[发明专利]超声波传感器以及超声波摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声波传感器，尤其涉及使用了膜片式超声波传感器的超声波探头的稳定化方法以及稳定化构造。 

背景技术

目前，在超声波探头等中使用的超声波传感器大多使用例如PZT(lead zirconate titanate：锆酸钛酸铅)等陶瓷系的压电体的压电效应以及逆压电效应，来进行超声波的发送以及接收。 

到目前为止，在几乎所有的超声波传感器中使用PZT元件来作为传感器的振子，但是为了替代这些压电式传感器，实现更高效率并且宽频带的传感器阵列，近年来正在研究使用基于标准的硅加工技术的硅表面或体硅(bulk)的微米单位的细微加工技术而制造的静电容量式传感器(cMUT：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)。静电容量式传感器通常具有通过支柱固定细微的(例如直径为50μm的)振动膜的周围的构造，通过对在振动膜内以及下部基板内设置的电极施加电压，作为电声变换器来进行动作。 

关于cMUT，根据其构造可知，根据cMUT膜部的支撑强度、膜部周围的机械/电气/构造的边界条件来决定膜部的最终构造，此外，该最终构造的偏差程度对于作为超声波传感器的cMUT的动作可靠性、传感器的收发灵敏度这样的声学特性造成较大影响。在专利文献1中公开了通过在硅层等中掺杂锗等应力缓解剂，来缓解cMUT上部电极绝缘膜的残留应力的技术。 

专利文献1：特开2006-186999号公报 

发明内容

在由多个cMUT元件(由具有上部电极的膜部、膜部的支撑部、具有下部电极的壁部所构成的元件)构成的二维元件阵列中，希望提高作为传感器的动作可靠性，以及实现均一并且稳定的收发灵敏度特性。 

作为cMUT元件的不均一性之一，具有由于构成传感器的cMUT的二维排列方式而不可避免地产生的、由边界条件导致的元件的构造不均一性。因为cMUT元件并非构成具有无限大小的传感器，所以可知不可避免地存在位于边界部的元件。例如若是长方形的二维阵列，可知存在位于长方形的端部或者角部的元件。这些存在于端部、角部等传感器边界的元件，由于存在于这样的位置上，所以产生传感器内的cMUT元件的不均一性，此外作为结果使动作可靠性降低。在上述专利文献1中，该课题也未得到解决。 

因此，本发明的目的在于提供一种技术，其降低由于存在位于边界的元件而产生的传感器内的cMUT元件的不均一性，消除cMUT传感器的动作可靠性的降低以及对于声学特性的不良影响。 

为了解决上述课题，在本发明中，在构成超声波传感器的实质上二维排列的元件阵列中，使位于阵列边缘的不均一地制造的元件为非活性，仅把均一地制造的元件阵列作为超声波传感器来使用。 

具体地说，把构成超声波传感器的元件组分成两组。第一元件组是具备底部、壁部、设置在底部上的第一电极、与底部相向并由壁部支撑的膜部、以及设置在膜部上的第二电极的元件组。第一元件组同时与对信号的收发进行控制的信号处理部连接。然后，对于位于元件阵列最外周、包围第一元件组而配置的第二元件组追加切断与信号处理部之间的信号交换的信号切断单元。信号切断单元是a)实质填充元件的膜部和底部之间的空间，可以抑制元件的实质的移位的、以气体或液体或者固体为材料的填充部件，或者是b)阻碍元件和信号处理部之间的电气连接的单元。 

第二元件组可以是以包围构成超声波传感器的第一元件组的更外周的方式追加配置的元件组。此时，第二元件组可以为具有壁部、底部以及膜部的元件组，即不具有电极的元件组。此外，第二元件组可以实质地填充元件的膜部和底部之间的空间。 

并且，根据本发明，还同时提供1)具有在二维元件阵列的最外周的元件中设置了信号切断部的超声波传感器的超声波摄像装置、以及2)具有在二维元件阵列的最外周包围该外周地配置了具有壁部、底部以及膜部的元件组、即没有电极部的元件组的超声波传感器的超声波摄像装置。 

根据本发明，超声波传感器中的构成二维元件阵列的cMUT元件进行均 一并且稳定的动作。因此，最终引起与超声波摄像装置连接，作为超声波探头用传感器使用时的动作可靠性提高，以及收发灵敏度增加这样的声学特性的提高。 

附图说明

图1是作为超声波传感器使用的cMUT的芯片的平面图。 

图2是作为超声波传感器使用的cMUT的芯片的截面图。 

图3是本发明一个实施例的超声波传感器的截面图。