JP3776519B2 - Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に接続される超音波トランスジューサおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から知られているこの種の超音波トランスジューサのうち、二次元アレイ型超音波トランスジューサと称されるものは複数の超音波振動子(圧電振動子)がマトリクス状に配置されたものである。このような二次元アレイ超音波トランスジューサによれば、駆動口径やフォーカス距離の調整が自在であり、また被検体に対してプローブを固定した状態で三次元領域を超音波ビームによって走査可能であるので、二次元アレイ超音波トランスジューサは、画質向上に寄与するとともに三次元画像を作成する際に好適である。
【0003】
二次元アレイ型超音波トランスジューサは、個々の超音波振動子が送受信した信号を引き出す複数の信号線が配線されたフレキシブルプリント配線板(FPC)と、圧電板とを電気接続した後、圧電板をアレイ状に分割し、圧電振動子アレイを形成することにより製造するのが一般的である。二次元アレイ型超音波トランスジューサの中でも、圧電振動子アレイが凸形状に配置されたコンベックス型の超音波トランスジューサ(コンベックストランスジューサ)は、圧電板を分割して圧電振動子アレイを形成した後、その配列方向に沿ってアレイを曲面状に屈曲させて凸形状化する。
【0004】
このようなコンベックストランスジューサにおいては、FPCの配線パターン間隙にスリットを形成し、このスリット毎でFPCを分割して折り畳むものとなっている。すなわち、このようなスリットは振動子アレイを曲面状に屈曲させた場合であってもFPCを収納性良く折り畳むために設けられる。
【0005】
図9〜図11は従来例に係る超音波トランスジューサの構造および製造方法を示す図である。
まず、図9(a)および(b)に示すように、個々の配線パターン2の間隙に予めスリット5が形成されたFPC3と圧電板1とを接合する。スリット5は、圧電板1の近傍にまで至る様に形成される。図9に示すFPC3では、個々の配線パターン2は互いに平行となっているが、他のFPCにおいては、圧電板からの信号引きだしが容易となるように回路間隙が除々に広げられ、配線パターンを放射状にするのが一般的である。
【0006】
次に図10(a)および(b)に示すように、圧電板1およびFPC3の一部を分割してアレイ状の超音波トランスジューサを形成する。FPC3のスリット5の位置では圧電板1の分割と同時にスリット5が形成された配線パターン2の間隙においてFPC3が完全に分割される。この工程の前後において、バッキング材接続、音響整合層の形成、アース電極引き出しが適宜行なわれる。
【0007】
そして、図11に示すように、超音波振動子アレイをコンベックス形状にするために、平面状に形成されたアレイトランスジューサを、アレイ配列方向に沿って屈曲させると共に、スリット及び圧電板分割によって分離されたFPCを分離ブロック毎で折り畳む。これによりコンベックストランスジューサに於いてもFPCを収納性良く処理することが可能となる。
【0008】
しかしながらこのようなコンベックス型の超音波トランスジューサには次のような問題点がある。
アレイを構成する圧電振動子の配列ピッチが小さくし、これに応じてFPCの回路配線ピッチを小さくするような場合、製造限界等の理由により配線パターンの間隙にスリットを形成できなくなる恐れがある。図12は圧電板1の近傍までスリット5を形成可能な場合、図13は圧電板1の近傍までスリット5を形成できない場合、をそれぞれ示している。
【0009】
このため振動子配列を曲面状に変形してFPCを折り畳むことができず、あるいは圧電振動子の隣接位置で折り畳むことができない。したがって超音波トランスジューサの収納性が悪化するという問題点がある。
【0010】
ところで、圧電振動子の背面にプリント配線板を配置し、プリント配線板の所定の位置に設けられた導体露出部(導体パッド)と圧電振動子背面の駆動電極とを電気接続して電気端子を引き出すことを特徴とした二次元アレイ超音波トランスジューサが知られている。このような二次元アレイ超音波トランスジューサにおいては、一般に、導体露出部としてバンプ(突出)構造を採用している。
【0011】
図14及び図15は、振動子板の背面に配置するプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図であって、列方向に8つの素子を配置した2次元アレイトランスジューサに用いるプリント配線板の第m行トランスジューサに接続される導体露出部の配線パターンを示す。図14においては、列方向8素子の駆動電極をそれぞ独立して引き出す為の配線パターンを示している。また、図15は中央部の第4列と第5列、第3列と第6列の駆動電極を共通接続して引き出す為の配線パターンを示している。
【0012】
図16は、プリント配線板の導体露出部の断面を示す図である。
配線パターン上の電気絶縁層(ポリイミド)に露出孔を設けて導体露出部を形成する。この露出孔内に導電性部材を充填し、且つ電気絶縁層の表面に突出するようにバンプ200を形成する。尚、図16において201はカバーレイ(ポリイミド)、202は接着剤、203は導体層、204はベースである。
【0013】
このような従来のプリント配線板には次のような問題点がある。
プリント配線板の回路配線の製造限界によって、導体露出部の配列ピッチ及び配列個数は制限され、これにより配線パターンの形成方法に制約がある。すなわち導体露出部を回避して配線パターンを形成するため隣接する導体露出部間の距離(繰返しピッチ)に応じて配線可能なパターン数が制限される。このため所要の導体露出部の数を満足するように配線回路数を増やすことができない。また導体露出部を共通接続するといった複雑な配線にも制約が生じる。また隣接する導体露出部間の距離(繰返しピッチ)を狭めることにも制約がある。
【0014】
したがって、導体露出部と接続される圧電振動子数あるいは圧電振動子の配列ピッチに制約があるという問題点がある。
図14に示したプリント配線板では、配線パターン形成の限界により行方向の繰り返しピッチを小さくすることができない。また仮に繰り返しピッチが同じであっても配線パターン数の増加につながる列方向の導体露出部数を増やすことができない。したがって、行方向のトランスジューサ配列ピッチを小さくすることができないという問題点がある。また、列方向のトランスジューサ配列数を増やすこともできない。
【0015】
また図15にしめしたプリント配線板では、行方向の繰返しピッチ(すなわち行方向のトランスジューサピッチ)を大きくすることなく第1列と第8列、第2列と第7列の導体露出部を共通接続するとともに列方向において対称の位置にある導体露出部をプリント配線板上で完全に共通接続することができないという問題点がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、次のような超音波トランスジューサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
(1)信号線の間隙にスリットを形成できないような場合であっても、プリント配線板を振動子板に隣接する位置で折り畳むことが可能であり、これにより収納性が良好な超音波トランスジューサ及びその製造方法。
(2)振動子板に配列される振動子数を増加することが可能であり、振動子の配列ピッチを小さくすることが可能な超音波トランスジューサ。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1局面は、複数の超音波振動子が二次元的に配列された振動子板と、前記超音波振動子に対し接続される信号線が配線されたプリント配線板とを有し、前記プリント配線板の信号取出し面が所定方向に折り畳まれる超音波トランスジューサにおいて、前記プリント配線板は、前記プリント配線板に設けられたスリットと、前記プリント配線板が折り曲げられる箇所において前記スリットと連結して設けられる表面から裏面に達する貫通孔とを有することを特徴とする。
本発明の第2局面は、複数の超音波振動子が二次元的に配置された振動子板に対し、前記超音波振動子に接続される信号線が配線されたプリント配線板を接合した後、前記プリント配線板の信号取出し面を所定方向に折り畳む超音波トランスジューサの製造方法において、前記プリント配線板に対し、表面から裏面に達する貫通孔を形成するステップと、前記貫通孔と連結する、前記プリント配線板を分割するためのスリットを形成するステップと、前記貫通孔の位置で前記プリント配線板を折り曲げるステップとを有することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの構成を示す図であって、同図(a)は平面図、同図(b)は断面図である。なお図9乃至図13に示す従来例と同一の要素部品には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0019】
まず図1(a)に示すように、本実施形態の超音波トランスジューサは、複数の超音波振動子が二次元的に配置された振動子板1と、これら超音波振動子に対し接続される信号線2が配線されたFPC(フレキシブルプリント基板)3とを有しており、FPC3の所定位置には、表面から裏面に達する貫通孔4が形成されている。この貫通孔4は、FPCを形成した後、レーザーエッチングあるいはケミカルエッチング処理によりFPCの樹脂部分を除去することにより形成可能である。また貫通孔4はFPC3上の信号線2の配線間隔の最短長よりも大なる幅を有している。なお、貫通孔4は単一の配線パターン間隙のみならず隣接する複数の配線パターン間隙に及んで形成されているが、形成方法によれば単一の配線パターン間隙のみに貫通孔4を形成するように構成しても良い。
【0020】
図1(b)に示すように貫通孔4と重なる位置に配線された信号線2は、FPC3の表面側および裏面側共に露出しているが、この信号線2の露出部分を特定の被覆部材、例えばFPCの他の部分とは異なる部材(樹脂)により被覆しても良い。
【0021】
以下、図2〜図5を参照しながら、二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法について具体的に説明する。
先ず、図2(a)〜同図(c)に示すように、分割電極が形成された振動子板90の背面にFPC91を位置整合して装着し、その後、FPC91の背面に音響漏れを防止するためのバッキング材92を装着する。なおFPC91には、上述したような複数の貫通孔が予め形成されている(図示していない)。バッキング材92としては超音波振動子と同様の部材あるいはFPC91とほぼ等しい音響インピーダンスを有する材料を使用しFPC91での音響反射を軽減することが好ましい。また、バッキング材92としては後工程での製造誤差を抑えるために熱変化が少なく、耐圧性の高い材料が好ましい。また、厚み方向に複数の部材を積層してバッキング材92を形成すること、すなわち熱変化が少なく耐圧性の高い材料を下層に、また上層には音響性能を調整するための層を有する積層バッキング材を形成することによって、製造誤差を抑えて、なおかつ良好な音響特性を得ることができる。
【0022】
次に図3(a)に示すように、振動子板90を行方向に沿って少なくとも厚みの1/2以上の深さまで切削し、振動子板90を完成時の列方向の振動子数分(ここでは便宜上二つとする)に分割する。勿論、信号線を分断せずに振動子板90を分割することが可能な場合には振動子板90を完全に分離し、FPC91まで切削するようにしてもよい。そして切削により形成された溝93に、図3(b)に示すように非導電性且つ硬化性の充填材94を充填する。この充填材94の材料としては、隣接する素子間の音響結合が小さく且つ機械的強度が大きい樹脂を採用する。充填材94の充填後、図3(c)に示すように振動子板90の前面(超音波放射面)一面に共通アース電極95としてのAu薄膜を例えばスパッタ処理により形成する。
【0023】
共通アース電極95上には、図4(a)に示すように、音響整合層96が装着される。続いて図4(b)に示すように、音響整合層96から振動子板90を経て少なくともFPC91及びバッキング材92に到達する深度で、切削により列方向に沿って圧電振動子分割溝97を形成し、音響整合層96および振動子板90を完成時の行方向の振動子数分(ここでは便宜上三つとする)に分割する。この分割は、上述した配線パターン非形成領域にて行なうため、配線パターンを分断することはない。なお、複数形成される溝97のうち、幾つかの溝97は上述した貫通孔に連結して形成される。
【0024】
そして図5(a)に示すように、FPC91を折り畳むためのスリット98を切削により形成した後、全体を強制的に湾曲させる。ここで、スリット98は、FPC91の端部から貫通孔100に至る溝であって、FPC91を完全に分離するものである。そして図5(b)に示すように、スリット98毎にFPC91を分割し、この分割されたFPC91の信号取出し面を、貫通孔100の位置においてバッキング材92を包み込む方向に折り畳む。
【0025】
以上により、複数の超音波振動子が曲面状に配置され、超音波送受波面が凸状をなす二次元アレイ超音波トランスジューサ(コンベックスプローブ)を形成できる。
【0026】
従来では配線パターンが放射状に形成(図示しない)され、かつ振動子板90近傍位置における配線パターン間隔が非常に狭いような場合は、スリット98を振動子板90の側面に近い位置まで形成できず、このためFPC91を当該位置で折り畳むことができなかったが、本実施形態では、予め形成された貫通孔100にスリット98を連結して形成するのみで、FPC91を振動子板90の側面に近い位置で折り畳むことができる。したがってFPC91の端部が振動子板90の側面から極度に突出することがないためトランスジューサの収納性を向上できる。
【0027】
(第2実施形態)
上記第1実施形態においては、FPC(フレキシブルプリント基板)の折り畳みについて説明したが、続いて第2実施形態においては、FPCの導体露出部、配線パターン等の具体例について説明する。
【0028】
図6は、本発明の第2実施形態に係るFPCの断面図である。本実施形態のFPCは、交互に重ね合わされる複数の導電層及び電気絶縁層を有することを特徴としている。すなわち、図6に示すように複数の導体層20(ここでは二層)と電気絶縁層21とが交互に重ね合わされて成り、個々の導体層間はスルーホール22を介して電気的に接続されている。導体層20の数は二層に限定されず、層の数をさらに増やしても良い。
【0029】
FPCに分散して設けられた複数の導体露出部と、振動子板(図示しない)に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続された状態で、FPCと振動子板とが電気絶縁性樹脂を介して接着される。
【0030】
ところで、図6(a)は、導体層間を接続するスルーホール22と同一の位置に導体露出部23が形成されている例、図6(b)は、導体層間を接続するスルーホール22とは異なる位置に導体露出部23が形成されている例、をそれぞれ示している。
【0031】
図6(a)に示す例では、ポリイミドから成る電気絶縁層21に、下層側の導体層20の表面に達する露出孔(スルーホール)22を形成し、この露出孔内に導電材を充填し、その上に電気絶縁層表面から突出する突出部(バンプ)を形成してこれを導体露出部23とする。この導体露出部23は、FPC表面から突出する。このような図6(a)の例では、導体露出部形成および導体層間の電気接続を同じ位置で実現可能であるため、FPC内のスペース効率に優れている。
【0032】
また、図6(b)に示す例では、図6(a)と同様にスルーホール22および導体露出部23が形成されるが、スルーホール22と導体露出部23とが互いに離間した位置に形成されているため、スペース効率に関して言えば図6(a)の例に劣るが、その一方で製造が容易であるという利点を有している。
【0033】
図7および図8は、図6(a)および(b)に示した導体露出部を有するFPCにおける配線パターンを示す図であって、図7は図14に示した配線パターンに対し図6(a)のような層構造を適用したものである。また図8は、図15に示した配線パターンに対し図6(b)のような層構造を適用したものである。
【0034】
図7によれば、配線パターンの一部を、他のパターンを形成した導体層とは異なる導体層を経由させることによって、行方向の繰返しピッチを小さくすることができる。または、列方向における導体露出部の配置数を増やす(配線パターン数を増やすことに相当する)ことができる。したがって、行方向におけるトランスジューサ配列ピッチを小さくすることができ、列方向におけるトランスジューサ配列数を増やすことができる。
【0035】
また、図8によれば、配線パターンの一部を、他のパターンを形成した導体層とは異なる導体層を経由させることによって、行方向の繰返しピッチを大きくすることなしに導体露出部間を共通接続することができる。したがって、行方向におけるトランスジューサ配列ピッチを大きくすることなしに、列方向において対称となる位置にあるトランスジューサの駆動電極を共通接続することができ、複雑な配線パターンを形成できる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような超音波トランスジューサ及びその製造方法を提供できる。
(1)信号線の間隙にスリットを形成できないような場合であっても、プリント配線板を振動子板に隣接する位置で折り畳むことが可能であり、これにより収納性が良好な超音波トランスジューサ及びその製造方法。
(2)振動子板に配列される振動子数を増加することが可能であり、振動子の配列ピッチを小さくすることが可能な超音波トランスジューサ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの構成を示す図であって、同図(a)は平面図、同図(b)は断面図。
【図2】本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図3】本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図4】本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図5】本発明の第1実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図6】本発明の第2実施形態に係るFPCの断面図。
【図7】本発明の第2実施形態に係る導体露出部を有するFPCにおける配線パターンを示す図。
【図8】本発明の第2実施形態に係る導体露出部を有するFPCにおける配線パターンを示す図。
【図9】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図10】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図11】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図12】従来例に係る超音波トランスジューサにおいて圧電板の近傍までスリットを形成可能な場合を示す図。
【図13】従来例に係る超音波トランスジューサにおいて圧電板の近傍までスリットを形成できない場合を示す図。
【図14】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図。
【図15】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図。
【図16】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の導体露出部の断面を示す図。
【符号の説明】
1…圧電振動子板
2…配線パターン
3…FPC(フレキシブルプリント基板)
4…貫通孔
5…スリット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic transducer connected to an ultrasonic diagnostic apparatus and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Among this type of ultrasonic transducers known so far, a so-called two-dimensional array type ultrasonic transducer has a plurality of ultrasonic transducers (piezoelectric transducers) arranged in a matrix. According to such a two-dimensional array ultrasonic transducer, the drive aperture and focus distance can be adjusted freely, and a three-dimensional region can be scanned with an ultrasonic beam while the probe is fixed to the subject. The two-dimensional array ultrasonic transducer contributes to improving the image quality and is suitable for creating a three-dimensional image.
[0003]
A two-dimensional array type ultrasonic transducer electrically connects a flexible printed wiring board (FPC), on which a plurality of signal lines for extracting signals transmitted and received by individual ultrasonic transducers, and a piezoelectric plate, and then connects the piezoelectric plate. In general, it is manufactured by dividing into an array and forming a piezoelectric vibrator array. Among the two-dimensional array type ultrasonic transducers, the convex type ultrasonic transducer (convex transducer) in which the piezoelectric vibrator array is arranged in a convex shape is divided into piezoelectric plates to form an array. The array is bent into a curved shape along the direction to form a convex shape.
[0004]
In such a convex transducer, a slit is formed in the wiring pattern gap of the FPC, and the FPC is divided and folded for each slit. That is, such a slit is provided in order to fold the FPC with good storage properties even when the transducer array is bent into a curved surface.
[0005]
9 to 11 are views showing a structure and a manufacturing method of an ultrasonic transducer according to a conventional example.
First, as shown in FIGS. 9A and 9B, the FPC 3 in which the slits 5 are previously formed in the gaps between the individual wiring patterns 2 and the piezoelectric plate 1 are joined. The slit 5 is formed to reach the vicinity of the piezoelectric plate 1. In the FPC 3 shown in FIG. 9, the individual wiring patterns 2 are parallel to each other. However, in other FPCs, the circuit gap is gradually widened so that the signal extraction from the piezoelectric plate is easy, and the wiring pattern is changed. Generally it is radial.
[0006]
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a part of the piezoelectric plate 1 and the FPC 3 is divided to form an arrayed ultrasonic transducer. At the position of the slit 5 of the FPC 3, the FPC 3 is completely divided in the gap of the wiring pattern 2 in which the slit 5 is formed simultaneously with the division of the piezoelectric plate 1. Before and after this step, backing material connection, acoustic matching layer formation, and ground electrode extraction are appropriately performed.
[0007]
Then, as shown in FIG. 11, in order to make the ultrasonic transducer array into a convex shape, the array transducer formed in a planar shape is bent along the array arrangement direction and separated by slits and piezoelectric plate division. FPC is folded for each separation block. This makes it possible to process the FPC with good storage properties even in a convex transducer.
[0008]
However, such a convex-type ultrasonic transducer has the following problems.
When the arrangement pitch of the piezoelectric vibrators constituting the array is reduced and the circuit wiring pitch of the FPC is reduced accordingly, there is a possibility that slits cannot be formed in the gaps of the wiring pattern due to manufacturing limitations. 12 shows the case where the slit 5 can be formed up to the vicinity of the piezoelectric plate 1, and FIG. 13 shows the case where the slit 5 cannot be formed up to the vicinity of the piezoelectric plate 1.
[0009]
Therefore, the FPC cannot be folded by deforming the transducer array into a curved surface, or cannot be folded at a position adjacent to the piezoelectric transducer. Therefore, there is a problem that the storage property of the ultrasonic transducer is deteriorated.
[0010]
By the way, a printed wiring board is arranged on the back surface of the piezoelectric vibrator, and an electric terminal is electrically connected to a conductor exposed portion (conductor pad) provided at a predetermined position of the printed wiring board and a driving electrode on the back face of the piezoelectric vibrator. 2. Description of the Related Art Two-dimensional array ultrasonic transducers characterized by extraction are known. Such a two-dimensional array ultrasonic transducer generally employs a bump (protrusion) structure as a conductor exposed portion.
[0011]
14 and 15 are diagrams showing a wiring pattern and a structure of a printed wiring board disposed on the back surface of the vibrator plate, and a second example of the printed wiring board used in the two-dimensional array transducer in which eight elements are arranged in the column direction. The wiring pattern of the conductor exposed part connected to an m-row transducer is shown. FIG. 14 shows a wiring pattern for independently pulling out drive electrodes of 8 elements in the column direction. FIG. 15 shows a wiring pattern for connecting and extracting the drive electrodes in the fourth and fifth rows in the central portion and the third and sixth rows in common.
[0012]
FIG. 16 is a view showing a cross section of a conductor exposed portion of a printed wiring board.
An exposed hole is formed in the electrical insulating layer (polyimide) on the wiring pattern to form a conductor exposed portion. The exposed hole is filled with a conductive member, and the bump 200 is formed so as to protrude from the surface of the electrical insulating layer. In FIG. 16, 201 is a cover lay (polyimide), 202 is an adhesive, 203 is a conductor layer, and 204 is a base.
[0013]
Such a conventional printed wiring board has the following problems.
The arrangement pitch and the number of arrangement of the conductor exposed portions are limited by the manufacturing limit of the circuit wiring of the printed wiring board, and this restricts the method of forming the wiring pattern. That is, the number of patterns that can be wired is limited according to the distance (repeated pitch) between adjacent conductor exposed portions in order to form the wiring pattern while avoiding the conductor exposed portions. For this reason, the number of wiring circuits cannot be increased so as to satisfy the required number of exposed conductors. In addition, there are restrictions on complicated wiring such as common connection of exposed conductors. There is also a limitation in narrowing the distance (repeated pitch) between adjacent conductor exposed portions.
[0014]
Therefore, there is a problem that the number of piezoelectric vibrators connected to the conductor exposed portion or the arrangement pitch of the piezoelectric vibrators is limited.
In the printed wiring board shown in FIG. 14, the repetition pitch in the row direction cannot be reduced due to the limit of the wiring pattern formation. Even if the repetition pitch is the same, the number of exposed conductors in the column direction that leads to an increase in the number of wiring patterns cannot be increased. Therefore, there is a problem that the transducer arrangement pitch in the row direction cannot be reduced. Also, the number of transducer arrays in the column direction cannot be increased.
[0015]
In the printed wiring board shown in FIG. 15, the conductor exposed portions of the first column and the eighth column, and the second column and the seventh column are shared without increasing the repeat pitch in the row direction (that is, the transducer pitch in the row direction). There is a problem in that the conductor exposed portions that are connected and at symmetrical positions in the column direction cannot be completely commonly connected on the printed wiring board.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer and a manufacturing method thereof as follows.
(1) Even when slits cannot be formed in the gaps between signal lines, it is possible to fold the printed wiring board at a position adjacent to the vibrator plate, and thereby an ultrasonic transducer with good storage properties and Its manufacturing method.
(2) An ultrasonic transducer capable of increasing the number of vibrators arranged on the vibrator plate and reducing the arrangement pitch of the vibrators.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention includes a vibrator plate in which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged, and a printed wiring board on which signal lines connected to the ultrasonic transducers are wired. In the ultrasonic transducer in which the signal extraction surface of the printed wiring board is folded in a predetermined direction, the printed wiring board is connected to the slit provided in the printed wiring board and the slit at the place where the printed wiring board is bent. And a through hole reaching from the front surface to the back surface.
According to a second aspect of the present invention, a printed wiring board on which a signal line connected to the ultrasonic transducer is bonded to an oscillator plate on which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged. In the method of manufacturing an ultrasonic transducer that folds the signal extraction surface of the printed wiring board in a predetermined direction, a step of forming a through hole reaching from the front surface to the back surface of the printed wiring board is connected to the through hole , The method includes a step of forming a slit for dividing the printed wiring board, and a step of bending the printed wiring board at the position of the through hole.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B are diagrams showing a configuration of a two-dimensional array ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view. The same component parts as those in the conventional example shown in FIGS. 9 to 13 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0019]
First, as shown in FIG. 1A, the ultrasonic transducer of this embodiment is connected to a transducer plate 1 in which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged, and these ultrasonic transducers. It has an FPC (flexible printed circuit board) 3 on which a signal line 2 is wired, and a through hole 4 reaching from the front surface to the back surface is formed at a predetermined position of the FPC 3. The through hole 4 can be formed by removing the resin portion of the FPC by laser etching or chemical etching after forming the FPC. The through hole 4 has a width larger than the shortest length of the wiring interval of the signal lines 2 on the FPC 3. The through hole 4 is formed not only in a single wiring pattern gap but also in a plurality of adjacent wiring pattern gaps. According to the forming method, the through hole 4 is formed only in a single wiring pattern gap. You may comprise as follows.
[0020]
As shown in FIG. 1B, the signal line 2 wired at the position overlapping the through hole 4 is exposed on both the front side and the back side of the FPC 3, and the exposed portion of the signal line 2 is defined as a specific covering member. For example, you may coat | cover with the member (resin) different from the other part of FPC.
[0021]
Hereinafter, a method for manufacturing a two-dimensional array ultrasonic transducer will be specifically described with reference to FIGS.
First, as shown in FIGS. 2A to 2C, the FPC 91 is mounted on the back surface of the vibrator plate 90 on which the divided electrodes are formed, and then acoustic leakage is prevented on the back surface of the FPC 91. A backing material 92 for mounting is attached. The FPC 91 has a plurality of through holes as described above (not shown). As the backing material 92, it is preferable to use the same member as the ultrasonic transducer or a material having an acoustic impedance substantially equal to that of the FPC 91 to reduce acoustic reflection at the FPC 91. Further, as the backing material 92, a material having a small pressure change and high pressure resistance is preferable in order to suppress a manufacturing error in a subsequent process. Further, a plurality of members are laminated in the thickness direction to form the backing material 92, that is, a laminated backing having a layer having a layer for adjusting acoustic performance as an upper layer, and a material having a high heat resistance with little heat change. By forming the material, it is possible to suppress manufacturing errors and obtain good acoustic characteristics.
[0022]
Next, as shown in FIG. 3A, the vibrator plate 90 is cut along the row direction to a depth of at least half or more of the thickness, and the vibrator plate 90 is equal to the number of vibrators in the column direction at the time of completion. (Here, it is divided into two for convenience). Needless to say, when the vibrator plate 90 can be divided without dividing the signal line, the vibrator plate 90 may be completely separated and cut to the FPC 91. A groove 93 formed by cutting is filled with a non-conductive and curable filler 94 as shown in FIG. As the material of the filler 94, a resin having a small acoustic coupling between adjacent elements and a high mechanical strength is employed. After filling with the filler 94, as shown in FIG. 3C, an Au thin film as a common ground electrode 95 is formed on the entire front surface (ultrasonic radiation surface) of the vibrator plate 90 by, for example, sputtering.
[0023]
On the common ground electrode 95, an acoustic matching layer 96 is mounted as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 4B, the piezoelectric vibrator dividing grooves 97 are formed along the column direction by cutting at a depth reaching at least the FPC 91 and the backing material 92 from the acoustic matching layer 96 through the vibrator plate 90. Then, the acoustic matching layer 96 and the vibrator plate 90 are divided into the number of vibrators in the row direction at the time of completion (here, three for convenience). Since this division is performed in the above-described wiring pattern non-formation region, the wiring pattern is not divided. Of the plurality of grooves 97, some of the grooves 97 are connected to the above-described through holes.
[0024]
And after forming the slit 98 for folding FPC91 by cutting as shown to Fig.5 (a), the whole is forcedly curved. Here, the slit 98 is a groove extending from the end portion of the FPC 91 to the through hole 100 and completely separates the FPC 91. Then, as shown in FIG. 5B, the FPC 91 is divided for each slit 98, and the signal extraction surface of the divided FPC 91 is folded in the direction of wrapping the backing material 92 at the position of the through hole 100.
[0025]
As described above, it is possible to form a two-dimensional array ultrasonic transducer (convex probe) in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a curved surface and the ultrasonic wave transmitting / receiving surface has a convex shape.
[0026]
Conventionally, when the wiring pattern is formed radially (not shown) and the wiring pattern interval in the vicinity of the transducer plate 90 is very narrow, the slit 98 cannot be formed to a position close to the side surface of the transducer plate 90. For this reason, the FPC 91 cannot be folded at this position, but in this embodiment, the FPC 91 is close to the side surface of the vibrator plate 90 only by connecting the slit 98 to the through-hole 100 formed in advance. Can be folded in position. Therefore, since the end portion of the FPC 91 does not extremely protrude from the side surface of the vibrator plate 90, the storage capacity of the transducer can be improved.
[0027]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the folding of the FPC (flexible printed circuit board) has been described. Subsequently, in the second embodiment, specific examples of the FPC conductor exposed portion, the wiring pattern, and the like will be described.
[0028]
FIG. 6 is a cross-sectional view of an FPC according to the second embodiment of the present invention. The FPC of this embodiment is characterized by having a plurality of conductive layers and electrical insulating layers that are alternately stacked. That is, as shown in FIG. 6, a plurality of conductor layers 20 (two layers in this case) and electrical insulating layers 21 are alternately stacked, and the individual conductor layers are electrically connected through the through holes 22. Yes. The number of conductor layers 20 is not limited to two, and the number of layers may be further increased.
[0029]
In a state where the plurality of conductor exposed portions provided dispersed in the FPC and the electrodes on the back surfaces of the plurality of ultrasonic transducers provided on the transducer plate (not shown) are electrically connected, The vibrator plate is bonded via an electrically insulating resin.
[0030]
FIG. 6A shows an example in which a conductor exposed portion 23 is formed at the same position as the through hole 22 connecting the conductor layers. FIG. 6B shows the through hole 22 connecting the conductor layers. Examples in which the conductor exposed portions 23 are formed at different positions are respectively shown.
[0031]
In the example shown in FIG. 6A, an exposed hole (through hole) 22 reaching the surface of the lower conductor layer 20 is formed in the electrically insulating layer 21 made of polyimide, and a conductive material is filled in the exposed hole. Then, a protruding portion (bump) protruding from the surface of the electrical insulating layer is formed thereon, and this is used as a conductor exposed portion 23. The conductor exposed portion 23 protrudes from the FPC surface. In the example of FIG. 6A, the formation of the conductor exposed portion and the electrical connection between the conductor layers can be realized at the same position, so that the space efficiency in the FPC is excellent.
[0032]
Further, in the example shown in FIG. 6B, the through hole 22 and the conductor exposed portion 23 are formed as in FIG. 6A, but the through hole 22 and the conductor exposed portion 23 are formed at positions separated from each other. Therefore, in terms of space efficiency, it is inferior to the example of FIG. 6A, but on the other hand, it has the advantage of easy manufacture.
[0033]
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing wiring patterns in the FPC having the conductor exposed portions shown in FIGS. 6A and 6B. FIG. 7 shows the wiring pattern shown in FIG. The layer structure as in a) is applied. FIG. 8 shows a case where a layer structure as shown in FIG. 6B is applied to the wiring pattern shown in FIG.
[0034]
According to FIG. 7, the repeat pitch in the row direction can be reduced by passing a part of the wiring pattern through a conductor layer different from the conductor layer on which another pattern is formed. Alternatively, the number of conductor exposed portions in the column direction can be increased (corresponding to increasing the number of wiring patterns). Therefore, the transducer array pitch in the row direction can be reduced, and the number of transducer arrays in the column direction can be increased.
[0035]
Further, according to FIG. 8, by passing a part of the wiring pattern through a conductor layer different from the conductor layer on which other patterns are formed, the conductor exposed portions can be separated without increasing the repeat pitch in the row direction. Can be connected in common. Accordingly, the drive electrodes of the transducers at symmetrical positions in the column direction can be commonly connected without increasing the transducer arrangement pitch in the row direction, and a complicated wiring pattern can be formed.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following ultrasonic transducer and method for manufacturing the same can be provided.
(1) Even when slits cannot be formed in the gaps between signal lines, it is possible to fold the printed wiring board at a position adjacent to the vibrator plate, and thereby an ultrasonic transducer with good storage properties and Its manufacturing method.
(2) An ultrasonic transducer capable of increasing the number of vibrators arranged on the vibrator plate and reducing the arrangement pitch of the vibrators.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing a configuration of a two-dimensional array ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a manufacturing method of the two-dimensional array ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining a manufacturing method of the two-dimensional array ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view for explaining a manufacturing method of the two-dimensional array ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view for explaining a manufacturing method of the two-dimensional array ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an FPC according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a wiring pattern in an FPC having a conductor exposed portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a wiring pattern in an FPC having a conductor exposed portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 12 is a diagram showing a case where a slit can be formed up to the vicinity of a piezoelectric plate in an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 13 is a diagram showing a case where a slit cannot be formed in the vicinity of a piezoelectric plate in an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 14 is a diagram showing a wiring pattern and structure of a printed wiring board of an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 15 is a diagram showing a wiring pattern and structure of a printed wiring board of an ultrasonic transducer according to a conventional example.
FIG. 16 is a view showing a cross section of a conductor exposed portion of a printed wiring board of an ultrasonic transducer according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric vibrator plate 2 ... Wiring pattern 3 ... FPC (flexible printed circuit board)
4 ... Through hole 5 ... Slit

Claims (7)

複数の超音波振動子が二次元的に配列された振動子板と、前記超音波振動子に対し接続される信号線が配線されたプリント配線板とを有し、前記プリント配線板の信号取出し面が所定方向に折り畳まれる超音波トランスジューサにおいて、
前記プリント配線板は、
前記プリント配線板に設けられたスリットと、
前記プリント配線板が折り曲げられる箇所において前記スリットと連結して設けられる表面から裏面に達する貫通孔とを有することを特徴とする超音波トランスジューサ。
A transducer board in which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged, and a printed wiring board on which signal lines connected to the ultrasonic transducers are wired, and signal extraction from the printed wiring board In an ultrasonic transducer where the surface is folded in a predetermined direction,
The printed wiring board is
A slit provided in the printed wiring board;
An ultrasonic transducer having a through-hole extending from the front surface to the back surface provided in connection with the slit at a location where the printed wiring board is bent .
前記貫通孔は、前記プリント配線板上の信号線の配線間隔の最短長よりも大なる幅を有していることを特徴とする請求項1に記載の超音波トランスジューサ。  The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the through hole has a width that is greater than a minimum length of a wiring interval of signal lines on the printed wiring board. 前記貫通孔と重なる位置に配線された前記信号線は、前記プリント配線板の表面側および裏面側共に露出していることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波トランスジューサ。  3. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the signal line wired at a position overlapping the through hole is exposed on both a front surface side and a back surface side of the printed wiring board. 前記信号線の露出部分は、特定の被覆部材により被覆されることを特徴とする請求項3に記載の超音波トランスジューサ。  4. The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein the exposed portion of the signal line is covered with a specific covering member. 前記プリント配線板は、前記スリットにより複数の分割板に分割されることを特徴とする請求項1又は2又は3又は4に記載の超音波トランスジューサ。The ultrasonic transducer according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the printed wiring board is divided into a plurality of divided boards by the slits . 前記複数の超音波振動子は、曲面状に配置されることを特徴とする請求項1又は2又は3又は4又は5に記載の超音波トランスジューサ。  The ultrasonic transducer according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the plurality of ultrasonic transducers are arranged in a curved shape. 複数の超音波振動子が二次元的に配置された振動子板に対し、前記超音波振動子に接続される信号線が配線されたプリント配線板を接合した後、前記プリント配線板の信号取出し面を所定方向に折り畳む超音波トランスジューサの製造方法において、
前記プリント配線板に対し、表面から裏面に達する貫通孔を形成するステップと、
前記貫通孔と連結して設けられる、前記プリント配線板を分割するためのスリットを形成するステップと、
前記貫通孔の位置で前記プリント配線板を折り曲げるステップとを有することを特徴とする超音波トランスジューサの製造方法。
After joining a printed wiring board on which a signal line connected to the ultrasonic transducer is bonded to a transducer plate in which a plurality of ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged, signal extraction from the printed wiring board In the manufacturing method of the ultrasonic transducer that folds the surface in a predetermined direction,
For the printed wiring board, forming a through hole reaching the back surface from the front surface;
Forming a slit for dividing the printed wiring board provided in connection with the through hole; and
A step of bending the printed wiring board at the position of the through hole.
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