JP2004526345A - メタライゼーションが施されアブレーションされたポリマーフィルムを接地面として用いて、複数要素からなる音響プローブを製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、単一の圧電振動子を備える音響プローブを製造する方法に関する。該方法は、導電性フィルムで覆われたフレキシブルな絶縁フィルムからなる接地面を形成するための独自の工程を含む。フレキシブルな絶縁フィルムは、導電性フィルムを露呈させるために局所的にアブレーションされる。こうしてアブレーションされたフィルムは単一の圧電振動子の接地面およびドレーピングとして機能する。本発明は、小型心内膜超音波プローブに適用できる。
【選択図】図３

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に医療撮像に用いられる音響プローブの分野に関し、そしてさらに詳細には、互いに無関係に励起される複数の要素（またはチャネル）からなるプローブの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプローブを実現する方法は複数の文献に記述されており、特に国際特許出願公開公報ＷＯ９７／１７１４５号に記述されている。この方法は、最初に組立体、つまり、系統連係ネットワークを備えるプリント回路／圧電材料の層／音響整合ブレードの組立体を実現することからなる。さらに詳細には、このプリント回路は、複数の音響要素を接触させるために用いる導電性トラックを備える。接地電極は全要素に共通であり、音響整合ブレードと圧電材料の層の間に挿入されており、金属のまたはメタライゼーションを施された薄いポリマーフィルムである。
【特許文献１】
ＷＯ９７／１７１４５号
【０００３】
図１には振動子要素Ｔ_ｉｊ（圧電材料でできている）とインピーダンスが変化して効果的な音響整合を確実にする音響整合要素Ａ_ｉｊ１およびＡ_ｉｊ２を描いたが、図１に示したように、この薄いフィルムは側面に折り畳まれる。したがって、各基本振動子は接地面Ｐと、系統連係ネットワーク１に接続しているメタライゼーションｍｅ_ｉｊの間で制御できる。大きさについての制限を満たすように、フレキシブルな接地面はプローブによる面を覆うように配設されており、該面の曲率半径のために寸法が一般的に約５００μｍとなり、したがって、プローブのフットプリントが増加する。
加えて、圧電要素と音響整合要素の間に配設されているこの接地面は、音波の伝搬を妨害し、プローブの音響性能を低減させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プローブのフットプリントの大きさの増加および／または音響性能の低下は、フットプリントが小さくそして音響性能が高いプローブを使用する心内または心臓内への適用を限定する要因となる。
これに関連して、本発明は独自の方法を用いて接地面を生成する、新しい音響プローブ製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
さらに詳細には、本発明は単一の圧電振動子を伴う音響プローブを製造する方法に関し、次の工程：
−絶縁フィルムの表面上に、主要接続パッドおよび接地パッドを有する接続ネットワークを形成し、
−圧電材料の層を該接続ネットワークの表面上に重ね合わせ、
−導電性フィルムをフレキシブルフィルムの表面上に形成し、
−該フレキシブルフィルムの特定の領域をアブレーションし、該フレキシブルフィルムが取り除かれた該領域において導電性フィルムを露呈させ、
−露呈された該導電性フィルムを該圧電材料の表面上に、そして該フレキシブルフィルムを該絶縁フィルムの表面上に取り付け、
−単一の圧電振動子を画定するために、導電性フィルムと圧電材料を備える組立体を第１の軸に沿って切断する工程
を含む。
【０００６】
有利には、フレキシブルフィルムはポリイミドフィルムで、導電性フィルムは、金属フィルムである。
有利には、該金属フィルムは、２つの工程で形成される。第１のメタライゼーションを該フレキシブルフィルムの表面に施し、そしてメタライゼーション厚さを増加させるために、第２のメタライゼーションを施す。
本発明の変形例では、該フレキシブルフィルムの厚さは約１０から２５μｍ、そして絶縁フィルムの厚さは約２５から５０μｍでよい。
本発明の変形例によると、第１メタライゼーション工程は、溶射または無電解処理により行われる（該無電解処理または化学処理を用いる該メタライゼーションでは、配設する金属のイオンが飽和状態にある溶液に、フィルムを浸す。飽和状態にあると、フィルムの表面上に金属が析出する）。第２工程は、電解析出により行うことができる。第１のメタライゼーション工程の間に、通常１μｍ程度の厚さを獲得でき、第２工程の間に、１２μｍ程度に達する。
【０００７】
本発明の変形例では、フレキシブルフィルムを局所的にＣＯ_２レーザで取り除くことができ、金属層のみ残すことができる。
有利には、金属フィルムは銅またはニッケルでできていてよい。
本発明による方法はまた第３のメタライゼーション工程を含んでよく、貴金属、例えば金を用いて、以前の工程で獲得された金属フィルムの酸化を防ぐことができる。
本発明の変形例では、絶縁フィルムの表面上へのフレキシブルフィルムの取り付けを、室温または高温で重合可能な液体接着剤の類の接着剤を用いて行うこともできる。
【０００８】
本発明による他の実施形態では、該方法は圧電材料と絶縁フィルムの間への中間接着導電性層の配設を含んでよい。
本発明の方法を用いて、フレキシブルフィルムを局所的にアブレーションすると、圧電材料の層と接触する特定の領域において導電性フィルムだけが残る。
導電性フィルムは非常に薄いので、プローブの音響特性は大きく変化しない。加えて、この薄い金属フィルムはフレキシブルフィルムにより外側が支持されているので扱いやすい。
【０００９】
添付の図面を参照する、非限定的な例についての次の説明により、本発明はより明確になり、そして他の利点が理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の方法により得られた、線形の圧電振動子を備える一方向性音響プローブの例について記述する。
通常、プローブは単一の圧電振動子のセットを備えており、各々接地電極と、超音波センサの分野では「ホット・ポイント」とも呼ばれている制御電極を備えている。
これらの電極を接続するために、フレキシブルな絶縁フィルムを用いて、その絶縁フィルム上で該ホット・ポイントと該接地電極の接続が実現されるのが有利である。図２ａは、このタイプのプリント回路を示している。
さらに詳細には、絶縁フィルムＦ_ｄは圧電振動子に対向することとなる主要接続パッドＰＣ_Ｐ、該振動子に対してずれている副接続パッドＰＣ_Ｓ、そして接地電極に接触することとなる接地パッドＰ_Ｍを備える。
さらに詳細には、主要接続パッドと副接続パットは導体を介して接続しており、フレキシブルな絶縁フィルムの側に設けられている導電性フィルムは、圧電素子が接続しているところと対向している。このタイプの構成では、同じ側から全ての振動子電極に接触できる。
【００１１】
次に、本発明による音響プローブを実現するために必要な工程について述べる。
本発明による方法では、電気的および物理的接続をするための主要接続パッドＰＣ_Ｐ上に（図２ａ）、圧電振動子を製造するための圧電材料の層が配設されている（図２ｂ）。
【００１２】
ここで、該層Ｃ_Ｔは、接地パッドＰ_Ｍおよび図２に示した側から接触可能なはずである副接続パッドＰＣ_Ｓを覆っていない。圧電材料の層の両面は、メタライゼーションが施されている。
同時に、導電性フィルムがフレキシブルフィルムの表面に形成されている。
フレキシブルフィルムは、厚さが約１０から２５μｍのポリイミド系フィルムでよく、図２ｃに示したように、一方の面にメタライゼーションが施されている。第１のメタライゼーションｍ_１は溶射または電解処理によりフレキシブルフィルムＦ_ｓ上に形成できる。通常、このメタライゼーションｍ_１の厚さは約１μｍ未満である。
【００１３】
第２のメタライゼーションｍ_２は、メタライゼーションｍ_１の表面に同じ金属を厚さ約５から１０μｍになるまで電解析出させることにより施してよい。
有利には、厚さ約０．３μｍの非常に薄い酸化されない貴金属の層を、第２のメタライゼーションｍ_２の表面上に瞬間的に形成できる（メタライゼーションｍ_３）。
したがって、該メタライゼーションｍ_１／ｍ_２／ｍ_３は、厚さが約５から１０μｍの導電性フィルムＦ_ｃを形成する。
【００１４】
図２ｄに示した第２工程では、フレキシブルフィルムＦ_ｓを例えばＣＯ_２レーザで局所的に彫り、導電性フィルムＦ_ｃの領域Ｓを露呈させている。有利には、該領域Ｓに新たに金を瞬間的に施して、メタライゼーションｍ’_３を形成する。
ドレーピングは、室温または高温で加圧しながら行うことができる。
高温の重合可能な液体接着剤を用いて、組立体を接着させる（圧電層／フィルムＦ_ｃ境界面およびフィルムＦ_ｓ／フィルムＦ_ｄ境界面）。
【００１５】
図３は、図２ｆのＡＡ’における断面図を示している。
【００１６】
上面と底面がメタライゼーションされた圧電材料の層Ｃ_Ｔが、主要接続パッドＰＣ_Ｐ上に配設されるとき、全セラミック層を覆うためにフィルムＦ_ｃで覆われたフィルムＦ_ｓが、絶縁フィルムＦ_ｄ上に配設される。このようにするために、フィルムＦ_ｓの取り除かれた領域を、圧電材料の領域より広くして、絶縁フィルム上に効果的なドレーピングが得られるようにする（図２ｅ）。
【００１７】
さらに詳細には、図３はセラミックの下部メタライゼーションＭｅ_ｉと主要接続パッドの間の電気的接触、および、フィルムＦ_ｓにより支持されている導電性フィルムＦ_ｃによって、セラミック層の上部メタライゼーションＭｅ_Ｓと接地パッドＰ_Ｍの間に形成される電気的接触を示している。各層間の電気的接触は、表面の荒さにより形成される。図３では、接着剤の非常に薄い層（１μｍ未満）は示されていないが、それは各層の該荒さのために、凹部に流入し、該表面を接着しているが電気的接触には影響しない。
【００１８】
圧電材料の層が絶縁フィルムに接触し、そして液体接着剤の薄い層により組立体が獲得される変形例について述べた。
本発明による他の変形例によると、中間接着導電性接続層Ｃ_１を用いることもできる。この中間導電性層Ｃ_１は有利には異方性導電性タイプの材料でよい、つまり該層は、特定の方向において導体となる特性を有し、高温プレスされたとき、例えば絶縁フィルムＦ_ｄの面に垂直な方向、つまり図４に示されている（Ｘ、Ｙ）面に垂直なＺ軸の方向においてのみ電気的接触を提供する。このタイプの樹脂は、連続的で均一な接着を、基材上に配設された圧電材料の層にわたって提供する一方で、Ｘ軸、Ｙ軸に沿ってではなく、Ｚ軸に沿った方向においてのみ圧電要素を絶縁フィルムＦ_ｄ上に配設された電気的接続部に接続する。通常、この材料は導電性粒子とともに充填された結合剤を含む。
【００１９】
そして、圧電材料の層Ｃ_Ｔを中間導電性層Ｃ_１上に重ね合わせる。
ここで、該層Ｃ_１およびＣ_Ｔは、接地パッドＰ_Ｍ、および図２ｂおよび図４に示されている側から接触可能であるはずの副接続パッドＰＣ_Ｓを覆っていない。
【００２０】
図５は層Ｃ_１を備える本発明によるプローブの断面を示している。
一般的には、第１層Ｃａ_１の音響インピーダンスは比較的大きく、そして層Ｃａ_２は音響インピーダンスがより小さい音響整合層を示している。
通常、層Ｃａ_１は熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂と金属添加物の混合物からなるものでよく、ニッケルが添加されたエポキシ樹脂系でよい。このタイプの材料の体積抵抗率は、通常１０^−３Ω・ｍ未満で、その音響インピーダンスは約９メガレイリーで、層Ｃａ_２のインピーダンスは約３メガレイリーであるのが有利である。
【００２１】
正確なドレーピング（すなわち、圧電材料、多くの場合厚さが約１５０から６００μｍのＰＺＴタイプのセラミックブレード、の層の形状に沿うこと）を可能にし、接地パッドの柔軟性を保つためには、フィルムＦ_ｓの厚さは約１０から３０μｍであるのが有利である。したがってプローブの大きさは、接地パッドを吸収体側に折り畳んで接着させることにより低減させることができる。
組立作業は、真空下または圧力下で行うことができる。通常ドレーピングフィルムＦ_ｓの上部から圧力を加えるか、またはこのフィルムの下部に真空が作られる。また、フィルムＦ_ｓ上に真空を生成し、組立体を囲いそれに圧力をかけることによって、２つの効果を組み合わせることもできる。
【００２２】
上述の組立作業を実行するとき、次に切断作業Ｔ_ｊを行って組立体を切断し、図６に示したように、主要圧電振動子ＴＰ_ｉを分離させる。この切断作業は図６に示したようにダイヤモンドソーを用いてＤｙの方向に行うことができる。これによって、通常、幅が５０から５００μｍの線形の振動子が画定される。線形の該振動子を電気的に絶縁するために、切断線は絶縁フィルムＦ_ｄの厚さのところで止まる。
前に生成された組立体もまたレーザにより切断できる。
最後に、２つのタイプの切断を組み合わせることができる。したがって、音響整合ブレードはレーザにより切断でき、そして圧電材料は、この場合セラミックだが、機械的鋸を用いて切断できる。後者の切断方法は、異なる熱膨張係数を有する材料を結合するときに生じる熱応力を放出させる。音響整合ブレードを最初に切断することにより、セラミック内の熱応力が放出されるので、第２の切断の間にセラミックが壊れることはない。
【００２３】
絶縁フィルムの表面上に線形の振動子が生成されると、従来の成形作業を行って、超音波検査法の分野では非常に有益な湾曲したプローブを実現することができる。
フレキシブルな絶縁フィルムを使用し線形の振動子を事前に切断することにより、該絶縁フィルムを十分に湾曲でき、湾曲した吸収体（音波を吸収する材料）の表面に取り付けることができる。この取り付けは従来のようにフレキシブルフィルムを該吸収体の表面上に接着させることにより行うことができる。
【００２４】
一方向性の音響プローブについて本発明を説明したが、本発明は、フレキシブルな絶縁フィルムの表面上で接続している回路網を有するプローブにも適用でき、線形の音響整合要素で覆われたマトリックス状の振動子を有する音響プローブを実現してもよい。
この場合、一方向性のプローブを製造するときと同じ方法を用いて、圧電材料の層をフレキシブルフィルムＦ_ｓを介してフレキシブルな絶縁フィルムＦ_ｄ上に配設する（図２ｂ）。
【００２５】
そして切断工程は、軸Ｄｘに沿って行い、図７に示したように層Ｃ_Ｔ内の切断面Ｔ_ｉで圧電材料を切断する。図８はフィルムＦ_ｓ／Ｆ_ｃ、層Ｃ_Ｔおよび層Ｃａ_１およびＣａ_２を連続的に配設した後の、ＢＢ’における断面図を示している。最後に線形の振動子を伴う一方向性のプローブの場合と同じ方法で、切断Ｔ_ｊする作業をＹ軸に沿って行い、組立体Ｃａ_１／Ｃａ_２／Ｆ_ｃ／Ｃ_Ｔをフレキシブルな絶縁フィルムＦ_ｄまで切り込む。
図９は、中間導電性層Ｃ_１を用いたときのＢＢ’に沿った断面を示している。その後、Ｙ軸に沿った切断Ｔ_ｊは組立体Ｃａ_１／Ｃａ_２／Ｆ_ｃ／Ｃ_Ｔ／Ｃ_１内で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の技術による音響プローブを示しており、圧電振動子と整合ブレードの間に接地板を備える。
【図２】図２ａないし図２ｆは、本発明による方法の主要な工程を示している。
【図３】図２ａないし図２ｆに示した方法により製造されたプローブの断面を示している。
【図４】本発明による方法の一工程を示しており、圧電材料と絶縁フィルムの間に中間電導層を配置する工程を含む。
【図５】中間導電性層を用いて製造されたプローブの断面を示している。
【図６】単一の振動子を獲得するための、本発明による方法に含まれている切断工程を示している。
【図７】本発明によるプローブ製造方法の第２の実施例における圧電振動子の切断工程を示している。
【図８】図７に示した第２の実施例により製造されたプローブの断面図を示している。
【図９】図７に示した実施例により製造されたプローブの断面を示しており、中間導電性層をさらに備えている。

Claims (15)

1. 単一の圧電振動子を伴う音響プローブを製造する方法であって、
   −絶縁フィルム（Ｆ_ｄ）の表面上に、主要接続パッド（ＰＣ_Ｐ）および接地パッド（Ｐ_Ｍ）を有する接続ネットワークを形成する工程と
   −圧電材料（Ｃ_Ｔ）の層を該接続ネットワークの表面上に重ね合わせる工程と
   −導電性フィルム（Ｆ_ｃ）をフレキシブルフィルム（Ｆ_ｓ）の表面上に形成する工程と
   −該フレキシブルフィルム（Ｆ_ｓ）の特定の領域（Ｓ）をアブレーションし、該フレキシブルフィルム（Ｆ_ｓ）が取り除かれた該領域において該導電性フィルム（Ｆ_ｃ）を露呈させる工程と
   −露呈された該導電性フィルムを該圧電材料の表面上に、そして該フレキシブルフィルムを該絶縁フィルム（Ｆ_ｄ）の表面上に取り付ける工程と
   −単一の圧電振動子（ＴＰ_ｉ）を画定するために、該導電性フィルムと該圧電材料（Ｃ_Ｔ）を備える組立体を第１の軸（Ｄｘ）に沿って切断（Ｔ_ｊ）する工程
   を含む方法。
2. 該導電性フィルム（Ｆ_ｃ）は金属フィルムである請求項１に記載の音響プローブ製造方法。
3. 該フレキシブルフィルム（Ｆ_ｓ）の表面に第１の厚さの第１の金属層（ｍ_１）を配設する工程と、次に第１の厚さより少なくとも１桁多い第２の厚さの第２の金属層（ｍ_２）を配置する工程を備える請求項２に記載の音響プローブ製造方法。
4. 第１の金属層は該フレキシブルフィルム（Ｆ_ｓ）上に金属を溶射して形成する請求項３に記載の音響プローブ製造方法。
5. 第２の金属層は第１の金属層の上に、第１の金属層を形成する金属と同一または異なる金属を電解析出させて形成する請求項３または４に記載の音響プローブ製造方法。
6. 金属フィルムを生成するとき、該金属フィルムが酸化しないように、非常に薄い貴金属、例えば金の層を配設する工程を備える請求項２ないし５のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
7. 該金属フィルムは銅またはニッケルである請求項２ないし６のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
8. 該導電性フィルムの厚さは約５から１０μｍの間である請求項２ないし７のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
9. 該フレキシブルフィルムを特定の領域にわたってアブレーションし、導電性フィルムを露呈させるのは、ＣＯ_２レーザによって行われる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
10. 圧電材料の表面上への導電性フィルムの取り付け、および絶縁フィルム上へのフレキシブルフィルムの取り付けは液体接着剤を用いて行われ、複数の金属表面間の電気的接触は該表面の粗さにより形成される請求項１ないし９のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
11. 圧電材料（Ｃ_Ｔ）と主要接続（ＰＣ_Ｐ）の間に電気的接触を提供するために、該絶縁フィルム上へ導電性接着層（Ｃ_１）を配設する工程を備える請求項１ないし９のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 該導電性接着層は異方性の導電性材料を含む請求項１１に記載の製造方法。
13. 該圧電材料の上に配置されている該導電性フィルム（Ｆ_ｃ）上に、少なくとも音響整合層（Ｃａ_１）を配設する工程をさらに備える請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。
14. 導電性フィルム上にインピーダンスが大きい第１の音響整合層（Ｃａ_１）を配設する工程と、該第１の音響整合層上にインピーダンスが小さい第２の音響整合層（Ｃａ_２）を配設する工程を備える請求項１３に記載の音響プローブ製造方法。
15. 第１の切断軸に垂直な方向で圧電材料の層を切断するために、第２の切断軸（Ｄｙ）に沿った事前切断作業（Ｔ_ｉ）をさらに備える請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の音響プローブ製造方法。