超聲波振子元件及超聲波內窺鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具備由多個靜電電容型的超聲波振子單元(以下也稱作“單元”)構成的單元群的超聲波振子元件(以下也稱作“元件”)以及具備在前端部配設有上述超聲波振子元件的插入部的超聲波內窺鏡。
【背景技術】
[0002]向體內照射超聲波、根據回波信號將體內的狀態圖像化而進行診斷的超聲波診斷法正在普及。作為在超聲波診斷法中使用的醫療裝置之一，有超聲波內窺鏡。超聲波內窺鏡在向體內導入的插入部的前端硬性部上配設有元件。元件具有將電信號變換為超聲波而向體內發送、此外將在體內反射的超聲波接收而變換為電信號的功能。
[0003]在目前的許多元件中，主要使用含有對環境影響大的鉛的陶瓷壓電材料、例如PZT(錯鈦酸鉛)等。對此，使用 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)技術制造的、具有由在材料中不含鉛的靜電電容型超聲波振子(Capacitive Micro —machined Ultrasonic Transducer ;以下稱作“c 一 MUT”)構成的多個單元的元件的開發正在進展。
[0004]例如，在美國專利第6854338號說明書中公開了圖1?圖3所示的元件120。如作為俯視圖的圖1所示，元件120具有作為超聲波收發的基本單位的25個由c 一 MUT構成的單元110。
[0005]圖2是元件120的I個單元110的剖視圖，圖3是圖1所示的元件120的4個單元110的局部分解圖，由虛線表示的正方形表示I個單元110的專用區域，換言之表示單元110的平面觀察形狀。另外，以下將平面觀察形狀簡稱作形狀。單元110的形狀可以看作正方形。
[0006]如圖2及圖3所示，單元110具有隔著腔體114H而與兼作下部電極12的導電性基板111對置配置的上部電極116。上部電極116的腔體114H的正上方的區域構成進行超聲波振動的膜片118。腔體114H由形成于絕緣層114的貫通孔形成。腔體114H是不與外部連通的密封的空間。
[0007]單元110中，當在下部電極12與上部電極116之間施加驅動信號，則膜片118振動而產生超聲波。利用當超聲波從外部入射則膜片118變形而電極間的靜電電容變化這一情況，將超聲波變換為電信號。由“(膜片118的面積)/(單元110的面積)”表示的開口率越大，元件120的收發靈敏度越高。
[0008]但是，在正方形的具有單元110的元件120中，圓形的腔體114H的正上方的膜片118以外的區域是不對超聲波的收發做出貢獻的不敏感區域。例如不敏感區域的電極間的靜電電容成為在超聲波接收時不變化的所謂寄生電容。
[0009]在元件120中，由于不敏感區域較大而開口率較小，所以得到較高的收發靈敏度是不容易的。
【發明內容】
[0010]發明要解決的課題
[0011]本發明的目的是提供一種收發靈敏度較高的超聲波振子元件及具備上述超聲波振子元件的超聲波內窺鏡。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]本發明的技術方案的超聲波振子元件具備:基板；單元群，由多個超聲波振子單元構成，所述多個超聲波振子單元分別具有包括配設在上述基板之上的下部電極和隔著腔體而與上述下部電極對置配置的上部電極的膜片、以及通過支承上述膜片而形成上述腔體的多個柱，所述多個超聲波振子單元各自的上述腔體相互連通。
[0014]此外，另一技術方案的超聲波內窺鏡具備:插入部，在前端部配設有具備基板和由多個超聲波振子單元構成的單元群的超聲波振子元件，所述多個超聲波振子單元分別具有包括配設在上述基板之上的下部電極和隔著腔體而與上述下部電極對置配置的上部電極的膜片、以及通過支承上述膜片而形成上述腔體的多個柱，所述多個超聲波振子單元各自的上述腔體相互連通；操作部，配設在上述插入部的基端側；以及通用軟線，從上述操作部延伸。
[0015]發明效果
[0016]根據本發明的實施方式，能夠提供一種收發靈敏度較高的超聲波振子元件及具備上述超聲波振子元件的超聲波內窺鏡。
【附圖說明】
[0017]圖1是以往的元件的俯視圖。
[0018]圖2是以往的元件的超聲波振子單元的剖視圖。
[0019]圖3是以往的元件的分解圖。
[0020]圖4是第I實施方式的元件的立體圖。
[0021]圖5是第I實施方式的元件的超聲波振子單元的剖視圖。
[0022]圖6是第I實施方式的元件的分解圖。
[0023]圖7是用來說明第I實施方式的元件的單元的俯視示意圖。
[0024]圖8A是表示第I實施方式的元件的柱的變形例的圖。
[0025]圖8B是表示第I實施方式的元件的柱的變形例的圖。
[0026]圖8C是表示第I實施方式的元件的柱的變形例的圖。
[0027]圖8D是表示第I實施方式的元件的柱的變形例的圖。
[0028]圖9是第2實施方式的元件的分解圖。
[0029]圖10是用來說明第3實施方式的元件的俯視示意圖。
[0030]圖11是用來說明第4實施方式的元件的俯視示意圖。
[0031]圖12是用來說明第5實施方式的元件的俯視示意圖。
[0032]圖13是用來說明第6實施方式的元件的俯視示意圖。
[0033]圖14是用來說明第7實施方式的元件的俯視示意圖。
[0034]圖15是用來說明第8實施方式的元件的俯視示意圖。
[0035]圖16是用來說明第9實施方式的元件的俯視示意圖。
[0036]圖17是用來說明第10實施方式的元件的俯視示意圖。
[0037]圖18是第11實施方式的元件的分解圖。
[0038]圖19是實施方式的元件的封閉壁的俯視圖。
[0039]圖20是第12實施方式的超聲波內窺鏡的陣列型超聲波振子的立體圖。
[0040]圖21是第12實施方式的超聲波內窺鏡的外觀圖。
【具體實施方式】
[0041]〈第I實施方式〉
[0042]如圖4所示，本實施方式的超聲波振子元件20在基板11之上配設有由多個超聲波振子單元10構成的單元群10Z。并且，當在下部電極端子12T與上部電極端子16T之間施加驅動信號，則單元群1Z發送超聲波，入射的超聲波基于下部電極端子12T與上部電極端子16T之間的靜電電容變化而被變換為電信號并被接收。
[0043]如圖5所示，單元10具有與下部電極端子12T連接的下部電極12、將下部電極12覆蓋的下部絕緣層13、形成有腔體14H的柱14、以及被柱14支承的、包括與上部電極端子16T連接的上部電極16的膜片18。腔體14H的正上方的區域的膜片18包括上部絕緣層15、上部電極16和保護層17。
[0044]柱14通過對膜片18進行支承而形成腔體14H。如后述那樣，腔體14H是真空狀態或所希望的氣體以所希望的氣壓封入而被密封了的空間。
[0045]另外，在由單晶硅等構成的基板11的表面形成有絕緣薄膜，但沒有圖示。下部電極12是由導電性的金屬、例如六1、10、胃、11或上述金屬的合金等構成的單層膜或多層膜。
[0046]另外，為了使膜片18的厚度較薄，作為上部電極16也可以使用石墨烯或硅烯等。石墨烯具有由碳原子構成的二維網構造或層疊有多個二維網構造層的構造，硅烯具有由硅原子構成的二維網構造。石墨烯等盡管厚度極薄，但具有與金屬同等的導電率、高剛性及高熱傳導率。
[0047]下部絕緣層13、上