CN101278843B

CN101278843B - 超声波探头及其制造方法

Info

Publication number: CN101278843B
Application number: CN2008100907507A
Authority: CN
Inventors: 大泽敦
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: CN101278843A; JP2008272438A; JP4933392B2

Abstract

本发明提供一种使振子细微化的同时实现高灵敏度及宽频带的、且具有发热对策的超声波探头。该超声波探头包括：背衬材料；层叠构造的振子阵列，在第1方向排列的多个振子构成振子组，在和第1方向不同的第2方向上排列多个振子组；第1层导电性树脂，使在各振子组中相邻的振子的第1电极层彼此电连接；第2层导电性树脂，使在各振子组中相邻的振子的内部电极层彼此电连接；和绝缘树脂，在各振子组中在多个振子之间的规定区域配置。

Description

超声波探头及其制造方法

技术领域

本发明涉及到一种在超声波诊断装置中用于收发超声波的超声波探头，进而涉及到这种超声波探头的制造方法。

背景技术

在超声波探头中，作为用于对超声波进行发送及/或接收的超声波换能器，一般使用以PZT(锆钛酸铅：Pb(lead)zirconate titanate)为代表的压电陶瓷、以PVDF(聚偏二氟乙烯：polyvinyliden difluoride)为代表的在高分子压电材料等压电体的两端形成电极的振子(压电振子)。

当向这种振子的电极施加电压时，通过压电效果，压电体伸缩，产生弹性波。特别是，通过将宽频带的信号电压施加到振子的电极上，生成具有和压电体厚度对应的波长的谐振弹性波。尤其是当陶瓷压电体的厚度为数mm以下时，由压电体产生超声波。进一步，将多个振子一维或二维状地排列，由施加了规定延迟的多个驱动信号驱动，从而可使超声波束朝向所需方向形成。另一方面，振子通过接收传播的超声波而伸缩，产生电信号。该电信号作为超声波的检测信号使用。

超声波诊断装置使用超声波探头将超声波发送到人体等被检测体，并通过接收从被检测体反射的超声波回波，根据超声波的检测信号显示图像。这样一来，进行体内的脏器、血管的检查。但是，在振子中使用压电陶瓷时，振子的声阻抗和人体等的声阻抗之间有较大的差，在存在这种声阻抗的差的边界面下会产生超声波反射，造成传播损失。

其中，声阻抗是由传声介质密度和声速的积所表示的物质固有的常数，其单位一般使用Mrayl(mega rayl)，而1MRayl＝1×10⁶kg·m^-2·s^-1。一般的压电陶瓷的声阻抗为约25MRayl～约35MRayl，人体的声阻抗约为1.5MRayl。

设振子的声阻抗为Z₀、人体的声阻抗为Z_M时，接触界面中的超声波的反射率R以下式(1)表示。

R＝|Z₀-Z_M|/(Z₀+Z_M)...(1)

公式(1)中，Z₀＝35MRayl，Z_M＝1.5MRayl时，R＝0.92，因此可知大部分的超声波在接触界面反射，超声波传播不到一成。

为了解决该问题，在振子和被检测体之间插入声匹配层，实现声阻抗的匹配。进一步，如果使声匹配层为多层构造，则可改善超声波的传播效率，但因制造上的原因，声匹配层的上限是2层～3层。

因此，为了进一步改善超声波的传播效率，考虑降低振子自身的声阻抗。例如，在压电体上形成格子状的槽并阵列化，在槽内部填充声阻抗为2MRayl～4MRayl左右的材料较为有效。此时，槽的间隔与在被槽分离的各振子内传播的超声波的波长相比足够小。一般情况下，槽的间隔优选为超声波波长的1/8～1/10左右。作为这种阵列振子，例如使用将在一个方向较长的棒状PZT配置在树脂中而成的复合压电体，该复合压电体称为1-3复合材料。

1-3复合材料中，各振子是棒状的，因此其振动模式为33振动模式。33振动模式是指，对在第3方向(Z轴方向)进行了分极处理(还原处理)的压电体在相同的第3方向上施加电场而使之振动时的振动模式。一般情况下，在振子中，33振动模式下的机电耦合系数k33大于板状下的机电耦合系数kt、条状下的机电耦合系数k33’，因此通过使各振子为棒状，可实现较高的变换效率。

并且，机电耦合系数k33较大时有利于振子的频带扩大。进一步，通过采用1-3复合材料，声阻抗高的压电体的一部分置换为声阻抗低的树脂，因此振子的声阻抗下降，改善了超声波的传播效率。当介电常数大的压电体的有效面积减少时，振子的电容量下降，电阻抗上升。

作为相关技术，日本国专利申请公开JP-P2003-70096A中公开了使用具有细微构造并具有较高可行性的低成本的复合压电体的超声波探头。在该复合压电体中，在树脂层表面在一定方向上排列有多个细线状烧结压电体而成的复合片材，以使各细线状烧结压电体位于树脂层之间的方式层叠多个并一体化，在与细线状烧结压电体的长度方向垂直的方向上切断。

并且，日本国专利申请公开JP-P2003-174698A中公开了和高频带的超声波振动对应的复合压电体的制造方法。在该制造方法中，形成单位复合片材，并通过层叠该复合片材而形成复合压电体。单位复合片材的制造方法包括以下步骤：准备在板状压电体的一个表面上形成有树脂层的复合板的步骤；对复合板的板状压电体，不完全断开树脂层地形成多个槽，从而由板状压电体形成多个细线状压电体的步骤。

进一步，日本国专利申请公开JP-P2003-189395A中公开了如下复合压电体的制造方法：可不降低性能地、廉价地提供电阻抗小的复合压电体，该复合压电体具有细微的、纵横比高的多个柱状压电体。该制造方法包括以下步骤：在树脂层上准备将向一个方向延伸的多个压电体及多个导电体交互配置而成的复合板的步骤；对复合板的板状压电体，形成在与压电体的长边方向相交的方向上延伸的多个槽，从而在树脂层上形成多个柱状压电体、及横切多个柱状压电体而延伸的多个内部导电体的步骤。

另一方面，近些年来，超声波探头用于从口插入到体内的内视镜(经口内视镜)、从鼻子插入到体内的内视镜(经鼻内视镜)、血管导管等，因此要求超声波探头的细微化。经口内视镜的直径为8mm～11mm左右，经鼻内视镜的直径为4mm～5mm左右，因此需要减小振子的尺寸。例如，FNA(fine needle aspiration：细针吸引)用的凸起型阵列振子的上升方向的尺寸为4mm～5mm左右。

但是，随着振子的细微化，振子的电阻抗上升。收发的超声波的频带中的振子的电阻抗与超声波诊断装置主体的接收电路的电阻抗或连接电缆的特性阻抗相比较大时，检测信号的传送特性下降。并且，加上振子尺寸变小，接收时的灵敏度下降。

为了弥补这种灵敏度下降，使振子为层叠构造，并列连接各层振子，从而可增加振子的电容，降低电阻抗。

发明内容

本发明鉴于以上问题而产生。本发明的目的在于提供一种使振子细微化的同时实现高灵敏度及宽频带的、且具有发热对策的超声波探头。

为了实现上述目的，本发明的一个观点涉及的超声波探头，包括用于对超声波进行发送及/或接收的多个振子，其中，具有：(i)背衬材料；(ii)振子阵列，由在第1方向排列的多个振子构成振子组，并将多个振子组在和第1方向不同的第2方向上排列而形成所述振子阵列，各振子具有层叠构造，包括在背衬材料的主面上形成的第1电极层、多个压电体层、至少一层内部电极层、及在各振子组中共用的第2电极层；(iii)第1层导电性树脂，将在各振子组中相邻的振子的第1电极层彼此电连接；(iv)第2层导电性树脂，将在各振子组中相邻的振子的内部电极层彼此电连接；和(v)绝缘树脂，在各振子组中、在多个振子之间的规定区域进行配置。

并且，本发明的一个观点涉及的超声波探头的制造方法中，该超声波探头包括用于对超声波进行发送及/或接收的多个振子，其中，步骤(a)，在背衬材料的主面上形成包括第1电极层、多个压电体层、至少一层内部电极层、及第2电极层的层叠构造体；步骤(b)，通过在层叠构造体的主面上形成到达背衬材料的多个槽，将层叠构造体分离为在第1方向排列的多个振子；步骤(c)，向在步骤(b)中形成的多个槽填充导电性树脂；步骤(d)，去除在步骤(c)中填充的导电性树脂的一部分；步骤(e)，向在步骤(d)中去除了导电性树脂的多个槽中填充绝缘树脂；步骤(f)，去除在步骤(e)中填充的绝缘树脂的一部分；步骤(g)，根据需要重复步骤(c)～(f)，从而形成使相邻的振子的第1电极层彼此电连接的第1层导电性树脂、使相邻的振子的内部电极层彼此电连接的第2层导电性树脂、和配置在多个振子之间的规定区域的绝缘树脂；步骤(h)，在层叠构造体的主面上形成共用电极层；步骤(i)，在共用电极层上形成至少一层声匹配层；以及步骤(j)，在层叠构造体的主面上，在第1方向上形成到达背衬材料的多个槽，从而将各振子分离为在与第1方向不同的第2方向上排列的多个振子。

根据本发明，通过振子的1-3复合材料化，可提高机电耦合系数，同时可降低声阻抗，通过振子的层叠化，可降低电阻抗，实现高灵敏度且宽频带的超声波探头。

附图说明

图1是表示在本发明的第1实施方式涉及的超声波探头中使用的超声波换能器阵列的示意平面图。

图2是表示本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。

图3A及图3B是放大表示振子的层叠构造的透视图。

图4是表示导电性树脂及绝缘树脂的材料的表。

图5A～5H是用于说明本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的制造方法的图。

图6是用于说明本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的制造方法的变形例的图。

图7是表示本发明的第2实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。

图8是表示本发明的第3实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。

图9A～9C是表示由扫描电子显微镜对在背衬材料上制造的振子组的切断面的一部分进行拍摄的影像的图。

图10A及图10B是表示对在本发明的第3实施方式中制造的振子的电阻抗特性进行测定的结果的图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对相同的构成要素标以相同的参照标号，并省略说明。

图1是表示在本发明的第1实施方式涉及的超声波探头中使用的超声波换能器阵列(振子阵列)的示意平面图。该振子阵列包括多个超声波换能器(振子)1，其通过被提供驱动信号而伸缩，使超声波向被检测体发送，并且通过接收由被检测体反射的超声波来输出电信号(检测信号)。在图1中，为了表示多个振子1的配置，省略了这些振子1的上部电极层、及这些振子1之间的绝缘树脂。此外，在多个振子1中，使图中左端的振子为1a，图中右端的振子为1b。

如图1所示，多个振子1二维状配置，在X轴方向上(上升方向)上排列的1列振子1的电极通过导电性树脂2而并列连接，因此1列振子1构成同时动作的一个振子组10。因此，在Y轴方向(方位方向)排列的多个振子组10构成一维振子阵列。这样一来，在X轴方向上分割形成振子，从而使各振子中含有的压电体为1-3复合材料的形状，因此与在X轴方向上不分割振子时相比，可增大机电耦合系数。

图2是表示本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。如图2所示，在背衬材料3上形成由1列振子1构成的振子组10。各振子1具有层叠构造，为了并列连接在X轴方向上相邻的二个振子的电极，配置了多层的导电性树脂2a～2c。背衬材料3例如由加入铁素体粉、金属粉、PZT粉的环氧树脂、加入铁素体粉的橡胶等声衰减较大的材料形成，加快由多个振子1产生的不需要的超声波的衰减。并且，在多个振子1之间及周围，在不存在导电性树脂2a～2c的区域，配置有绝缘树脂4，以降低振子之间的干扰、抑制振子横向的振动，使振子仅在纵向振动。

在多个振子1上形成有至少1层声匹配层(在图2中表示2层声匹配层5及6)。并且，根据需要也可在声匹配层上形成声透镜7。声匹配层5及6例如由易于传播超声波的パイレツクス(注册商标：PYREX)玻璃、加入金属粉的环氧树脂等形成，改善生物体等被检测体和振子1之间的声阻抗的匹配。这样一来，由振子1发送的超声波可高效地在被检测体中传播。声透镜7例如由硅胶形成，使由多个振子1发送、并在声匹配层5及6中传播的超声波在被检测体内的规定深度下集中。该部分1～7收容在筐体内，从多个振子1引出的布线通过电缆与超声波诊断装置主体内的电路连接。

图3A及3B是放大表示振子的层叠构造的透视图，图3A表示图2所示的振子组10中的图中左端的振子1a，图3B表示图2所示的振子组中的图中右端的振子1b。各振子具有：下部电极层11、多个压电体层12、至少一层内部电极层、和通常与接地电位共同连接的上部电极层14。

优选内部电极层含有：夹持压电体层而交互形成的至少一层第1内部电极层、及至少一层第2内部电极层。在图3A及图3B中，表示了夹持压电体层12而形成的第1内部电极层13a和第2内部电极层13b。其中，由下部电极层11、最下层的压电体层12、和内部电极层13a构成第1压电元件，由内部电极层13a、中间层的压电体层12、和内部电极层13b构成第2压电元件，由内部电极层13b、最上层的压电体层12、和上部电极层14构成第3压电元件。

进一步，图中左端的振子1a具有侧面绝缘膜15a、侧面电极16a。侧面电极16a与内部电极层13a及上部电极层14连接，并且通过侧面绝缘膜15a从内部电极层13b绝缘。并且，图中右端的振子1b具有侧面绝缘膜15b、侧面电极16b。侧面电极16b与内部电极层13b及下部电极层11连接，并且通过侧面绝缘膜15b从内部电极层13a绝缘。

参照图2、3A及3B，一个振子组10中含有的多个振子的下部电极层11通过第1层导电性树脂2a彼此电连接，一个振子组10含有的多个振子的内部电极层13a通过第2层导电性树脂2b彼此电连接，一个振子组10中含有的多个振子的内部电极层13b通过第3层导电性树脂2c彼此电连接。

这样一来，在各振子中，层叠的第1～第3压电元件并列连接，从而使振子的电容增加，电阻抗下降。并且，一个振子组10中的多个振子并列连接，从而使振子的电容进一步增加，电阻抗进一步下降。这样一来，提高了与超声波诊断装置主体内的电路的电阻抗的匹配度。

进一步，通过使压电元件复合体化，振子整体体积中的压电元件的体积比例减少，作为发热源的压电体的体积比降低，因此可抑制超声波探头表面温度的上升。尤其是，当压电元件具有层叠构造时，与压电元件具有单层构造时相比，发热量非常高，因此更为有效。

在本实施方式中，作为压电体的材料使用压电陶瓷。压电陶瓷的电气/机械能源变换能力较高，因此产生可到达体内深部的强力超声波，并且接收灵敏度也较高。具体材料可使用PZT(锆钛酸铅：Pb(Ti，Zr)O₃)、具有同样的钙钛矿系结晶构造的变质组成的材料、一般称为驰豫(Relaxor)类材料的材料等。

并且，在本实施方式中，导电性树脂2的硬度比绝缘树脂4的硬度高。作为导电性树脂及绝缘树脂的材料，例如使用图4所示的材料。作为绝缘树脂，可使用エポキシテクノロジ一(Epoxy Technology)公司制造的エポテツク310(EPO-TEK310)、エポテツク301-2FL(EPO-TEK301-2FL)、エポテツク330(EPO-TEK330)等环氧类树脂。另一方面，作为导电性树脂可使用该エポキシテクノロジ一公司制造的H20S、H20E等导电软膏。

图4表示这些材料的邵氏(SHORE)硬度。邵氏硬度表示在ISO868规定的条件下，压入到材料中的规定的压入针的压入深度的测定值，和A规格相比，D规格较硬，并且表示在各规格下数值越大越硬。例如，在图4所示的材料中，作为绝缘树脂选择エポテツク310时，作为导电性树脂可选择H20S，也可选择H20E。此外，邵氏硬度规格在ASTM的D2240-97e1(Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness)、JIS的K7215(Testing Method for DurometerHardness of Plastics)等中也有规定。

将振子形成为柱状，而使其为1-3复合材料的形状时，即使向多个振子之间填充软性树脂，振子的振动程度也变大，因此无法获得所需的电气机械变换特性，并且，存在产生多个谐振峰值的缺点。另一方面，向多个振子之间全部填充硬度高的树脂时，抑制了振子振动，因此同样无法获得所需的电气机械变换特性。

因此，在本实施方式中，通过向软性树脂中部分配置硬度高的树脂，成为可防止振子的振动程度的同时不抑制振动的构造。即，如图2所示，通过在多个振子1之间配置硬度较高的导电性树脂2和硬度较低的绝缘树脂4，可实现上述构造。并且，在背衬材料3上形成的槽中，如桩子一样插入硬度较高的导电性树脂2，因此可进一步防止振子的振动程度。

接着说明本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的制造方法。图5A～5H是用于说明本发明的第1实施方式涉及的超声波探头的制造方法的图。

在第1步骤中，如图5A所示，在背衬材料3的主面上形成含有下部电极层11、多个压电体层12、内部电极层13a及13b、及上部电极层14的层叠构造体20。

进一步，通过电沉积法、分配法、或印刷法等，在层叠构造体20的图中左侧的侧面形成覆盖内部电极层13b的侧面绝缘膜15a，在层叠构造体20的图中右侧的侧面形成覆盖内部电极层13a的侧面绝缘膜15b。作为侧面绝缘膜15a及15b的材料使用环氧树脂或玻璃软膏等。

之后，通过镀敷法、溅射法等在层叠构造体20的图中左侧的侧面形成与内部电极层13a及上部电极层14连接的侧面电极16a，在层叠构造体20的图中右侧的侧面形成与内部电极层13b及下部电极层11连接的侧面电极16b。侧面电极16a及16b的材料可使用铂、金、钯、镍、铬、钛、钴等金属，或至少含有其中一种的合金等。

在第2步骤中，如图5B所示，在层叠构造体20的主面上，在方位方向(图1中的Y轴方向)上形成到达背衬材料3的多个槽17。这样一来，层叠构造体20分割为在X轴方向上较长的多个振子1’。

在第3步骤中，如图5C所示，将导电性树脂2填充到多个槽17中。进一步，在第4步骤中，如图5D所示，沿着多个槽17，通过切割(dicing)将至少导电性树脂2的一部分切断去除。这样一来，第1层的导电性树脂2a形成在距最下层的压电体层12的下方1/3左右。

在第5步骤中，如图5E所示，将绝缘树脂4填充到在第4步骤中去除了导电性树脂2的多个槽17的部分中。进一步，在第6步骤中，如图5F所示，沿着多个槽17，通过切割将至少绝缘树脂4的一部分切断去除。

根据需要重复第3步骤～第6步骤，最后在第6步骤中切断绝缘树脂4的突出部，从而如图5G所示，完成配置了第1层导电性树脂2a～第3层导电性树脂2c及绝缘树脂4的构造。并且，通过切割将上部电极层14的一部分切断，因此如图5H所示，在层叠构造体20的主面上形成补充上部电极层14的共用电极层21。

进一步，在共用电极层21上形成至少一层声匹配层，在形成了声匹配层的层叠构造体20的主面上，在和第1方向不同的第2方向(例如，上升方向(图1中的X轴方向))形成到达背衬材料3的多个槽。这样一来，如图1所示，形成含有在X轴方向上排列的多个振子1的各振子组10。之后，进行对电极层的布线，安装声透镜7，完成图2所示的超声波探头。

作为上述制造方法的变形例，在通过切割而切断绝缘树脂4的一部分的第6步骤(图5F)中，也可逐渐增大切割刀片的宽度，或进行多个切割处理，从而如图6所示，阶段性地增大槽17的宽度。这样一来，也阶段性地增大第1层导电性树脂2a～第3层导电性树脂2c的宽度。其结果是，振子的侧面形状成为图中下侧变大上侧变小的梯形，因此振子振动稳定。并且，振子的声阻抗朝向被检测体而阶段性地降低，因此提高了人体等被检测体和振子之间的声阻抗的匹配性，超声波探头的灵敏度、频带等性能提高。

接着说明本发明的第2实施方式。

图7是表示本发明的第2实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。在第2实施方式中，在各振子组10中，如图7所示，在图中左端的槽中不形成第3层导电性树脂2c，而仅形成第1层导电性树脂2a及第2层导电性树脂2b，在图中右端的槽中不形成第2层导电性树脂2b，而仅形成第1层导电性树脂2a及第3层导电性树脂2c。

并且，内部电极层包括：夹持压电体层而交互形成的至少一层第1内部电极层、及至少一层第2内部电极层。在图7中，表示了夹持压电体层12而形成的第1内部电极层13a、及第2内部电极层13b。

在各振子组10的图中左侧的侧面形成与内部电极层13a及13b以及上部电极层14电连接的侧面电极8，在各振子组10的图中的右侧的侧面形成与内部电极层13a及13b以及下部电极层11电连接的侧面电极9。

在各振子组10的图中左侧的端部，形成至少分离内部电极层13b的槽，在分离的内部电极层13b之间填充绝缘树脂4。并且，在各振子组10的图中右侧的端部，形成至少分离内部电极层13a的槽，在分离的内部电极层13a之间填充绝缘树脂4。其他和第1实施方式相同。

因此，在第2实施方式中，即使不形成图5A所示的侧面绝缘膜15a及15b，也可通过改变图中左端及右端的槽中的导电性树脂2a～2c及绝缘树脂4的配置，而确保层叠体中的电极的连接状态。

接着说明本发明的第2实施方式涉及的超声波探头的制造方法。第2实施方式涉及的超声波探头通过变更参照图5A～5H说明的第1实施方式涉及的超声波探头的制造方法的一部分而制造。

在第1步骤中，如图5A所示，在背衬材料3的主面上形成包括下部电极层11、多个压电体层12、内部电极层13a及13b、及上部电极层14的层叠构造体20。但不形成图5A所示的侧面绝缘膜15a及15b，如图7所示，在层叠构造体的图中左侧的侧面形成与内部电极层13a及13b以及上部电极层14连接的侧面电极8，并且在层叠构造体的图中右侧的侧面形成与内部电极层13a及13b以及下部电极层11连接的侧面电极9。

并且，在第2步骤中，如图7所示，在层叠构造体的图中左侧的端部中，在方位方向(图1的Y轴方向)上形成至少分离内部电极层13b的槽，在层叠构造体的图中右侧的侧面，在方位方向上形成至少分离内部电极层13a的槽。

进一步，根据需要重复第3步骤～第6步骤，从而形成第1层～第3层的导电性树脂2a～2c及绝缘树脂4。其中，如图7所示，在层叠构造体的图中左端的槽中分离的内部电极层13a之间填充绝缘树脂4，在层叠构造体的图中右端的槽中分离的内部电极层13b之间填充绝缘树脂4。

接着说明本发明的第3实施方式。

图8是表示本发明的第3实施方式涉及的超声波探头的内部构造的正面图。在第3实施方式中，决定第1实施方式涉及的超声波探头中的振子组的具体形状，实际制造出振子组，测定振子的电阻抗特性。

在本实施方式中，作为背衬材料3使用混入了铁素体粉的氯化聚乙烯，其声阻抗为6MRayl左右。并且，作为导电性树脂2a～2c，使用エポキシテクノロジ一公司制造的作为银(Ag)软膏的H20S，作为绝缘树脂4，使用エポキシテクノロジ一公司制造的作为环氧类树脂的エポテツク330(EPO-TEK330)。

作为压电体12，生片成型的1层厚度100μm的3层压电陶瓷(具体为PZT)夹持内部电极13a及13b而层叠。该压电陶瓷的介电常数在1kHz时为4500。并且，压电体12和树脂区域(导电性树脂2a～2c及绝缘树脂4)的体积比率为1∶2左右。

在图8中，一个振子组10的长度(上升方向)为5.0mm，宽度(方位方向)为0.11mm(110μm)，高为0.3mm(300μm)。并且，导电性树脂2a～2c及绝缘树脂4的排列间距为550μm，下部电极层11中的一个电极的长度为250μm，上部电极层14中的一个电极的长度为200μm。侧面电极16a及16b分别具有铬(Cr)及金(Au)的双层构造，整个厚度为450nm左右。

图9A～9C是表示由扫描电子显微镜(SEM)对在背衬材料上制造的振子组的切断面的一部分进行拍摄的影像的图。图9A表示含有7个振子的振子组。图9B是放大表示图9A所示的振子组的一部分的图。如图9B所示，各振子在压电体和压电体之间具有内部电极，为了连接相邻的二个振子的内部电极，由绝缘树脂(エポテツク330)包围，并配置导电性树脂(银软膏H20S)。图9C是放大表示图9B所示的振子和树脂区域的一部分的图。在图9C中，内部电极和导电性树脂良好地连接。

图10A及图10B是表示测定的在本发明的第3实施方式中制造的振子的电阻抗特性的结果的图。在图10A及10B中，横轴表示频率(MHz)，图10A中的纵轴表示电阻抗的绝对值|Z|(欧姆/Ω)，图10B中的纵轴表示电阻抗的偏角φ(度)。测定用的振子的采样个数为3个。根据2MHz下的振子的电阻抗的测定值计算压电体的表观介电常数，约为12570。

如本实施方式所示，使介电常数为4500的压电体和介电常数为5左右的树脂以体积比1∶2复合材料化时，复合材料的介电常数为1500左右。并且，一般情况下，在层叠N层压电体而制造的层叠构造的振子中，与相同大小的单层构造的振子相比，静电电容变为N²倍，因此换算为单层构造的振子的表观介电常数也变为N²倍。因此，使用介电常数1500的复合材料制造三层构造的振子时，推测表观介电常数为1500×32＝13500。本实施方式中的表观介电常数的测定值为12570，是推测值的93％，因此可以说与推测值基本一致。并且，本实施方式中的电阻抗的偏角的测定值也和推测接近，这些测定结果表示成功制造了使用复合材料的三层构造的振子。

根据上述实施方式，通过振子的1-3复合材料化，可提高机电耦合系数，并且降低声阻抗，通过振子的层叠化，降低了电阻抗，可实现高灵敏度且宽频带的超声波探头。其结果是，与现有的超声波探头相比，提高了谐波成像、对比多普勒成像(contrast Doppler imaging)中的画质、诊断性能。并且，降低了振子的发热。进一步，通过在多个振子之间配置硬度较高的导电性树脂和硬度较低的绝缘树脂，可成为防止振子振动程度的同时不抑制振动的构造。此外，本发明可适用于扇形、直线形、凸起形、放射形等任意形状的超声波探头。

Claims

1.一种超声波探头，包括用于对超声波进行发送及/或接收的多个振子，其中，具有：

背衬材料；

振子阵列，由在上述背衬材料的主面上在上升方向排列的多个振子构成振子组，并将多个振子组在与上升方向不同的方位方向上排列而形成所述振子阵列，各振子具有层叠构造，包括在上述背衬材料的主面上形成的第1电极层、多个压电体层、至少一层内部电极层、及在各振子组中共用的第2电极层；

第1层导电性树脂，将在各振子组中在上升方向上相邻的振子的第1电极层彼此电连接；

第2层导电性树脂，将在各振子组中在上升方向上相邻的振子的内部电极层彼此电连接；和

绝缘树脂，在各振子组中、在多个振子之间的规定区域进行配置。

2.根据权利要求1所述的超声波探头，其中，上述第1层导电性树脂及上述第2层导电性树脂具有比上述绝缘树脂的硬度高的硬度。

3.根据权利要求1或2所述的超声波探头，其中，上述第1层导电性树脂具有比上述第2层导电性树脂的硬度高的硬度。

4.根据权利要求1或2所述的超声波探头，其中，在上述背衬材料的主面上形成有多个槽，并将上述第1层导电性树脂的一部分填充到上述多个槽的内部。

5.根据权利要求1或2所述的超声波探头，其中，上述第2层导电性树脂形成在比形成有上述第1层导电性树脂的区域大的区域上。

6.根据权利要求1或2所述的超声波探头，其中，

各振子包括夹持压电体层而交互形成的至少一层第1内部电极层、及至少一层第2内部电极层，

所述超声波探头还具有：

第1侧面绝缘膜，形成在各振子组的第1侧面上，覆盖上述第2内部电极层；

第2侧面绝缘膜，形成在各振子组的第2侧面上，覆盖上述第1内部电极层；

第1侧面电极，形成在各振子组的第1侧面上，与上述第1内部电极层及上述第2电极层连接，并且通过上述第1侧面绝缘膜从上述第2内部电极层绝缘；和

第2侧面电极，形成在各振子组的第2侧面上，与上述第2内部电极层及上述第1电极层连接，并且通过上述第2侧面绝缘膜从上述第1内部电极层绝缘。

7.根据权利要求1或2所述的超声波探头，其中，

所述超声波探头还具有：

第1侧面电极，形成在各振子组的第1侧面上，与上述第1及第2内部电极层及上述第2电极层连接；和

第2侧面电极，形成在各振子组的第2侧面上，与上述第1及第2内部电极层及上述第1电极层连接，

在各振子组的第1侧面一侧的端部，形成至少分离上述第2内部电极层的槽，在分离的上述第2内部电极层之间填充上述绝缘树脂，在各振子组的第2侧面一侧的端部，形成至少分离上述第1内部电极层的槽，在分离的上述第1内部电极层之间填充上述绝缘树脂。

8.一种超声波探头的制造方法，该超声波探头包括用于对超声波进行发送及/或接收的多个振子，其中，该方法具有以下步骤：

步骤(a)，在背衬材料的主面上形成包括第1电极层、多个压电体层、至少一层内部电极层、及第2电极层的层叠构造体；

步骤(b)，通过在上述层叠构造体的主面上形成到达上述背衬材料的多个槽，将上述层叠构造体分离为在第1方向排列的多个振子；

步骤(c)，向在步骤(b)中形成的多个槽填充导电性树脂；

步骤(d)，去除在步骤(c)中填充的上述导电性树脂的一部分；

步骤(e)，向在步骤(d)中去除了上述导电性树脂的多个槽中填充绝缘树脂；

步骤(f)，去除在步骤(e)中填充的上述绝缘树脂的一部分；

步骤(g)，根据需要重复步骤(c)～(f)，从而形成使相邻的振子的第1电极层彼此电连接的第1层导电性树脂、使相邻的振子的内部电极层彼此电连接的第2层导电性树脂、和配置在上述多个振子之间的规定区域的绝缘树脂；

步骤(h)，在上述层叠构造体的主面上形成共用电极层；

步骤(i)，在上述共用电极层上形成至少一层声匹配层；以及

步骤(j)，在上述层叠构造体的主面上，在第1方向上形成到达上述背衬材料的多个槽，从而将各振子分离为在与第1方向不同的第2方向上排列的多个振子。

9.根据权利要求8所述的超声波探头的制造方法，其中，上述第1层导电性树脂及上述第2层导电性树脂具有比上述绝缘树脂的硬度高的硬度。

10.根据权利要求8或9所述的超声波探头的制造方法，其中，上述第1层导电性树脂具有比上述第2层导电性树脂的硬度高的硬度。

11.根据权利要求8或9所述的超声波探头的制造方法，其中，

上述层叠构造体包括夹持压电体层而交互形成的至少一层第1内部电极层、及至少一层第2内部电极层，

步骤(a)包括以下步骤：

在上述层叠构造体的第1侧面上形成覆盖上述第2内部电极层的第1侧面绝缘膜，在上述层叠构造体的第2侧面上形成覆盖上述第1内部电极层的第2侧面绝缘膜；以及

在上述层叠构造体的第1侧面上形成第1侧面电极，在上述层叠构造体的第2侧面上形成第2侧面电极，所述第1侧面电极与上述第1内部电极层及上述第2电极层连接，并且通过上述第1侧面绝缘膜从上述第2内部电极层绝缘，所述第2侧面电极与上述第2内部电极层及上述第1电极层连接，并且通过上述第2侧面绝缘膜从上述第1内部电极层绝缘。

12.根据权利要求8或9所述的超声波探头的制造方法，其中，

步骤(a)包括：在上述层叠构造体的第1侧面形成与上述第1及第2内部电极层及上述第2电极层连接的第1侧面电极，在上述层叠构造体的第2侧面形成与上述第1及第2内部电极层及上述第1电极层连接的第2侧面电极，

步骤(b)包括：在上述层叠构造体的第1侧面一侧的端部形成至少分离上述第2内部电极层的槽，在上述层叠构造体的第2侧面一侧的端部形成至少分离上述第1内部电极层的槽，

步骤(g)包括：在分离的上述第1内部电极层之间填充上述绝缘树脂，在分离的上述第2内部电极层之间填充上述绝缘树脂。