JP2010214118A - 超音波探触子内で単結晶圧電材料を使用するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子内で単結晶圧電材料を使用するための方法および装置を提供すること。
【解決手段】超音波探触子（１０６）用の音響積層体（３７０）を形成するための方法が、単結晶圧電材料を、複数の切り溝（２４２）によって一部分離された単結晶片（２４０）を形成するように一部ダイシングするステップを含む。単結晶圧電材料は、キャリア層（２５６）を備える。切り溝（２４２）が切り溝充填材料で充填されて、単結晶複合体（２４６）が形成され、キャリア層（２５６）が除去される。単結晶複合体（２４６）に少なくとも１層の整合層（２８０）が取り付けられ、切り溝（２４２）内でのダイシングが達成されて、単結晶複合体（２４６）から別々の音響積層体（３７０）が形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は一般に、超音波探触子に関し、より詳細には、超音波探触子内の音響積層体に関する。

超音波探触子内の音響積層体を形成するために、単結晶圧電材料を使用することができる。しかし、単結晶圧電材料は、取扱いに特定の条件を要する、非常に脆くて損傷しやすい材料である。例えば、この材料は、高レベルの歪みに耐えると必ずいくつかの圧電特性を失い、また材料亀裂を生じやすく、その材料亀裂が材料構造内部に広がって、材料特性の局所的な変化が生じる恐れがある。

材料が、標準的なダイシングソーを使用して最適化条件なしでダイシングされるときに、亀裂伝播ならびに高レベルの劣化が発生する恐れがある。最適化条件は、ブレード材料、スピンドル回転速度、送り速度など、ダイシングパラメータの微調整を含む。しかし、超音波探触子内で使用するための音響積層体を製造するには、圧電材料を、整合層を形成するために使用することができる黒鉛ベース材料もしくは大量に積んだエポキシ材料、銅トレースを埋め込んだ可撓性材料、および／または１つもしくは複数の他の非常に硬質の材料などの材料からなる他の層と共に積層し、またはその層で挟む必要がある。許容できるスループットを達成するには、さまざまな材料および合計の厚さのため、積層材料をダイシングするときのダイシングパラメータを、単結晶圧電材料が必要とする最適化条件に限定することができない。例えば、最適化条件が送り速度を大幅に低減するよう求める結果、製造コストが増大する。さらに、最適化したダイシングパラメータの下で単結晶圧電材料をダイシングするように最適化されたブレード材料は、積層材料をダイシングするのに適していないことがある。

米国特許第６，７９８，７１７号公報

一実施形態では、超音波探触子用の音響積層体を形成するための方法が、単結晶圧電材料を、複数の切り溝によって一部分離された単結晶片を形成するように一部ダイシングするステップを含む。単結晶圧電材料は、キャリア層を備える。切り溝が切り溝充填材料で充填されて、単結晶複合体が形成され、キャリア層が除去される。単結晶複合体に少なくとも１層の整合層が取り付けられ、切り溝内でのダイシングが達成されて、単結晶複合体から別々の音響積層体が形成される。

別の実施形態では、超音波探触子が、第１組の切り溝によって分離された複数の単結晶片を含む素子のアレイを備える。単結晶片の片面に少なくとも１層の整合層が取り付けられ、単結晶片の他面に可撓性回路が取り付けられる。少なくとも１層の整合層および可撓性回路は、第１組の切り溝内に形成される第２組の切り溝によって各片に分離される。可撓性回路は、超音波システムから信号およびグランドを受け取るように構成されたトレースを備える。

さらに別の実施形態では、超音波探触子用の音響積層体を形成するための方法が、単結晶圧電材料を、ある幅を有する第１組の切り溝を形成する第１のダイシング操作において一部ダイシングするステップを含む。単結晶圧電材料の片面に少なくとも１層の整合層が取り付けられる。単結晶圧電材料の他面に可撓性回路が取り付けられ、第１組の切り溝内でのダイシングが、第１組の切り溝の幅よりも狭い幅を有する第２のダイシング操作において達成されて、別々の音響積層体が形成される。

本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムを示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成された単結晶素子および／または単結晶複合体素子を備えることができる探触子を有する、３Ｄ対応の小型超音波システムを示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成された単結晶素子および／または単結晶複合体素子を備えることができる探触子を使用することのできる、移動式超音波イメージングシステムを示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成された単結晶素子および／または単結晶複合体素子を備えることができる探触子を有する、手持ち式またはポケットサイズの超音波イメージングシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による、圧電層内に単結晶を含む音響積層体をダイシングするための方法を示す図である。 本発明の一実施形態に従って一部ダイシングされた後にキャリア層上に維持された、単結晶圧電材料の上面図である。 本発明の一実施形態に従って導電性材料が施与された後の単結晶複合体の複数の図である。 本発明の一実施形態に従って単結晶複合体に固定された整合層を示す図である。 音響積層体を図１のシステムと相互接続するために積層体内に挟まれ、または積層体内で層状にされる、本発明の一実施形態に従って形成された可撓性回路を示す図である。 本発明の一実施形態に従って図９の可撓性回路に対して位置決めし、取り付けられた積層材料を示す図である。 本発明の一実施形態に従って可撓性回路に取り付けられた積層材料の側面図である。 本発明の一実施形態に従って積層材料内に整合解除（ｄｅｍａｔｃｈｉｎｇ）層が含まれる一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に従って可撓性回路にバッキングブロックが取り付けられる一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に従ってダイシングされた音響積層体の上面図である。 本発明の一実施形態に従ってダイシングされた図１１の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に従ってダイシングされた図１３の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成された単結晶複合体が、音響的に最適化された少なくとも１つの追加材料を備える一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に従って、図１７の単結晶複合体を、第２組の切り溝によって分離された複合体片を形成するようにダイシングする様子を示す図である。 本発明の一実施形態に従って、図１７の単結晶複合体を切り溝内ダイシングする様子を示す図である。

前述の概要、ならびに本発明のいくつかの実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と併せ読めばよりよく理解されるであろう。図がさまざまな実施形態の機能ブロックの図を示す場合、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の分割を表すとは限らない。したがって、例えば、機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）のうち１つまたは複数を、単一のハードウェア（例えば汎用のシグナルプロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）内に実装してよい。同様に、プログラムを、スタンドアロンプログラムとしても、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込んでも、インストールしたソフトウェアパッケージ内の関数としても、その他のものとしてもよい。さまざまな実施形態は、図面中に示す構成および手段に限定されないことを理解されたい。

本明細書では、単数形で列挙され、「ａ」または「ａｎ」という語が前にある要素またはステップは、前記要素またはステップの複数形を除外することが明記されていない限りは除外しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」という言及は、列挙された特徴をやはり組み込むさらなる実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図するものではない。さらに、そうでないと明記されていない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有していないそのような要素をさらに含むことができる。

図１は、パルス状超音波信号を体内に放出させるように探触子１０６内の素子１０４（例えば圧電素子）のアレイを駆動する送信器１０２を含む、超音波システム１００を示す。素子１０４は、本明細書で論じるように単結晶材料および／または単結晶複合材料を備えることができる。素子１０４は、例えば、１次元または２次元で配列することができる。さまざまな幾何形状を使用することができ、探触子１０６は、１次元、２次元、３次元、および／または４次元の画像データを取得することができる。システム１００は探触子１０６を受け取るための探触子ポート１２０を有することができ、または探触子１０６をシステム１００に直結することができる。

超音波信号は、脂肪組織や筋組織のような体内の構造物から後方散乱されてエコーを発生させ、それが素子１０４に戻る。エコーは受信器１０８で受信される。受信されたエコーは、ビームフォーミングを実施して無線周波数（ＲＦ）信号を出力する、ビームフォーマ１１０を通過する。次いで、ＲＦ信号がＲＦプロセッサ１１２を通過する。あるいは、ＲＦプロセッサ１１２は、エコー信号を表す同相および直角位相（ＩＱ）データ対を形成するようにＲＦ信号を復調する、複素復調器（図示せず）を含んでもよい。次いで、ＲＦまたはＩＱ信号データを、記憶するためにメモリ１１４に直接送出することができる。

超音波システム１００は、取得した超音波情報（例えばＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し、またディスプレイ１１８上で表示する超音波情報のフレームを準備するために、プロセッサモジュール１１６も含む。プロセッサモジュール１１６は、取得した超音波情報に対して、選択可能な複数の超音波モダリティに従って１つまたは複数の処理動作を実施するように適合される。取得した超音波情報は、エコー信号が受信される走査セッション中にリアルタイムで処理し、表示することができる。それに加えてまたはその代わりに、走査セッション中に超音波情報をメモリ１１４またはメモリ１２２内に一時的に記憶し、次いでオフライン動作において処理し、表示することもできる。

システム１００にデータを入力し、設定を調整し、プロセッサモジュール１１６の動作を制御するために、ユーザインターフェース１２４を使用することができる。ユーザインターフェース１２４は、キーボード、トラックボールおよび／またはマウス、ならびにいくつかのつまみ、スイッチ、または他のタッチスクリーンなどの入力デバイスを有することができる。ディスプレイ１１８は、診断超音波画像を含む患者の情報を診断および分析のためにユーザに提示する、１つまたは複数のモニタを含む。メモリ１１４およびメモリ１２２の一方または両方が、超音波データの２次元（２Ｄ）および／または３次元（３Ｄ）データセットを記憶することができ、この場合、そうしたデータセットは、２Ｄおよび／または３Ｄ画像を提示するためにアクセスされる。３Ｄまたは４次元（４Ｄ）のリアルタイム表示を行うなどのために、複数の連続した３Ｄデータセットを取得して経時的に記憶することもできる。画像は修正することができ、ディスプレイ１１８の表示設定も、ユーザインターフェース１２４を使用して手動で調整することができる。

図２は、本明細書で論じるように単結晶材料および／または単結晶複合材料を有する素子１０４を備えることのできる探触子１３２を有した、３Ｄ対応の小型超音波システム１３０を示す。探触子１３２は、３Ｄ超音波データを取得するように構成することができる。例えば、探触子１３２は、トランスデューサ素子１０４の２Ｄアレイを有することができる。ユーザインターフェース１３４（一体型ディスプレイ１３６を含むこともできる）が、オペレータからコマンドを受け取るために設けられる。

本明細書では、「小型の」とは、超音波システム１３０がハンドヘルドもしくは手持ち式のデバイスであり、または人の手、ポケット、ブリーフケースサイズのケース、もしくはバックパックで携行するように構成されていることを意味する。例えば、超音波システム１３０は、例えば奥行き約２．５インチ、幅約１４インチ、および高さ約１２インチという寸法を有する典型的なラップトップコンピュータのサイズを有した、手持ち式デバイスとすることができる。超音波システム１３０は、約１０ポンドの重量とすることができ、したがって、オペレータが容易に持ち運び可能である。一体型ディスプレイ１３６（例えば内部ディスプレイ）も設けられ、一体型ディスプレイ１３６は、医用画像を表示するように構成される。

超音波データを、有線または無線ネットワーク１４０（あるいは、例えばシリアルもしくはパラレルケーブル、またはＵＳＢポートを介した直接接続）を介して、外部デバイス１３８に送信することができる。いくつかの実施形態では、外部デバイス１３８を、ディスプレイを有するコンピュータまたはワークステーションとすることができる。あるいは、外部デバイス１３８を、手持ち式超音波システム１３０から画像データを受け取って、一体型ディスプレイ１３６よりも大きな解像度を有することができる画像を表示または印刷することのできる、分離した外部ディスプレイまたはプリンタとすることもできる。異なる寸法、重量、および消費電力を有する小型超音波システムに関して、さまざまな実施形態を実施できることに留意されたい。

図３は、可動基部１４６上に設けられた移動式超音波イメージングシステム１４４を示す。超音波イメージングシステム１４４は、カートベースシステムと呼ぶこともできる。ディスプレイ１４２およびユーザインターフェース１４８が設けられており、ディスプレイ１４２は、ユーザインターフェース１４８から分離しても、分離可能でもよいことを理解されたい。システム１４４は、本明細書で論じるように単結晶材料および／または単結晶複合材料を備える素子１０４を有することのできる探触子（図示せず）を受け入れるための、少なくとも１つの探触子ポート１５０を有する。

ユーザインターフェース１４８は、適宜タッチスクリーンとし、それによりオペレータが、表示されたグラフィックス、アイコンなどに触れることによってオプションを選択できるようにすることができる。ユーザインターフェース１４８は、超音波イメージングシステム１４４を所望のとおり、もしくは必要に応じて、かつ／または一般に定められたとおりに制御するために使用することのできる、制御ボタン１５２も含む。ユーザインターフェース１４８は、超音波データおよび表示することのできる他のデータと対話するために、また情報を入力し、走査パラメータを設定および変更するためにユーザが物理的に操作することのできる、複数のインターフェースオプションを提供する。インターフェースオプションは、特定入力、プログラム可能入力、文脈入力などに使用することができる。例えば、キーボード１５４およびトラックボール１５６を設けることができる。

図４は、ディスプレイ１７２とユーザインターフェース１７４が単一ユニットを成す、手持ち式またはポケットサイズの超音波イメージングシステム１７０を示す。一例として、ポケットサイズ超音波イメージングシステム１７０は、幅約２インチ、長さ約４インチ、および奥行き約０．５インチとすることができ、３オンス未満の重量がある。ディスプレイ１７２は、例えば、３２０×３２０画素カラーＬＣＤディスプレイ（医用画像１７６をその上に表示することができる）とすることができる。ボタン１８２からなるタイプライタ様キーボード１８０を、ユーザインターフェース１７４内に適宜含めることができる。本明細書で論じるように単結晶材料および／または単結晶複合材料を備える素子１０４を有する探触子１７８が、システム１７０と相互接続される。

多機能制御ボタン１８４にそれぞれ、システム動作モードに従って機能を割り当てることができる。したがって、多機能制御ボタン１８４をそれぞれ、複数の異なる動作を行うように構成することができる。多機能制御ボタン１８４に関連付けられたラベル表示領域１８６を、ディスプレイ１７２上に必要に応じて含めることができる。システム１７０は、「静止」、「深さ制御」、「ゲイン制御」、「カラーモード」、「印刷」、および「記憶」を含むことができるがそれらに限定されない特殊目的機能用に、追加のキーおよび／または制御ボタン１８８を有することもできる。

音響積層体という用語は、本明細書では、積層構成で互いに取り付けられたいくつかの層を指すために使用することができる。探触子１０６内の素子１０４（図１に示す）はそれぞれ、音響積層体を備える。一実施形態では、音響積層体が、単結晶圧電材料、または単結晶圧電材料と音響的に最適化された少なくとも１つの追加材料とを備える複合体などの圧電材料から形成される圧電層を含む。圧電層は、例えば、ラムダの約１／２または１／４、即ち、（λ／４）または（λ／２）の厚さを有する、上式で、λは、有用な帯域幅の所望の中心周波数の場合の圧電材料中の音の波長である。電極を薄い金属層で形成して、圧電材料の少なくとも上面および底面上に堆積させることができる。

一般に、圧電層と、走査すべきヒトまたは他の対象物の音響インピーダンスに基づいてよい探触子１０６の外部との間で音響インピーダンスを整合させるために、１層または複数層の整合層が圧電層の上面に取り付けられる。他の実施形態では、異なる材料を備える２層または３層の整合層があっても、少なくとも１層の整合層を、傾斜インピーダンス材料から形成してもよい。圧電層の底面に整合解除層を相互接続することができ、整合解除層の底面に、または整合解除層を使用していない場合には圧電層の底面に、バッキングブロックを取り付けることができる。他の積層構成が企図される。

先に論じたように、材料の層が組み立てられた後は、単結晶圧電材料（本明細書では、単結晶および単結晶材料とも呼ぶ）をダイシングするのに必要な最適化パラメータ（例えばブレード材料、送り速度など）を使用して音響積層体をダイシングすることがもはや可能ではなくなる。２回以上のダイシング操作を使用して素子１０４を形成することが、少なくとも１つの実施形態の技術的効果である。単結晶スラブが第１のダイシング操作においてダイシングされる方法および装置が記載される。次いで、材料の層が単結晶スラブと組み合わされて音響積層体が形成され、単結晶と接触しない第２のダイシングが達成されて、素子１０４を成す個々の音響積層体が形成される。３回以上のダイシング操作を使用して個々の素子１０４を形成することができることを理解されたい。各ダイシング操作では、異なるダイシングパラメータを使用することができる。

図５は、圧電層内に単結晶圧電材料を含む音響積層体をダイシングするための方法を示す。２００において、単結晶圧電材料スラブが、単結晶圧電材料用に最適化されたダイシングパラメータまたは条件を使用する第１のダイシング操作において一部ダイシングされる。一部ダイシングされる、また部分ダイシングという用語は、本明細書では、１つまたは複数の材料の１つまたは複数のスラブが個々の片ではなくスラブとして維持されるように、１つまたは複数の材料を一部貫通してダイシングすることを指す。ダイシングパラメータまたは条件は、単結晶の機械的特性および幾何形状に基づいてよい。ダイシングパラメータは、それらに限定されないが、ブレード材料、スピンドル回転速度、送り速度などを含むことができる。したがって、単結晶の品質が維持されるとともに、音響積層体全体をダイシングする際に必要なダイシング条件を使用するときに受ける亀裂および劣化が回避される。別の実施形態では、レーザ切断、イオンミリング、化学エッチング、ワイヤダイシング、プラズマ、および／または他のプロセスもしくは方法を使用することができ、それを、単結晶材料に基づいて最適化することができる。

単結晶材料スラブには、キャリア層と呼ぶことができる単結晶の層を含めるために、音響的にターゲットとする厚さよりも大きな厚さを設けることができる。一実施形態では、単結晶材料スラブを単一の材料とすることができ、別の実施形態では、単結晶材料スラブを２つ以上の単結晶材料スラブの積層体とすることができる。２００での部分ダイシングは、キャリア層を貫通して延びない。図６は、一部ダイシングされた後の単結晶材料の上面図を示す。キャリア層２５６が単結晶材料の底面に沿って広がる。複数の単結晶片２４０が示されており、それらは、キャリア層２５６によって互いに関連して維持される。単結晶片２４０はそれぞれ、探触子１０６内の単一の素子１０４に対応する。単結晶材料スラブの上面からキャリア層２５６まで延びる切り溝２４２が、各単結晶片２４０の間に、切断ブレード、または先に論じた他の切断プロセスもしくは方法によって、第１のダイシング操作中に形成される。したがって、一実施形態では、単結晶片２４０相互間に少量の単結晶を残すことにより、切り溝２４２をトラフとすることができる。別の実施形態では、切り溝２４２を分離部とすることができ、すなわち、切り溝２４２が単結晶片２４０を完全に分離することができる。切り溝２４２は、第１のダイシングの幅に対応する幅２４４を有する。

図５に戻ると、２０２において、切り溝２４２が切り溝充填材料で充填される。切り溝充填材料は、有機ポリマー、エポキシベース材料、または切り溝２４２の充填と音響積層体をダイシングする後続のダイシング操作のどちらにも適した他の材料とすることができる。一般に、切り溝充填材料は、後続のダイシング操作において実質的に除去され、したがって、切り溝充填材料の機械的特性を考慮することはできるが、切り溝充填材料の音響特性は重要ではない。単結晶はキャリア層２５６によって引き続き保持されているので、単結晶片２４０および切り溝２４２内の切り溝充填材料は定位置に固定され、それにより、互いに対する所望の関係が維持される。単結晶片２４０および切り溝充填材料で充填された切り溝２４２から形成されるスラブは、単結晶複合体２４６と呼ぶことができる。複合体という用語が使用されるものの、この例において単結晶複合体２４６から形成される素子１０４は、１つまたは２つの縁部に沿ってごく少量の切り溝充填材料を有することができる単結晶材料を備えることに留意されたい。

図６を参照すると、単結晶複合体２４６の寸法は較正または事前決定される。例えば、単結晶複合体２４６の外縁部２５０から第１の切り溝２４２の中央までの距離２４８が事前決定され、ある切り溝２４２の中央から隣接する切り溝２４２の中央までの距離２５２も同様である。一実施形態では、以下に論じるアライメントマークと整合させるために、単結晶複合体２４６の外縁部２５０および２５４を所定の寸法にトリムすることができる。

図５に戻ると、２０４において、キャリア層２５６を除去することができる。単結晶片２４０は、切り溝充填材料によって定位置に保持され、それにより、単結晶複合体２４６がスラブとして維持される。

２０６において、単結晶複合体２４６を全ての面もしくは表面、または少なくとも上面および底面上で、金、ニッケル、導電性材料の組合せなどの導電性材料の層で被覆することができる。図７は、導電性材料２７４が施与された後の単結晶複合体２４６の上面図２７０および端面図２７２を示す。信号領域２６４ならびにグランド領域２６６および２６８を画定するために、分離スクライビング部２６０および２６２を単結晶複合体２４６の片面上に形成することができる。電極を形成し、かつ／または信号領域およびグランド領域を画定するために、他の方法を使用することができることを理解されたい。

図５の方法の２０８において、単結晶複合体２４６に少なくとも１つの材料スラブが取り付けられる。例えば、少なくとも１層の整合層を、接着剤、グルー、または他の材料を使用するなどによって、単結晶複合体２４６の分離スクライビング部２６０および２６２がない面に固定することができる。図８は、単結晶複合体２４６に固定された整合層２８０の一例を示す。単結晶複合体２４６を示すために、整合層２８０の一部が除去してある。しかし、音響積層体を形成するとき、整合層２８０は、単結晶複合体２４６の全ての縁部と等しくなるように広がる。この場合もやはり、積層材料を所望の寸法にトリムすることができる。

図９は、音響積層体をシステム１００（図１に示す）と相互接続するために、積層体内に挟まれ、または積層体内で層状にされる、可撓性回路２９０の一例を示す。可撓性回路２９０は可撓性絶縁層２９２を有し、可撓性絶縁層２９２は、ポリイミドフィルムであるＫａｐｔｏｎ（登録商標）などの材料から形成することができる。他の材料を使用してもよい。上部トレース２９４が、可撓性絶縁層２９２の片面上に形成され、下部トレース２９６が、可撓性絶縁層２９２の他面上に形成される。一実施形態では、上部トレース２９４および下部トレース２９６を、銅または別の金属材料または材料の組合せとすることができ、当技術分野で既知の印刷方法を使用して、可撓性絶縁層２９２上に印刷することができる。下部トレース２９６の一部を示すために、可撓性絶縁層２９２の一部が除去してある。

上部トレース２９４は、３つの分離領域、すなわち中央領域３０８、ならびに外側領域３１０および３１２内に形成される。図示していないが、下部トレース２９６は、３つの対応する分離領域内に形成される。上部トレース２９４および下部トレース２９６の中央領域３０８内にある部分が、単結晶複合体２４６の信号領域２６４（図７に示す）に対応し、上部トレース２９４および下部トレース２９６の外側領域３１０および３１２内にある部分が、グランド領域２６６および２６８に対応する。システム１００と素子１０４との間で信号を伝達するように構成された信号線３３０（全てが図示されているわけではない）が、中央領域３０８内で下部トレース２９６を通じて接続される。ビア２９８が、可撓性絶縁層２９２を貫通して延びて、上部トレース２９４と下部トレース２９６を中央領域３０８内で互いに対して接続するように形成される。システム１００からグランド電位をもたらすように構成されたグランド線３３２および３３４（全てが図示されているわけではない）が、外側領域３１０および３１２内で上部トレース２９４を通じて接続される。信号およびグランドを伝達するための他の構成を使用することができることを理解されたい。

少なくとも１つの縁部アライメントマーク３００、３０２、３０４および３０６が、可撓性絶縁層２９２の上部トレース２９４と同じ面上に形成される。１つまたは複数の縁部アライメントマーク３００〜３０６は、積層材料、この例では単結晶複合体２４６および１層または複数層の整合層２８０を、以下に論じるように可撓性回路２９０に対して位置合わせするために使用される。さらに、少なくとも１つのダイシングアライメントマーク３１４、３１６、３１８および３２０が、可撓性絶縁層２９２の上部トレース２９４と同じ面上に形成される。１つまたは複数のダイシングアライメントマーク３１４〜３２０は、ダイシング操作で切り溝充填材料を貫通して切断し、かつ単結晶片２４０に接触しないように、積層体をダイシングする正しい位置を特定するために使用される。アライメントマーク３００〜３０６および３１４〜３２０は、金属材料から形成することもできる。

縁部アライメントマーク３００〜３０６およびダイシングアライメントマーク３１４〜３２０の形状およびサイズはさまざまでよく、図示の形状、サイズ、および位置に限定されないことを理解されたい。図示のように、ダイシングアライメントマーク３１４〜３２０はそれぞれ、２つの外側部分３２４と３２６の間に延びる中央部分３２２を有する。中央部分３２２はダイシングするための位置を示し、換言すれば、ダイシングブレード（または該当する場合には他のダイシング手段）は、中央部分３２２を直接通って切断するように位置合わせされる。図示のように、縁部アライメントマーク３００〜３０６は、実質的に「Ｌ」字形である。積層材料は、各コーナが「Ｌ」字形に対して配置されるように位置決めすることができる。一実施形態では、縁部アライメントマーク３００〜３０６が、コーナに対して配置されるのではなく、１つまたは複数の縁部に沿ってなど、積層材料に対して他の位置にあってよい。別の実施形態では、ダイシングアライメントマーク３１４〜３２０のうち１つまたは複数を、切り溝２４２のいずれかと位置合わせするように配置することができる。

図５に戻ると、２１０において、積層材料が可撓性回路２９０に、単結晶複合体２４６のスクライブした面が可撓性回路２９０に面した状態で、グルーまたは他の接着剤を使用するなどによって取り付けられる。積層材料は可撓性回路２９０に対して、１つまたは複数の縁部アライメントマーク３００〜３０６を使用して位置決めされる。例えば、整合層２８０の１つまたは複数のコーナ、面、または外縁部を、縁部アライメントマーク３００〜３０６と位置合わせすることができる。一実施形態では、１組のスタッドバンプまたは金属ポスト（図示せず）を可撓性回路２９０の上面上に形成することができ、積層材料を、スタッドバンプに対して位置合わせし、例えば導電性グルーを使用してスタッドバンプに固定することができる。必要に応じて、可撓性回路２９０と積層材料との間に、追加の充填材を使用することができる。別の実施形態では、単結晶複合体２４６が可撓性回路２９０に取り付けられた後に、１層または複数層の整合層２８０を単結晶複合体２４６に固定することができる。

図１０は、可撓性回路２９０に対して位置決めし、取り付けられた積層材料を示す。積層材料を位置決めするために、１つまたは複数の縁部アライメントマーク３００〜３０６が使用された。ダイシングアライメントマーク３２０の中央部分３２２が、切り溝２４２の中央を通って延びるように配置されていることが分かる。

いくつかの実施形態では、ダイシングアライメントマーク３１４〜３２０を設けることができず、ダイシングブレード、レーザ、または他の切断手段の位置決めを、縁部アライメントマーク３０２から測定される距離３２８など、縁部アライメントマーク３００〜３０６からの所定の距離を測定することによって達成することができる。場合によっては、積層材料を可撓性回路２９０に固定するために使用されるグルーまたは他の接着剤が、スラブを越えて広がり、縁部アライメントマーク３００〜３０６のうち１つまたは複数を見えにくくする恐れがある。したがって、他の実施形態では、ダイシングブレードの正しい位置決めを確実にするように少なくとも１つのダイシングアライメントマーク３１４〜３２０を設けることが、望ましい場合がある。残りの切り溝２４２のダイシングは、少なくとも１つのダイシングアライメントマーク３１４〜３２０、および／または縁部アライメントマーク３００〜３０６の少なくとも１つに対して測定することができる。

図１１は、可撓性回路２９０に取り付けられた積層材料の側面図を示す。ビア２９８が、図では、可撓性絶縁層２９２を貫通して延びて、上部トレース２９４と下部トレース２９６を互いに対して接続している。単結晶複合体２４６の単結晶片２４０が、可撓性回路２９０上に上部トレース２９４を覆って位置決めされる。一実施形態では、整合層２８０が第１の整合層であり、第２の整合層２８２が、整合層２８０の上面に固定される。

図１２は、積層材料内に裏面整合解除層３４０が含まれる一代替実施形態を示す。まず、単結晶複合体２４６に整合解除層３４０を取り付けることができる。次いで、積層材料を、先に論じたように可撓性回路２９０と位置合わせして、それに取り付けることができる。別の実施形態では、単結晶複合体２４６が可撓性回路２９０に取り付けられた後に、積層材料を取り付けることができる。

図１３は、可撓性回路２９０の下部トレース２９６がある面にバッキングブロック３５０が取り付けられる一実施形態を示す。図示していないが、バッキングブロック３５０は可撓性回路２９０に、積層材料内に整合解除層３４０が含まれる図１２の構成において取り付けることもできることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、追加の整合層または整合解除層、単結晶複合体２４６と連通した電極など、他の層を積層体内に含めることができる。したがって、本明細書に記載する方法および装置は、図示の積層体構成に限定されない。

図５に戻ると、２１２において、少なくとも単結晶複合体２４６、少なくとも１層の整合層２８０および２８２、ならびに可撓性回路２９０を含む積層材料が、第２のダイシング操作においてダイシングされる。第２のダイシング用のダイシングパラメータは、金属、黒鉛、および他の非常に硬質の材料、すなわち第１のダイシング操作においてダイシングされた単結晶材料よりも硬質の材料を含むことのできる材料の違いのため、第１のダイシング用とは大いに異なってよい。さらに、積層体の厚さのため、より長く切断ブレードにさらされる。ブレード材料や送り速度などのダイシングパラメータは、整合層２８０および２８２ならびに可撓性絶縁層２９２などの材料スラブに基づいて選択し、または最適化することができ、単結晶材料の要件を考慮に入れる必要がない。換言すれば、この例では、第２のダイシング操作のダイシングパラメータが、整合層２８０および２８２ならびに可撓性絶縁層２９２の機械的特性に基づいてよい。

図１４は、ダイシングされた積層体の上面図を示す。ダイシングブレードが、切り溝２４２内の切り溝充填材料を貫通してスライスすることによって、積層材料を個々の積層体にダイシングした。単結晶複合体２４６を示すために、整合層２８０の一部が切取図として示してある。第２のダイシングは、第１のダイシングの幅２４４未満の幅３５２を有し、したがって、切り溝３６０は切り溝２４２よりも細い。第２のダイシング操作によって形成された切り溝３６０は、整合層２８０および単結晶複合体２４６の切り溝充填材料を貫通して延びる。したがって、ダイシングブレードは、ダイシングして切り溝２４２に入り、切り溝充填材料を一部除去するが、単結晶片２４０には接触しない。いくつかの実施形態では、少量の切り溝充填材料が単結晶片２４０の縁部上に残り、第２のダイシング中に単結晶材料を保護することができる。

別の実施形態では、第２のダイシング操作をダイシングソーを使用して達成するのではなく、レーザ切断技法を使用することができる。一実施形態では、紫外（ＵＶ）レーザを使用することができるが、他のタイプのレーザを使用することもできる。レーザ切断の際、部品および／またはレーザの移動はコンピュータで制御することができる。レーザは、切り溝２４２の中央に対して位置合わせされたダイシングアライメントマーク３１４〜３２０などのアライメントマーク上に向けられる（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｎｄ ａｉｍｅｄ）。切り溝充填材料は、レーザのエネルギーを吸収するものを選択することができ、したがって、切断操作を、（１秒未満などの）比較的短い時間内で、切り溝２４２の縁部上の単結晶片２４０を過熱することなく実施することができる。厚い層の場合または特別な場合などのいくつかの実施形態では、複数回掃引する中でアブレーションを実現するように、掃引時間および掃引速度を調整することができる。換言すれば、熱が１つのスポット内に局所化しないように、レーザを切り溝２４２の一端から切り溝２４２の他端まで２回以上すばやく移動させることができる。

図１５は、図１１の構成に基づくダイシング操作の一例を示す。ダイシングソー（またはレーザ）が、積層材料および可撓性絶縁層２９２の厚さ３７２の一部を貫通してスライスし、素子１０４（図１に示す）に対応する音響積層体３７０を個々に分離した。個々の素子１０４（すなわち音響積層体３７０）を互いに保持するために、可撓性絶縁層２９２の一部が元の状態のまま維持される。

図１６に示す別の実施形態では、図１３の構成に基づくダイシング操作の一例が示されている。ダイシングソーまたはレーザが、可撓性絶縁層２９２を含む積層材料、およびバッキングブロック３５０の厚さ３７４の一部を貫通してスライスし、別々の音響積層体３７０を形成した。個々の素子１０４（すなわち音響積層体３７０）を互いに保持するために、バッキングブロック３５０の一部が元の状態のまま維持される。

１列の素子１０４が示してあるが、（図１５に示すように）可撓性絶縁層２９２または（図１６に示すように）バッキングブロック３５０で互いに保持される素子１０４の２Ｄアレイを形成するために、より大きな積層材料スラブから複数列の素子１０４を形成することができることを理解されたい。別の実施形態では、別々の列の素子１０４を互いに配置し、他の構造を使用して互いに保持することができる。

図１７は、音響的に最適化された少なくとも１つの追加材料を備える単結晶複合体４０４が形成される一実施形態を示す。したがって、音響的に最適化された材料は、材料の機械的特性ではなく材料の音響特性に基づいて選択される。単結晶材料スラブを、第１組の切り溝４００によって分離された単結晶ストリップ４０２を形成するようにダイシングすることができる。次いで、第１組の切り溝４００を、最終複合材料の所望の音響特性に基づいて選択された材料で充填することができる。さらに、切り溝と単結晶材料との比を、単結晶複合体４０４の所望の音響特性に基づいて決定することができる。一実施形態では、単結晶複合体４０４を、およそ半分が単結晶材料であり、半分が別の音響的に最適化された材料とすることができる。別の実施形態では、少なくとももう１つの音響的に最適化された材料を使用して、第１組の切り溝４００の一部を充填することができる。図示していないが、追加の切り溝を形成することができ、かつ／またはセラミックに基づく圧電複合スラブにおいて目にすることがあるように、音響的に最適化された１つもしくは複数の追加材料を使用することができる。

図１８は、単結晶複合体４０４を、第２組の切り溝４１２によって分離された複合体片４１０を形成するようにダイシングする様子を示す。このダイシングは幅４１４を有する。第２のダイシング方向は、それに限定されないが、第１のダイシング方向に垂直でよい。第２組の切り溝４１２は、図６で使用したのと同じ切り溝充填材料、すなわち、ダイシング用に積層体パラメータに基づいて機械的に最適化された材料で充填することができる。第２組の切り溝４１２を充填するために使用される材料の音響パラメータは、材料が後続のダイシング操作中に実質的に除去されるので、必ずしも重要とは限らない。第１組の切り溝４００および第２組の切り溝４１２を充填するために使用される材料の厚さは、必要に応じてこの時点で調整することができる。

図１９は、単結晶複合体４０４を切り溝内ダイシングする様子を示す。図を簡単にするために、１層または複数層の整合層、可撓性回路、可撓性回路に対するアライメント、整合解除層、バッキングブロックなど、積層体の他の層は示していない。図１９は、単結晶複合体４０４を第２組の切り溝４１２内で、単結晶材料に接触せずにどのようにダイシングすることができるかを示す。切り溝内ダイシングは、幅４１４未満の幅４１６を有する。この例では、第１組の切り溝４００を充填するために使用される材料も、ダイシングブレード（またはレーザ）に接触しない。したがって、ダイシング操作を、単結晶材料または第１組の切り溝４００を充填する材料に基づくことができるどんな特別なダイシングパラメータも考慮する必要なく、積層体の他の層に基づいて最適化することができる。

上記の説明は、限定するものではなく例示のためのものであることを理解されたい。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）を互いに組み合わせて使用することができる。さらに、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の範囲から逸脱することなく多くの修正を行うことができる。本明細書で記載した材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを定義するものであるが、それらは決して限定するものではなく、例示的な実施形態である。当業者には、上記の説明を精査すればすぐに、他の多くの実施形態が明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、およびそのような特許請求の範囲に資格が与えられている等価物の全範囲に即して定義されるべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」は、それぞれに対応する用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語に相当する語として使用される。さらに、添付の特許請求の範囲では、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、その対象に数の要件を課すものではなく、単にラベルとして使用される。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は、手段プラス機能の形式で記載されておらず、そのようなクレーム限定が、「〜するための手段」という句と、それに続き、さらなる構造のない機能の記載を明示的に使用しない限り、かつ明示的に使用するまで、米国特許法（３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるものではない。

本記載では、最良の形態を含めて本発明を開示するための、また任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施できるようにするための例を使用している。本発明の特許性のある範囲が、特許請求の範囲によって定義され、その範囲には、当業者に想到される他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲に記載の字義通りの文言とは異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲に記載の字義通りの文言とはわずかに異なる等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲に記載の範囲内にあるものとする。

１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ 素子
１０６ 探触子
１０８ 受信器
１１０ ビームフォーマ
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ メモリ
１１６ プロセッサモジュール
１１８ ディスプレイ
１２０ 探触子ポート
１２２ メモリ
１２４ ユーザインターフェース
１３０ 小型超音波システム
１３２ 探触子
１３４ ユーザインターフェース
１３６ 一体型ディスプレイ
１３８ 外部デバイス
１４０ ネットワーク
１４２ ディスプレイ
１４４ 移動式超音波イメージングシステム
１４６ 可動基部
１４８ ユーザインターフェース
１５０ 探触子ポート
１５２ 制御ボタン
１５４ キーボード
１５６ トラックボール
１７０ ポケットサイズ超音波イメージングシステム
１７２ ディスプレイ
１７４ ユーザインターフェース
１７６ 医用画像
１７８ 探触子
１８０ キーボード
１８２ ボタン
１８４ 多機能制御ボタン
１８６ ラベル表示領域
１８８ 制御ボタン
２００ 単結晶材料用に最適化された条件で第１のダイシングをする
２０２ 切り溝を切り溝充填材料で充填する
２０４ キャリア層を除去する
２０６ 単結晶複合体を金属化し、スクライブする
２０８ 単結晶複合体に１層または複数層の整合層を取り付ける
２１０ 積層材料を可撓性回路に取り付ける
２１２ 積層材料に基づく条件で第２のダイシングをする
２４０ 単結晶片
２４２ 切り溝
２４４ 幅
２４６ 単結晶複合体
２４８ 距離
２５０ 外縁部
２５２ 距離
２５４ 外縁部
２５６ キャリア層
２６０ 分離スクライビング部
２６２ 分離スクライビング部
２６４ 信号領域
２６６ グランド領域
２６８ グランド領域
２７０ 上面図
２７２ 端面図
２７４ 導電性材料
２８０ 整合層
２８２ 第２の整合層
２９０ 可撓性回路
２９２ 可撓性絶縁層
２９４ 上部トレース
２９６ 下部トレース
２９８ ビア
３００ 縁部アライメントマーク
３０２ 縁部アライメントマーク
３０４ 縁部アライメントマーク
３０６ 縁部アライメントマーク
３０８ 中央領域
３１０ 外側領域
３１２ 外側領域
３１４ ダイシングアライメントマーク
３１６ ダイシングアライメントマーク
３１８ ダイシングアライメントマーク
３２０ ダイシングアライメントマーク
３２２ 中央部分
３２４ 外側部分
３２６ 外側部分
３２８ 距離
３３０ 信号線
３３２ グランド線
３３４ グランド線
３４０ 整合解除層
３５０ バッキングブロック
３５２ 幅
３６０ 切り溝
３７０ 音響積層体
３７２ 厚さ
３７４ 厚さ
４００ 第１組の切り溝
４０２ 単結晶ストリップ
４０４ 単結晶複合体
４１０ 複合体片
４１２ 第２組の切り溝
４１４ 幅
４１６ 幅

Claims (10)

1. 超音波探触子（１０６）用の音響積層体（３７０）を形成する音響積層体形成方法であって、
   キャリア層（２５６）を有する単結晶圧電材料の一部を、複数の切り溝（２４２）によって部分的に分離された単結晶片（２４０）を形成するように、ダイシングするステップ（２００）と、
   前記切り溝（２４２）を切り溝充填材料で充填して、単結晶複合体（２４６）を形成するステップ（２０２）と、
   前記キャリア層（２５６）を除去するステップ（２０４）と、
   前記単結晶複合体（２４６）に少なくとも１層の整合層（２８０）を取り付けるステップ（２０８）と、
   前記切り溝（２４２）内でダイシングして、前記単結晶複合体（２４６）から別々の音響積層体（３７０）を形成するステップ（２１２）と
   を含む音響積層体形成方法方法。
2. 少なくとも１つの縁部アライメントマーク（３００）を備える可撓性回路（２９０）を準備するステップと、
   前記少なくとも１層の整合層（２８０）の少なくとも１つの縁部を、前記少なくとも１つの縁部アライメントマーク（３００）と位置合わせするステップであって、前記切り溝（２４２）を貫通してダイシングする前記ステップが、前記少なくとも１つの縁部アライメントマーク（３００）からの所定の距離（３２８）に基づく、位置合わせするステップと
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の音響積層体形成方法。
3. 少なくとも１つのダイシングアライメントマーク（３１４）を備える可撓性回路（２９０）を準備するステップと、
   前記切り溝（２４２）の少なくとも１つを、前記少なくとも１つのダイシングアライメントマーク（３１４）と位置合わせするステップであって、前記切り溝（２４２）を貫通してダイシングする前記ステップが、前記少なくとも１つのダイシングアライメントマーク（３１４）に基づく、位置合わせするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１
4. 前記切り溝充填材料が、前記少なくとも１層の整合層（２８０）のダイシングに関連する機械的特性に基づいて選択される有機材料であることを特徴とする請求項１記載の音響積層体形成方法。
5. 前記単結晶片（２４０）を形成する前に、前記単結晶圧電材料を、少なくとも１つの切り溝（４００）によって分離された単結晶ストリップ（４０２）を形成するように一部ダイシングするステップと、
   前記少なくとも１つの切り溝（４００）を、音響的に最適化された材料で充填するステップであって、前記単結晶片（２４０）が、前記単結晶圧電材料および前記音響的に最適化された材料を備えるステップと
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の音響積層体形成方法。
6. トランスデューサ素子（１０４）のアレイを有する超音波探触子（１０６）であって、
   前記トランスデューサ素子（１０４）のアレイが、
   第１組の切り溝（２４２）によって分離された複数の単結晶片（２４０）と、
   前記単結晶片（２４０）の片面に取り付けられた少なくとも１層の整合層（２８０）と、
   前記単結晶片（２４０）の他面に取り付けられた可撓性回路（２９０）であって、前記少なくとも１層の整合層（２８０）および前記可撓性回路（２９０）が、前記第１組の切り溝（２４２）内に形成される第２組の切り溝（３６０）によって各片に分離され、前記可撓性回路（２９０）が、超音波システム（１００）から信号およびグランドを受け取るように構成されたトレース（２９４、２９６）を備える、可撓性回路（２９０）と、
   を具備したことを特徴とする超音波探触子（１０６）。
7. 前記可撓性回路（２９０）が、前記第２組の切り溝（３６０）によって一部分離される厚さを有する可撓性絶縁層（２９２）をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の探触子（１０６）。
8. 前記第２組の切り溝（３６０）によって各片に分離される整合解除層（３４０）をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の探触子。
9. 前記可撓性回路（２９０）の前記単結晶片（２４０）とは反対側に取り付けられたバッキングブロック（３５０）であって、前記第２組の切り溝（３６０）によって一部分離される厚さ（３７４）を有するバッキングブロック（３５０）をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の探触子（１０６）。
10. 前記複数の単結晶片（２４０）が、音響的に最適化された少なくとも１つの追加材料を備え、前記音響的に最適化された少なくとも１つの追加材料が、前記単結晶片（２４０）内の第３組の切り溝（４００）内に形成されることを特徴とする請求項６記載の探触子（１０６）。

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