超声波振子元件及超声波内窥镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备由多个静电电容型的超声波振子单元(以下也称作“单元”)构成的单元群的超声波振子元件(以下也称作“元件”)以及具备在前端部配设有上述超声波振子元件的插入部的超声波内窥镜。
【背景技术】
[0002]向体内照射超声波、根据回波信号将体内的状态图像化而进行诊断的超声波诊断法正在普及。作为在超声波诊断法中使用的医疗装置之一，有超声波内窥镜。超声波内窥镜在向体内导入的插入部的前端硬性部上配设有元件。元件具有将电信号变换为超声波而向体内发送、此外将在体内反射的超声波接收而变换为电信号的功能。
[0003]在目前的许多元件中，主要使用含有对环境影响大的铅的陶瓷压电材料、例如PZT(错钛酸铅)等。对此，使用 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)技术制造的、具有由在材料中不含铅的静电电容型超声波振子(Capacitive Micro —machined Ultrasonic Transducer ;以下称作“c 一 MUT”)构成的多个单元的元件的开发正在进展。
[0004]例如，在美国专利第6854338号说明书中公开了图1?图3所示的元件120。如作为俯视图的图1所示，元件120具有作为超声波收发的基本单位的25个由c 一 MUT构成的单元110。
[0005]图2是元件120的I个单元110的剖视图，图3是图1所示的元件120的4个单元110的局部分解图，由虚线表示的正方形表示I个单元110的专用区域，换言之表示单元110的平面观察形状。另外，以下将平面观察形状简称作形状。单元110的形状可以看作正方形。
[0006]如图2及图3所示，单元110具有隔着腔体114H而与兼作下部电极12的导电性基板111对置配置的上部电极116。上部电极116的腔体114H的正上方的区域构成进行超声波振动的膜片118。腔体114H由形成于绝缘层114的贯通孔形成。腔体114H是不与外部连通的密封的空间。
[0007]单元110中，当在下部电极12与上部电极116之间施加驱动信号，则膜片118振动而产生超声波。利用当超声波从外部入射则膜片118变形而电极间的静电电容变化这一情况，将超声波变换为电信号。由“(膜片118的面积)/(单元110的面积)”表示的开口率越大，元件120的收发灵敏度越高。
[0008]但是，在正方形的具有单元110的元件120中，圆形的腔体114H的正上方的膜片118以外的区域是不对超声波的收发做出贡献的不敏感区域。例如不敏感区域的电极间的静电电容成为在超声波接收时不变化的所谓寄生电容。
[0009]在元件120中，由于不敏感区域较大而开口率较小，所以得到较高的收发灵敏度是不容易的。
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]本发明的目的是提供一种收发灵敏度较高的超声波振子元件及具备上述超声波振子元件的超声波内窥镜。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]本发明的技术方案的超声波振子元件具备:基板；单元群，由多个超声波振子单元构成，所述多个超声波振子单元分别具有包括配设在上述基板之上的下部电极和隔着腔体而与上述下部电极对置配置的上部电极的膜片、以及通过支承上述膜片而形成上述腔体的多个柱，所述多个超声波振子单元各自的上述腔体相互连通。
[0014]此外，另一技术方案的超声波内窥镜具备:插入部，在前端部配设有具备基板和由多个超声波振子单元构成的单元群的超声波振子元件，所述多个超声波振子单元分别具有包括配设在上述基板之上的下部电极和隔着腔体而与上述下部电极对置配置的上部电极的膜片、以及通过支承上述膜片而形成上述腔体的多个柱，所述多个超声波振子单元各自的上述腔体相互连通；操作部，配设在上述插入部的基端侧；以及通用软线，从上述操作部延伸。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明的实施方式，能够提供一种收发灵敏度较高的超声波振子元件及具备上述超声波振子元件的超声波内窥镜。
【附图说明】
[0017]图1是以往的元件的俯视图。
[0018]图2是以往的元件的超声波振子单元的剖视图。
[0019]图3是以往的元件的分解图。
[0020]图4是第I实施方式的元件的立体图。
[0021]图5是第I实施方式的元件的超声波振子单元的剖视图。
[0022]图6是第I实施方式的元件的分解图。
[0023]图7是用来说明第I实施方式的元件的单元的俯视示意图。
[0024]图8A是表示第I实施方式的元件的柱的变形例的图。
[0025]图8B是表示第I实施方式的元件的柱的变形例的图。
[0026]图8C是表示第I实施方式的元件的柱的变形例的图。
[0027]图8D是表示第I实施方式的元件的柱的变形例的图。
[0028]图9是第2实施方式的元件的分解图。
[0029]图10是用来说明第3实施方式的元件的俯视示意图。
[0030]图11是用来说明第4实施方式的元件的俯视示意图。
[0031]图12是用来说明第5实施方式的元件的俯视示意图。
[0032]图13是用来说明第6实施方式的元件的俯视示意图。
[0033]图14是用来说明第7实施方式的元件的俯视示意图。
[0034]图15是用来说明第8实施方式的元件的俯视示意图。
[0035]图16是用来说明第9实施方式的元件的俯视示意图。
[0036]图17是用来说明第10实施方式的元件的俯视示意图。
[0037]图18是第11实施方式的元件的分解图。
[0038]图19是实施方式的元件的封闭壁的俯视图。
[0039]图20是第12实施方式的超声波内窥镜的阵列型超声波振子的立体图。
[0040]图21是第12实施方式的超声波内窥镜的外观图。
【具体实施方式】
[0041]〈第I实施方式〉
[0042]如图4所示，本实施方式的超声波振子元件20在基板11之上配设有由多个超声波振子单元10构成的单元群10Z。并且，当在下部电极端子12T与上部电极端子16T之间施加驱动信号，则单元群1Z发送超声波，入射的超声波基于下部电极端子12T与上部电极端子16T之间的静电电容变化而被变换为电信号并被接收。
[0043]如图5所示，单元10具有与下部电极端子12T连接的下部电极12、将下部电极12覆盖的下部绝缘层13、形成有腔体14H的柱14、以及被柱14支承的、包括与上部电极端子16T连接的上部电极16的膜片18。腔体14H的正上方的区域的膜片18包括上部绝缘层15、上部电极16和保护层17。
[0044]柱14通过对膜片18进行支承而形成腔体14H。如后述那样，腔体14H是真空状态或所希望的气体以所希望的气压封入而被密封了的空间。
[0045]另外，在由单晶硅等构成的基板11的表面形成有绝缘薄膜，但没有图示。下部电极12是由导电性的金属、例如六1、10、胃、11或上述金属的合金等构成的单层膜或多层膜。
[0046]另外，为了使膜片18的厚度较薄，作为上部电极16也可以使用石墨烯或硅烯等。石墨烯具有由碳原子构成的二维网构造或层叠有多个二维网构造层的构造，硅烯具有由硅原子构成的二维网构造。石墨烯等尽管厚度极薄，但具有与金属同等的导电率、高刚性及高热传导率。
[0047]下部绝缘层13、上