機(jī)電換能器裝置和分析物信息獲取設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是于2011年6月2日提交的、題為"機(jī)電換能器裝置和分析物信息獲取設(shè) 備"的國際申請?zhí)枮镻CT/JP2011/003111、國家申請?zhí)枮?01180027518. 9的專利申請的分 案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及機(jī)電換能器裝置（代表性地，電容型機(jī)電換能器裝置）和分析物信息 獲取設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 用作超聲換能器裝置（也稱為超聲換能器）的機(jī)電換能器裝置通過發(fā)射和接收作 為聲波的超聲波而被用于例如人體內(nèi)的腫瘤等的診斷設(shè)備中。
[0004] 近年來，使用微加工技術(shù)的電容型的機(jī)電換能器裝置（電容型的微加工超聲換能 器，CMUT)正得到積極研宄。該CMUT通過使用振動(dòng)膜發(fā)射和接收超聲波。并且，該CMUT具 有可發(fā)射和接收的超聲波的寬的頻帶（即，CMUT具有寬帶特性）。使用該CMUT并由此具有 比過去的醫(yī)療診斷形式高的精度的超聲診斷作為有希望的技術(shù)正受到關(guān)注。
[0005] 一般地，在醫(yī)療領(lǐng)域中經(jīng)常使用利用X射線、超聲波和磁共振成像（MRI)的成像設(shè) 備。并且，在醫(yī)療領(lǐng)域中，關(guān)于通過使從諸如激光器之類的光源發(fā)射的光傳播到諸如活體之 類的分析物內(nèi)并檢測傳播光而獲得活體內(nèi)的信息的光學(xué)成像設(shè)備的研宄正積極進(jìn)展。作為 這種光學(xué)成像技術(shù)中的一種，提出了光聲斷層法（PAT)。
[0006] PAT是用從光源產(chǎn)生的脈沖光照射分析物、在多個(gè)檢測位置處檢測從吸收在分析 物內(nèi)傳播和擴(kuò)散的光的能量的活體組織產(chǎn)生的聲波（代表性地，超聲波）、分析這些聲波的 信號(hào)并且將與分析物的內(nèi)部的光學(xué)特性值有關(guān)的信息可視化的技術(shù)。因此，可以獲得與分 析物內(nèi)部的光學(xué)特性值分布有關(guān)、更特別地與光學(xué)能量吸收密度分布有關(guān)的信息。
[0007] 在包含在基板上形成的機(jī)電換能器元件的機(jī)電換能器裝置（也稱為超聲換能器 裝置）中，入射的超聲波的一部分可與被基板的后表面（基板的形成有機(jī)電換能器元件的 表面的相對表面）反射的反射波干涉，并且產(chǎn)生噪聲。
[0008] 過去在一定程度上認(rèn)識(shí)了該噪聲問題。即使通過現(xiàn)有技術(shù)，只要使用具有幾兆赫 或更高（例如，2~3MHz或更高）的高頻區(qū)域的機(jī)電換能器元件，可導(dǎo)致噪聲的頻率就較高 并且可能衰減。由此，可通過在基板的后表面上設(shè)置聲學(xué)衰減部件來在一定程度上解決噪 聲問題。對于像PTL 1那樣的在基板內(nèi)共振的頻率，可通過使聲學(xué)衰減部件的聲學(xué)阻抗與 基板的聲學(xué)阻抗匹配來在一定程度上減少噪聲。但是，在CMUT的情況下，由于頻帶較寬，因 此，頻帶可包含具有低于2MHz的頻率的超聲波。具有低于2MHz的頻率的超聲波幾乎不被 衰減，并且容易通過基板。由此，現(xiàn)有技術(shù)的措施只具有有限的效果。
[0009] 圖5示出現(xiàn)有技術(shù)的配置。在現(xiàn)有技術(shù)（PTL 1)的配置中，聲學(xué)衰減部件14被設(shè) 置在基板12的后表面上，并且，通過電氣布線13從基板12的端部獲取電信號(hào)。
[0010] 上述的用于上述的超聲診斷的超聲換能器裝置包括在基板的前表面上二維排列 (以平面狀排列）的換能器元件。對于具有更高的密度的陣列，換能器裝置具有電連接基板 的前表面和后表面并且從基板的后表面引出電氣布線的結(jié)構(gòu)。為了獲取二維排列的機(jī)電換 能器元件的信號(hào)，電氣布線基板必須被設(shè)置在基板的后表面上并且電氣布線基板必須與基 板電連接。通過該配置，由于基板與電氣布線基板之間的距離較小，因此，基板的后表面上 的聲學(xué)衰減使得來自基板的后表面和電氣布線基板的反射波影響機(jī)電換能器元件并由此 使信號(hào)噪聲（S/N)比劣化。特別是在具有IMHz或更低的頻帶中，波長較大并且衰減較小。 影響變得顯著。并且，為了減少噪聲串?dāng)_，存在電氣布線基板或集成電路被布置于基板的后 表面上并且電氣布線基板或集成電路與基板的后表面電連接的方法。此時(shí)，基板的后表面 與電氣布線基板或集成電路之間的距離小至幾百微米。由此，即使現(xiàn)有技術(shù)的聲學(xué)衰減部 件被設(shè)置在基板的后表面上，低頻聲波也容易到達(dá)電氣布線基板，并且反射波會(huì)變?yōu)樵肼暋?br>[0011] PTL 2描述了在電氣布線基板的后表面上形成凹凸以減少反射波。但是，為了衰減 具有大于預(yù)定值的波長的聲波（具有低于2MHz的頻率的聲波），需要大的凹凸。同時(shí)，電氣 布線基板的厚度在制造過程以及焊接和安裝過程中受到限制。
[0012] 引文列表
[0013] 專利文獻(xiàn)
[0014] PTL 1 :美國專利 No. 6831394
[0015] PTL 2 :美國專利 No. 7321181

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明通過減少低頻帶中的反射波噪聲來提供與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更寬的帶和 更高的S/N比的機(jī)電換能器裝置的配置。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的機(jī)電換能器裝置包括：第一基板；二維地排列于第一基 板的前表面上并被配置為提供聲波與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換的機(jī)電換能器元件；作為與第一基 板的后表面電連接的第二基板的電氣布線基板；被設(shè)置在第一基板與第二基板之間的第一 聲學(xué)匹配層；被布置于第二基板的后表面上的聲學(xué)衰減部件；和被設(shè)置在第二基板與聲學(xué) 衰減部件之間的第二聲學(xué)匹配層。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面的分析物信息獲取設(shè)備包括：根據(jù)以上的方面的機(jī)電換能 器裝置；被配置為發(fā)射脈沖光的光源；和被配置為處理由機(jī)電換能器裝置檢測的信號(hào)的信 號(hào)處理系統(tǒng)。分析物信息獲取設(shè)備用從光源發(fā)射的光照射分析物，通過機(jī)電換能器裝置檢 測作為發(fā)射在分析物上的光的光聲效應(yīng)的結(jié)果而產(chǎn)生的聲波，并且通過信號(hào)處理系統(tǒng)的處 理獲取分析物內(nèi)部的物理信息。
[0019] 通過本發(fā)明的任一個(gè)方面，聲學(xué)匹配層和聲學(xué)衰減部件被設(shè)置在基板的后表面 上。因此，當(dāng)使用具有幾兆赫或更低的頻率的超聲波時(shí)，可減少通過基板的后表面的反射產(chǎn) 生并被施加到布置于基板的前表面上的機(jī)電換能器元件的噪聲。
【附圖說明】
[0020] [圖1A]圖IA是根據(jù)本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例中的任一個(gè)的超聲換能器裝置的 配置圖。
[0021] [圖1B]圖IB是本發(fā)明的第一實(shí)施例的比較圖。
[0022][圖2]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的基板的前表面上的聲學(xué)阻抗密度的 倒數(shù)的頻率特性的示圖。
[0023][圖3]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的超聲換能器裝置的配置圖。
[0024][圖4]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的超聲診斷設(shè)備的配置圖。
[0025] [圖5]圖5是現(xiàn)有技術(shù)的配置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 第一實(shí)施例
[0027] 描述根據(jù)第一實(shí)施例的超聲換能器裝置。
[0028] 圖IA示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器裝置10。在基板1(第一基板）上形成機(jī) 電換能器元件2。機(jī)電換能器元件2提供超聲波（聲波）與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。電氣布線 基板3 (第二基板）與基板1的后表面電連接。典型地通過在樹脂上布置金屬布線來形成 電氣布線基板3。多個(gè)機(jī)電換能器元件2被二維排列在基板1的前表面上。機(jī)電換能器元 件2可以是壓電元件或像PTL 2那樣的膜、空腔以及第一和第二電極形成對向電極的電容 型機(jī)電換能器元件。
[0029] 鑒于機(jī)械性能、電氣性能、可成形性、成本效率等，基板1的材料可以期望地為硅 (Si)。但是，材料不必為硅，并且可以為例如玻璃、石英、GaAs或藍(lán)寶石。機(jī)電換能器元件2 具有至少兩個(gè)電氣端子。端子中的至少一個(gè)與多個(gè)剩余的機(jī)電換能器元件2電氣分離?；?板1電連接與機(jī)電換能器元件2電氣分離的端子和基板1的后表面上的端子?；?具有 例如多個(gè)像貫通布線那樣的電連接部分?；遄陨砜赏ㄟ^絕緣體或溝槽電氣分離，并且，基 板可僅沿基板厚度方向允許電氣導(dǎo)通。
[0030] 電連接電氣布線基板3和基板1的導(dǎo)體4可以是例如金屬（諸如焊料或金）的具 有低電阻的電阻器。
[0031] 在本實(shí)施例中，第一聲學(xué)匹配層5被布置于基板1 (第一基板）和電氣布線基板 3 (第二基板）之間，并且，聲學(xué)衰減部件7被布置于電氣布線基板3的后側(cè)。第一聲學(xué)匹配 層5具有允許電氣布線基板3透過從基板1進(jìn)入的超聲波11并限制超聲波11的反射的功 能。聲學(xué)衰減部件7具有吸收并衰減透過的超聲波11的功能。第二聲學(xué)匹配層6被設(shè)置 為限制聲學(xué)衰減部件7與電氣布線基板3之間的超聲波11的反射的結(jié)構(gòu)。
[0032] 通過實(shí)施例的配置，可通過減少界面處的反射并通過聲學(xué)衰減部件的效果在更寬 的頻帶中減少向機(jī)電換能器元件2施加的噪聲。
[0033] 以下詳細(xì)地描述第一聲學(xué)匹配層5、第二聲學(xué)匹配層6和聲學(xué)衰減部件7。
[0034] 第一聲學(xué)匹配層5填充導(dǎo)體4周圍的空間。一般地，導(dǎo)體4的聲學(xué)阻抗不與第一 聲學(xué)匹配層5的聲學(xué)阻抗對應(yīng)。