JP3934202B2

JP3934202B2 - Ultrasonic probe

Info

Publication number: JP3934202B2
Application number: JP09135797A
Authority: JP
Inventors: 由喜男伊藤; 佐藤　　裕; 孝也大澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10262968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて被検体内を画像として描出する超音波装置の分野で用いられる超音波探触子に係り、特に電気的クロストーク等を軽減して良好な超音波画像を得るための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療画像診断に用いられる超音波診断装置は超音波パルス反射法を用いて、生体の軟部組織の断層像や生成内を流れる血流像等をほぼリアルタイムでモニタに表示して観察でき、また放射線被爆のようなものもなく安全性が高いとされ、さらに小型で安価なこともあって、広く医療の分野で利用されている。かかる超音波診断装置では、被検体内への超音波の送信と被検体内からのエコー信号の受信のために超音波探触子を用いる。
【０００３】
超音波探触子の基本構成は一般に、圧電振動子の背面に吸音材，超音波の放射面に音響整合層を設けたものから形成されている。電子走査型の超音波装置に用いられる探触子は、通常細長い短冊状の振動子が多数配列されたものからなっている。この細長い短冊状の振動子の複数個を一群として、その一群の中の各振動子をそれぞれ所定の遅延時間を与えて駆動する。これにより、探触子から被検体内の所定深度及び所定方向へ、収束する超音波ビームを送信する。また、受信時にも各振動子へ時間とともに変化する遅延時間を与えて所定方向から超音波ビームを受信する。そして、前記送受信の超音波ビームを振動子の配列方向に移動して、被検体内を走査することにより、超音波画像データを得る。
【０００４】
上記走査により良好な超音波画像を得るには、超音波ビームの走査範囲全体にわたり、超音波ビームの指向性が優れ、かつ細い超音波ビームが形成される必要がある。このためには、配列振動子の振動子間での電気的クロストークが小さく、高Ｓ／Ｎ化が重要である。
【０００５】
一般に超音波探触子では、振動子の裏面の電極に信号を印加し、超音波放射面，即ち表面の電極をグランドし、電磁的にはシールド電極として使用するのが通常である。複数個の振動子を配列したアレイ型超音波探触子においては、各微細振動子素子の裏面電極に各々信号を印加するために配線板を接続し、各々の素子間は絶縁され、電気的クロストークが小さいことが要求される。一方、超音波放射面の表面電極はすべて共通グランドにおとす構成になっている。従来、このような電極構成にするために、信号印加用の配線板と共通グランド用の引出し線あるいは板を別々に振動子に接続する方法がとられている。また、この配線板と超音波装置本体とは同軸ケーブルによりつながれるが、配線板と同軸ケーブル間はコネクタによって接続されている。この場合、従来は、コネクタのレセタクルと接続される配線板のピンパターンは隣接した信号ピンより構成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の超音波探触子には次のような欠点があった。配線板には、振動子に接続される信号線のみが配線されているために、信号が印加されると、信号線間に電界が生じ、電気的なクロストークの発生は免れなかった。また、共通グランドの引出し線は細い銅線よりなっているためにグランドが弱く、それによっても振動子素子間の電気的クロストークが発生した。さらに、コネクタは信号ピンのみが隣接した構成になっているために、その間でもクロストークが発生した。
【０００７】
本発明の目的は、複数個の振動子を配列した電子走査用アレイ型探触子等において、上記従来の欠点を除去した超音波探触子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波探触子は、圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波照射側に配置される音響整合層及び音響レンズと、前記圧電振動子の背面に配置される吸音材と、前記圧電振動子の周辺に信号電極およびグランド電極を分離する少なくとも一つの切欠部とを有する超音波探触子において、前記信号電極に接続する信号線と、前記グランド電極に接続する全面ベタの銅はくよりなる第１のグランド線及び第２のグランド線と、絶縁板とを有する配線板を備え、前記信号線は前記絶縁板内部に前記圧電振動子のピッチと一致した一定のピッチで埋め込まれ、前記信号線の先端の上面は前記絶縁板から露出され前記信号電極と接続できるように形成され、前記絶縁板の上面に前記第１のグランド線が配置され、前記絶縁板の下面に前記第２のグランド線が配置され、前記第１のグランド線と前記第２のグランド線は前記絶縁板を貫通して接続される。
【０００９】
また、前記配線板は、前記配線板の後端部の一方の面に信号ピンと、前記信号ピンの間にグランドピンとを有し、前記信号線は該信号ピンに接続され、前記グランドピンは前記配線板の他方の面に形成された前記第１グランド線又は前記第２のグランド線とをスルーホールで接続される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態としてのいくつかの実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明の超音波探触子の第一の実施例で、ケースをとりはずした状態の内部構造を構成要素の一部を切断して示した図、図２はその主要部を拡大して示した断面図である。
【００１２】
図１において、１は吸音材で、例えばバリウムフェライトの粉末をゴムに混入し固めたもの、２は吸音材１の上に接着剤を用いて固着された圧電振動子で、例えばＰＺＴ圧電セラミックと、その上方向と下方向の２面及び両側面に焼き付けまたは印刷技術を用いて形成された電極とからなる。圧電振動子２は、図１のように、その横断面が矩形をしている短冊状の振動子素子をそれぞれ所定の間隔をおいて配列した構成となっている。３は第１音響整合層、４は第２音響整合層で、それぞれ振動子２の長さと同じ長さを有し、例えば、第１音響整合層３はタングステン粉末を混入したエポキシ樹脂の成形材からなり、第２音響整合層４はポリウレタン系樹脂の成形材からなり、各々の材料の超音波伝播速度から決まる波長（λ）の１／４の厚みに形成されている。５は音響レンズで、第２音響整合層４の上に接着剤で接着され、圧電振動子２から送信された超音波を振動子の配列方向と直交する面内（配列振動子の短軸方向）にて超音波をある深さに収束するものである。これらの構成は、従来の超波探触子と基本的に同様である。
【００１３】
次に、本実施例の特徴的構成について図２を用いて詳述する。圧電振動子２に設けられた電極は、二つの切欠部Ｌ１およびＬ２により分離されて、その上面すなわち超音波放射面に設けたグランド電極７と、裏面すなわち吸音材１と対接する面に設けた信号電極６とからなっている。ここで、グランド電極７は、振動子２の上面に設けた切欠部Ｌ１から側面を通じ、裏面の一端に設けた切欠部Ｌ２に対応する部分（これを端子Ｔ１とする）までまわり込むように形成する。一方、信号電極６は、圧電振動子２の裏面の該切欠部Ｌ２に対応する部分（これを端子Ｔ２とする）でグランド電極７と分離配置され、振動子２の切欠部Ｌ１まで表面に逆にまわり込むように形成する。１０は信号線９とグランド線８とを有するフレキシブル配線板であり、この配線板１０のグランド線８の先端がグランド電極７の端子Ｔ１に接続され、信号線９の先端が信号電極６の端子Ｔ２に接続される。なお、本超音波探触子の製造方法については後述する。
【００１４】
本実施例では、振動子２の裏面の一端で信号電極６とグランド電極７を対向配置することで、配線板１０として、信号線９とグランド線８が一体構成でグランドが全面ベタの上に信号線が配置された、いわゆるマイクロストリップ線路のフレキシブル配線板が使用できるため、信号線間の電気的クロストークを小さくすることができる。
【００１５】
図３は本発明の超音波探触子の第二の実施例の主要部の断面図を示すものであって、全体の構成は第一の実施例と基本的に同じ構成をとっている。第一の実施例と異なる点は、圧電振動子が二層のＰＺＴセラミックからなり、内部電極を有する二層振動子２から構成されていることにある。この場合の信号電極とグランド電極は、三つの切欠部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３により分離され、振動子２の表面と裏面の両面がグランド電極７になり、内部電極が信号電極６となる。信号電極６は、振動子の表面と裏面まで側面を通じてまわり込むように形成され、特に振動子２の裏面の一端では切欠部Ｌ２によりグランド電極７と分離されている。この切欠部Ｌ２に対応するグランド電極７および信号電極６の部分を、それぞれ、端子Ｔ１およびＴ２とし、これら端子Ｔ１およびＴ２に配線板１０のグランド線８の先端および信号線９の先端が接続される。
【００１６】
本実施例では、配線板１０は、グランド線用の全面導体と絶縁層（ポリイミド等）をはさんでその上に形成された信号線路からなった、いわゆるマイクロストリップ線路を有する配線板が用いられる。この場合も、配線板裏面の全面導体によりグランドにおとすことができるために、信号配線間のクロストークを低減させられる。また、グランドを大面積の導体により形成することができるため、グランド線を通じたクロストークも抑制される。
【００１７】
図４は、本発明の超音波探触子のさらに第三の実施例の主要部の断面図を示すもので、本実施例も、全体の構成は前述の二つの実施例と基本的には同じである。異なる点は圧電振動子２として三層のＰＺＴセラミックスからなる積層圧電体を用いている点にある。この三層振動子２の信号電極とグランド電極は切欠部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４により分離された、振動子２の表面がグランド電極７，振動子２の裏面が信号電極６からなる。ここで、振動子２の裏面の一端における電極構造は図１と同じであり、これら電極の端子Ｔ１，Ｔ２に、配線板１０のグランド線８と信号線９が接続される。本実施例においても、第一の実施例と同様のマイクロストリップ線路を有するフレキシブル配線板が使用できるため、信号線間の電気的クロストークを小さくできる。
【００１８】
図５は、図２および図４に示した超音波探触子に用いられるフレキシブル配線板１０の平面図であり、図６はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は絶縁板１１の上側に全面ベタの銅はくよりなるグランド線８を形成し、その下側には絶縁板１１’で支持された信号線９を設ける。信号線９の先端はグランド線８の先端よりも長くなるようにする。そして、信号線９のピッチは振動子２のピッチと一致するようにする。このような配線板１０を図２および図４のように振動子２に接続するには、まだ短冊状に切断されていない圧電振動子２のグランド電極７の端子Ｔ１に配線板１０のグランド線８の先端を接続し、信号電極６の端子Ｔ２には配線板１０の信号線９の先端を接続する。そして、振動子２を短冊状に切断するときに、同時に配線板１０のグランド線８および絶縁板１１，１１’を一定ピッチで所定の深さＣまで切断する。その結果、切断された振動子２ごとに、配線板１０のグランド線８および信号線９の先端が分離した形で、それぞれ、グランド電極７および信号電極６に接続されるようになる。
【００１９】
図７は図３の超音波探触子に用いられる配線板１０の平面図であり、図８はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は絶縁板１１の上側に信号線９を形成し、下側には全面ベタの銅はくよりなるグランド線８を設ける。グランド線８の先端は信号線９の先端よりも長くするように形成する。信号線９のピッチは振動子２のピッチと一致するようにする。振動子との接続は、まだ切断されていない振動子２のグランド電極７の端子Ｔ１に配線板１０のグランド線８の先端を接続し、信号電極６の端子Ｔ２には配線板１０の信号線９を接続することで行う。短冊状の振動子２を形成するときに、同時に配線板１０のグランド線８および絶縁板１１の先端を一定ピッチで深さＣまで切断する。
【００２０】
図９は配線板１０の他の実施例を示す平面図であり、図１０はそのＡ−Ａ’線上の断面図である。本実施例は、図５や図７に示す配線板１０の信号線９の間に第二のグランド線８’を設け、これと全面ベタの第一のグランド線８とを多数のスルーホール１２で接続したものである。すなわち、例えばポリイミド樹脂部材よりなる絶縁板１１の表面に信号線９を形成し、その間に第二のグランド線８’を設ける。絶縁板１１の裏面には全面ベタの銅はくよりなる第一のグランド線８を形成する。そして、これらグランド線８’とグランド線８とを多数のスルーホール１２で接続する。このように形成された配線板１０は、これまで説明してきたと同様な手法で、振動子の電極に接続され、振動子がカットされるとき、配線板の先端もカットされる。
【００２１】
本実施例の配線板１０では、信号線９の間にグランド線８’を挿入した構造になっている。これにより、配線板内の信号線間の電気的クロストークをいっそう小さくすることができる。なお、本実施例では、直線状の配線パターンについて説明したが、別にこれに限るわけではなく、曲線状パターンであっても良く、その信号線パターンの間にグランド線パターンが挿入されていれば良い。
【００２２】
図１１は配線板１０のさらに他の実施例を示す平面図であり、図１２はそのＡ−Ａ’線上の断面図、図１３はＢ−Ｂ’線上の断面図である。本実施例は、ポリイミド樹脂などよりなる絶縁板１１のほぼ中央部に短冊状の振動子のピッチと一致したピッチで信号線９を埋め込む。そして、絶縁板１１の上側と下側に、それぞれ、全面ベタの銅はくよりなるグランド線８，８”を設け、その間を多数のスルーホール１２で接続する。図１２および１３に示すように、信号線９の先端は絶縁板１１から露出され、振動子の信号電極と接続できるように形成される。この配線板１０の振動子電極との接続および先端部分の切断も、これまで説明してきたと同様の手法でなされる。
【００２３】
本実施例の配線板１０は、銅からなる信号線９が銅箔の上下グランド８、８”にはさまれた絶縁体ポリイミド樹脂１１の中に配置されたストリップライン型からなっている。本構成の配線板１０を用いることにより、これまで説明した配線板と同様に信号線間の電気的クロストークを小さくすることができる。また、伝送線路の特性インピーダンスを設計することができるため、インピーダンス整合がとりやすいなどの利点も有する。
【００２４】
以上の各実施例において、配線板１０の振動子電極との接続先端とは反対側の後端部において、信号線とグランド線は、それぞれ、超音波装置本体に接続された同軸ケーブルの信号線およびグランド線に直接接続してもよいが、コネクタを介して同軸ケーブルに接続するのが望しい。
【００２５】
図１４はその実施例を説明するための接続構成ブロック図である。図において、配線板１０は、例えば、図７および図８に示したものであって、その信号線の先端およびグランド線の先端は、それぞれ、振動子２の一端の信号電極およびグランド電極に接続されている。配線板１０の後端部において、信号線とグランド線とは、ここでは４個のコネクタ１３を介して超音波診断装置への接続用コネクタ１５に接続された同軸ケーブル１４に接続する。各々のコネクタ１３はレセタクルとヘッダとからなり、レセタクルは配線板１０に取付けられ、ヘッダは同軸ケーブル１４に接続されている。図１５は一つのコネクタ１３のレセタクルに接続するための配線板１０の後端部に設けられた配線パターンを示したものである。すなわち、配線板１０の表面に信号ピン１６を設け、これと信号線９とを接続する。信号ピン１６の間には、グランド線ピン１７を設け、スルーホール１８を介して配線板１０の裏面のグランド線に接続する。コネクタ１３のレセタクルの端子は、これら信号ピン１６およびグランドピン１７に対応するように形成されて電気的に接続される。
【００２６】
ここで、図５および図６に示す配線板１０の後端部に図１５に示した信号ピン１６およびグランド１７を設ける場合には、絶縁板１１’の後端部を切り欠き、信号線９を露出させてそこに信号ピンを設け、その間にグランドピンを設ける。グランドピンとグランド線との接続は前記同様にスルーホールを介してなされる。また、図７および図８の配線板１０に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、信号線９に対応して信号ピンを設け、その間にグランドピンを設けて、裏面のグランド線をスルーホールで接続する。図９および図１０の配線板１０の後端板に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、この後端部にはグランド線８’を設けず、信号線９のみとし、上記と同様に信号線９と信号ピンとを接続し、また、グランド線８とグランドピンとをスルーホールで接続する。
【００２７】
さらに、図１１〜図１２の配線板１０の後端部に信号ピンおよびグランドピンを設ける場合には、この端部には、グランド線８および上側の絶縁板１１を切り欠いた状態に形成して信号線９を露出させてそこに信号ピンを設け、その間にグランドピンを設け、グランドピンはスルーホールを介してグランド線８”と接続すればよい。
【００２８】
次に、図１および図２の実施例を参照して、本発明の超音波探触子の製造方法説明する。まず、公知の手段により、セラミック粉体を焼結してＰＺＴ圧電セラミック板を形成する（短冊状にカットされていない矩形状のセラミック板）。このセラミック板の全面にスクリーン印刷手段（公知）により電極を形成して圧電振動子とする。このとき、電極上面の片側にセラミック板の長手方向に沿って切欠部Ｌ１を設け、また、電極下面に同様の方向に沿って切欠部Ｌ２を設け、電極上面をグランド電極７とし、電極下面を信号電極６とする。また、グランド電極７および信号電極６の切欠部Ｌ２に対応する部分をそれぞれの端子Ｔ１およびＴ２とする。次に、図５および図６に示したような配線板１０を電極に半田づけ接続する。すなわち、配線板１０の信号線９の先端部分を信号電極６の端子Ｔ２に半田づけし、配線板１０のグランド線８の先端部分をグランド電極７の端子Ｔ１に接続する。このように配線板１０をとりつけた圧電振動子を吸音材１の上に接着材を用いて固着する。その後、圧電振動子板の前面に音響整合層３および４を接着剤を用いて固着する。以上のようにして得た積層配置した振動子板を配線板とともに所定ピッチでアレイ形状に切断加工する。その結果、振動子板は短冊状に切断され、図１に示す振動子２のように加工される。さらに、図５に示すように配線板１０の先端の絶縁板１１，１１’およびグランド線８は点線で示したように深さＣまで切断され、その信号線９およびグランド線８の各々は、それに対応する振動子２と個々に接続された状態になる。
【００２９】
以上のステップにより、図１および図２に示した探触子が製造される。図３，図４に示す探触子は二層および三層の振動子を用いる点に特徴があるが、その製造方法は上記と同様である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、圧電振動子をその裏面の一端において信号電極とグランド電極を分離する切欠部を設ける構造とし、該切欠部に対応する信号電極とグランド電極の部分に、一枚の配線板に絶縁体をはさんで形成された信号線とグランド線の先端部を電気的に接続することにより、配線板が信号線とグランド線が一体構成のいわゆるマイクロストリップ線路型あるいはストリップライン型構成となり、信号線間の電気的クロストークを低減できる。そして、このクロストークの低減により、Ｓ／Ｎの良好な特性を有する超音波探触子を提供することができる。
【００３１】
また、請求項２の発明によれば、配線板上の信号線の間にもグランド線を設けたので、信号線間に発生するクロストロークをさらに低減させることができる。
また、請求項３の発明によれば、配線板を、絶縁体の内部の中央部に信号線を埋設し、絶縁板の上下面全面を銅はくよりなるグランド線とする構造としたので、特性インピーダンスの調整が可能で、インピーダンス整合をとることができるため、信号線間に発生するクロストークをさらに低減させることができる。
【００３２】
さらに、請求項４の発明によれば、配線板の後端部に設けた信号ピンの間にグランドピンを設け、このグランドピンと配線板の全面銅はくとをスルーホールで接続したので、信号ピン間に発生するクロストークも低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波探触子の第一の実施例の一部を断面で示した斜視図である。
【図２】図１の主要部の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の超音波探触子の第二の実施例の主要部の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の超音波探触子の第三の実施例の主要部の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の一実施例の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図７】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の他の実施例の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図９】本発明の超音波探触子で用いられる配線板の他の実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図１１】本発明の超音波探触子で用いられる配線板のさらに他の実施例を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ′線上の断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ′線上の断面図である。
【図１４】本発明の超音波探触子で用いられる配線板と同軸ケーブルとの接続を説明するためのブロック図である。
【図１５】本発明の超音波探触子で用いられる配線板のケーブル接続用コネクタ部の配線パターンの一部を示す図である。
【符号の説明】
１吸音材
２圧電振動子
３第１音響整合層
４第２音響整合層
５音響レンズ
６信号電極
７グランド電極
８グランド線
９信号線
１０配線板
１１絶縁板
１２スルーホール
１６信号ピン
１７グランドピン
１８スルーホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe used in the field of an ultrasonic apparatus that renders the inside of a subject as an image using ultrasonic waves, and in particular, obtains a good ultrasonic image by reducing electrical crosstalk and the like. For technology.
[0002]
[Prior art]
Ultrasound diagnostic equipment used for medical imaging diagnosis uses ultrasonic pulse reflection method to display tomographic images of soft tissue of the living body, blood flow images in the generation, etc. on a monitor in almost real time, and radiation It is said to be safe without any exposure, and is also widely used in the medical field because it is small and inexpensive. In such an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe is used to transmit ultrasonic waves into the subject and receive echo signals from within the subject.
[0003]
In general, the basic configuration of an ultrasonic probe is formed by providing a sound absorbing material on the back surface of a piezoelectric vibrator and an acoustic matching layer on an ultrasonic radiation surface. A probe used in an electronic scanning type ultrasonic apparatus is usually composed of a large number of elongated strip-shaped transducers. A plurality of the elongated strip-like vibrators are taken as a group, and each vibrator in the group is driven with a predetermined delay time. Accordingly, an ultrasonic beam that converges in a predetermined depth and in a predetermined direction in the subject is transmitted from the probe. Also, at the time of reception, an ultrasonic beam is received from a predetermined direction by giving each transducer a delay time that varies with time. Then, ultrasonic image data is obtained by moving the ultrasonic beam for transmission / reception in the array direction of the transducers and scanning the subject.
[0004]
In order to obtain a good ultrasonic image by the above scanning, it is necessary to form a thin ultrasonic beam having excellent directivity of the ultrasonic beam over the entire scanning range of the ultrasonic beam. For this purpose, electrical crosstalk between the vibrators of the array vibrator is small, and high S / N is important.
[0005]
In general, in an ultrasonic probe, a signal is applied to the electrode on the back surface of the transducer, the ultrasonic radiation surface, ie, the electrode on the front surface is grounded, and electromagnetically used as a shield electrode. In an array type ultrasonic probe in which a plurality of transducers are arranged, a wiring board is connected to each back electrode of each micro transducer element, and the elements are insulated and electrically connected. Small crosstalk is required. On the other hand, all the surface electrodes on the ultrasonic radiation surface are arranged on a common ground. Conventionally, in order to obtain such an electrode configuration, a method of separately connecting a signal applying wiring board and a common ground lead line or board to a vibrator has been employed. The wiring board and the ultrasonic apparatus main body are connected by a coaxial cable, and the wiring board and the coaxial cable are connected by a connector. In this case, conventionally, the pin pattern of the wiring board connected to the receptacle of the connector is composed of adjacent signal pins.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional ultrasonic probe has the following drawbacks. Since only the signal lines connected to the vibrator are wired on the wiring board, when a signal is applied, an electric field is generated between the signal lines, and the occurrence of electrical crosstalk is inevitable. Further, since the lead wire for the common ground is made of a thin copper wire, the ground is weak, which also causes electrical crosstalk between the transducer elements. Furthermore, since the connector has a configuration in which only signal pins are adjacent to each other, crosstalk also occurs between them.
[0007]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks in an electronic scanning array type probe or the like in which a plurality of transducers are arranged.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic probe of the present invention includes a piezoelectric vibrator, an acoustic matching layer and an acoustic lens arranged on the ultrasonic irradiation side of the piezoelectric vibrator, a sound absorbing material arranged on the back surface of the piezoelectric vibrator, in the ultrasonic probe having at least one notch for separating the signal electrodes and the ground electrodes on the periphery of the piezoelectric vibrator, and a signal line connected to the signal electrodes, copper entire solid to be connected to the ground electrode A wiring board having first and second ground lines made of foil and an insulating board is provided, and the signal lines are embedded in the insulating board at a constant pitch that matches the pitch of the piezoelectric vibrator. And an upper surface of the tip of the signal line is formed so as to be exposed from the insulating plate and connected to the signal electrode, the first ground line is disposed on the upper surface of the insulating plate, and the lower surface of the insulating plate Second gra Lead wires are arranged, the first and the second ground line and the ground line are connected through the insulating plate.
[0009]
The wiring board has a signal pin on one surface of a rear end portion of the wiring board, and a ground pin between the signal pins, the signal line is connected to the signal pin, and the ground pin is The first ground line or the second ground line formed on the other surface of the wiring board is connected through a through hole.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, several examples as embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a first embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an internal structure with a case removed, with a part of the components cut, and FIG. It is sectional drawing shown.
[0012]
In FIG. 1, 1 is a sound absorbing material, for example, barium ferrite powder mixed in rubber and hardened, 2 is a piezoelectric vibrator fixed on the sound absorbing material 1 using an adhesive, for example PZT piezoelectric ceramic and The electrodes are formed by printing or printing techniques on two upper and lower surfaces and both side surfaces thereof. As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrator 2 has a configuration in which strip-like vibrator elements each having a rectangular cross section are arranged at predetermined intervals. Reference numeral 3 denotes a first acoustic matching layer, and reference numeral 4 denotes a second acoustic matching layer, each having the same length as that of the vibrator 2. For example, the first acoustic matching layer 3 is an epoxy resin molding material mixed with tungsten powder. The second acoustic matching layer 4 is made of a polyurethane resin molding material, and is formed to a thickness of ¼ of the wavelength (λ) determined by the ultrasonic wave propagation speed of each material. An acoustic lens 5 is bonded to the second acoustic matching layer 4 with an adhesive, and transmits ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric vibrator 2 in a plane perpendicular to the arrangement direction of the vibrators (short axis direction of the arrangement vibrators). ) To converge the ultrasonic wave to a certain depth. These configurations are basically the same as those of a conventional ultrasonic probe.
[0013]
Next, the characteristic configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. The electrode provided on the piezoelectric vibrator 2 is separated by two notches L1 and L2, and is provided on the upper surface, that is, the ground electrode 7 provided on the ultrasonic radiation surface, and on the rear surface, that is, the surface that contacts the sound absorbing material 1. It consists of a signal electrode 6. Here, the ground electrode 7 is formed so as to go from the notch L1 provided on the upper surface of the vibrator 2 to the portion corresponding to the notch L2 provided at one end of the back surface (this is referred to as a terminal T1) through the side surface. To do. On the other hand, the signal electrode 6 is disposed separately from the ground electrode 7 at a portion corresponding to the notch L2 on the back surface of the piezoelectric vibrator 2 (this terminal is referred to as a terminal T2), and is reverse to the surface up to the notch L1 of the vibrator 2. Form to wrap around. Reference numeral 10 denotes a flexible wiring board having a signal line 9 and a ground line 8. The tip of the ground line 8 of the wiring board 10 is connected to the terminal T 1 of the ground electrode 7, and the tip of the signal line 9 is the terminal of the signal electrode 6. Connected to T2. A method for manufacturing the ultrasonic probe will be described later.
[0014]
In this embodiment, the signal electrode 6 and the ground electrode 7 are arranged opposite to each other at one end of the back surface of the vibrator 2, so that the signal line 9 and the ground line 8 are integrated as a wiring board 10, and the ground is on the entire surface. Since a so-called microstrip line flexible wiring board on which signal lines are arranged can be used, electrical crosstalk between the signal lines can be reduced.
[0015]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the main part of the second embodiment of the ultrasonic probe of the present invention, and the overall configuration is basically the same as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the piezoelectric vibrator is made of a two-layer PZT ceramic and has a two-layer vibrator 2 having an internal electrode. In this case, the signal electrode and the ground electrode are separated by the three notches L1, L2, and L3. Both the front surface and the back surface of the vibrator 2 become the ground electrode 7, and the internal electrode becomes the signal electrode 6. The signal electrode 6 is formed so as to pass through the side surface to the front surface and the back surface of the vibrator, and is separated from the ground electrode 7 by a notch L2 particularly at one end of the back surface of the vibrator 2. The portions of the ground electrode 7 and the signal electrode 6 corresponding to the notch L2 are terminals T1 and T2, respectively. The ends of the ground line 8 and the signal line 9 of the wiring board 10 are connected to the terminals T1 and T2. The
[0016]
In this embodiment, the wiring board 10 is a wiring board having a so-called microstrip line, which is composed of a signal line formed on the entire surface of the ground line conductor and an insulating layer (polyimide or the like). . Also in this case, since the entire conductor on the back surface of the wiring board can be grounded, crosstalk between signal wirings can be reduced. In addition, since the ground can be formed by a large-area conductor, crosstalk through the ground line is also suppressed.
[0017]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the main part of the third embodiment of the ultrasonic probe of the present invention. The overall configuration of this embodiment is basically the same as the two embodiments described above. The same. A different point is that a laminated piezoelectric body made of three layers of PZT ceramics is used as the piezoelectric vibrator 2. The signal electrode and the ground electrode of the three-layer transducer 2 are separated by the notches L1, L2, L3, and L4. The surface of the transducer 2 is composed of the ground electrode 7 and the back surface of the transducer 2 is composed of the signal electrode 6. Here, the electrode structure at one end of the back surface of the vibrator 2 is the same as in FIG. 1, and the ground line 8 and the signal line 9 of the wiring board 10 are connected to the terminals T1 and T2 of these electrodes. Also in this embodiment, since a flexible wiring board having the same microstrip line as that in the first embodiment can be used, electrical crosstalk between signal lines can be reduced.
[0018]
FIG. 5 is a plan view of the flexible wiring board 10 used in the ultrasonic probe shown in FIGS. 2 and 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′. In the present embodiment, a ground line 8 made of solid copper foil is formed on the upper side of the insulating plate 11, and a signal line 9 supported by the insulating plate 11 'is provided on the lower side thereof. The tip of the signal line 9 is made longer than the tip of the ground line 8. The pitch of the signal lines 9 is made to coincide with the pitch of the vibrator 2. In order to connect such a wiring board 10 to the vibrator 2 as shown in FIGS. 2 and 4, the ground wire of the wiring board 10 is connected to the terminal T1 of the ground electrode 7 of the piezoelectric vibrator 2 that has not been cut into a strip shape. 8 is connected, and the terminal of the signal electrode 6 is connected to the terminal T 2 of the signal electrode 6. When the vibrator 2 is cut into strips, the ground wire 8 and the insulating plates 11 and 11 ′ of the wiring board 10 are simultaneously cut to a predetermined depth C at a constant pitch. As a result, the ground wires 8 and the signal wires 9 of the wiring board 10 are connected to the ground electrode 7 and the signal electrode 6, respectively, in a form in which the disconnected vibrator 2 is separated.
[0019]
FIG. 7 is a plan view of the wiring board 10 used in the ultrasonic probe of FIG. 3, and FIG. 8 is a cross-sectional view along the line AA ′. In this embodiment, a signal line 9 is formed on the upper side of the insulating plate 11, and a ground line 8 made of solid copper foil is provided on the lower side. The tip of the ground line 8 is formed to be longer than the tip of the signal line 9. The pitch of the signal lines 9 is made to coincide with the pitch of the vibrator 2. In connection with the vibrator, the tip of the ground line 8 of the wiring board 10 is connected to the terminal T1 of the ground electrode 7 of the vibrator 2 that has not been cut, and the signal line of the wiring board 10 is connected to the terminal T2 of the signal electrode 6. 9 is connected. When the strip-like vibrator 2 is formed, the tips of the ground wire 8 and the insulating plate 11 of the wiring board 10 are simultaneously cut to a depth C at a constant pitch.
[0020]
FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of the wiring board 10, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA '. In the present embodiment, a second ground line 8 'is provided between the signal lines 9 of the wiring board 10 shown in FIGS. 5 and 7, and this and the first solid ground line 8 are filled with a large number of through holes 12. It is connected with. That is, for example, the signal line 9 is formed on the surface of the insulating plate 11 made of a polyimide resin member, and the second ground line 8 ′ is provided therebetween. A first ground line 8 made of solid copper foil is formed on the back surface of the insulating plate 11. The ground line 8 ′ and the ground line 8 are connected by a large number of through holes 12. Wiring board 10 formed in this way is connected to the electrodes of the vibrator in the same manner as described above, and when the vibrator is cut, the tip of the wiring board is also cut.
[0021]
In the wiring board 10 of the present embodiment, a ground line 8 ′ is inserted between the signal lines 9. Thereby, electrical crosstalk between signal lines in the wiring board can be further reduced. In the present embodiment, the linear wiring pattern has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be a curved pattern, as long as a ground line pattern is inserted between the signal line patterns. good.
[0022]
11 is a plan view showing still another embodiment of the wiring board 10, FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA ′, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB ′. In this embodiment, the signal lines 9 are embedded at a pitch that coincides with the pitch of the strip-like vibrator in the substantially central portion of the insulating plate 11 made of polyimide resin or the like. Then, on the upper and lower sides of the insulating plate 11, ground lines 8 and 8 ″ each made of a solid copper foil are provided, and a plurality of through holes 12 are connected therebetween. As shown in FIGS. The tip of the signal line 9 is exposed from the insulating plate 11 and formed so as to be connected to the signal electrode of the vibrator 10. The connection to the vibrator electrode of the wiring board 10 and the cutting of the tip portion have also been described so far. It is done in the same way as
[0023]
The wiring board 10 of this embodiment is of a stripline type in which a signal line 9 made of copper is disposed in an insulating polyimide resin 11 sandwiched between upper and lower grounds 8 and 8 ″ of a copper foil. By using the wiring board 10 having the configuration, the electrical crosstalk between the signal lines can be reduced in the same manner as the wiring board described so far, and the characteristic impedance of the transmission line can be designed. There are also advantages such as easy matching.
[0024]
In each of the above embodiments, the signal line and the ground line at the rear end portion of the wiring board 10 opposite to the connection tip with the transducer electrode are the signal lines of the coaxial cable connected to the ultrasonic apparatus main body, respectively. It may be connected directly to the ground line, but it is desirable to connect to the coaxial cable via a connector.
[0025]
FIG. 14 is a connection configuration block diagram for explaining the embodiment. In the figure, the wiring board 10 is, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, and the tip of the signal line and the tip of the ground line are connected to the signal electrode and the ground electrode at one end of the vibrator 2, respectively. Has been. At the rear end of the wiring board 10, the signal line and the ground line are connected to the coaxial cable 14 connected to the connector 15 for connection to the ultrasonic diagnostic apparatus through four connectors 13 here. Each connector 13 includes a receptacle and a header. The receptacle is attached to the wiring board 10, and the header is connected to the coaxial cable 14. FIG. 15 shows a wiring pattern provided at the rear end of the wiring board 10 for connection to a receptacle of one connector 13. That is, the signal pin 16 is provided on the surface of the wiring board 10 and connected to the signal line 9. A ground line pin 17 is provided between the signal pins 16 and is connected to the ground line on the back surface of the wiring board 10 through the through hole 18. The receptacle terminals of the connector 13 are formed so as to correspond to the signal pins 16 and the ground pins 17 and are electrically connected.
[0026]
Here, when the signal pin 16 and the ground 17 shown in FIG. 15 are provided at the rear end portion of the wiring board 10 shown in FIGS. 5 and 6, the rear end portion of the insulating plate 11 ′ is cut out to form the signal line 9. Is exposed and a signal pin is provided there, and a ground pin is provided therebetween. The connection between the ground pin and the ground line is made through a through hole as described above. 7 and FIG. 8, when the signal pin and the ground pin are provided, the signal pin is provided corresponding to the signal line 9, the ground pin is provided between them, and the ground line on the back surface is formed as a through hole. Connect with. When the signal pin and the ground pin are provided on the rear end plate of the wiring board 10 in FIGS. 9 and 10, the rear end portion is not provided with the ground line 8 ′ but only the signal line 9, and the signal is the same as described above. The line 9 and the signal pin are connected, and the ground line 8 and the ground pin are connected through a through hole.
[0027]
Furthermore, when providing a signal pin and a ground pin at the rear end of the wiring board 10 of FIGS. 11 to 12, the ground wire 8 and the upper insulating plate 11 are cut out at this end. Then, the signal line 9 is exposed and a signal pin is provided there, a ground pin is provided therebetween, and the ground pin may be connected to the ground line 8 ″ through a through hole.
[0028]
Next, a method for manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention will be described with reference to the embodiment shown in FIGS. First, a PZT piezoelectric ceramic plate is formed by sintering ceramic powder by a known means (a rectangular ceramic plate not cut into a strip shape). Electrodes are formed on the entire surface of the ceramic plate by screen printing means (known) to form a piezoelectric vibrator. At this time, a notch L1 is provided along the longitudinal direction of the ceramic plate on one side of the upper surface of the electrode, and a notch L2 is provided along the same direction on the lower surface of the electrode. The signal electrode 6 is used. Further, the portions corresponding to the notch L2 of the ground electrode 7 and the signal electrode 6 are referred to as terminals T1 and T2, respectively. Next, the wiring board 10 as shown in FIGS. 5 and 6 is soldered to the electrodes. That is, the tip end portion of the signal line 9 of the wiring board 10 is soldered to the terminal T2 of the signal electrode 6, and the tip end portion of the ground line 8 of the wiring board 10 is connected to the terminal T1 of the ground electrode 7. The piezoelectric vibrator having the wiring board 10 attached thereto is fixed on the sound absorbing material 1 using an adhesive. Thereafter, the acoustic matching layers 3 and 4 are fixed to the front surface of the piezoelectric vibrator plate using an adhesive. The laminated vibrator plates obtained as described above are cut into an array shape at a predetermined pitch together with the wiring board. As a result, the vibrator plate is cut into a strip shape and processed like the vibrator 2 shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, the insulating plates 11, 11 ′ at the tip of the wiring board 10 and the ground line 8 are cut to a depth C as shown by dotted lines, and each of the signal line 9 and the ground line 8 is It will be in the state connected individually with the vibrator | oscillator 2 corresponding to it.
[0029]
Through the above steps, the probe shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured. The probe shown in FIGS. 3 and 4 is characterized in that it uses two-layer and three-layer transducers, but its manufacturing method is the same as described above.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator has a structure in which the notch for separating the signal electrode and the ground electrode is provided at one end of the back surface, and the signal electrode and the ground electrode corresponding to the notch are provided. In this part, the signal line formed by sandwiching an insulator between a single wiring board and the tip of the ground line are electrically connected to each other so that the wiring board is integrated with the signal line and the ground line. It becomes a stripline type or stripline type configuration, and electrical crosstalk between signal lines can be reduced. By reducing the crosstalk, an ultrasonic probe having a good S / N characteristic can be provided.
[0031]
According to the invention of claim 2, since the ground line is also provided between the signal lines on the wiring board, the cross stroke generated between the signal lines can be further reduced.
According to the invention of claim 3, since the wiring board has a structure in which the signal line is embedded in the central portion inside the insulator and the entire upper and lower surfaces of the insulating board are ground wires made of copper foil. Since characteristic impedance can be adjusted and impedance matching can be achieved, crosstalk generated between signal lines can be further reduced.
[0032]
Further, according to the invention of claim 4, since the ground pin is provided between the signal pins provided at the rear end portion of the wiring board, and the ground pin and the copper foil on the entire surface of the wiring board are connected by the through hole, the signal Crosstalk generated between pins can also be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a first embodiment of an ultrasonic probe of the present invention in section.
2 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of a second embodiment of the ultrasonic probe of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the main part of a third embodiment of the ultrasonic probe of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of an embodiment of a wiring board used in the ultrasonic probe of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 7 is a plan view of another embodiment of a wiring board used in the ultrasonic probe of the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of a wiring board used in the ultrasonic probe of the present invention.
10 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 9;
FIG. 11 is a plan view showing still another embodiment of a wiring board used in the ultrasonic probe of the present invention.
12 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
13 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
FIG. 14 is a block diagram for explaining a connection between a wiring board and a coaxial cable used in the ultrasonic probe of the present invention.
FIG. 15 is a view showing a part of a wiring pattern of a cable connecting connector portion of a wiring board used in the ultrasonic probe of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sound absorption material 2 Piezoelectric vibrator 3 1st acoustic matching layer 4 2nd acoustic matching layer 5 Acoustic lens 6 Signal electrode 7 Ground electrode 8 Ground line 9 Signal line 10 Wiring board 11 Insulation board 12 Through hole 16 Signal pin 17 Ground pin 18 Through hole

Claims

A piezoelectric vibrator, an acoustic matching layer and an acoustic lens disposed on the ultrasonic wave irradiation side of the piezoelectric vibrator, a sound absorbing material disposed on the back surface of the piezoelectric vibrator, and a signal electrode and a periphery of the piezoelectric vibrator In an ultrasonic probe having at least one notch separating the ground electrode,
Includes a signal line connected to the signal electrode, the first ground line and the second ground line comprising a copper foil of whole-area solid to be connected to the ground electrode, a wiring board having an insulating plate,
The signal line is embedded in the insulating plate at a constant pitch that matches the pitch of the piezoelectric vibrator, and the upper surface of the tip of the signal line is exposed from the insulating plate and can be connected to the signal electrode,
The first ground line is disposed on an upper surface of the insulating plate, the second ground line is disposed on a lower surface of the insulating plate, and the first ground line and the second ground line are disposed on the insulating plate. An ultrasonic probe characterized by being connected through.

The wiring board has a signal pin on one surface of a rear end portion of the wiring board and a ground pin between the signal pins, the signal line is connected to the signal pin, and the ground pin is connected to the wiring board. 2. The ultrasonic probe according to claim 1 , wherein the first ground line or the second ground line formed on the other surface is connected through a through hole.