JP2004180301A - 音響バッキング材料を介して超音波変換器に電気的に接続する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波変換器に対して電気的に接続する。
【解決手段】 変換器素子（１２）は、音響バッキング層（１４）内のスルーホール（２６）を介してパルサと電気的に接続される。導電性材料（２８）が、音響バッキング層の前面上に被着された後にダイス加工されて導電性パッドを形成し、またスルーホール又はバイアの壁上に被着され、プリント回路（１６）に接続されることになる露出端部を有する導電性トレースを形成する。音響バッキング層の孔は、音響減衰材料（３０）で充填される。変換器素子の後面上の信号電極は、音響バッキング層の導電性パッドと導電性トレースとを介してプリント回路に電気的に接続される。変換器パレットの側面から出る共通の接地接続部材が、変換器素子の前面と音響インピーダンス整合層（２０）との間に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に、超音波変換器に対して電気的に接続するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は音響バッキング層を介して超音波変換器素子に電気的に接続する方法に関する。

典型的な超音波プローブは、次の３つの基本的な部品、すなわち、（１）変換器パッケージと、（２）変換器を超音波システムの他の部分に接続するマルチワイヤ同軸ケーブルと、（３）プローブハウジング、封止剤、及び電気遮蔽体のような他の種々の機械的ハードウエアからなる。変換器パッケージは、典型的には順次積み重ねた層によって生成される。

１つのタイプの公知の変換器スタックにおいては、露出したバスに共通に接続された複数の導電性トレースを有する可撓性プリント回路基板（以下「フレックス回路」）が、大きな圧電セラミックブロックの金属コートされた後面に接合される。フレックス回路のバスは、圧電セラミックブロックの金属コートされた後面に接合され電気的に結合される。更に、導電性フォイルが圧電セラミックブロックの金属コートされた前面に接合され、最終的な変換器アレイの接地電極のための接地経路を形成する。音響的に透明であるように、すなわち圧電セラミックブロックの前面から放射される超音波が大きく減衰することなくフォイルを通過できるように、導電性フォイルは十分に薄くなければならない。導電性フォイルは、変換器アレイの面積から外へ延びて接地される。

次に、第１の音響インピーダンス整合層が、導電性フォイルに接合される。この音響インピーダンス整合層は、圧電セラミックの音響インピーダンスよりも小さな音響インピーダンスを有する。任意選択的に、第１の音響インピーダンス整合層の音響インピーダンスよりも小さな音響インピーダンスを有する第２の音響インピーダンス整合層が、第１の音響インピーダンス整合層の前面に接合される。これらの音響インピーダンス整合層は、圧電セラミックの高い音響インピーダンスを人体及び水の低い音響インピーダンスへと変換し、これによって放射超音波が伝播する媒体との結合が改善される。

次に圧電変換器素子の線形アレイを製造するために、この積層体の上部分は、垂直な切り込みすなわち切り溝を形成することにより「ダイス加工」され、圧電セラミックブロックを多数の隣接する個別の変換器素子に分割する。ダイス加工中に、フレックス回路のバスは、個別の端子を形成するためにカットされ、圧電セラミックブロックの金属コートされた前面及び後面は、それぞれ個別信号電極及び接地電極を形成するためにカットされる。ここで電気的及び音響的に絶縁された個々の素子は、アレイ内で独立的に機能することができる。導電性フォイルも同様にカットされて平行なストリップとされるが、これらのストリップは、変換器アレイの外に延びる導電性フォイル部分に共通に接続され、該導電性フォイル部分は、接地されたバスを形成する。或いは、バスの代わりに個別の端子を持つようにフレックス回路を形成して、ダイス加工後の圧電変換器アレイに接合することができる。

変換器スタックはまた、音響損失の高い適当な音響減衰材料を含む。このバッキング層は、圧電変換器素子の後面に結合され、各変換器素子の後面から発生する超音波を吸収して、これらの超音波が部分的に反射し、前方に伝播する超音波と干渉することのないようにする。

変換器スタックの圧電素子をマルチワイヤ同軸ケーブルと電気的に接続する公知技術は、第１端子区域から第２端子区域まで延びる複数のエッチングされた導電性トレースを有するフレックス回路によるものであり、該第２端子区域においては、導電性トレースが扇形に広がっており、すなわち、第１端子区域内の端子は、第２端子区域内の端子の線形ピッチよりも大きな線形ピッチを有する。第１端子区域内の端子は、それぞれ同軸ケーブルの個別のワイヤに接続される。第２端子区域内の端子は、それぞれ個別の圧電変換器素子の信号電極に接続される。

システムによりこれらのデバイスにおける素子数の増大が求められる場合には、新たな複雑な変換器形状に対して電気的に接続を行うことがより必要となる。特に、変換器アレイの密度要求は、多次元イメージングのために必要とされる変換器の課題を抱えている。これらの変換器は、従来のイメージング装置によって必要とされた一次元設計ではなく、二次元素子を必要としている。しかしながら、電気的な相互接続が二次元的になると、設計者は、変換器素子の電気的相互接続を形成する場合に、従来の殆どの変換器デザインに共通の特徴であったアレイ側面からのアクセスがもはや可能ではないという問題に直面する。より具体的に言うと、変換器素子が３つ又はそれ以上の列のアレイである場合には、１つ又はそれ以上の列がアレイの内側にあり、これらはアレイの最も外側の列によってアクセスが妨げられる。内側の素子を接続するために、幾つかの複雑な方法が提案され開発されてきた。多様な変換器設計において具現化される１つの解決策は、変換器スタックの音響バッキング層を通じて電気的接続を行うことである。

音響バッキング層又は音響バッキングプレートは、典型的には音響減衰材料で作られ、スキャンされている患者から遠ざかる方向で圧電変換器により発生される音響エネルギーが減衰する。音響バッキング層には、典型的には音響吸収材と、タングステン、シリカ、又は気泡の小粒子のような音響散乱材とを混合したエポキシでキャスティングされる。これらの材料の混合物は、音響バッキング層に所望の音響インピーダンス及び音響減衰性を与えるように制御されなくてはならない。この音響減衰性及び音響インピーダンスは、帯域幅及び感度のような変換器性能パラメータに影響を与える。従って、バッキング材料の音響特性は、音響スタック設計を最適化するように調整されなくてはならない。他方、バッキング材料はまた、ダイス加工される変換器アレイに機械的支持をもたらすと共に、二次元アレイの場合には、個別の変換器素子の各々に対する電気的接続を可能にしなくてはならない。二次元アレイに対する追加的なバッキング材料の要求は、音響バッキング層の設計及び製造に幾つかの特殊な制約を与える。電気的接続性は、素子相互間の電気的クロストークを防止するような方法で音響減衰材料を通じて達成されなくてはならない。他方、電気的接続部材はまた、維持されるべきシステムの音響設計全体のために、これによって排除される音響減衰材料の体積パーセンテージが最小になるようなものでなくてはならない。

米国特許第５，２６７，２２１号は、ダイス加工された変換器アレイと電気回路との間を電気的に接続するために音響材料を介して一方向に整列された導電性素子を含む音響減衰材料について記載している。導電体が掛けられたこの音響減衰材料のブロックは、その組成が均質的であっても不均質であっても良い。音響材料内に埋め込まれた導電体は、ワイヤ、絶縁ワイヤ、ロッド、平坦フォイル、管状フォイル、又は織物とすることができる。また、この特許には、音響バッキング材料で作られたコア上に薄い金属コートを形成することが開示されている。変換器アレイ境界に対する電気的接続は、このアレイ面の１つ又は複数の箇所におけるものとすることができる。

複合音響減衰材料を得るための第２の方法が米国特許第６，０４３，５９０号に記載されており、これは音響減衰材料内に埋め込まれた導電性トレースを有する金属化されたフレックス回路を備える音響バッキングブロックについて教示している。

別の方法が米国特許第６，２６６，８５７号で取り上げられており、これは、例えばレーザー加工による音響減衰バッキング層における一組のバイア及びパッド着座凹部の形成について開示している。機械加工された基板は、次に導電性材料でメッキされる。パッド着座凹部及びバイア上にメッキされた導電性材料を残して、余分な導電性材料が基板から除去され、これによって導電性パッドとメッキされたバイアが形成され、このバイアが基板をその厚さ方向に貫通する導電性トレースを構成する。更に、圧電層内にもバイアが形成されてメッキされ、これらのメッキされたバイアは、接地されるバッキング層のメッキされたバイアと整列して電気的に接続される。この構成により、バッキング層の裏面のフレックス回路に対する変換器素子アレイの前面上の接地電極と後面上の信号電極との電気的接続が可能となる。
米国特許第５，２６７，２２１号公報 米国特許第６，０４３，５９０号公報 米国特許第６，２６６，８５７号公報

音響バッキング層を通じた電気的接続部材を有する改善された設計の二次元超音波変換器アレイに対する継続する必要性がある。

本発明は、ひとつには、少なくとも一方の面に導電性の平面と、音響バッキング材料の本体を貫通する導電性経路とを有する音響減衰材料からなる音響バッキングを有する超音波変換器に関する。表面上の導電体及び本体を貫通する導電体の厚さは、音響特性全体に対する影響を最小にするのに十分なほど小さい。導電性の面は、変換器素子と接合して各変換器ピクセルとの接触を容易にし、組立て後にアレイをダイス加工することにより個々の素子へと分離される。

本発明の１つの態様は、一方の側面から他方の側面まで貫通する孔のアレイを有する音響バッキング材料の母材を形成する段階と、音響バッキング母材の少なくとも一方の面上と、該音響バッキング材料にわたる孔の表面上とに導電性フィルムを被着させる段階と、孔内部の残りの容積を音響バッキング材料で充填する段階と、結果として得られる音響バッキング材料の層を変換器アレイ上に取り付ける段階と、個別の電気的接続を可能にするように各変換器素子を電気的に分離する段階とを含む製造方法である。

本発明のもう１つの態様は、（ａ）前面と後面とを有する比較的厚い音響減衰材料層に、前面から後面までその厚さにわたる孔のアレイを形成する段階と、（ｂ）比較的厚い層の少なくとも前面と孔の表面上とに、第１の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、（ｃ）孔の残りの容積を音響減衰材料で充填する段階と、（ｄ）圧電材料層の後面上に、第２の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、（ｅ）比較的厚い音響減衰材料層を圧電材料層に積層して、第１と第２の比較的薄い導電性材料層を電気的に接続する段階と、（ｆ）圧電材料層と比較的厚い音響減衰材料層の一部分とを、第１と第２の比較的薄い層の複数の領域を互いに電気的に絶縁する複数の切り溝を形成するのに十分な深さまで、互いに平行な複数の平面に沿ってダイス加工する段階とを含む超音波変換器を製造する方法である。

本発明の更に別の態様は、（ａ）複数の柱状体を有する成形型を形成する段階と、（ｂ）該柱状体の周縁面を含む成形型の内表面上に第１の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、（ｃ）音響減衰材料を成形型内にキャスティングして、該第１の比較的薄い導電性材料層に接合され、複数の柱状体により形成された孔のアレイを有する比較的厚い音響減衰材料層を形成する段階と、（ｄ）比較的厚い音響減衰材料層に接合された第１の比較的薄い導電性材料層を残しながら成形型を除去する段階と、（ｅ）孔の残りの容積を音響減衰材料で充填する段階と、（ｆ）圧電材料層の後面上に第２の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、（ｇ）第１と第２の比較的薄い導電性材料層を互いに接触させて、比較的厚い音響減衰材料層を圧電材料層に取り付ける段階と、（ｈ）圧電材料層の後面上の第２の比較的薄い層の複数の領域が互いに電気的に絶縁され、且つ比較的厚い音響減衰材料層の前面上の第１の比較的薄い層の対応する複数の領域が複数の切り溝により互いに絶縁されるのに十分な深さまで、互いに平行な複数の平面に沿って、圧電材料層と比較的厚い音響減衰材料層の一部分とをダイス加工する段階とを含む超音波変換器を製造する方法である。

本発明の更に別の態様は、圧電変換器素子のアレイと、該圧電変換器素子の各々の後面に音響的に結合された音響バッキング層とを含み、該音響バッキング層が、複数のバイア形状の内部構造を備えた音響バッキング材料層を含み、各々のバイア形状の内部構造が、該構造上に導電性材料が被着され、音響減衰材料で充填された容積を境界付けていることを特徴とする超音波変換器である。

本発明の更に別の態様は、音響減衰材料で作られた音響バッキング層と、電気的励起に応答して超音波を発生し、後面が音響バッキング層の前面のそれぞれの領域に音響的に結合された超音波変換器素子アレイと、各超音波変換器素子の前面が音響的にそれぞれ結合された音響整合層素子アレイと、導電性材料で作られ、超音波変換器素子アレイと音響整合層素子アレイとの間に配置された共通の接地接続部材と、音響バッキング層を貫通する複数の導電体とを含む超音波変換器である。超音波変換器素子の前面及び後面は、導電性材料の被着物を有する。各導電体は、音響バッキング層の前面上に形成され、それぞれの超音波変換器素子の対向する後面と電気的に接触するそれぞれの導電性パッドを備え、音響バッキング層内のそれぞれのバイア形状構造上に被着され、それぞれの導電性パッドに接続され音響バッキング層の後面において露出したそれぞれの導電性トレースを更に備える。共通の接地接続部材のどの部分も、音響バッキング材料を貫通しない。

本発明の他の態様は、以下に説明及び請求される。

本発明は、複数列の二次元変換器アレイの音響バッキング層、及びそのような音響バッキング層の製造方法に関する。バッキング材料は、最適な音響積層設計とバッキング層を介した変換器アレイの各個別素子への電気的接続性とを可能にするのに十分な音響減衰特性を有する。

図１は、本発明の一実施形態による構造を有する３列変換器アレイ１０からなる１つの柱状体を示している。各変換器素子１２は、その後面において音響減衰材料で作られた音響バッキング層１４に結合される。変換器素子は、好ましくは圧電セラミック材料で作られる。音響バッキング層は、後面に結合された複数の可撓性プリント回路基板（「フレックス回路」）を有し、変換器素子の各列に対して１つのフレックス回路がある。図１には、音響バッキング層とフレックス回路の対応する部分と共に、各列から変換器素子が１つだけ示されている。しかしながら、音響バッキング層１４とフレックス回路１６の双方は、変換器素子の各列の幅全体に延びていることを理解されたい。

アレイ１０の各変換器素子１２は、音響バッキング層１４に音響的に結合されている。変換器素子の列は、音響バッキング層１４内に埋め込まれ厚さ方向で該音響バッキング層を貫通する導電体（図１には図示せず）を介して、それぞれのフレックス回路１６に電気的に接続される。所定列の各変換器素子１２は、対応するフレックス回路上のそれぞれの導電性トレース（又は各導電性トレースの端部に形成された導電性パッド）に電気的に接続される。導電性トレースは、従来の方法で可撓性基板上にプリントすることができる。基板は、ポリイミドのような誘電体材料からなるものとすることができる。各導電性トレース（又は導電性トレース端部の導電性パッド）は、音響バッキング層１４内のそれぞれの導電体の後方終端部と電気的に接触する。各変換器素子１２は、その後面上に信号電極（図示せず）を有し、この信号電極は音響バッキング層内のそれぞれの導電体の前方終端部と電気的に接触する。従来の方法では、圧電セラミック材料層の裏面上に金属を被着させ、次に圧電セラミック材料をダイス加工して変換器素子を形成することにより、該信号電極を形成することができる。このダイス加工作業は、隣接する変換器素子の列を分離し、後でより詳細に述べるように、音響バッキング層の上部分に貫入する互いに平行な切り溝３２を形成する。

上に述べたダイス加工後に、圧電変換器素子１２の金属化された上面の上に接地接続部材１８が載置される。この一実施形態は、内側の音響インピーダンス整合層２０上に薄い（例えば、２乃至４ミクロン）金属層をメッキし、次いで該音響インピーダンス整合層を圧電層の前面に積層することである。第２の音響インピーダンス整合層２２は、第１の音響インピーダンス整合層２０に積層される。次に層２０及び２２は圧電層がダイス加工された同じ平面でダイス加工され、これにより切り溝３２とほぼ同一平面上にある切り溝３６が形成される。層２０のダイス加工は、接地金属化部材１８の手前で止める。このようにして、柱状体の変換器素子は、互いから音響的に分離されるが、接地金属化部材を介して電気的に接続される。

本発明の一実施形態によれば、変換器アレイを音響バッキング層を介してフレックス回路に接続する導電体は、（１）音響バッキング層の前面に被着され、それぞれの変換器素子のそれぞれの信号電極に電気的に接触したそれぞれの導電性パッドと、（２）それぞれの導電性パッドに接続され、音響バッキング層内に形成されたそれぞれのバイア又はスルーホールの内部に被着されたそれぞれの導電性トレースとを含む。各バイアは、後で音響減衰材料で充填される。任意選択的に、音響バッキング層の導電体は更に、音響バッキング層の後面上に被着され、フレックス回路（変換器素子の各列に対して１つのフレックス回路）上にプリントされたそれぞれの導電性パッド又はトレースと電気的に接触するそれぞれの導電性パッドを含むことができる。

従って、電気的経路は、フレックス回路１６からバッキング層１４の導電性トレースまで、更に変換器素子１２の後面上の信号電極までである。変換器素子の金属化された前面は、全ての素子に共通の接地金属化部材１８に接続される。順方向音響経路は、セラミック素子１２から接地金属層１８を介して音響整合層２０及び２２へ、更に変換器のレンズ又はフェイシング（図示せず）までである。逆方向音響経路は、音響バッキング層１４により捕捉されるエネルギーのための経路である。

次に本発明の一実施形態に従って音響バッキング層を製造する方法を図２乃至図７を参照しながら説明する。この方法は、音響バッキング材料の層２４で始まる。第１の段階において、層２４の厚さを完全に貫通する孔２６を互いに間隔を置いて１列に形成することにより母材を作製する。この母材の実施例は図２及び図３に見ることができる。単純化の目的で、１つの列を成す３つの孔が示されているが、母材内には孔のアレイが形成されることを理解されたい。最終的な変換器アレイの各変換器素子に対して１つ又はそれ以上の孔が形成されることになる。最後には、母材の一方の面が変換器アレイに接して配置され結合される。この面は、本明細書においては「前面」と呼ばれる。孔２６は、変換器アレイを支配するパターンと同一パターンにて配置することができる。音響バッキング材料自体は、均質な組成とすることができ、或いはより一般的には、異なる音響特性を有する幾つかの材料の均質な混合物とすることができる。

音響バッキング材料の層２４と孔２６とから成る母材は、幾つかの技術のいずれによって作ってもよい。例えば、母材は、孔の機械的穿孔又はレーザー穿孔により固体音響バッキング材料から形成することができる。これとは別に、柱状体を含む成形型上で音響バッキング材料をキャスティングすることにより、母材を形成することができる。成形型から取り外されると、成形された柱状体により孔キャスティングされた音響バッキング材料２４内に２６が形成されている。キャスティングされた材料の成形型からの取り外しを助けるために、成形された柱状体は先細とすることができる。

バッキング層の母材を作製した後、図４に見られるように、母材の前面及び孔２６の内表面の上に導電性材料の層２８が被着される。結果として得られる導電性フィルム２８は、圧電素子から音響バッキング材料へ後方に伝播する超音波の音響結合を妨げることの無いように十分に薄い。導電性フィルム２８はまた、母材に配列された孔の半径と比べて薄い。導電性材料は、好ましくは金属であるが、無機又は有機導体のような十分な導電性を有する他の任意の材料とすることができる。被着された導電性材料２８は、バッキング材料２４の少なくとも前面を覆い、音響バッキング材料本体を貫通する孔２６の内側に被着される。被着は、無電解メッキ法、蒸発法、蒸着法、又は溶液コート法のような幾つかの一般的技術の内のいずれによっても達成できる。

音響バッキング材料内に導電性の孔のアレイを形成する別の方法は、上述のように、音響バッキング材料をキャスティングするための型を作製することである。導電性材料の薄い層を該型の上に被着させた後、音響バッキング材料をキャスティングする。バッキング材料を硬化させた後、加熱又は溶解により型が除去され、その結果、音響バッキング材料とこれに付着した導電性コートが残る。導電性フィルムは、音響バッキング材料の片面のみに限定される必要はない。しかしながら、音響バッキング材料の少なくとも前面は、圧電変換器素子の信号電極に対する最適な電気的結合のために導電性を有することが好ましい。

音響バッキング材料がアレイ孔の各々を介して導電性を有するようになると、図５に示すように、音響バッキング母材内に残る開口を充填するために追加の音響バッキング材料３０が使用される。これらの孔を充填するために使用される音響バッキング材料の組成は、最初の音響バッキング材料母材を作製するために使用されたものと同じであるのが好ましい。しかしながら、封止剤の組成は、音響信号を変更するために開始音響バッキング材料の組成と異なるものでもよい。

最終的に生成されるものは、最適な変換器設計を可能にするような、容積の大部分が音響減衰材料から成る音響バッキング材料である。しかしながら、この音響バッキング材料はまた、その一方の面上に被着させた導電性材料のアレイを有して変換器アレイ境界との接触抵抗を最小にし、厚みを貫通する電気的接続部を有して他方の面に取り付けられる電気回路との電気的接触を形成する。

次の作業は、圧電層の後面上に音響バッキング層を取り付けて、その結果として得られる積層体をダイス加工用鋸を使用して厚さ全体にわたって及び厚さの上部分のみをダイス加工することである。この作業は、１回のダイス加工作業で行われるのが好ましいが、必須ではなく、圧電層に積層する前に音響バッキング層の上部分をダイス加工してもよい。

互いに直交する方向へダイス加工した後の音響バッキング層の平面図を図６に見ることができる。ダイス加工により形成される互いに平行な第１の複数の切り溝３２は、圧電層を縦に細分化し、他方、切り溝３２と直交し別のダイス加工中に形成される互いに平行な第２の複数の切り溝３４は、圧電層を横に細分化し、その結果として、行と列とで配置された電気的及び音響的に絶縁された変換器素子のアレイが得られる。

切り溝３２及び３４は、音響バッキング層内の各バイアに対してそれぞれ１つの変換器素子が形成されるように離間している。換言すると、変換器アレイは、変換器アレイ素子の各々が、該変換器素子の各々に接続されたそれぞれの金属化され充填されたスルーホール又はバイアにより、音響バッキング材料に電気的に接続可能であるように配置される。音響バッキング材料の金属化された面は、図７の切り溝３４によって示すように音響バッキング材料の前面上に被着された導電層をダイス加工中に物理的に切り取ることにより、変換器素子と一致する個別の素子に分離される。音響バッキング層の金属化された前面のダイス加工は、バッキング材料まで深く貫入する必要はないが、変換器素子を互いに電気的及び音響的に絶縁するのに十分な深さでなければならない。

図６に示すような互いに直交する直線的な切り溝の場合には、導電性材料２８の導電性パッド３８が、音響バッキング材料の前面に形成される。各導電性パッド３８の外周縁はほぼ矩形であり、内周縁はほぼ円形である。各導電性パッド３８の内周縁は、バッキング層の孔内に導電性材料を被着させることにより形成される対応する導電性トレース４０（図７参照）の上端部に接続される。

音響バッキング材料のアレイ孔の後側の導電性トレース４０の露出端部に対する接続により、複数列アレイの各変換器素子に対する電気的接続が形成される。この接続は、多層フレックス回路又は他の直接金属化方法の使用のような、幾つかの一般的な方法のいずれかを用いて行うことができる。

図８及び図９には、変換器パレットの種々の層の積層及びダイス加工が示されている。圧電層１２は、典型的にはジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリフッ化ビニリデン、又はＰＺＴセラミック／ポリマー複合材である。各変換器素子の圧電セラミック材料は、典型的には後面上に形成された信号電極と、前面上に形成された接地電極とを有する。また、変換器パレットは、例えば変換器素子アレイの背面に配置されたエポキシとシリコーンゴムとタングステン粒子との混合物などの音響損失の高い適当な音響減衰材料の質量体１４を含む。このバッキング層１４は変換器素子の後面に結合されており、各素子の裏側から発生する超音波を吸収して、これらの超音波の部分的な反射や前方へ伝播する超音波との干渉が無いようにする。典型的には、各変換器アレイ素子はまた、圧電層１２の金属化された前面（金属化部分は接地電極を形成する）に接合された第１の音響インピーダンス整合層２０を含む。第２の音響インピーダンス整合層２２が、第１の音響インピーダンス整合層２０に接合される。変換器パレットの層１２、２０、及び２２は、音響的に透明な接着剤の薄層を使用して接合される。第２の整合層２２の音響インピーダンスは、第１の整合層２０の音響インピーダンスよりも小さく、変換器アレイに音響的に結合された媒体の音響インピーダンスよりも大きくなければならない。

図８は、以下の段階、すなわち、音響バッキング層１４を圧電層１２に積層し、これらの層１２及び１４を、層１２を完全に貫通し層１４を部分的に貫入するようにダイス加工して切り溝３２を形成する段階と、圧電層１２の上面に音響インピーダンス整合層２０を積層する段階と、次に音響インピーダンス整合層２０の上面に音響インピーダンス整合層２２を積層する段階の結果として得られるパレットを示している。好ましくは、圧電層１２と接する音響整合層２０の後面は、変換器素子の前面上の接地電極に対する接地接続を形成するために金属化される。切り溝３２は空のままでもよく、剪断弾性係数の低い材料で充填してもよい。

次に図９を参照すると、圧電列は、圧電層１２の後面上の金属化部分及び音響バッキング層１４の前面を高さ寸法で完全に貫通してダイス加工され、個別の変換器素子を形成し、個別の各変換器素子の下で導電性接触部（すなわち、導電性パッド及び電極）を電気的に絶縁する。また、各素子列の整合層を機械的に分離するために、切り溝３２と同じ線に沿った方位で直交するダイス加工カット３６を行う。切り溝３６は、音響整合層２０を完全には貫通して延びておらず、従って高さ寸法で各素子の柱状体全体にわたる音響整合層２０の金属化された後面の連続するストリップが残される。従って、変換器素子の全ての列の接地電極を、変換器アレイのいずれかの高さ側面から共通の接地に接続することができる。

ダイス加工後、第２の音響インピーダンス整合層２２の前面は、音響的に透明なシリコーン接着剤の薄層を使用して凸状円柱レンズ（例えば、シリコーンゴムで作られる）の平坦な後面に従来の方式で接合される。

音響バッキング層の前面上の導電性パッドは、高圧と非導電性エポキシの薄層とを利用して、変換器アレイの信号電極に積層することができる。音響バッキング材料と圧電セラミック材料との対向する面が、微細な凹凸を有し、エポキシ層が十分に薄い場合には、セラミックの高点と音響バッキング層の高点との間の直接接触の分布を介して電気的接続が達成される。

超音波変換器アレイは、上に開示された音響バッキング構造を使用して、フレックス回路上の導電性トレースに電気的に接続することができる。また、この音響バッキング構造を用いて、可撓性のプリント回路基板、ワイヤ、ケーブル等々のような他の導電体装置に対して超音波変換器アレイを電気的に接続することができる。

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うこと、及び本発明の構成要素をその等価物で置き換え可能なことは当業者には理解されるであろう。更に、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況に適応させるために本発明の教示に多くの変更を行うことができる。従って本発明は、これを実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付請求項の範囲内に含まれる全ての実施形態を含むものである。

本発明の一実施形態による構造を有する３列の変換器アレイからなる一柱状体の斜視図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、本体の厚みを貫通する孔を有する音響減衰材料の棒状又はプレート状本体の平面図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、図２に示される音響減衰材料本体の図２の線３−３にから見た断面図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、前面上とスルーホール内とに導電性材料が被着された後の図３に示される音響減衰材料本体の断面図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、スルーホール（導電性材料が被着されている）が音響減衰材料で充填された後の図４に示す音響減衰材料本体の断面図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、本体の上層が互いに直交する方向にダイス加工された後の図５に示す音響減衰材料本体の平面図。 本発明の一実施形態による製造方法の段階における、図６に示す音響減衰材料本体の図６の線７−７に沿って見た断面図。 音響インピーダンス整合層が圧電層の前面に積層され、圧電層の後面が音響バッキング層に積層された製造段階における変換器パレットの斜視図。 更にダイス加工した後の図８に示す変換器パレットの斜視図。

符号の説明

１０ アレイ
１２ 圧電変換器素子
１４ 音響バッキング層
２６ バイア
２８ 導電性材料
３０ 音響減衰材料

Claims (10)

1. 一方の側面から他方の側面まで貫通する孔（２６）のアレイを有する音響バッキング材料の母材（２４）を形成する段階と、
   前記音響バッキング母材の少なくとも一方の面上と、該音響バッキング材料にわたる孔の表面上とに導電性フィルム（２８）を被着させる段階と、
   前記孔内部の残りの容積を音響バッキング材料（３０）で充填する段階と、
   結果として得られる音響バッキング材料の層を変換器アレイ（１０）上に取り付ける段階と、
   個別の電気的接続を可能にするように各変換器素子を電気的に分離する段階と、を含む製造方法。
2. 前面と後面とを有する比較的厚い音響減衰材料層（２４）に、前記前面から前記後面までの厚さにわたる孔（２６）のアレイを形成する段階と、
   前記比較的厚い層の少なくとも前記前面と前記孔の表面上とに、第１の比較的薄い導電性材料層（２８）を被着させる段階と、
   前記孔の残りの容積を音響減衰材料（３０）で充填する段階と、
   圧電材料の層（１２）の後面上に、第２の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、
   前記比較的厚い音響減衰材料層を前記圧電材料層に積層して、前記第１と第２の比較的薄い導電性材料層を電気的に接続する段階と、
   前記圧電材料層と前記比較的厚い音響減衰材料層の一部分とを、前記第１と第２の比較的薄い層の複数の領域を互いに電気的に絶縁する複数の切り溝（３２）を形成するのに十分な深さまで、互いに平行な第１の複数の平面に沿ってダイス加工する段階と、
   を含む超音波変換器を製造する方法。
3. 前記圧電材料層の前面上に第３の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、
   比較的厚い音響インピーダンス整合材料層の後面上に第４の比較的薄い導電性材料層を被着させる段階と、
   前記第３と第４の比較的薄い導電性材料層を互いに接触させた状態で前記第１の比較的厚い音響インピーダンス整合材料層を前記圧電材料層に取り付ける段階と、
   前記第１と第２の比較的薄い導電性材料層の電気的に絶縁された各領域の複数の小領域が、前記第１の複数の切り溝にほぼ直交する第２の複数の切り溝（３４）によって電気的に絶縁されるのに十分な深さまで、互いに平行な複数の第２の平面に沿って、前記比較的厚い音響インピーダンス整合材料層と、前記圧電材料層と、前記比較的厚い音響減衰材料層の一部分とをダイス加工する段階と、
   を更に含む請求項２に記載の方法。
4. 前記互いに平行な第１の平面に沿って、前記第３の比較的薄い導電性材料層がダイス加工されない深さまで前記比較的厚い音響インピーダンス整合材料層の少なくとも一部分をダイス加工する段階を更に含む請求項３に記載の方法。
5. 前記孔のアレイが、第１と第２の孔の列を備え、
   第１と第２の印刷回路（１６）を前記比較的厚い音響減衰材料層に取り付けて、前記第１の印刷回路の導電性トレースを前記第１の列のそれぞれの孔に被着させた前記比較的薄い導電性材料層と接触させ、前記第２の印刷回路の導電性トレースを前記第２の列のそれぞれの孔に被着させた比較的薄い導電性材料層と接触させる段階を更に含む請求項２に記載の方法。
6. 前記第１と第２の比較的薄い導電性材料層の前記電気的に絶縁された各領域の複数の小領域が、前記第１の複数の切り溝にほぼ直交する第２の複数の切り溝によって電気的に絶縁されるのに十分な深さまで、互いに平行な複数の第２の平面に沿って、前記圧電材料層と前記比較的厚い音響減衰材料層の一部分とをダイス加工する段階を更に含む請求項２に記載の方法。
7. 音響減衰材料が前記孔を充填し、前記比較的厚い層の音響減衰材料がほぼ同じ組成を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 圧電変換器素子（１２）のアレイ（１０）と、該圧電変換器素子の各々の後面に音響的に結合された音響バッキング層（１４）とを含み、該音響バッキング層が、複数のバイア形状の内部構造を備えた音響バッキング材料層を含み、各々の前記バイア形状の内部構造（２６）が、該構造上に導電性材料（２８）が被着され、音響減衰材料（３０）で充填された容積を境界付けていることを特徴とする超音波変換器。
9. 前記圧電変換器素子と、これと面する前記音響バッキング層の部分とが、高さ方向平面に平行に配置された互いに間隔を空けた複数の切り溝３２により絶縁され、各圧電変換器素子が面上に電極を有し、前記音響バッキング層の各絶縁された部分が、前面上に導電性パッドを有し、各導電性パッドがそれぞれの電極と接触することを特徴とする請求項８に記載の超音波変換器。
10. 前記音響減衰材料が、前記境界のある容積を充填し、前記音響減衰材料層がほぼ同じ組成を有することを特徴とする請求項８に記載の超音波変換器。

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