[发明专利]机电换能器装置和分析物信息获取设备

说明书

技术领域

本发明涉及机电换能器装置（代表性地，电容型机电换能器装置）和分析物信息获取设备。

背景技术

用作超声换能器装置（也称为超声换能器）的机电换能器装置通过发射和接收作为声波的超声波而被用于例如人体内的肿瘤等的诊断设备中。

近年来，使用微加工技术的电容型的机电换能器装置（电容型的微加工超声换能器，CMUT）正得到积极研究。该CMUT通过使用振动膜发射和接收超声波。并且，该CMUT具有可发射和接收的超声波的宽的频带（即，CMUT具有宽带特性）。使用该CMUT并由此具有比过去的医疗诊断形式高的精度的超声诊断作为有希望的技术正受到关注。

一般地，在医疗领域中经常使用利用X射线、超声波和磁共振成像（MRI）的成像设备。并且，在医疗领域中，关于通过使从诸如激光器之类的光源发射的光传播到诸如活体之类的分析物内并检测传播光而获得活体内的信息的光学成像设备的研究正积极进展。作为这种光学成像技术中的一种，提出了光声断层法（PAT）。

PAT是用从光源产生的脉冲光照射分析物、在多个检测位置处检测从吸收在分析物内传播和扩散的光的能量的活体组织产生的声波（代表性地，超声波）、分析这些声波的信号并且将与分析物的内部的光学特性值有关的信息可视化的技术。因此，可以获得与分析物内部的光学特性值分布有关、更特别地与光学能量吸收密度分布有关的信息。

在包含在基板上形成的机电换能器元件的机电换能器装置（也称为超声换能器装置）中，入射的超声波的一部分可与被基板的后表面（基板的形成有机电换能器元件的表面的相对表面）反射的反射波干涉，并且产生噪声。

过去在一定程度上认识了该噪声问题。即使通过现有技术，只要使用具有几兆赫或更高（例如，2～3MHz或更高）的高频区域的机电换能器元件，可导致噪声的频率就较高并且可能衰减。由此，可通过在基板的后表面上设置声学衰减部件来在一定程度上解决噪声问题。对于像PTL 1那样的在基板内共振的频率，可通过使声学衰减部件的声学阻抗与基板的声学阻抗匹配来在一定程度上减少噪声。但是，在CMUT的情况下，由于频带较宽，因此，频带可包含具有低于2MHz的频率的超声波。具有低于2MHz的频率的超声波几乎不被衰减，并且容易通过基板。由此，现有技术的措施只具有有限的效果。

图5示出现有技术的配置。在现有技术（PTL 1）的配置中，声学衰减部件14被设置在基板12的后表面上，并且，通过电气布线13从基板12的端部获取电信号。

上述的用于上述的超声诊断的超声换能器装置包括在基板的前表面上二维排列（以平面状排列）的换能器元件。对于具有更高的密度的阵列，换能器装置具有电连接基板的前表面和后表面并且从基板的后表面引出电气布线的结构。为了获取二维排列的机电换能器元件的信号，电气布线基板必须被设置在基板的后表面上并且电气布线基板必须与基板电连接。通过该配置，由于基板与电气布线基板之间的距离较小，因此，基板的后表面上的声学衰减使得来自基板的后表面和电气布线基板的反射波影响机电换能器元件并由此使信号噪声（S/N）比劣化。特别是在具有1MHz或更低的频带中，波长较大并且衰减较小。影响变得显著。并且，为了减少噪声串扰，存在电气布线基板或集成电路被布置于基板的后表面上并且电气布线基板或集成电路与基板的后表面电连接的方法。此时，基板的后表面与电气布线基板或集成电路之间的距离小至几百微米。由此，即使现有技术的声学衰减部件被设置在基板的后表面上，低频声波也容易到达电气布线基板，并且反射波会变为噪声。

PTL 2描述了在电气布线基板的后表面上形成凹凸以减少反射波。但是，为了衰减具有大于预定值的波长的声波（具有低于2MHz的频率的声波），需要大的凹凸。同时，电气布线基板的厚度在制造过程以及焊接和安装过程中受到限制。

引文列表

专利文献

PTL 1：美国专利No.6831394

PTL 2：美国专利No.7321181

发明内容

本发明通过减少低频带中的反射波噪声来提供与现有技术相比具有更宽的带和更高的S/N比的机电换能器装置的配置。

根据本发明的一个方面的机电换能器装置包括：第一基板；二维地排列于第一基板的前表面上并被配置为提供声波与电信号之间的转换的机电换能器元件；作为与第一基板的后表面电连接的第二基板的电气布线基板；被设置在第一基板与第二基板之间的第一声学匹配层；被布置于第二基板的后表面上的声学衰减部件；和被设置在第二基板与声学衰减部件之间的第二声学匹配层。