单层压电片型超声波探头及其制造方法

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 施方式】
[0038] 下面，根据【附图说明】本发明的实施方式。
[0039] 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图。
[0040] 在基板1的表面上形成有多个压电元件区域2,这些压电区域2分别沿仰角（EL) 方向细长地延伸，并且沿方位角（AZ)方向彼此隔开微小的间隔而排列，在各个压电元件区 域2中排列形成有多个微小的压电元件部。并且，各个压电元件区域2沿仰角方向与对应 的引出电极3连接。这些引出电极3交替地沿基板1的一对侧缘Ia及Ib中任意一个侧缘 延伸，以便确保彼此的排列间距。
[0041] 并且，在基板1上以覆盖所有压电元件区域2的方式配置有被覆层4。
[0042] 在表示去除被覆层4后的状态的图2中，明确示出了分别沿仰角方向延伸的多个 压电元件区域2。这些压电元件区域2例如以间距Pl = 250 μπι沿方位角方向排列。
[0043] 如图3所示，在压电元件区域2排列形成的多个微小的压电元件部5分别具有形 成于基板1的表面Ic上的下部电极层6、形成于下部电极层6上的厚度Tl的压电体层7、 和形成于压电体层7上的上部电极层8。压电体层7具有正六边形的平面形状，上部电极层 8也形成为与压电体层7相同的正六边形。
[0044] 这样的压电元件部5能够配置成具有如图4所示的细密填充构造，即形成沿探头 的仰角方向以预定的间距P2排列成直线状的多个列，并且每列沿仰角方向偏移间距P2的 1/2的错位量ΔΡ = P2/2。并且，在同一压电元件区域2中形成的压电元件部5的上部电极 层8相互连接，并且与对应的引出电极3连接。另外，在所有的压电元件区域2中排列形成 的压电元件部5的下部电极层6相互连接成一体，在基板1的表面Ic上形成一片电极层。
[0045] 即，压电体层7按照各个压电元件部5而分离，上部电极层8在同一压电元件区域 2内连接成一体并与引出电极3连接，下部电极层6对于所有的压电元件区域2的所有的压 电元件部5而言是共同的。
[0046] 如图3所示，在基板1的与各个压电元件部5的配置位置对应的背面Id侧形成有 多个开口 9。由于该开口 9的形成，基板1变薄，在基板1的表面Ic侧形成将开口 9的一端 封堵的厚度T2的振动板10。压电元件部5分别配置在对应的振动板10上。
[0047] 各个开口 9具有与对应的压电元件部5的压电体层7相似形状、而且与压电体层7 相同或者比压电体层7大的正六边形的平面形状。即，在将正六边形的内切圆的直径和外 切圆的直径的平均称为正六边形的直径时，开口 9的直径D2具有压电元件部5的压电体层 7的直径Dl以上的值，压电体层7以不超过振动板10的周缘部的方式形成于振动板10的 表面上。通过形成这样的结构，振动板10容易与在压电元件部5生成的振动共振，能够高 效地发送超声波并提高声压。另外，在图3所示的探头中，将开口 9的直径D2设定成大于 压电体层7的直径Dl。
[0048] 形成于基板1上的所有的压电元件部5被被覆层4覆盖。被覆层4以填埋各个 压电元件部5的方式一直填充到各个压电体层7的侧面部分中。该被覆层4由声阻抗为 I. 5 X IO6~4X 10 6kg/m2s (1. 5~4Mrayl)、肖氏A硬度为75以下的有机树脂形成，具有诸 如相对于单层压电片型超声波探头的使用频率满足声匹配条件即1/4波长条件的厚度。
[0049] 通过用这样的被覆层4填埋各个压电元件部5来保护压电元件部5,因而在以适合 于超声波诊断的MHz频带高速且长时间地驱动单层压电片型超声波探头时，也能够防止在 压电元件部5的层之间产生剥离，实现可靠性较高的超声波诊断。
[0050] 并且，被覆层4具有与成为超声波诊断的对象的活体的声阻抗接近的、1.5X106~ 4X 106kg/m2s的声阻抗，因而能够抑制超声波光束对活体的透射率的下降，得到高精度的超 声波诊断图像。
[0051] 该实施方式的单层压电片型超声波探头例如能够按照以下所述制造。
[0052] 首先，制造如图5⑷所示的SOI基板14,该SOI基板14在由单晶体Si构成的厚 度约500 ym的Si基材11上，经由作为绝缘层的厚度1~2 ym的热氧化5102膜12形成 数μπι厚的单晶体Si层13。
[0053] 然后，如图5 (B)所示，以防止Pb向Si基材11及单晶体Si层13的扩散等为目的， 在SOI基板14的两面分别形成约0. 3 μ m厚的热氧化5102膜15及16。
[0054] 然后，如图5 (C)所示，利用溅射法，在热氧化SiOJ莫16上形成由30nm厚的Ti和 150nm厚的Pt构成的电极层17,利用溅射法在电极层17上形成1~10 μ m厚的PZT膜18， 利用溅射法再在PZT膜18上形成由30nm厚的Ti和150nm厚的Pt构成的电极层19〇
[0055] 如图5(D)所示，在最上层的电极层19上涂覆抗蚀剂并使其固化，在罩上UV掩模 进行曝光后显影，由此形成与之后将要制作的压电元件部5的上部电极层8对应的上部掩 模20。
[0056] 然后，如图5 (E)所示，通过反应性离子蚀刻将从上部掩模20露出的部分的电极层 19去除，然后如图5(F)所示，通过蚀刻将从上部掩模20露出的部分的PZT膜18去除。
[0057] 然后，如图5(G)所示，利用脱模剂去除上部掩模20,在最底层的热氧化SiOJ莫15 的下表面涂覆抗蚀剂并使其固化，在罩上UV掩模进行曝光后显影，由此形成与之后将要制 作的基板1的开口 9对应的背面掩模21。
[0058] 然后，如图5(H)所示，通过反应性离子蚀刻将从背面掩模21露出的部分的热氧化 SiOJ莫15去除，然后如图5 (I)所示，通过深掘干式蚀刻将从背面掩模21露出的部分的SOI 基板14的Si基材11去除。此时，SOI基板14的热氧化3102膜12作为阻止蚀刻层发挥 作用，以使热氧化3102膜12露出的方式，将Si基材11挖通成由背面掩模21形成的形状。 然后，如图5(J)所示，利用脱模剂去除背面掩模21。
[0059] 由Si基材11和热氧化SiOJ莫12和单晶体Si层13形成基板1，由热氧化SiO 2膜 12和单晶体Si层13形成振动板10。并且，由电极层17形成下部电极层6,由PZT膜18形 成压电体层7,由电极层19形成上部电极层8。
[0060] 这样，制作了如图2所示没有被覆层4的状态的探头，如图6所示将该状态的探头 安装在FPC (挠性印制电路）22等上，将多个引出电极3分别与FPC22的对应的布线图案23 连接，将对于所有的压电元件部5而言共同存在的下部电极层6与FPC22的接地图案24连 接。这些连接能够使用Ag膏、引线接合、低温焊锡等实现。
[0061] 然后，以覆盖所有的压电元件区域2的方式在基板1上涂覆形成被覆层4,由此完 成单层压电片型超声波探头的制造。
[0062] 已在实验中判明，通常为了生成高精度的超声波图像，需要约50kPa以上的发送 声压。
[0063] 因此，首先将基板1的开口 9的直径D2和压电体层7的厚度Tl组成各种组合，分 别测定改变振动板10的厚度T2时的发送声压的值。其结果得知，与开口 9的直径D2和压 电体层7的厚度Tl的值无关，在振动板10的厚度T2相对于压电体层7的厚度Tl为0. 8~ 1. 2的比率的情况下，发送声压达 到最大，即使是比值低于0. 8时或者超过1. 2时，发送声压 低于最大值。
[0064] 然后，将压电体层7的厚度Tl与振动板10的厚度T2的比率保持为1:0. 8~1. 2， 通过FEM(有限要素法）模拟测定了在40~IOOym的范围内对基板1的开口 9的直径D2 进行各种变化时的压电体层7的厚度Tl与发送声压的关系，得到了如图7所示的结果。另 外，图7的纵轴表示被标准化的发送声压的值，例如标准值500~600相当于约IOOkPa的 声压。
[0065] 可知在开口 9的直径D2越大时，示出发送声压的峰值的压电体层7的厚度Tl越 大。例如，开口 9的直径D2 = 50 μπι时的发送声压在压电体层7的厚度Tl = 4 μπι左右时 示出峰值，开口 9的直径D2 = 80 μπι时的发送声压在压电体层7的厚度Tl = 9 μπι左右时 示出峰值。
[0066] 另外，得知各个开口 9的直径D2的发送声压的峰值在开口 9的直径D2 = 50 μ m 时达到最大，在直径D2小于50 μm时大于50 μm时都缓慢下降。例如，开口 9的直径D2 = 50 μ m时的发送声压具有超过标准值500的峰值，在达到开口 9的直径D2 = 100 μ m时，只 能得到标准值200左右的峰值。
[0067] 在此，通过在实验中确认图7的纵轴所示的发送声压的标准值与探头的性能等级 的关系，可知能够按照以下的表1所示，按照发送声压的标准值将探头划分为评价AA~评 价D这五档。
[0068] [表 1]
[0069] 表 1
[0070]
[0071] ~即，在发送声压的标准值为400以上的情况下，作为超声波诊断装置的探头具有 高性能等级，设为评价AA，在发送声压的标准值为300以上且小于400的情况下，作为超声 波诊断装置的探头具有实用等级，将其设为评价A。在发送声压的标准值为200以上且小于 300的情况下，对于简易的超声波图像用途具有可用等级，将其设为评价B。
[0072] 与此相对，在发送声压的标准值小于200时，将难以得到能够实用的超声波图像， 在发送声压的标准值为100以上且小于200的情况下，对于感测用途具有可用等级，将其设 为评价C，在发送声压的标准值小于100时，对于感测用途也是在可用等级以下，将其设为 评价D。
[0073] 根据图7的曲线图，在读取针对开口 9的直径D2与压电体层7的厚度Tl的各种 组合的发送声压的标准值时，能够得到如下面的表2及表3所示的评价结果。
[0074] [表 2]
[0075]
[0076] [表 3]
[0077]
[0078] 根据该评价结果可知，作为开口 9的直径D2与压电体层7的厚度Tl的组合，设定 成在 D2 = 40 μ m 时 Tl = 1 ~5 μ m，在 D2 = 50 μ m 时 Tl = 1 ~7 μ m，在 D2 = 60 μ m 时 Tl = 2~9ym,;iihD2 = 7Oym0\|'Tl=4~lOym,;iihD2 = 8Oym0\|'Tl = 6~lOym, 于AA、A及B中的任意一项，能够取得可用等级以上的超声波图像。
[0079] 另外，在图7中示出针对压电体层7的厚度Tl = 1~9μπι的发送声压，绘制了针 对压电体层7的厚度Tl = 10 ym的测定点，但是根据针对各个开口 9的直径D2的特性曲线 可以预计到，D2 = 70 μ m时及Tl = 10 μ m时的发送声压、和D2 = 80 μ m时及Tl = 10 μ m 时的发送声压都超过标准值200。因此，D2 = 70 μ m、Tl = 10 μ m以及D2 = 80 μ m、Tl = 10 μ m的组合都被纳入到上述的能够取得可用等级以上的超声波图像的组合中。
[0080] 另外，如果设定成在D2 = 40μπι时Tl = 2~3μπι，在D2 = 50μπι时Tl = 1~ 6ym, (602 = ΘΟμπιΒ^ΤΙ = 4~8μηι, (602 = ?ΟμπιΒ^ΤΙ = 5~9μηι, (6 02 = 80 μηι 时Tl = 9 μ m，则都能够得到评价AA或者评价Α，作为超声波诊断装置的探头属于高性能等 级或者可用等级。
[0081] 另外，在喷墨打印机等使用的压电元件中，虽然已经公知在振动板上形成压电体 的构造体，但是通常振动板的直径大大超过100 μ m，图7所示的使用直径100 μ m以下的振 动板的超声波发送用的元件构造与声压的关系只有根据本申请发明的研宄才得以判明。在 振动板的直径IOOym以下时，能够得到超声波诊断装置可以应用的较大的声压的构造已 经明确。
[0082] 另外，为了研宄被覆层4使用的有机树脂材料，图8示出了肖氏A硬度的两种不同 的有机树脂的残留振动波形。图8(A)是针对肖氏A硬度100以上的有机树脂Rl (EP0TEK公 司制造的环氧树脂302-2FL)的波形图，图8 (B)是针对肖氏A硬度62的有机树脂R2 (EP0TEK 公司制造的环氧树脂301M)的波形图。将这些有机树脂Rl和R2进行比较，在具有较大的 肖氏A硬度的有机树脂Rl中残留振动长时间地残存，在具有较小的肖氏A硬度的有机树脂 R2中残留振动在短时间内衰减。
[0083] 当在较大的残留振动残存的定时进行下一个超声波的发送时，将导致发送光束的 波面紊乱，难以实现高精度的超声波诊断。假设将超声波的发送频率设为IOMHz时，周期为 0. 1 μ s。期望在该周期程度的时间内使残留振动衰减某种程度。
[0084] 通过求出相对于残留振动的最大峰值电压值为10%以上的电压强度的波数Ν，在 图8 (A)所示的有机树脂Rl中，N = 16波，在图8 (B)所示的有机树脂R2中，N = 8波。同 样，在对肖氏A硬度57的硅树脂求出波数N时，N = 7波。表示包括该硅树脂在内的有机 树脂的肖氏A硬度的值与波数N的关系如图9的曲线图所示。另外，没有被覆层4的单层 压电片型探头从其构造讲理想状态是具有3波的残留振动，因而在图9中绘制出相对于肖 氏A硬度0的波数N = 3。存在这种倾向：肖氏A硬度越大的树脂材料，相对于残留振动的 最大峰值电压值为10%以上的电压强度的波数N越大。
[0085] 在此，如图8(A)所示的有机树脂Rl所示，相对于残留振动的最大峰值电压值为 10%以上的电压强度的波数N超过10波的有机树脂材料，有可能无法设定适合于超声波诊 断的频率频带，不适合作为被覆层4的材料。
[0086] 另一方面，如图8 (B)所不的有机树脂R2所不，如果使用相对于残留振动的最大峰 值电压值为10%以上的电压强度的波数N为10波以下的有机树脂材料作为被覆层4,则能 够设定足以得到超声波诊断的频率频带。从图9读取这种树脂材料，肖氏A硬度达到75以 下。
[0087] 因此，在本发明中，被覆层4的材料使用肖氏A硬度75以下的有机树脂。
[0088] 通过用这样的被覆层4覆盖所有的压电元件部5,能够机械地保护压电元件部5， 而且以适合于超声波诊断的MHz频带驱动单层压电片型超声波探头，并执行高精度的超声 波诊断。
[0089] 另外，作为被覆层4而使用的有机树脂材料的肖氏A硬度的下限值没有特殊限定， 例如只要在肖氏A硬度20左右以上，就能够充分保护压电元件部5,防止在压电元件部5的 层之间产生剥离。[0090] 另外，将开口 9的直径D2 = 70 μ m、压电体层7的厚度Tl = 7 μ m、压电体层7的厚 度Tl与振动板10的厚度T2的比率为1:1. 1，制造了 64信道的单层压电片型超声波探头， 测定了在水中发送及接收这两条路径的频率与灵敏度的关系，得到了如图10所示的结果。 [0091 ] 相对于最大灵敏度峰值的_6dB频带涵盖了约4~18MHz，与以往的探头相比，可知 显示出了非常广的超宽频带。
[0092] 另外，使用上述的64信道的单层压电片型超声波探头实际拍摄无反响囊细胞的 超声波图像如图11所示。将探头的驱动电压设为±50v，不使用声透镜即可拍摄到深度 4cm。这验证了能够得到高精度的清晰的超声波图像。
[0093] 另外，在上述实施方式的单层压电片型超声波探头中，如图4所示，各个压电元件 部5的压电体层7和上部电极层8具有正六边形的平面形状，但不限于此，例如能够设为圆 形或者六边形以外的正多边形。在这种情况下，优选基板1的开口 9也具有与压电元件部5 的压电体层7及上部电极层8相似形状的平面形状。在采用正多边形时，与正六边形的情 况一样，能够将正多边形的内切圆的直径和外切圆的直径的平均称为正多边形的直径。
[0094] 另外，在上述实施方式的单层压电片型超声波探头中，示例了沿方位角方向排列 多个压电元件区域2的所谓ID(-维）阵列，但本发明不限于ID阵列。例如，也能够将本 发明的单层压电片型超声波探头应用于将各个压电元件区域沿仰角方向分割成约3~5个 的多个区域，能够沿深度方向分阶段地调整超声波光束的所谓I. 阵列，或者也能够应用 于将各个压电元件区域沿仰角方向分割成多个区域，沿方位角方向和仰角方向都能够任意 分配超声波光束的所谓2D阵列，此外与以往类型的超声波探头相比，能够容易进行这样的 I. 阵列或者2D阵列的制作。
[0095] 标号说明
[0096] 1基板；la、Ib基板的侧缘；Ic基板的表面；Id基板的背面；2压电兀件区域；3引 出电极；4被覆层；5压电元件部；6下部电极层7压电体层；8上部电极层；9开口；10振动 板；IlSi基材；12、15、16热氧化SiOJ莫；13单晶体Si层；14S0I基板；17、19电极层；18PZT 膜；20上部掩模；21背面掩模；22FPC ;23布线图案；24接地图案；Pl压电元件区域的排列 间距；P2压电元件部的仰角方向的排列间距；ΔΡ每列的仰角方向的错位量；Tl压电体层 的厚度；T2振动板的厚度；Dl压电体层的直径；D2开口的直径。
【主权项】
1. 一种单层压电片型超声波探头，其特征在于，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，以分别将所述多个开口的一端封堵的方式形成于所述基板上； 多个压电元件部，形成于所述多个振动板的表面上，并且分别具有压电体层和形成于 所述压电体层的两面的一对电极层；以及 被覆层，以填埋所述多个压电元件部的方式配置在所述基板的表面上，而且由声阻抗 为1.5X106~4X106kg/m2s、肖氏A硬度为75以下的有机树脂构成。2. 根据权利要求1所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有40~80 y m的直径， 所述压电体层具有1~10 Um的厚度， 所述压电体层的厚度与所述振动板的厚度的比率为1:0. 8~1. 2。3. 根据权利要求2所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 选择所述开口的直径与所述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。4. 根据权利要求3所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有40ym的直径，所述压电体层具有1~5ym的厚度。5. 根据权利要求4所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述压电体层具有2~3 y m的厚度。6. 根据权利要求3所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有50 y m的直径，所述压电体层具有1~7 y m的厚度。7. 根据权利要求6所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述压电体层具有1~6 ym的厚度。8. 根据权利要求3所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有60 y m的直径，所述压电体层具有2~9 y m的厚度。9. 根据权利要求8所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述压电体层具有4~8 ym的厚度。10. 根据权利要求3所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有70 y m的直径，所述压电体层具有4~10 y m的厚度。11. 根据权利要求10所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述压电体层具有5~9 ym的厚度。12. 根据权利要求3所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述开口具有80 y m的直径，所述压电体层具有6~10 y m的厚度。13. 根据权利要求12所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述压电体层具有9 y m的厚度。14. 根据权利要求1~13中任意一项所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述基板是经由绝缘层在Si基材上形成有Si层的SOI基板， 所述多个振动板由与以分别使所述绝缘层露出的方式将所述Si基材挖通成所述预定 的形状而形成的所述多个开口对应的部分的Si层和所述绝缘层构成。15. 根据权利要求1~14中任意一项所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述多个开口的所述预定的形状是圆形或者正多边形。16. 根据权利要求1~15中任意一项所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述多个压电元件部以不超过各自对应的所述振动板的周缘部的方式形成于所述振 动板的表面上。17. 根据权利要求1~16中任意一项所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述多个压电元件部配置成具有如下的细密填充构造，即各个所述压电元件部形成沿 仰角方向以预定的间距排列成直线状的多个列，并且每列具有所述预定的间距的1/2的错 位量。18. 根据权利要求1~17中任意一项所述的单层压电片型超声波探头，其特征在于， 所述被覆层具有满足声匹配条件的厚度。19. 一种单层压电片型超声波探头的制造方法，其特征在于， 在基板上形成分别具有预定的形状的多个开口和分别将所述多个开口的一端封堵的 多个振动板， 在所述多个振动板的表面上分别形成多个压电元件部， 以填埋所述多个压电元件部的方式，在所述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。
【专利摘要】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，分别以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1.5×106～4×106kg/m2s、肖氏A硬度75以下的有机树脂构成。
【IPC分类】A61B8/00, H04R3/00, H04R17/00
【公开号】CN104883979
【申请号】CN201380068066
【发明人】和田隆亚
【申请人】富士胶片株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】US20150289843, WO2014103593A1