CN101103929A - 超声波探头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波探头，其具有，在产生超声波用的压电元件的两主面形成有驱动电极、在前述压电元件的一侧主面上形成的声音调整层、附着在前述压电元件另一侧主面有支持件、设置在前述支持件下面的散热用基座、将前述压电元件的至少任一主面与前述散热用基座热结合的传热用金属薄板，前述传热用金属薄板是从前述压电元件的一端穿越中央跨到另一端的面接合结构。通过这样的结构，可以将电气/机械转换时产生的压电元件的热量充分传导并散热，抑制压电元件的温度上升。

Description

超声波探头
技术领域
本发明涉及一种超声波探头，其可以抑制作为超声波发生源的压电元件的温度上升，特别是高效抑制温度上升的超声波探头。
因为超声波探头(压电元件)将电能转换为机械振动能量时会发热，产生例如材料热老化后强度不足而导致的可靠性低；或者特性改变引起的品质低等问题。还有，作为医用的超声波探头，对生物体皮肤产生低温烫伤的安全问题。现在也有介绍这些问题的解决方法的例子，例如其中之一，由本申请人提出的文件，后面要记述的日本特开平5-244690号公报和日本特开平3-203290号公报。
背景技术
图4是这种现有例子的超声波探头的说明图。图4A是取下壳体，部分截取探头的长轴方向的截面图；图4B是其短轴方向的截面图。
这种超声波探头，如图4A所示，多个制成竹简形的压电元件1在宽的方向上按竹简形排列，并列设置在支持件2上。这种情况下，压电元件1的宽的方向成为超声波探头的长轴方向(图4A所示的长方向)，压电元件1的长的方向成为短轴方向。而且，压电元件1在长轴方向，例如被位驱动或线驱动。
压电元件1，在其两个主面有驱动电极3a、3b，作为发送和接受超声波面的一侧主面上配置有驱动电极3a，驱动电极3a作为地电位接地。另外，在支持件2侧的那个另一侧主面上配置有驱动电极3b，在驱动电极3b上施加连续的脉冲电压。还有，在一侧主面配置的驱动电极3a临时作为地电极3a，在另一侧主面配置的驱动电极3b作为信号电极3b。这样，由于地电极3a侧与生物体接触，提高了安全性。而且，信号电极3b根据来自生物体的反射波得到电信号。
这种情况下，另一侧主面配置的信号电极3b连接于柔性基板4的信号线路4a上，该柔性基板4设置在压电元件1的两端侧和支持件2之间，信号电极3b被交错(锯齿状)导出。还有，导线5跨越压电元件1另一侧多个压电元件1。一侧主面的地电极3a，是通过例如导线5连接在一起，连接于柔性基板4的未图示的地线上。
或者，将信号电极3b通过导线连接于柔性基板4的各信号线，在信号电极3b和支持件2之间插入有未图示的Ag银等形成的金属薄板。这种情况下，金属薄板比柔性基板更柔软，将抑制对于压电元件1的机械变形，改善振动特性。(参照日本特开平11-309143号公报(段落[0004]至[0005]))。
通常，如图4B所示，在压电元件1的一侧主面上，重叠设置声音调整层6和声音晶体7。声音调整层6是为了调整压电元件1和生物体的声阻，抑制超声波的传播损失。将声音调整层6的厚度处理为超声波波长λ的1/4以防止阻尼振荡。一般来说，声音调整层6是使声阻逐渐接近生物体声阻的二层结构。声音晶体7，如图4B所示，在压电元件1的长方向(超声波探头的短轴方向)有曲率，将长方向的超声波聚焦成束在根据曲率决定的位置。
然后，如图4B所示，日本特开平3-203290号公报、特开平5-244690号公报中，在支持件2的下面设置有例如金属(Al铝等)制造的散热用基座8，上述结构的探头本体保持在散热基座8上。然后，如图4B所示，将在例如一侧主面上由第一金属薄板9a形成的热传导件(Ag银)的一端，通过导电性接着剂或焊锡等面接合于压电元件1长方向的一端。
还有，在散热用基座8的下面和外圆周面接合的(参照图4A)、由例如Cu(铜)制的第二金属薄板9b上，同样地接合第一金属薄板9a的另一端，使其热结合。还有，特开平3-203290号公报中，散热用基座8上连接有未图示接线，将放热用基座的热量导出到外部。
通过这种结构，电信号转换为机械振动时产生的热量，从压电元件1放热到放热用基座8，再通过接线传热线放出到外部。这样就防止了由于材料热老化后强度不足导致的探头可靠性低，或特性改变引起的品质低或对生物体皮肤的低温烫伤等等问题。
但是，上述结构的现有超声波探头上，只有压电元件1上作为超声波发送接受面的一侧主面的一端传热，即只有一侧主面的一端上接着第一金属薄板9a传热，压电元件1的中央到另一端的热量不能充分传导。
这种情况下，例如通过溅射法由Au(金)形成的地电极3a，压电元件1的一端通过地电极3a传热，电极厚度只有大约10nm左右，极小。另外，由Ag(银)形成地电极3a的情况，为了获得附着力强度，会混入玻璃烧制，所以降低了热传导率。也就是说，任何一种情况都无法充分传热。
还有，特开平5-244690号公报和特开平3-203290号公报中，只有从压电元件1的任一侧的主面传热，从这一点来说，压电元件1的热量也无法充分传导。由此看来，电气/机械转换时产生的压电元件1的热量残留，会对声音调整层6或接着剂等周边产生不好影响。
因此，本发明的目的是提供一种超声波探头，可以将电气/机械转换时产生的热量充分传导放热到外部，抑制压电元件的温度上升。
发明内容
本发明的超声波探头由以下构成，在产生超声波用的压电元件的两主面形成有驱动电极、在前述压电元件的一侧主面上形成的声音调整层、附着在前述压电元件另一侧主面有支持件、设置在前述支持件下面的散热用基座、将前述压电元件的至少任一主面与前述散热用基座热结合的传热用金属薄板，前述金属薄板从前述压电元件的一端穿越中央跨到另一端，面接合。
通过这种构成，电极导出用的金属薄板从压电元件的一端起经过中心直到另一端均有接触，换言之就是全面接触，从热传导性方面来讲，电气/机械转换产生的、来自压电元件的热量可以容易的传导。
本发明，前述传热用金属薄板面接合于前述压电元件的一侧主面。这样，金属薄板传导压电元件与生物体接触的一侧主面的热量，针对探测接触时的低温烫伤等可以提高安全性。
还有，本发明中，前述传热用金属薄板面接合于前述压电元件的另一侧主面，兼用作导出前述驱动电极的电极，前述金属薄板热结合于前述散热用基座，中间夹有绝缘性热传导材料。这种情况下，电极导出用金属薄板热结合于前述散热用基座，中间夹有绝缘性热传导材料，金属薄板可以兼用作传热。
还有，本发明中，前述传热用金属薄板面接合于前述压电元件的一侧主面，热结合于散热用基座的同时，前述传热用金属薄板也面接合于前述压电元件的另一侧主面，兼用作前述驱动电极的电极导出，并且热结合于前述散热基座，中间夹有绝缘性热传导材料。这种情况下，传热用金属薄板接合于压电元件的两侧主面，压电振子的热量从两面传导，传热效果最佳。
还有，本发明中，使前述传热用金属薄板的厚度小于前述压电元件发射出的超声波波长λ的1/20。这种情况下，例如即使全面设置金属薄板于作为波发送接受面的一侧主面上，压电元件的厚度也可以不考虑超声波波长，不会产生超声波传播损失。还有，声音调整层的厚度，考虑到这些，整体设置为超声波波长λ的1/4。
还有，即使金属薄板设置于另一侧主面的情况下，金属薄板的厚度也可以不考虑超声波波长，超声波不产生反射波而透过金属薄板。因此不会妨害支持件的效果，支持件通过扩散、吸收等有抑制超声波的反射的效果。
附图说明
图1是说明本发明超声波探头第一实施例的短轴方向的截面图。
图2是说明本发明超声波探头第二实施例，图2A是短轴方向的截面图，图2B是取部分截面的长轴方向侧面图，图2C是金属薄板制造时的平面图。
图3是说明本发明超声波探头第三实施例的短轴方向的截面图。
图4是说明超声波探头的现有例，图4A是探头长轴方向，图4B是其短轴方向部分截取的截面图。
具体实施形态
第一实施例
图1是说明本发明超声波探头第一实施例，取下壳体后短轴方向部分截取的截面图。
该超声波探头，在两主面上，有地电极3a和信号电极3b的压电元件1固定接着在支持件2上，声音调整层6和声音晶体7设置在作为压电元件1一侧主面的波发送接受面侧。而且，将压电元件1的信号电极3b从两端通过柔性基板4交替导出的探头本体设置在散热用基座8上。这里设定超声波频率为2.0MHz。另外，导线5沿长轴方向跨越例如压电元件1另一端各个压电元件1，在一侧主面配置地电极3a，是通过导线5连接在一起，连接于柔性基板4的未图示的地线上。
而且，第一实施例如图1所示，从压电元件1的一侧主面的一端穿越其中央跨到另一端，设置有作为热传导材料的第一金属薄板9a，夹在声音调整层6和压电元件1之间，与围绕散热用基座8的第二金属薄板9b接合。第一金属薄板9a的厚度大约是30μm，大约是超声波波长λ的1/100。
在第一实施例中，第一金属薄板9a通过导电性接着剂接合于固定接着在支持件2上的未图示的压电板上后，与压电板一同一体化切断、分割。这样，各个压电元件1上都设置有各自的第一金属薄板9a。之后，将填充材料埋设在切断分割时产生的分割沟内后，通过镀膜或贴附方式形成二层结构的声音调整层6。
通过这样的结构，传热用金属薄板9a，从一端穿过中心跨到另一端接触压电元件1，换言之是全面接触，与压电元件1热结合。因此，电气/机械转换时产生的压电元件1产生的热量容易传导，热量可以通过第二金属薄板9b散热到散热用基座8。而且，第一金属薄板9a传导压电元件1与生物体接触的一侧主面的热量。因此，探测接触时，特别是针对低温烫伤，可以提高安全性。
另外，第一实施例中，第一金属薄板9a的厚度设定大约是30μm，该厚度即使加上导电性接着剂还是极薄。因此，在发送接受波时，超声波容易透过第一金属薄板9a，可以不考虑传播损失。该第一实施例中，超声波频率设定为2.0MHz的低频波，相对于第一金属薄板9a的厚度是小的。
还有，实际中，第一金属薄板9a的厚度小于超声波波长λ的1/20时，可以不考虑传播损失。因此，如果在这个范围内增大第一金属薄板的厚度，可以提高传热效果。这一点，其他实施例也是同样的。
第二实施例
图2是说明本发明超声波探头第二实施例，图2A是超声波探头短轴方向的截面图，图2B是取部分截面的长轴方向侧面图，图2C是金属薄板制造时的平面图。
该第二实施例中，在压电元件1的另一侧主面(支持件侧)设置热传导用金属薄板9。
即，该第二实施例中，如图2A和图2B所示，在压电元件1的另一侧主面(信号电极3b侧)上奇数位置设置有从一端穿越中央跨到另一端的第三金属薄板9c，偶数位置设置有从另一端穿越中央跨到一端的第四金属薄板9d。而且，从压电元件1的两端交替导出第三金属薄板9c和第四金属薄板9d。
在支持件2和散热用基座8的两个侧面，通过接着剂接合绝缘性热传导材料例如热传导板10a、10b。从压电元件1交替导出的第三金属薄板9c和第四金属薄板9d固定接着于热传导板10a、10b的上端。另外，在热传导板10a、10b的下端固定接着柔性基板4的前端。而且，第三金属薄板9c和第四金属薄板9d通过Ag(银)制的导线11与柔性基板4的信号线4b连接。
该第二实施例中，如表示金属薄板制造时的图2C所示，例如支持件2上电极指9(9m和9n)交替延伸出的一体化的金属薄板9X通过导电性接着剂等接合于压电板1A的下面。而且，与压电板1A接合的一体化的金属薄板9X固定接着于支持件2上。而且，一体化的金属薄板9X与压电板1A一同切断、分割，得到各个压电元件2和各金属薄板9c、9d。
通过这样的结构，与前述第一实施例同样，电极导出用第三金属薄板9c和第四金属薄板9d，从一端(另一端)穿过中心跨到另一端(一端)接触压电元件1，换言之是全面接触(热结合)。因此，电气/机械转换时产生的压电元件1发生的热量容易传导，热量可以通过热传导板10传热到散热用基座8。
而且，第二实施例中，例如Al(铝)制的金属散热用基座8与第三金属薄板9c和第四金属薄板9d中间夹有绝缘性热传导材料(热传导板10)，只有热结合，遮断电气连接。因此，第三金属薄板9c和第四金属薄板9d可以兼用作导出各压电元件1的信号电极3和传热。
第三实施例
图3是说明本发明超声波探头第三实施例的短轴方向的截面图。
该第三实施例中，如图3所示，在压电元件1的两主面(声音调整层和支持件侧)设置热传导用弯折金属薄板9a、9c、9d。即，该第三实施例中，与前述第二实施例同样，交替设置有，在压电元件1的另一侧主面(信号电极3b侧)从一端(另一端)穿越中央跨到另一端(一端)的第三金属薄板9c和第四金属薄板9d。
第三金属薄板9c和第四金属薄板9d从压电元件1的两端交替导出，接合于两侧面的绝缘性热传导材料(第一热传导板)10a、10b。而且，与前述第一实施例同样，压电元件1一侧主面上设置有从一端穿过中心跨到另一端的第一金属薄板9a。压电元件1的一端导出的第三金属薄板9c的弯折片紧密接着有第二热传导板10c，第一金属薄板9a与第二热传导板10c接合。
通过这样的结构，与前述第二实施例同样，第三金属薄板9c和第四金属薄板9d与压电元件1另一侧主面全面接触，热结合，产生的热量可以通过第一热传导板10a、10b传热到散热用基座8。再有，第一金属薄板9a全面结合于压电元件1一侧主面，通过热传导板10a、10b、10c传热到散热用基座8。
因此，通过与压电元件1两侧主面全面结合的金属薄板9a、9c、9d，将电气/机械变化时产生的压电元件1发生的热量传导到散热用基座8，提高了传热(散热)效果。
上述实施例中，压电元件1的信号电极3b从压电元件1的两端交替导出，也可以只从一端导出。这种情况下，一侧主面的金属薄板9a是压电元件1的地电位面，可以直接接合于散热用基座8。另外，热传导板10是用绝缘性热传导材料制作的，也可以使用绝缘性热传导接着剂。

Claims (7)

1.一种超声波探头，其特征在于，具有，在产生超声波用的压电元件的两主面形成有驱动电极、在前述压电元件的一侧主面上形成的声音调整层、附着在前述压电元件另一侧主面有支持件、设置在前述支持件下面的散热用基座、将前述压电元件的至少任一主面与前述散热用基座热结合的传热用金属薄板，前述传热用金属薄板是从前述压电元件的一端穿越中央跨到另一端，面接合。
2.如权利要求1所述的超声波探头，前述传热用金属薄板与前述压电元件的一侧主面面接合。
3.如权利要求1所述的超声波探头，前述传热用金属薄板与前述压电元件的另一侧主面面接合，兼用作前述驱动电极的电极导出，前述金属薄板与前述散热用基座热结合，中间夹有绝缘性热传导材料。
4.如权利要求1所述的超声波探头，前述传热用金属薄板与前述压电元件的一侧主面面接合，与前述散热用基座热结合，同时，前述传热用金属薄板与前述压电元件的另一侧主面也是面接合，兼用作前述驱动电极的电极导出，并且与前述散热用基座热结合，中间夹有绝缘性热传导材料。
5.如权利要求1所述的超声波探头，前述传热用金属薄板厚度小于前述压电元件发射的超声波波长λ的1/20。
6.如权利要求2所述的超声波探头，前述传热用金属薄板厚度小于前述压电元件发射的超声波波长λ的1/20。
7.如权利要求3所述的超声波探头，前述传热用金属薄板厚度小于前述压电元件发射的超声波波长λ的1/20。
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