電容式換能器、其制造方法和被檢體信息獲取裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及執(zhí)行諸如超聲波的聲波的傳送和接收的電容式換能器(在本說明書中，傳送和接收指的是傳送和接收中的至少一種)、電容式換能器的制造方法和包含電容式換能器的諸如超聲圖像形成裝置的被檢體信息獲取裝置。在本說明書中，聲波包含被稱為音波、超聲波和光聲波的波。但是，聲波有時(shí)由超聲波代表。光聲波是通過向被檢體內(nèi)照射諸如可見射線或紅外射線的光(電磁波)在被檢體內(nèi)產(chǎn)生的聲波。
【背景技術(shù)】
[0002]已出于執(zhí)行超聲波的傳送和接收的目的提出了作為電容式超聲換能器的CMUT (電容式微加工超聲換能器)。CMUT是使用應(yīng)用半導(dǎo)體工藝的MEMS (微電氣機(jī)械系統(tǒng))工藝制造的。
[0003]在圖19中示出CMUT (傳送和接收元件)的示例的截面的示意圖(參見 A.S.Ergun, Y.Huang, X.Zhuang, 0.0ralkan, G.G.Yarahoglu, andB.T.Khur1-Yakubj"Capacitive micromachined ultrasonic transducers: fabricat1ntechnology，"Ultrasonics，F(xiàn)erroelectrics and Frequency Control, IEEE Transact1nson, vol.52，n0.12，pp.2242-2258，Dec.2005)。包含跨間隙(空腔)105 與振動(dòng)膜 101 相對(duì)第一電極102和第二電極103的結(jié)構(gòu)被設(shè)定為一個(gè)組并且被稱為單元。振動(dòng)膜101由芯片201上形成的支撐部分104支撐。直流電壓產(chǎn)生部件311與第一電極102連接。向第一電極102施加預(yù)定的直流電壓Va0第二電極103與傳送和接收電路312連接并且被設(shè)定為GND電勢(shì)附近的固定電勢(shì)。因此，在第一電極102與第二電極103之間產(chǎn)生Vbias = Va-OV的電勢(shì)差。當(dāng)Va的值被調(diào)整時(shí)，Vbias的值與由CMUT的單元機(jī)械特性確定的所希望的電勢(shì)差(約幾十伏到幾百伏)一致。當(dāng)由傳送和接收電路312向第二電極103施加交流驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在第一電極102與第二電極103之間產(chǎn)生交流靜電吸引?？赏ㄟ^使振動(dòng)膜101以一定的頻率振動(dòng)來傳送超聲波。振動(dòng)膜101接收超聲波并且振動(dòng)，由此，通過第二電極103中的靜電感應(yīng)產(chǎn)生微電流?？梢酝ㄟ^使用傳送和接收電路312測(cè)量微電流的電流值來提取接收信號(hào)。注意，在以上的描述中，直流電壓產(chǎn)生部件311與第一電極102連接，并且，第二電極103與傳送和接收電路312連接。但是，傳送和接收電路312可與第一電極102連接，并且，第二電極103可與直流電壓產(chǎn)生部件311連接。
[0004]一般地，包含于CMUT中的電極包含金屬薄膜。在CMUT上形成包含容易傳送超聲波的硅酮作為主要成分的層。硅酮具有高絕緣性能?？赏ㄟ^絕緣電阻確保電氣安全性。但是，由于水蒸汽的滲透性為高，因此，水蒸汽有時(shí)侵入CMUT中的導(dǎo)線中。由于水蒸汽和與水蒸汽一起滲透的離子化或微粉化的物質(zhì)，因此出現(xiàn)導(dǎo)線的腐蝕。有時(shí)出現(xiàn)諸如CMUT的靈敏度劣化的可靠性問題。因此，有必要在使對(duì)CMUT的傳送和接收特性的影響最小化的同時(shí)，減少來自外面的水蒸汽的侵入。根據(jù)CMUT的使用，封裝尺寸需要保持在小的區(qū)域內(nèi)。因此，需要減少導(dǎo)致CMUT中的導(dǎo)線腐蝕的水蒸汽侵入并且將封裝尺寸設(shè)定為盡可能地接近基板的尺寸以減小CMUT的尺寸。
[0005]因此，本發(fā)明的目的是，提供可減少由于來自外面的物質(zhì)的侵入導(dǎo)致的導(dǎo)線腐蝕的出現(xiàn)并且對(duì)傳送和接收特性具有減小的影響的電容式換能器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明的電容式換能器具有以下描述的特征。電容式換能器包括:具有包含相互分離地形成的一對(duì)電極中的一個(gè)電極的振動(dòng)膜被支撐為能夠振動(dòng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多個(gè)單元；在其一個(gè)表面上設(shè)置該一個(gè)或更多個(gè)單元的基板；具有耐水性的片材；設(shè)置在片材與單元之間的聲學(xué)匹配層；和具有耐水性并且被布置為包圍基板的側(cè)表面的框架。片材與框架的端面結(jié)合以覆蓋框架的開口。
[0007]根據(jù)以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0008]圖1A、圖1B和圖1C是用于描述根據(jù)第一實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0009]圖2A、圖2B和圖2C是用于描述根據(jù)第二實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0010]圖3A和圖3B是用于描述根據(jù)第三實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0011]圖4是用于描述根據(jù)第四實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0012]圖5A是用于描述根據(jù)第五實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0013]圖5B是圖5A的一部分的放大示圖。
[0014]圖6A和圖6B是用于描述根據(jù)第六實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0015]圖7A和圖7B是用于描述根據(jù)第七實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0016]圖8是用于描述根據(jù)第八實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0017]圖9是用于描述根據(jù)第九實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0018]圖10是用于描述根據(jù)第十實(shí)施例的電容式換能器的示圖。
[0019]圖11A、圖11B、圖11C、圖1lD和圖1lE是根據(jù)第^^一實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0020]圖12A、圖12B、圖12C、圖12D、圖12E和圖12F是根據(jù)第十二實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0021]圖13A、圖13B、圖13C、圖13D、圖13E、圖13F、圖13G和圖13H是根據(jù)第十三實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0022]圖14A、圖14B、圖14C、圖14D、圖14E、圖14F、圖14G和圖14H是根據(jù)第十四實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0023]圖15A、圖15B、圖15C、圖15D、圖15E和圖15F是根據(jù)第十五實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0024]圖16A、圖16B和圖16C是根據(jù)第十六實(shí)施例的電容式換能器的制造方法的示圖。
[0025]圖17A是用于描述根據(jù)第十七實(shí)施例的超聲探針的示圖。
[0026]圖17B是用于描述根據(jù)第十七實(shí)施例的超聲探針的另一示例的示圖。
[0027]圖18是用于描述根據(jù)第十八實(shí)施例的被檢體信息獲取裝置的示圖。
[0028]圖19是用于描述傳統(tǒng)電容式換能器的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0030]在本發(fā)明的電容式換能器中，為了覆蓋設(shè)置為包圍包含單元的基板的側(cè)面的耐水性框架的開口，耐水片材與框架的端面結(jié)合。因此，可以減少由于從外部侵入的物質(zhì)導(dǎo)致的導(dǎo)線腐蝕的出現(xiàn)。
[0031]以下描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的電容式換能器的實(shí)施例包括防止水蒸汽滲透的片材和防止水蒸汽滲透的框架。CMUT的表面被片材覆蓋。形成CMUT的基板的側(cè)面完全被框架包圍?？蚣艿囊粋€(gè)端面完全與片材結(jié)合并且被覆蓋。
[0032]以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的電容式換能器和作為一種類型的被檢體信息獲取裝置的超聲圖像形成裝置的實(shí)施例。注意，關(guān)于構(gòu)成本發(fā)明的電容式換能器的部件，即使圖號(hào)不同，代表相同部分的部件也由相同的附圖標(biāo)記表示，并且，有時(shí)在各附圖中不被描述。
[0033]第一實(shí)施例
[0034]圖1A和圖1B和圖2A和2B是根據(jù)本實(shí)施例的電容式換能器的示意圖。電容式換能器包括基板201、片材202、框架203、柔性布線板204、作為聲學(xué)匹配層的硅酮層205和支撐部件206。圖1A到IC是示出圖2A到2C中的X-Y截面的示意圖。
[0035]在基板201上形成CMUT 100。CMUT 100包含振動(dòng)膜101、第一電極102、第二電極103、支撐部分104、導(dǎo)線107和108以及電極109和110。一或多個(gè)單元中的每一個(gè)具有如下的結(jié)構(gòu)，其中包含通過空間105相互分離形成的一對(duì)電極102和103中的一個(gè)電極102的振動(dòng)膜101被支撐為能夠振動(dòng)。在基板201上，設(shè)置第二電極103和支撐部分104。第一電極102被設(shè)置在由支撐部分104支撐的振動(dòng)膜101上。第一電極102和第二電極103被設(shè)置為彼此相對(duì)。振動(dòng)膜101與第一電極102—體化振動(dòng)。通過形成鋁、銅、金、鎳或鈦的金屬薄膜，形成導(dǎo)線107和108和電極109和IlOo導(dǎo)線107和108和電極109和110具有幾百納米到幾微米的厚度和幾微米到幾百微米的線寬和導(dǎo)體間隔。
[0036]第一電極102和第二電極103分別經(jīng)由柔性布線板204與直流電壓產(chǎn)生部件(圖中未示出)和傳送和接收電路(圖中未示出)連接。第一電極102經(jīng)由導(dǎo)線107與電極109連接。第二電極103經(jīng)由導(dǎo)線108與電極110連接(也參見圖3A到圖3B)。柔性布線板204具有其中薄導(dǎo)電層122被薄絕緣層123和絕緣層124夾著的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電層和絕緣層的厚度為約幾微米到幾十微米。柔性布線板204容易彎曲。導(dǎo)電層122可由銅形成。絕緣層123和124可由聚酰亞胺形成。柔性布線板204的兩端形成為其中絕緣層不部分形成且導(dǎo)電層122露出的電極121。在電極121的部分中，兩端通過以下描述的電連接手段與基板201上的電極連接。柔性布線板204的另一側(cè)與電路板上的直流電壓產(chǎn)生部件(圖中未示出)和傳送和接收電路(圖中未示出)連接。
[0037]在圖1A到IC中，在支撐部件206上，與柔性布線板204并排地設(shè)置基板201。通過導(dǎo)線131電連接電極109和110與電極121。導(dǎo)線131被密封材料132覆蓋。導(dǎo)線131固定于基板201和柔性布線板204上，并且，得到保護(hù)以避免由于來自外部的沖擊導(dǎo)致的變形?？扇菀椎厥褂弥T如環(huán)氧樹脂的樹脂粘合劑實(shí)現(xiàn)密封材料132。
[0038]支撐部件206可由樹脂形成。支撐部件206的凸部適配于框架203的一部分的凹部?？赏ㄟ^組裝框架203和支撐部件206，設(shè)定框架203和支撐部件206處于所希望的位置關(guān)系。因此，可以使得在支撐部件206上的基板201上形成的CMUT 100的位置相對(duì)于框架203具有所希望的相對(duì)關(guān)系。注意，也可使用與以上的描述相反的結(jié)構(gòu)，即，其中框架203包含凸部且支撐部件206包含凹部的適配結(jié)構(gòu)和鄰接結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
[0039]在基板201上的CMUT 100的表面上，硅酮層205形成聲學(xué)匹配層。希望聲學(xué)匹配層具有接近振動(dòng)膜101的聲學(xué)阻抗的聲學(xué)阻抗。具體而言，希望聲學(xué)阻抗