超音波ユニット、超音波内視鏡および超音波ユニットの製造方法
【課題】製造が容易な超音波ユニット３０を提供する。
【解決手段】超音波ユニット３０は、連結された複数の超音波エレメント２０からなる超音波アレイ４０を具備し、超音波エレメント２０が、シリコン基板１１と、複数の超音波セル１０が配置されておりシリコン基板１１の第１の主面２０ＳＡに配設された送受信部６０と、可撓性の下部電極配線４２と、下部電極端子５２と、可撓性の上部電極配線４１と、上部電極端子５１と、を有し、可撓性の第３絶縁層１７が、送受信部６０の表面を被覆しているとともに、折り曲げ部４６、４７により第２の主面２０ＳＢの方向に折り曲げられた下部電極配線４２および上部電極配線４１を被覆している。
【解決手段】超音波ユニット３０は、連結された複数の超音波エレメント２０からなる超音波アレイ４０を具備し、超音波エレメント２０が、シリコン基板１１と、複数の超音波セル１０が配置されておりシリコン基板１１の第１の主面２０ＳＡに配設された送受信部６０と、可撓性の下部電極配線４２と、下部電極端子５２と、可撓性の上部電極配線４１と、上部電極端子５１と、を有し、可撓性の第３絶縁層１７が、送受信部６０の表面を被覆しているとともに、折り曲げ部４６、４７により第２の主面２０ＳＢの方向に折り曲げられた下部電極配線４２および上部電極配線４１を被覆している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型の超音波ユニット、前記超音波ユニットを有する超音波内視鏡および前記超音波ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出する。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは複数の超音波エレメントが連結されて構成されている。
【０００３】
それぞれの超音波エレメントにはキャビティを介して対向している下部電極部と上部電極部とからなる複数の静電容量型の超音波振動セルが配設されている。静電容量型の超音波エレメントは、いわゆるＭＥＭＳ技術により基板上に形成される。このため、電気接続のための電極端子と超音波送信面とが、基板の同じ主面に配設される。
【０００４】
特許第３９２４４６６号明細書には、超音波送信面が配設された第１の主面から延設した貫通配線により、第２の主面に電極端子を配設した超音波振動子が開示されている。
【０００５】
しかし、貫通配線は製造工程の最初に形成する必要があるため、製造が難しくなるおそれがある。また、貫通孔の内部に配設する導電性材料の耐熱性によっては、工程で使用できる最高温度が低下するおそれがある。また、静電容量型の超音波振動子の動作速度の要因は、電気抵抗と静電容量の積であるが、導電性材料としてポリシリコンを用いた貫通配線は、電気抵抗が低くはない。このため、動作速度が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９２４４６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、連結された複数の超音波エレメントからなる超音波アレイを具備し、
前記超音波エレメントが、
矩形の第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第１の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第２の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆している。
【０００９】
別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。
【００１０】
別の実施形態の超音波ユニットの製造法は、
基体の第１の主面に、キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルを具備する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第１の主面に作製する工程と、
前記第１の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第２の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を具備する内視鏡システムを説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端硬性部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波ユニットの構成を説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波アレイのセル構造断面図である。
【図５】第１実施形態の超音波アレイの上面図である。
【図６】第１実施形態の超音波アレイの図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】第１実施形態の変形例１の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図１０】第１実施形態の変形例２の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図１１】第２実施形態の超音波アレイの構造を説明するための上面図である。
【図１２】第２実施形態の超音波アレイの構造を説明するための、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して第１実施形態の超音波ユニット（以下、「ＵＳユニット」という）３０、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡（以下、「ＵＳ内視鏡」という）２、および、ＵＳユニット３０の製造方法について説明する。
【００１４】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すようにＵＳ内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。ＵＳ内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１５】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００１６】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下、「先端部」という）３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には超音波ユニット３０が配設されている。
【００１７】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００１８】
そして、図２に示すように、ＵＳユニット３０が、設けられた先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、吸引口を兼ねる鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００１９】
図３に示すように、ＵＳユニット３０のＵＳアレイ４０は、複数の平面視矩形の超音波エレメント（以下、「ＵＳエレメント」という）２０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、ＵＳアレイ４０では、例えば、直径２ｍｍの円筒の側面に、短辺が０．１ｍｍ以下のＵＳエレメント２０が２００個、３６０度方向に配設されている。それぞれのＵＳエレメント２０は、超音波を送受信するアクティブ領域である送受信部６０（図４〜図６参照）が配設されている。
【００２０】
なお、ＵＳアレイ４０は、ラジアル型振動子群であるが、ＵＳアレイは、凸形状に折り曲げしたコンベックス型振動子群であってもよい。
【００２１】
円筒状の超音波アレイ４０の内面の端部には、複数の下部電極端子５２が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束３５の、それぞれの信号線６２と接続されている。また、図３では図示しないが、超音波アレイ４０の内面の、もう１方の端部には、複数の上部電極端子５１（図５参照）が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束３５のシールド線６１（図５参照）と接続されている。すなわち同軸ケーブル束３５は、複数の信号線６２と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
【００２２】
送受信部６０は下部電極端子５２と上部電極端子５１とを介して印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部６０は、超音波を受信すると、下部電極端子５２と上部電極端子５１との間に電気信号を発生する。
【００２３】
同軸ケーブル束３５は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００２４】
＜送受信部の構成＞
次に、図４および図５を用いて、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の構成について説明する。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、パターンの数、厚さ、大きさ、および大きさ等の比率は実際とは異なる。
【００２５】
図５に示すように、超音波ユニット３０の送受信部６０には、複数の静電容量型の超音波振動子セル（以下、「ＵＳセル」）１０がマトリックス状に配置されている。ＵＳセル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００２６】
図４に示すように、ＵＳセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、下部電極端子５２と接続された下部電極１２と、第１絶縁層（下部絶縁層）１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された第２絶縁層（上部絶縁層）１５と、上部電極端子５１と接続された上部電極１６と、第３絶縁層（樹脂層）１７と、を有する。シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。
【００２７】
それぞれのＵＳセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置しているシグナル電極部である下部電極部１２Ａとグランド電極部である上部電極部１６Ａとを有する。複数の下部電極部１２Ａがシグナル電極である下部電極１２を構成し、複数の上部電極部１６Ａがグランド電極である上部電極１６を構成している。
【００２８】
下部電極１２は、円形の下部電極部１２Ａと、下部電極１２の縁辺部から延設している伝導部１２Ｂとからなる。伝導部１２Ｂにより、下部電極部１２Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの下部電極部と接続されている。そして、下部電極１２は、送受信部６０の端部から、下部電極配線４２に延設され、更に下部電極配線４２は、下部電極端子５２まで延設されている。
【００２９】
上部電極１６は、円形の上部電極部１６Ａと、上部電極１６の縁辺部から延設している伝導部１６Ｂとからなる。伝導部１６Ｂにより、上部電極部１６Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの上部電極部と接続されている。そして、上部電極１６は、送受信部６０の端部から、上部電極配線４１に延設され、更に上部電極配線４１は、上部電極端子５１まで延設されている。
【００３０】
すなわち。同じＵＳエレメント２０に配置された複数のＵＳセル１０の全ての下部電極部１２Ａは互いに接続されており、全ての上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３１】
上部電極配線４１および下部電極配線４２（以下「配線４１等」という）は、導電性シリコン等よりも電気抵抗が低い金属材料、例えば、銅、金、またはアルミニウムからなる。
【００３２】
第３絶縁層１７は送受信部６０の表面を覆う可撓性の樹脂層である。更に第３絶縁層１７は、配線４１等も覆っているが、電極端子５１等は覆っていない。第３絶縁層１７は、保護層機能だけでなく、音響整合層機能、更にＵＳエレメント２０を連結する機能も有する。
【００３３】
第３絶縁層１７としては、ポリイミド、エポキシ、アクリル、またはポリパラキシレンなどの可撓性の樹脂からなり、耐薬品性が高く、屈曲性を有し、加工が容易のため、特に好ましくはポリイミドである。なお、第３絶縁層１７は下部絶縁層の上に、更に生体適合性のある上部絶縁層が形成された２層構造であってもよい。
【００３４】
図４に示す上記構造のＵＳセル１０では、キャビティ１４の直上領域の、第２絶縁層１５と上部電極１６と第３絶縁層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００３５】
＜超音波アレイの構成＞
図５および図６に示すように、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の端部からは、第２の主面２０ＳＢ側に位置する外部接続端子である下部電極端子５２まで、可撓性のある下部電極配線４２が延設されている。また、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の他の端部からは、第２の主面２０ＳＢ側に位置する外部接続端子である上部電極端子５１まで、可撓性のある上部電極配線４１が延設されている。
【００３６】
既に説明したように、下部電極端子５２は信号線６２と接続されており、上部電極端子５１はシールド線６１と接続されている。
【００３７】
そして、可撓性の樹脂層である第３絶縁層１７が、送受信部６０の表面を被覆しているとともに、配線４１等を被覆している。なお、第３絶縁層１７は配線４１等の上側を覆うだけでなく、配線４１等の下側も覆っており、配線４１等を封止していることが好ましい。
【００３８】
以下、可撓性の第３絶縁層１７で封止された可撓性の配線４１等を「可撓性配線」という。可撓性配線には、第１の主面２０ＳＢから１８０度の折り曲げ角度θで折り曲げられた折り曲げ部４６、４７がある。
【００３９】
ＵＳユニット３０は、折り曲げられた可撓性配線により、第２の主面２０ＳＢに外部接続端子が配設されているために、製造が容易である。またＵＳユニット３０を具備するＵＳ内視鏡２は製造が容易である。更に、配線４１等は電気抵抗が低いため、ＵＳユニット３０は、動作速度が低下するおそれがない。
【００４０】
＜超音波アレイの製造方法＞
次に、図７および図８を用いて、超音波アレイ４０の製造方法について説明する。
【００４１】
＜ステップＳ１１＞下部電極形成
図８（Ａ）に示すように、シリコン基板１１のシリコン熱酸化膜１１Ｂの上に導電性材料からなる下部電極層が形成される。導電性材料はシリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極１２が形成される。
【００４２】
＜ステップＳ１２＞第１絶縁層形成
下部電極１２を含む第１の主面２０ＳＡを覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる第１絶縁層１３が例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜される。
【００４３】
＜ステップＳ１３＞キャビティ／第２絶縁層形成工程
そして第１絶縁層１３の上に、犠牲層材料を成膜した後、部分的に除去することで、キャビティ１４の形状（円柱状）の犠牲層が形成される。
【００４４】
犠牲層の厚さは、キャビティ１４の高さとなるために、例えば、０．０５〜０．３μｍであり、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス（ＰＳＧ：含リン酸化シリコン）、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
【００４５】
犠牲層が形成された第１絶縁層１３の上面に、第２絶縁層１５が、例えば第１絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。
【００４６】
そして、第２絶縁層１５の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部（不図示）が形成される。
【００４７】
次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ１４が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液（バッファードＨＦ溶液）を用いる。
【００４８】
キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの形状も多角形とすることが好ましい。
【００４９】
＜ステップＳ１４＞上部電極層形成
図８（Ｂ）に示すように、下部電極１２と同様の方法により、上部電極１６が形成される。
【００５０】
＜ステップＳ１５＞配線層形成
図８（Ｃ）に示すように、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５に下部電極配線４２との接合のための孔部を形成した後に、配線層、すなわち、下部電極配線４２、下部電極端子５２、上部電極配線４１、および上部電極端子５１が形成される。
配線層は、スパッタ法、蒸着法、またはめっき法等により形成され、例えば、２μｍの金めっき膜を好ましく用いる。
【００５１】
＜ステップＳ１６＞第３絶縁層形成
図８（Ｄ）に示すように、電極端子５１等を除く、ＵＳエレメント２０（ＵＳアレイ４０）の表面が、第３絶縁層１７で覆われる。
なお、配線４１等を封止するために配線層形成工程前に、第３絶縁層と同様の樹脂層を形成しておくことが好ましい。すなわち、第３絶縁層は、配線層形成工程の前後に行われることが好ましい。例えば、配線層形成工程の前に５μｍの第３絶縁層１を形成し、配線層形成工程の後に５μｍの第３絶縁層２を形成することで、配線層を封止する。
【００５２】
また、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５の一部を、第３絶縁層の下層として利用してもよいし、下部電極１２および上部電極１６の形成時に配線層の下地層を形成してもよい。また、既に説明したように、配線層形成工程の後に形成する絶縁層を２層構造としてもよい。
【００５３】
＜ステップＳ１７＞基板エッチング
図８（Ｅ）に示すように、基板１１の一部、すなわち、両端部およびＵＳエレメント２０間が、第２の主面２０ＳＢ側から、例えばエッチングにより除去される。基板エッチングにより、配線４１等は折り曲げ可能となる。エッチング方法としては、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法等を用いる。
【００５４】
＜ステップＳ１８＞折り曲げ
図８（Ｆ）に示すように、両端部の可撓性配線が、それぞれシリコン基板１１の側面に沿って９０度折り曲げられ、更に第２の主面２０ＳＢに沿って９０度折り曲げられる。すなわち、折り曲げ部４６、４７の折り曲げ角度θは、１８０度である。このため、第１の主面２０ＳＡにあった電極端子５１等は、第２の主面２０ＳＢの側に位置するようになる。
【００５５】
なお、図示しないが、可撓性配線はシリコン基板１１と、エポキシ系接着剤等により折り曲げた状態で接合される。
【００５６】
＜ステップＳ１９＞外部配線接続
第２の主面２０ＳＢ側の電極端子５１等に、それぞれ、外部接続配線である同軸ケーブル束３５の信号線６２およびシールド線６１が、例えば、はんだにて接続される。
なお、例えば、複数の配線を有するプリント配線板からなる中継配線板（ケーブル接続基板）を介して、同軸ケーブル束３５と接続してもよい。
【００５７】
なお、以上の説明では省略したが、ＵＳアレイ４０を構成する複数の平面視矩形のＵＳエレメント２０は、１枚のシリコン基板１１を用いて同時に作製される。そして、例えば、基板エッチング工程において、それぞれのＵＳエレメント２０に分割される。すなわち、図５に示したように、ＵＳアレイ４０は、複数の超音波エレメント２０の長辺が、第３絶縁層１７により連結された構造となる。なお既に説明したように、第３絶縁層１７は多層構造でもよいが、いずれの層も可撓性樹脂からなる。
【００５８】
更に、ＵＳアレイ４０は、複数の超音波エレメント２０が連結方向に所定の直径のラジアル形状に湾曲配置される。すなわち、ＵＳアレイ４０は、例えば所定の直径の円筒の外周に接合される。
【００５９】
以上の説明のように、超音波ユニット３０の製造方法は容易である。
【００６０】
＜第１実施形態の変形例＞
次に第１実施形態の変形例１の超音波ユニット３０Ａおよび超音波ユニット３０Ａを具備する超音波内視鏡２Ａ、第１実施形態の変形例２の超音波ユニット３０Ｂおよび超音波ユニット３０Ｂを具備する超音波内視鏡２Ｂについて説明する。
変形例は、第１実施形態と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６１】
図９に示すように、超音波ユニット３０Ａは、シリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢに、不要な超音波を吸収するバッキング層７０が形成されている。バッキング層７０は、超音波を放射するときのメンブレンの自由振動を規制して、超音波の進行方向の分解能を向上させる。バッキング層７０には、振動を吸収できる様々な材料を用いることができ、無機材料、有機材料いずれも適用可能である。特に、エポキシ系樹脂、ゴム系材料は、音響インピーダンスが小さく、感度を落とさずに振動を吸収できるため、好ましい。
【００６２】
ＵＳユニット３０ＡのＵＳエレメント２０のシリコン基板１１は、可撓性配線の下部の一部にシリコン基板１１を残すように、エッチングを行っている。特に、（１００）面の単結晶シリコン基板を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行うことで、端面が主面に対して５４．７度の傾斜のあるテーパー形状となっている。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
【００６３】
図９に示すように、可撓性配線は、バッキング層７０を覆うように折り曲げ部４６、４７で折り曲げられている。折り曲げ角度θは１８０度であり、電極端子５１等が、シリコン基板１１の第２の主面側に位置する。
【００６４】
ＵＳユニット３０Ａは、可撓性配線の下の一部に、側面がテーパー形状のシリコン基板１１があるため、折り曲げ処理が容易である。
【００６５】
一方、図１０に示すように、超音波ユニット３０Ｂは、折り曲げ部４６、４７の折り曲げ角度θが９０度である。そして、電極端子５１は、シリコン基板１１の側面の内面側に位置し、電極端子５２はシリコン基板１１の側面に位置している。
【００６６】
すなわち、電極端子５１および電極端子５２の配置状態は同じ状態である必要はなく、例えば一方の電極端子がシリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢ側にあり他方が側面に位置していてもよい。また、一方の電極端子がシリコン基板１１の第１の主面２０ＳＡ側に位置していてもよい。
【００６７】
超音波ユニット３０Ａおよび超音波ユニット３０Ｂは、ともに、第１実施形態の超音波ユニット３０と同様の効果を有する。すなわち、外部接続用電極端子が、超音波送受信面とは異なる面に配設されているが、作製が容易である。
【００６８】
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の超音波ユニット３０Ｃおよび超音波ユニット３０Ｃを具備する超音波内視鏡２Ｃについて説明する。
【００６９】
超音波ユニット３０Ａ等では、超音波アレイ４０をラジアル形状に変形するために、所定の直径の円筒部材の外周に接合されていた。しかし、円筒部材の配設により、超音波アレイ４０の径が大きくなる。
【００７０】
これに対して、図１１および図１２に示すように、ＵＳユニット３０Ｃでは、第２の主面２０ＳＢに配設されたバッキング層７０の形状に沿って複数の超音波エレメント２０が、湾曲している。
【００７１】
ＵＳユニット３０ＣのＵＳエレメント２０のシリコン基板１１は、可撓性配線の下部の一部分にもシリコン基板１１を残すように、エッチングを行っている。
【００７２】
更にエッチング後のシリコン基板１１の側面は主面に対して垂直ではなく傾斜している。側面をテーパー形状にするには、シリコン基板１１として、（１００）面の単結晶を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行う。すると、エッチングにより形成される側面は、主面に対して５４．７度の傾斜を有する。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
【００７３】
そして、バッキング層７０の形状を、このシリコン基板１１の傾斜した側面と嵌合する形状、すなわち所定の傾斜角の側面ののある凹部のある外周面としている。このため、円筒形のバッキング層７０の外周面の凹凸に嵌合するように、ＵＳアレイ４０のＵＳエレメント２０を接合することにより、隙間なく、所定のラジアル形状のＵＳユニット３０Ｃを得ることができる。
【００７４】
ＵＳユニット３０Ｃは、ＵＳユニット３０Ｂが有する効果を有し、更に超音波アレイ４０を所定の湾曲角度に変形するための円筒等が不要であるため、細径である。またＵＳ内視鏡２Ｃは先端部が細径である。
【００７５】
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…超音波内視鏡システム、２、２Ａ〜２Ｃ…超音波内視鏡、３…超音波観測装置、１０…超音波セル、１１…シリコン基板、１２…下部電極、１２Ａ…下部電極部、１３…第１絶縁層、１４…キャビティ、１５…第２絶縁層、１６…上部電極、１６Ａ…上部電極部、１７…第３絶縁層、１８…メンブレン、２０…超音波エレメント、２０ＳＡ…第１の主面、２０ＳＢ…第２の主面、３０、３０Ａ〜３０Ｃ…超音波ユニット、４０…超音波アレイ、４１…上部電極配線、４２…下部電極配線、４６、４７…折り曲げ部、５１…上部電極端子、５２…下部電極端子、６０…送受信部、６１…シールド線、６２…信号線、７０…バッキング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型の超音波ユニット、前記超音波ユニットを有する超音波内視鏡および前記超音波ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出する。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは複数の超音波エレメントが連結されて構成されている。
【０００３】
それぞれの超音波エレメントにはキャビティを介して対向している下部電極部と上部電極部とからなる複数の静電容量型の超音波振動セルが配設されている。静電容量型の超音波エレメントは、いわゆるＭＥＭＳ技術により基板上に形成される。このため、電気接続のための電極端子と超音波送信面とが、基板の同じ主面に配設される。
【０００４】
特許第３９２４４６６号明細書には、超音波送信面が配設された第１の主面から延設した貫通配線により、第２の主面に電極端子を配設した超音波振動子が開示されている。
【０００５】
しかし、貫通配線は製造工程の最初に形成する必要があるため、製造が難しくなるおそれがある。また、貫通孔の内部に配設する導電性材料の耐熱性によっては、工程で使用できる最高温度が低下するおそれがある。また、静電容量型の超音波振動子の動作速度の要因は、電気抵抗と静電容量の積であるが、導電性材料としてポリシリコンを用いた貫通配線は、電気抵抗が低くはない。このため、動作速度が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９２４４６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、連結された複数の超音波エレメントからなる超音波アレイを具備し、
前記超音波エレメントが、
矩形の第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第１の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第２の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆している。
【０００９】
別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。
【００１０】
別の実施形態の超音波ユニットの製造法は、
基体の第１の主面に、キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルを具備する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第１の主面に作製する工程と、
前記第１の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第２の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を具備する内視鏡システムを説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端硬性部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波ユニットの構成を説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波アレイのセル構造断面図である。
【図５】第１実施形態の超音波アレイの上面図である。
【図６】第１実施形態の超音波アレイの図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】第１実施形態の変形例１の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図１０】第１実施形態の変形例２の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図１１】第２実施形態の超音波アレイの構造を説明するための上面図である。
【図１２】第２実施形態の超音波アレイの構造を説明するための、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して第１実施形態の超音波ユニット（以下、「ＵＳユニット」という）３０、ＵＳユニット３０を有する超音波内視鏡（以下、「ＵＳ内視鏡」という）２、および、ＵＳユニット３０の製造方法について説明する。
【００１４】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すようにＵＳ内視鏡２は、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１を構成する。ＵＳ内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１５】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００１６】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下、「先端部」という）３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には超音波ユニット３０が配設されている。
【００１７】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００１８】
そして、図２に示すように、ＵＳユニット３０が、設けられた先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、吸引口を兼ねる鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００１９】
図３に示すように、ＵＳユニット３０のＵＳアレイ４０は、複数の平面視矩形の超音波エレメント（以下、「ＵＳエレメント」という）２０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、ＵＳアレイ４０では、例えば、直径２ｍｍの円筒の側面に、短辺が０．１ｍｍ以下のＵＳエレメント２０が２００個、３６０度方向に配設されている。それぞれのＵＳエレメント２０は、超音波を送受信するアクティブ領域である送受信部６０（図４〜図６参照）が配設されている。
【００２０】
なお、ＵＳアレイ４０は、ラジアル型振動子群であるが、ＵＳアレイは、凸形状に折り曲げしたコンベックス型振動子群であってもよい。
【００２１】
円筒状の超音波アレイ４０の内面の端部には、複数の下部電極端子５２が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束３５の、それぞれの信号線６２と接続されている。また、図３では図示しないが、超音波アレイ４０の内面の、もう１方の端部には、複数の上部電極端子５１（図５参照）が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束３５のシールド線６１（図５参照）と接続されている。すなわち同軸ケーブル束３５は、複数の信号線６２と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
【００２２】
送受信部６０は下部電極端子５２と上部電極端子５１とを介して印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部６０は、超音波を受信すると、下部電極端子５２と上部電極端子５１との間に電気信号を発生する。
【００２３】
同軸ケーブル束３５は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００２４】
＜送受信部の構成＞
次に、図４および図５を用いて、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の構成について説明する。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、パターンの数、厚さ、大きさ、および大きさ等の比率は実際とは異なる。
【００２５】
図５に示すように、超音波ユニット３０の送受信部６０には、複数の静電容量型の超音波振動子セル（以下、「ＵＳセル」）１０がマトリックス状に配置されている。ＵＳセル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００２６】
図４に示すように、ＵＳセル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、下部電極端子５２と接続された下部電極１２と、第１絶縁層（下部絶縁層）１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された第２絶縁層（上部絶縁層）１５と、上部電極端子５１と接続された上部電極１６と、第３絶縁層（樹脂層）１７と、を有する。シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。
【００２７】
それぞれのＵＳセル１０は、キャビティ１４を介して対向配置しているシグナル電極部である下部電極部１２Ａとグランド電極部である上部電極部１６Ａとを有する。複数の下部電極部１２Ａがシグナル電極である下部電極１２を構成し、複数の上部電極部１６Ａがグランド電極である上部電極１６を構成している。
【００２８】
下部電極１２は、円形の下部電極部１２Ａと、下部電極１２の縁辺部から延設している伝導部１２Ｂとからなる。伝導部１２Ｂにより、下部電極部１２Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの下部電極部と接続されている。そして、下部電極１２は、送受信部６０の端部から、下部電極配線４２に延設され、更に下部電極配線４２は、下部電極端子５２まで延設されている。
【００２９】
上部電極１６は、円形の上部電極部１６Ａと、上部電極１６の縁辺部から延設している伝導部１６Ｂとからなる。伝導部１６Ｂにより、上部電極部１６Ａは、同じＵＳエレメント２０の他のＵＳセルの上部電極部と接続されている。そして、上部電極１６は、送受信部６０の端部から、上部電極配線４１に延設され、更に上部電極配線４１は、上部電極端子５１まで延設されている。
【００３０】
すなわち。同じＵＳエレメント２０に配置された複数のＵＳセル１０の全ての下部電極部１２Ａは互いに接続されており、全ての上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３１】
上部電極配線４１および下部電極配線４２（以下「配線４１等」という）は、導電性シリコン等よりも電気抵抗が低い金属材料、例えば、銅、金、またはアルミニウムからなる。
【００３２】
第３絶縁層１７は送受信部６０の表面を覆う可撓性の樹脂層である。更に第３絶縁層１７は、配線４１等も覆っているが、電極端子５１等は覆っていない。第３絶縁層１７は、保護層機能だけでなく、音響整合層機能、更にＵＳエレメント２０を連結する機能も有する。
【００３３】
第３絶縁層１７としては、ポリイミド、エポキシ、アクリル、またはポリパラキシレンなどの可撓性の樹脂からなり、耐薬品性が高く、屈曲性を有し、加工が容易のため、特に好ましくはポリイミドである。なお、第３絶縁層１７は下部絶縁層の上に、更に生体適合性のある上部絶縁層が形成された２層構造であってもよい。
【００３４】
図４に示す上記構造のＵＳセル１０では、キャビティ１４の直上領域の、第２絶縁層１５と上部電極１６と第３絶縁層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００３５】
＜超音波アレイの構成＞
図５および図６に示すように、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の端部からは、第２の主面２０ＳＢ側に位置する外部接続端子である下部電極端子５２まで、可撓性のある下部電極配線４２が延設されている。また、ＵＳエレメント２０の送受信部６０の他の端部からは、第２の主面２０ＳＢ側に位置する外部接続端子である上部電極端子５１まで、可撓性のある上部電極配線４１が延設されている。
【００３６】
既に説明したように、下部電極端子５２は信号線６２と接続されており、上部電極端子５１はシールド線６１と接続されている。
【００３７】
そして、可撓性の樹脂層である第３絶縁層１７が、送受信部６０の表面を被覆しているとともに、配線４１等を被覆している。なお、第３絶縁層１７は配線４１等の上側を覆うだけでなく、配線４１等の下側も覆っており、配線４１等を封止していることが好ましい。
【００３８】
以下、可撓性の第３絶縁層１７で封止された可撓性の配線４１等を「可撓性配線」という。可撓性配線には、第１の主面２０ＳＢから１８０度の折り曲げ角度θで折り曲げられた折り曲げ部４６、４７がある。
【００３９】
ＵＳユニット３０は、折り曲げられた可撓性配線により、第２の主面２０ＳＢに外部接続端子が配設されているために、製造が容易である。またＵＳユニット３０を具備するＵＳ内視鏡２は製造が容易である。更に、配線４１等は電気抵抗が低いため、ＵＳユニット３０は、動作速度が低下するおそれがない。
【００４０】
＜超音波アレイの製造方法＞
次に、図７および図８を用いて、超音波アレイ４０の製造方法について説明する。
【００４１】
＜ステップＳ１１＞下部電極形成
図８（Ａ）に示すように、シリコン基板１１のシリコン熱酸化膜１１Ｂの上に導電性材料からなる下部電極層が形成される。導電性材料はシリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極１２が形成される。
【００４２】
＜ステップＳ１２＞第１絶縁層形成
下部電極１２を含む第１の主面２０ＳＡを覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる第１絶縁層１３が例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜される。
【００４３】
＜ステップＳ１３＞キャビティ／第２絶縁層形成工程
そして第１絶縁層１３の上に、犠牲層材料を成膜した後、部分的に除去することで、キャビティ１４の形状（円柱状）の犠牲層が形成される。
【００４４】
犠牲層の厚さは、キャビティ１４の高さとなるために、例えば、０．０５〜０．３μｍであり、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス（ＰＳＧ：含リン酸化シリコン）、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
【００４５】
犠牲層が形成された第１絶縁層１３の上面に、第２絶縁層１５が、例えば第１絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。
【００４６】
そして、第２絶縁層１５の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部（不図示）が形成される。
【００４７】
次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ１４が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５としてＳｉＮを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液（バッファードＨＦ溶液）を用いる。
【００４８】
キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの形状も多角形とすることが好ましい。
【００４９】
＜ステップＳ１４＞上部電極層形成
図８（Ｂ）に示すように、下部電極１２と同様の方法により、上部電極１６が形成される。
【００５０】
＜ステップＳ１５＞配線層形成
図８（Ｃ）に示すように、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５に下部電極配線４２との接合のための孔部を形成した後に、配線層、すなわち、下部電極配線４２、下部電極端子５２、上部電極配線４１、および上部電極端子５１が形成される。
配線層は、スパッタ法、蒸着法、またはめっき法等により形成され、例えば、２μｍの金めっき膜を好ましく用いる。
【００５１】
＜ステップＳ１６＞第３絶縁層形成
図８（Ｄ）に示すように、電極端子５１等を除く、ＵＳエレメント２０（ＵＳアレイ４０）の表面が、第３絶縁層１７で覆われる。
なお、配線４１等を封止するために配線層形成工程前に、第３絶縁層と同様の樹脂層を形成しておくことが好ましい。すなわち、第３絶縁層は、配線層形成工程の前後に行われることが好ましい。例えば、配線層形成工程の前に５μｍの第３絶縁層１を形成し、配線層形成工程の後に５μｍの第３絶縁層２を形成することで、配線層を封止する。
【００５２】
また、第１絶縁層１３および第２絶縁層１５の一部を、第３絶縁層の下層として利用してもよいし、下部電極１２および上部電極１６の形成時に配線層の下地層を形成してもよい。また、既に説明したように、配線層形成工程の後に形成する絶縁層を２層構造としてもよい。
【００５３】
＜ステップＳ１７＞基板エッチング
図８（Ｅ）に示すように、基板１１の一部、すなわち、両端部およびＵＳエレメント２０間が、第２の主面２０ＳＢ側から、例えばエッチングにより除去される。基板エッチングにより、配線４１等は折り曲げ可能となる。エッチング方法としては、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法等を用いる。
【００５４】
＜ステップＳ１８＞折り曲げ
図８（Ｆ）に示すように、両端部の可撓性配線が、それぞれシリコン基板１１の側面に沿って９０度折り曲げられ、更に第２の主面２０ＳＢに沿って９０度折り曲げられる。すなわち、折り曲げ部４６、４７の折り曲げ角度θは、１８０度である。このため、第１の主面２０ＳＡにあった電極端子５１等は、第２の主面２０ＳＢの側に位置するようになる。
【００５５】
なお、図示しないが、可撓性配線はシリコン基板１１と、エポキシ系接着剤等により折り曲げた状態で接合される。
【００５６】
＜ステップＳ１９＞外部配線接続
第２の主面２０ＳＢ側の電極端子５１等に、それぞれ、外部接続配線である同軸ケーブル束３５の信号線６２およびシールド線６１が、例えば、はんだにて接続される。
なお、例えば、複数の配線を有するプリント配線板からなる中継配線板（ケーブル接続基板）を介して、同軸ケーブル束３５と接続してもよい。
【００５７】
なお、以上の説明では省略したが、ＵＳアレイ４０を構成する複数の平面視矩形のＵＳエレメント２０は、１枚のシリコン基板１１を用いて同時に作製される。そして、例えば、基板エッチング工程において、それぞれのＵＳエレメント２０に分割される。すなわち、図５に示したように、ＵＳアレイ４０は、複数の超音波エレメント２０の長辺が、第３絶縁層１７により連結された構造となる。なお既に説明したように、第３絶縁層１７は多層構造でもよいが、いずれの層も可撓性樹脂からなる。
【００５８】
更に、ＵＳアレイ４０は、複数の超音波エレメント２０が連結方向に所定の直径のラジアル形状に湾曲配置される。すなわち、ＵＳアレイ４０は、例えば所定の直径の円筒の外周に接合される。
【００５９】
以上の説明のように、超音波ユニット３０の製造方法は容易である。
【００６０】
＜第１実施形態の変形例＞
次に第１実施形態の変形例１の超音波ユニット３０Ａおよび超音波ユニット３０Ａを具備する超音波内視鏡２Ａ、第１実施形態の変形例２の超音波ユニット３０Ｂおよび超音波ユニット３０Ｂを具備する超音波内視鏡２Ｂについて説明する。
変形例は、第１実施形態と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６１】
図９に示すように、超音波ユニット３０Ａは、シリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢに、不要な超音波を吸収するバッキング層７０が形成されている。バッキング層７０は、超音波を放射するときのメンブレンの自由振動を規制して、超音波の進行方向の分解能を向上させる。バッキング層７０には、振動を吸収できる様々な材料を用いることができ、無機材料、有機材料いずれも適用可能である。特に、エポキシ系樹脂、ゴム系材料は、音響インピーダンスが小さく、感度を落とさずに振動を吸収できるため、好ましい。
【００６２】
ＵＳユニット３０ＡのＵＳエレメント２０のシリコン基板１１は、可撓性配線の下部の一部にシリコン基板１１を残すように、エッチングを行っている。特に、（１００）面の単結晶シリコン基板を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行うことで、端面が主面に対して５４．７度の傾斜のあるテーパー形状となっている。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
【００６３】
図９に示すように、可撓性配線は、バッキング層７０を覆うように折り曲げ部４６、４７で折り曲げられている。折り曲げ角度θは１８０度であり、電極端子５１等が、シリコン基板１１の第２の主面側に位置する。
【００６４】
ＵＳユニット３０Ａは、可撓性配線の下の一部に、側面がテーパー形状のシリコン基板１１があるため、折り曲げ処理が容易である。
【００６５】
一方、図１０に示すように、超音波ユニット３０Ｂは、折り曲げ部４６、４７の折り曲げ角度θが９０度である。そして、電極端子５１は、シリコン基板１１の側面の内面側に位置し、電極端子５２はシリコン基板１１の側面に位置している。
【００６６】
すなわち、電極端子５１および電極端子５２の配置状態は同じ状態である必要はなく、例えば一方の電極端子がシリコン基板１１の第２の主面２０ＳＢ側にあり他方が側面に位置していてもよい。また、一方の電極端子がシリコン基板１１の第１の主面２０ＳＡ側に位置していてもよい。
【００６７】
超音波ユニット３０Ａおよび超音波ユニット３０Ｂは、ともに、第１実施形態の超音波ユニット３０と同様の効果を有する。すなわち、外部接続用電極端子が、超音波送受信面とは異なる面に配設されているが、作製が容易である。
【００６８】
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の超音波ユニット３０Ｃおよび超音波ユニット３０Ｃを具備する超音波内視鏡２Ｃについて説明する。
【００６９】
超音波ユニット３０Ａ等では、超音波アレイ４０をラジアル形状に変形するために、所定の直径の円筒部材の外周に接合されていた。しかし、円筒部材の配設により、超音波アレイ４０の径が大きくなる。
【００７０】
これに対して、図１１および図１２に示すように、ＵＳユニット３０Ｃでは、第２の主面２０ＳＢに配設されたバッキング層７０の形状に沿って複数の超音波エレメント２０が、湾曲している。
【００７１】
ＵＳユニット３０ＣのＵＳエレメント２０のシリコン基板１１は、可撓性配線の下部の一部分にもシリコン基板１１を残すように、エッチングを行っている。
【００７２】
更にエッチング後のシリコン基板１１の側面は主面に対して垂直ではなく傾斜している。側面をテーパー形状にするには、シリコン基板１１として、（１００）面の単結晶を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行う。すると、エッチングにより形成される側面は、主面に対して５４．７度の傾斜を有する。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
【００７３】
そして、バッキング層７０の形状を、このシリコン基板１１の傾斜した側面と嵌合する形状、すなわち所定の傾斜角の側面ののある凹部のある外周面としている。このため、円筒形のバッキング層７０の外周面の凹凸に嵌合するように、ＵＳアレイ４０のＵＳエレメント２０を接合することにより、隙間なく、所定のラジアル形状のＵＳユニット３０Ｃを得ることができる。
【００７４】
ＵＳユニット３０Ｃは、ＵＳユニット３０Ｂが有する効果を有し、更に超音波アレイ４０を所定の湾曲角度に変形するための円筒等が不要であるため、細径である。またＵＳ内視鏡２Ｃは先端部が細径である。
【００７５】
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…超音波内視鏡システム、２、２Ａ〜２Ｃ…超音波内視鏡、３…超音波観測装置、１０…超音波セル、１１…シリコン基板、１２…下部電極、１２Ａ…下部電極部、１３…第１絶縁層、１４…キャビティ、１５…第２絶縁層、１６…上部電極、１６Ａ…上部電極部、１７…第３絶縁層、１８…メンブレン、２０…超音波エレメント、２０ＳＡ…第１の主面、２０ＳＢ…第２の主面、３０、３０Ａ〜３０Ｃ…超音波ユニット、４０…超音波アレイ、４１…上部電極配線、４２…下部電極配線、４６、４７…折り曲げ部、５１…上部電極端子、５２…下部電極端子、６０…送受信部、６１…シールド線、６２…信号線、７０…バッキング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結された複数の超音波エレメントからなる超音波アレイを具備し、
前記超音波エレメントが、
矩形の第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第１の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第２の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆していることを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が１８０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが前記第２の主面側に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が９０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが、前記基板の側面側に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が９０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが、前記基板の側面の内面側に位置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記樹脂層が、ポリイミドからなり、
前記下部電極配線および前記上部電極配線が、銅、金、またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記複数の超音波エレメントが、前記樹脂層により連結されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項６に記載の超音波ユニット。
【請求項８】
前記第２の主面に配設された超音波を吸収するバッキング層を具備し、前記バッキング層の形状に沿って前記複数の超音波エレメントが、湾曲していることを特徴とする請求項７に記載の超音波ユニット。
【請求項９】
請求項８から請求項８のいずれか１項に記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項１０】
基体の第１の主面に、キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルを具備する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第１の主面に作製する工程と、
前記第１の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第２の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備することを特徴とする超音波ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂層により複数の前記超音波エレメントの長辺が連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１２】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項１１に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１３】
前記第２の主面に配設された超音波を吸収するバッキング層を具備し、前記バッキング層の形状に沿って前記複数の超音波エレメントが、湾曲していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１】
連結された複数の超音波エレメントからなる超音波アレイを具備し、
前記超音波エレメントが、
矩形の第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第１の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第２の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆していることを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が１８０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが前記第２の主面側に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が９０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが、前記基板の側面側に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記折り曲げ部の折り曲げ角度が９０度であり、前記下部電極端子または前記上部電極端子の少なくともいずれかが、前記基板の側面の内面側に位置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記樹脂層が、ポリイミドからなり、
前記下部電極配線および前記上部電極配線が、銅、金、またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記複数の超音波エレメントが、前記樹脂層により連結されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項６に記載の超音波ユニット。
【請求項８】
前記第２の主面に配設された超音波を吸収するバッキング層を具備し、前記バッキング層の形状に沿って前記複数の超音波エレメントが、湾曲していることを特徴とする請求項７に記載の超音波ユニット。
【請求項９】
請求項８から請求項８のいずれか１項に記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項１０】
基体の第１の主面に、キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルを具備する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第１の主面に作製する工程と、
前記第１の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第２の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備することを特徴とする超音波ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂層により複数の前記超音波エレメントの長辺が連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１２】
複数の前記超音波エレメントが、連結方向にコンベックス形状またはラジアル形状に湾曲していることを特徴とする請求項１１に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１３】
前記第２の主面に配設された超音波を吸収するバッキング層を具備し、前記バッキング層の形状に沿って前記複数の超音波エレメントが、湾曲していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波ユニットの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５４０３（Ｐ２０１３−５４０３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７７５１（Ｐ２０１１−１３７７５１）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
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