单层压电片型超声波探头及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单层压电片型超声波探头及其制造方法，尤其涉及利用微细加工技术 制作的单层压电片型超声波探头及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往，利用超声波图像的超声波诊断装置在医疗领域中得到实际应用。通常，这种 超声波诊断装置从超声波探头朝向被检体内发送超声波光束，超声波探头接收来自被检体 的超声波回波，并对该接收信号进行电气处理，由此生成超声波图像。
[0003] 超声波探头采用利用了多层压电体的变压器型传感器，然而近年来能够容易制造 微小尺寸的阵列变压器型传感器，因而例如利用如专利文献1及2公开的微细加工技术制 作的单层压电片型超声波探头受到关注。
[0004] 该单层压电片型超声波探头也被称为所谓pMUT(压电微细加工超声波变压器型 传感器），具有在振动板上依次层压下部电极层和压电体层和上部电极层而形成的压电元 件，振动板是通过对由硅等构成的基板进行局部加工而形成的。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利第4043790号公报
[0008] 专利文献2 :日本特表2008-535643号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 但是，为了将超声波探头应用于超声波诊断来生成高精度的超声波图像，需要以 MHz频带高速驱动压电元件，在进行这样的高速驱动时，不能忽视作用于被相互层压形成的 紧贴的各层之间的应力。并且，由于长时间的使用，产生相邻的层剥离的可能性。在产生层 间的剥离时，将难以作为超声波探头发挥作用。这样的层间的剥离现象在产生的声压比较 低的情况下，压电元件的做功量较小，因而不会成为问题，但是在产生特别高的声压的情况 下，由于做功量增大，该剥离现象明显。
[0011] 另外，与以往使用由无机材料构成的多层压电体的探头的声阻抗相比，单层压电 片型探头的声阻抗通常约为4~IOX 106kg/m2s，虽然相当低，但是具有比作为超声波诊断 的对象的活体的声阻抗1. 5~IOX 106kg/m2s高的值。因此，如果直接使用单层压电片型探 头进行超声波诊断，将导致超声波光束对活体的透射率下降。尤其是单层压电片型探头虽 然适合于微细制作，但是难以实现较大的声压和较高的接收灵敏度，因声阻抗的不整合导 致的超声波光束的透射率的下降成为进行高精度的超声波诊断时的重大问题。
[0012] 这样，以往在考虑了对超声波诊断的应用时，未能明确如何设计单层压电片型探 头的构造比较好，因而需要解决这一问题。
[0013] 本发明正是为了解决以往的这种问题而提出的，其目的在于提供一种单层压电片 型超声波探头及其制造方法，能够长时间地可靠性良好地进行高精度的超声波诊断。
[0014] 用于解决课题的技术方案
[0015] 本发明的单层压电片型超声波探头具有：基板，在该基板形成有分别具有预定的 形状的多个开口；多个振动板，以分别将多个开口的一端封堵的方式形成于基板上；多个 压电元件部，形成于多个振动板的表面上，并且分别具有压电体层和形成于压电体层的两 面的一对电极层；以及被覆层，以填埋多个压电元件部的方式配置在基板的表面上，而且由 声阻抗为I. 5X IO6~4X 10 6kg/m2s、肖氏A硬度为75以下的有机树脂构成。
[0016] 优选的是，开口具有40~80 μ m的直径，压电体层具有1~10 μ m的厚度，压电体 层的厚度与振动板的厚度的比率被设定为1:0. 8~1. 2。
[0017] 另外，优选选择开口的直径与压电体层的厚度的值的组合，以便使发送声压达到 预先设定的设定值以上。
[0018] 例如，能够形成如下的组合：开口具有40μπι的直径，压电体层具有1~5μπκ尤 其是2~3 μ m的厚度的组合;开口具有50 μ m的直径，压电体层具有1~7 μ m、尤其是1~ 6 μ m的厚度的组合；开口具有60 μ m的直径，压电体层具有2~9 μ m、尤其是4~8 μ m的 厚度的组合；开口具有70 ym的直径，压电体层具有4~10 μπκ尤其是5~9 ym的厚度的 组合；或者开口具有80 μ m的直径，压电体层具有6~10 μ m、尤其是9 μ m的厚度的组合。
[0019] 优选的是，基板是经由绝缘层在Si基材上形成有Si层的SOI基板，多个振动板由 与以使各个绝缘层露出的方式将Si基材挖通成预定的形状而形成的多个开口对应的部分 的Si层和绝缘层构成。
[0020] 另外，多个开口的预定的形状能够呈圆形或者正多边形。
[0021] 优选的是，多个压电元件部以不超过各自对应的振动板的周缘部的方式形成于振 动板的表面上。
[0022] 多个压电元件部能够配置成具有如下的细密填充构造，即各个压电元件部形成沿 仰角方向以预定的间距排列成直线状的多个列，并且每列具有预定的间距的1/2的错位 量。
[0023] 另外，优选被覆层具有满足声匹配条件的厚度。
[0024] 本发明的单层压电片型超声波探头的制造方法，在基板上形成分别具有预定的 形状的多个开口和分别将多个开口的一端封堵的多个振动板，在多个振动板的表面上分 别形成多个压电元件部，以填埋多个压电元件部的方式，在基板的表面上形成由声阻抗为 I. 5X IO6~4X 10 6kg/m2s、肖氏A硬度为75以下的有机树脂构成的被覆层。
[0025] 发明效果
[0026] 根据本发明，在基板的表面上形成由声阻抗为I. 5X IO6~4X 106kg/m2s、肖氏A硬 度为75以下的有机树脂构成的被覆层来填埋多个压电元件部，因而各个压电元件部被被 覆层保护，并且超声波光束对活体的透射率提高，在声压较高的活体用的超声波诊断用途 中，也能够长时间地可靠性良好地进行高精度的超声波诊断。
【附图说明】
[0027] 图1是表示本发明的实施方式的单层压电片型超声波探头的结构的俯视图。
[0028] 图2是表示去除了被覆层的状态的实施方式的单层压电片型超声波探头的俯视 图。
[0029] 图3是表示实施方式的单层压电片型超声波探头的主要部分的剖视图。
[0030] 图4是表示实施方式的单层压电片型超声波探头的彼此相邻的两个压电元件区 域和与这些压电元件区域连接的引出电极的局部放大俯视图。
[0031] 图5是按照工序顺序表示实施方式的单层压电片型超声波探头的制造方法的图。
[0032] 图6是表示将实施方式的单层压电片型超声波探头安装在FPC上的状态的俯视 图。
[0033] 图7是表示对基板的开口的直径进行各种变化时的压电体层的厚度与发送声压 的关系的曲线图。
[0034] 图8是表示有机树脂材料的残留振动波形的图，（A)是针对肖氏A硬度100以上 的有机树脂材料的波形图，（B)是针对肖氏A硬度62的有机树脂材料的波形图。
[0035] 图9是表示有机树脂材料的肖氏A硬度与残留振动的波数的关系的曲线图。
[0036] 图10是表示实施方式的单层压电片型超声波探头的频率与灵敏度的关系的曲线 图。
[0037] 图11是表示使用实施方式的单层压电片型超声波探头拍摄的超声波图像的照 片。
【具体实