッチングすることができる。開口部又はウェルにエポキシなどの裏当材料を充填することができる。また、図１４に示すように、トランスデューサ膜を円弧状に変形させることもできる（例えば空気圧を加えることによって）。これらの追加処理工程は、２０１２年１２月２１日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」という発明の名称の米国仮出願６１／７４５２１２号（Ｄｙｌａｎ  Ｖａｎ  Ｈｏｖｅｎ、代理人整理番号４４７５５．１０６１）に詳しく記載されている。
【００５０】
図１５は、図８〜９を参照して上述したステップ金属部材２９０の実施形態を示すトランスデューサ２００の部分の単純化概略平面図である。一貫性及び明確性のために、同様の構成要素は図８〜９及び図１５において同じものを示す。前述のように、圧電体フィルム２５０は、符号３００で示される面取部を有するように形成され、良好な電極の連続性を可能にする。上部電極２７０のセグメントは、面取部３００にまたがる。ステップ金属部材２９０を面取部３００上に形成して上部電極２７０の電気的連続性を確保する。
【００５１】
図１６Ａは、図１３を参照して上述したビア２７０Ａの実施形態を示すトランスデューサ２００の部分の単純化概略平面図である。一貫性及び明確性の理由で、同様の構成要素は、図１３及び１６Ａにおいて同じものを示す。図１３の断面図は、図１６Ａの上面図において点ＡからＡ’の断面をとることによって得られる。示されるように、ビア２７０Ａは、上部電極２７０の頂部セグメントと上部電極の下部セグメント（図１６Ａでは見えない）との間の接触表面積を効果的に増大させ、これにより不連続のリスクを軽減させる。
【００５２】
また、いくつかの実施形態では、ステップ金属部材２９０及びビア２７０Ａをトランスデューサ２００に実装して電極の連続性をさらに改善させることができることも分かる。
【００５３】
図１６Ｂ〜１６Ｅは、上記ビアの別の実施形態の概略上面図を示す。例えば、図１６Ｂに示される実施形態は、ビア蛇行大型パッチを示す。図１６Ｃに示される実施形態は、ビア蛇行小型パッチを示す。図１６Ｄに示される実施形態は、ビア脂肪大型パッチを示す。図１６Ｅに示される実施形態は、ビア脂肪小型パッチを示す。しかし、実施形態にかかわらず、大型のものは、上部電極のための接触表面積を増大させ、電極の不連続の問題を軽減するものと解される。
【００５４】
図１７は、本発明の様々な形態に係る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。この方法は、基材を準備する工程５１０を含む。基材は、第１側及び該第１側とは反対の第２側を有する。いくつかの実施形態では、基材は、ケイ素を含有する。
【００５５】
方法５００は、誘電体層を基材の第１側に形成させる工程５２０を含む。いくつかの実施形態では、誘電体層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素又はオキシ窒化ケイ素を含むことができる。
【００５６】
方法５００は、下部電極を基材の全面に形成させる工程５３０を含む。下部電極は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含有することができる。下部電極をパターニングすることができる。
【００５７】
方法５００は、圧電素子を下部電極にわたって形成させる工程５４０を含む。圧電素子は面取側壁を有する。いくつかの実施形態では、圧電素子は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ・ＴＦＥ）又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する。
【００５８】
方法５００は、上部電極を圧電素子にわたって形成させる工程５５０を含む。上部電極は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含有することができる。いくつかの実施形態では、上部電極は、圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアとを備えるように形成される。ビアは、底部セグメント上に直接配置できる。ビアは、上部電極の凹部を含むことができる。
【００５９】
方法５００は、ステップ金属部材を圧電素子の面取側壁上にある上部電極の一部にわたって形成させる工程５６０を含む。ステップ金属部材及び上部電極は、実質的に同様の材料組成を有する。
【００６０】
方法５００は、ウェルを基材内に第２側から形成する工程５７０を含む。ウェルは、エッチング工程によって形成できる。いくつかの実施形態では、ウェルは、エッチングが誘電体層で停止するように形成される。他の実施形態では、ウェルは、誘電体層もエッチングされ、エッチングが基材の下面で停止するように形成される。
【００６１】
方法５００は、ウェルに裏打ち材料を充填する工程５８０を含む。いくつかの実施形態では、裏打ち材料はエポキシ材料を含む。
【００６２】
方法５００は、上部電極、圧電素子及び下部電極（集合的にトランスデューサ膜を構成する）を、ウェルにわたって配置されたトランスデューサ膜の一部が円弧形状を有するように変形させる工程５９０を含む。
【００６３】
上記工程のいくつかは、異なる順序で実行できると理解されたい。また、追加の製造工程を実行してトランスデューサの製造を完了させることができることも理解されたい。しかしながら、これらの追加の製造工程は、簡略化の理由のために本明細書では説明しない。
【００６４】
当業者であれば、上記装置、システム及び方法を様々に変更できることが分かるであろう。したがって、当業者であれば、本発明に包含される実施形態が上記特定の例示的実施形態に限定されるものではないことが分かるであろう。この点に関し、例示的な実施形態を示しかつ説明してきたが、広範囲の修正、変更及び置換が上記開示において意図される。このような変形は、本発明の範囲から逸脱することなく、上記事項になされ得ると解される。したがって、請求の範囲は広くかつ本発明と一致する態様で解釈すべきことが適当である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  超音波画像化システム
１０２  ＩＶＵＳカテーテル
１０４  患者インターフェースモジュール
１０６  ＩＶＵＳ制御システム
１０８  モニタ
１１０  シース
１２２  トランスデューサアセンブリ
２００  トランスデューサ
２１０  基材
２１２  表面
２１４  表面
２２０  初期厚み
２３０  誘電体層
２４０  導電層
２５０  圧電体フィルム
２７０  導電層
２７０Ａ  ビア
２７５  不連続
２８０  フォトレジスト材料
２８５  開口部
２９０  ステップ金属部材
２９５  垂直寸法
２９６  横方向又は水平方向寸法
【図２】
2016509777.tif 000003
【図３】
2016509777.tif 000004
【図４】
2016509777.tif 000005
【図５】
2016509777.tif 000006
【図６】
2016509777.tif 000007
【図７】
2016509777.tif 000008
【図８】
2016509777.tif 000009
【図９】
2016509777.tif 000010
【図１０】
2016509777.tif 000011
【図１１】
2016509777.tif 000012
【図１２】
2016509777.tif 000013
【図１３】
2016509777.tif 000014
【図１４】
2016509777.tif 000015
【図１５】
2016509777.tif 000016
【図１６Ａ】
2016509777.tif 000017
【図１】
2016509777.tif 000018
【図１６Ｂ−Ｃ】
2016509777.tif 000019
【図１６Ｄ−Ｅ】
2016509777.tif 000020
【図１７】
2016509777.tif 000021
【国際調査報告】
2016509777.tif 000022
2016509777.tif 000023