JP2011110111A - 超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元状に配列された複数の振動子と電気回路とが電気接続される超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法において、超音波プローブの歩留りの向上を実現することにある。
【解決手段】複数の振動子１１は、配列ピッチＰＹ１で配列される。ＦＰＣ４０は、配線基板４１と上側電気パッド４２と下側電気パッド４とを有する。配線基板４１は、複数の振動子１１側を向く表面と表面の反対側の背面とを有する。上側電気パッド４２は、配列ピッチＰＹ１で第１面に配列され、複数の振動子１１にそれぞれ電気接続される。下側電気パッド４４は、配列ピッチＰＹ２で背面に配列され、複数の上側電気パッド４２にそれぞれ電気接続される。配列ピッチＰＹ２は、配列ピッチＰＹ１に比して短い。複数のＩＣ５１は、複数の下側電気パッド４４に電気接続される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波診断装置や超音波探傷装置に用いられる超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法に関する。

超音波診断装置や超音波探傷装置等に用いられる超音波プローブがある。超音波プローブの応用として、２次元アレイ構造を有する２次元アレイプローブがある。２次元アレイプローブは、２次元状に配列された複数の振動子を有する。２次元アレイ構造を実現するためには、各振動子から信号リードを引き出すことが重要である。例えば、特許文献１には、振動子配列に対応する基板を振動子背面に配置して振動子背面の信号リードをフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：flexible printed circuit）と接合することによって、信号リードを引き出す構造が開示されている。また、特許文献２と特許文献３とには、２次元状に配列された振動子の背面にＦＰＣを配置し、振動子背面の信号リードをＦＰＣに接合することにより、振動リードを引き出す構造が開示されている。特許文献４には、ＦＰＣの代わりに集積回路（ＩＣ：integrated circuit）を振動子背面に配置した構造が開示されている。

特開２００１―２７４５１号公報 米国特許第５３１１０９５号明細書 米国特許第５２６７２２１号明細書 米国特許第６５５１２４８号明細書

近年、例えば特許文献４に示すように、複数の振動子とＩＣ等の電気回路とを電気接続し、電極リード引き出しと電気信号処理とを行なう２次元アレイプローブが考案されている。一般的に、開口径（振動子の数）が大きくなるに従って、振動子群の歩留まりが劣化し、コストが上昇する傾向にある。また、振動子群背面にＦＰＣの代わりにＩＣを配置する場合、振動子群とＩＣとの接続面の面積が大きくなる。その際、対向する両面が平坦でない場合、電気的な接続不良が発生し、超音波プローブの歩留まりが劣化してしまう。また開口径の増大に伴って、ＩＣの面積を大きくしなければならない。このため、ＩＣ自体の歩留まりが劣化し、コストが上昇してしまう。これら理由により、大開口径を有する超音波プローブを実現することは、大変困難となっている。

本発明の目的は、２次元状に配列された複数の振動子と電気回路とが電気接続される超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法において、超音波プローブの歩留りの向上を実現することにある。

本発明の第１局面に係る超音波プローブは、第１ピッチで配列された複数の振動子と、絶縁性を有する基板と、前記第１ピッチで前記基板の表面に配列され前記複数の振動子にそれぞれ電気接続される複数の第１導電性パッドと、前記第１ピッチより短い第２ピッチで前記基板の背面に配列され前記複数の第１導電性パッドにそれぞれ電気接続される複数の第２導電性パッドと、を有する配線基板と、前記複数の第２導電性パッドに電気接続される複数の電気回路と、を具備する。

本発明の第２局面に係る超音波プローブの製造方法は、振動子ブロックを形成し、複数の第１面を有する複数の回路であって、前記複数の第１面の各々は、複数の端子を有する複数の電気回路を形成し、第２面と複数の接続区域が設けられた第３面とを有する基板であって、前記第２面は、少なくとも１方向に沿って第１ピッチで配列された複数の第１導電性パッドを有し、前記複数の接続区域の各々は、前記少なくとも１方向に沿って前記第１ピッチよりも短い第２ピッチで配列された複数の第２導電性パッドを有する配線基板を形成し、前記振動子ブロックと前記第２面とを向かい合わせ、且つ前記複数の第１面と前記複数の接続区域とをそれぞれ向かい合わせて、前記振動子ブロックと前記複数の電気回路と前記配線基板とを電気接続し、前記複数の第２導電体と同数の振動子を形成するために、前記振動子ブロックを前記少なくとも１方向に沿って前記第１ピッチで切断する、ことを具備する。

本発明の第３局面に係る超音波プローブは、振動子ブロックを第１ピッチで切断することにより形成された複数の振動子と、前記複数の振動子に向かい合わされる第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有する配線基板であって、前記第１面には、前記複数の振動子にそれぞれ電気接続され前記第１ピッチで配列された複数の第１導電性パッドが形成され、前記第２面には、複数の接続区域が設けられ、前記複数の接続区域の各々には、前記第１ピッチよりも短い第２ピッチで配列された複数の第２導電性パッドが形成される配線基板と、前記複数の第２導電性パッドとそれぞれ電気接続される複数の端子が形成された複数の電気回路と、を具備する。

本発明によれば、２次元状に配列された複数の振動子と電気回路とが電気接続される超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法において、超音波プローブの歩留りの向上が実現する。

本発明の実施形態に係る超音波プローブの分解斜視図。 図１の縦方向から見た超音波プローブの断面図。 図２のＩＣ層を高さ方向に沿って上から見た平面図。 図２のＦＰＣを高さ方向に沿って下から見た平面図。 図２のＦＰＣを縦方向から見た拡大図。 図２のＦＰＣを高さ方向に沿って上から見た拡大平面図。 図２のＦＰＣを高さ方向に沿って下から見た拡大平面図。 図２の超音波プローブの製造過程の流れを示す図。 本実施形態の変形例１に係る超音波プローブのＩＣ層を高さ方向に沿って上から見た平面図。 本実施形態の変形例２に係る超音波プローブを縦方向から見た断面図。 図８の超音波プローブの製造過程の流れを示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る超音波プローブと超音波プローブの製造方法と説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る超音波プローブ１の分解斜視図である。図２は、図１の縦方向から見た超音波プローブ１の断面図である。図１と図２とに示すように、本実施形態に係る超音波プローブ１は、大開口径の振動子層１０を有している。振動子層１０の表面には、音響整合層２０が接合されている。振動子層１０の背面には、背面音響層３０が接合されている。背面音響層３０の背面には、フレキシブルプリント配線板４０（以下、ＦＰＣと呼ぶことにする）が接合されている。ＦＰＣ４０の背面には、ＩＣ層５０が接合されている。図２に示すように、ＩＣ層５０の背面には、振動子層１０、音響整合層２０、背面音響層３０、ＦＰＣ４０、及びＩＣ層５０を支持するための土台６０が接合されている。このように超音波プローブ１は、音響整合層２０、振動子層１０、背面音響層３０、ＦＰＣ４０、及びＩＣ層５０が高さ方向に沿って積層された積層構造を有している。

振動子層１０は、超音波診断装置（図示せず）からＩＣ層５０を介して供給された駆動信号（電気信号）を受けて超音波を発生し、被検体により反射された超音波を受けてエコー信号（電気信号）を生成する。生成されたエコー信号は、ＩＣ５０を介して超音波診断装置に供給される。振動子層１０は、縦方向と横方向とに沿って２次元状に配列される複数の振動子１１を有している。振動子１１は、横方向に沿って配列ピッチＰＹ１で配列される。縦方向に沿う振動子１１の配列ピッチは、横方向に沿う配列ピッチＰＹ１と同一でも異なっていても構わない。以下、説明を具体的に行うため、横方向に沿う振動子１１の配列ピッチと縦方向に沿う振動子１１の配列ピッチとは略同一であるとする。また、横方向に沿う振動子１１の幅と縦方向に沿う振動子１１の幅も略同一であるとする。

各振動子１１は、高さ方向に沿って分極される圧電体１３、圧電体１３の背面に形成される信号電極１５、及び圧電体１３の表面に形成されるアース電極１７を有する。圧電体１７は、例えば、２成分系或いは３成分系の圧電セラミックや圧電単結晶により形成される。信号電極１５とアース電極１７とは、例えば、銀や金等による金属メッキやスパッタリングにより形成される。

音響整合層２０は、被検体の音響インピーダンスと振動子層１０の音響インピーダンスとの違いに起因する超音波の反射を抑える。音響整合層２０は、縦方向と横方向とに沿って２次元状に配列される複数の音響整合素子２１を有している。音響整合素子２１の背面は、振動子の表面に接合されている。すなわち音響整合素子２１は、振動子１１と略同一の配列ピッチ（横方向に関しては配列ピッチＰ１）で配列される。音響整合素子２１は、例えば、導電性材料や絶縁性材料からなる音響整合材により形成される。なお、図１や図２には、音響整合層２０が１層のみ図示されているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、２層、３層、あるいはそれ以上の音響整合層２０が振動子層１０上に配置されていてもよい。なお典型的には、音響整合層２０の表面には、図示しない生体接触層が接合されている。生体接触層は、生体に近い音響インピーダンスを有するシリコーンゴム等を素材としたレンズである。

背面音響層（バッキング材）３０は、縦方向と横方向とに沿って２次元状に配列される複数の背面音響素子３１を有している。背面音響素子３１の表面は、振動子１１の背面、すなわち信号電極１５にそれぞれ接合されている。すなわち背面音響素子３１は、振動子１１と略同一の配列ピッチ（横方向に関しては配列ピッチＰＹ１）で配列される。

背面音響素子３１は、例えば、絶縁性材料又は導電性材料等の音響制動材により形成される。背面音響素子３１が絶縁性材料により形成される場合、振動子１１とＦＰＣ４０との電気接続のために、典型的には、各背面音響素子３１に信号電極１５とＦＰＣ４０とを結ぶ導線３３（以下、信号リードと呼ぶことにする）が埋設されている。一方、背面音響素子３１が導電性材料により形成される場合、振動子１１とＦＰＣ４０とは、この背面音響素子３１を介して電気接続される。従って、背面音響素子３１が導電性材料により形成される場合、背面音響素子３１に信号リード３３が埋設される必要はない。以下、説明を具体的に行なうため背面音響素子３１は、絶縁性材料により形成させるものとする。すなわち、振動子１１とＦＰＣ４０とは背面音響素子３１に埋設された信号リード３３を介して電気接続される。

ＩＣ層５０は、横方向と縦方向とに沿って土台６０上に配列された複数のＩＣ５１を有する。ＩＣ５１は、剛性を有する半導体基板に複数の電子部品が集積された電気回路である。ＩＣ５１の大きさは、特に限定されない。しかしながら、好適には、ＩＣ５１自体の製造歩留まりを良好なものとするため、小面積の方が良い。換言すれば、ＩＣ５１自体の製造歩留まりが標準的なＩＣの製造歩留まりに比して悪化してしまうほど、ＩＣ５１の面積を大きくする必要はない。

図３は、ＩＣ層５０を高さ方向に沿って上から見た平面図である。ＩＣ５１は、振動子１１との間で電気信号を送受信する。ＩＣ５１は、横方向に沿って間隔ＧＹＩをあけて配列ピッチＰＹ３で土台６０上に配列され、縦方向に沿って間隔ＧＴＩをあけて配列ピッチＰＴ３で土台６０上に配列されている。間隔ＧＹＩと間隔ＧＴＩ、配列ピッチＰＹ３と配列ピッチＰＴ３は、同一であっても異なっていても構わないが、以下の説明を具体的に行うため、略同一であるとする。

ここで、ＩＣ５１間の隙間についてより詳細に説明するために、ＩＣ列５５について考える。ＩＣ列５５は、縦方向に沿って間隔ＧＴＩをあけて一列に配列された複数のＩＣ５１から構成される。複数のＩＣ列５５は、ＦＰＣ４０の背面に間隔ＧＹＩをあけて配列され、ＦＰＣ４０と電気接続されている。横方向に沿って隣り合うＩＣ列５５間の隙間（ＩＣ５１間の隙間）は、縦方向に沿って整列されている。なおＩＣ列５５は、横方向に沿って一列に配列された複数のＩＣ５１から構成されるとしてもよい。この場合、縦方向に沿って隣り合うＩＣ列５５間の隙間は、縦方向に沿って整列されている。すなわち、ＩＣ５１は、横方向に沿って幅ＧＹＩ、縦方向に沿って幅ＧＴＩをそれぞれ有する格子状の隙間をあけて配置され、ＩＣ５１間の隙間は、横方向と縦方向とに沿って整列されている。換言すれば、隣り合うＩＣ５１間の隙間は、整列方向（横方向と縦方向との両方）に沿って直線形状を有する。

各ＩＣ５１は、その表面に複数の電気端子を有する。電気端子５３は、導電性材料で形成される。電気端子５３は、配列ピッチＰＴ１よりも狭い配列ピッチＰＴ２で配列される。また、第１接続部５３は、縦方向に沿って配列ＰＴ１（縦方向に沿う振動子１１の配列ピッチ）よりも狭い配列ピッチＰＴ２で配列される。なお、配列ピッチＰＹ２と配列ピッチＰＴ２とは、同一であっても異なっていても構わないが、以下の説明を具体的に行うため、略同一であるとする。

ＦＰＣ４０は、配線がプリントされた柔軟性を有する絶縁性基板４１を有する。絶縁性基板４１の表面は、複数の振動子１１側を向き、複数の振動子１１との電気接続に供される。絶縁性基板４１の背面は、表面の反対側に位置し、複数のＩＣ５１側を向き、複数のＩＣ５１との電気接続に供される。

ＦＰＣ４０は、その表面に、複数の振動子１１それぞれ電気接続される複数のパッド４２を有する。パッド４２は、ＦＰＣ４０の表面に形成され、導電性材料を有する電気パッド（以下、上側電気パッドと呼ぶことにする）である。ＦＰＣ４０上の上側電気パッド４２の総数は、振動子層１０に含まれる振動子１１の総数と同一である。上側電気パッド４２は、振動子１１と略同一の配列ピッチＰＴ１で配列される。上側電気パッド４２上には、バンプ４３が設けられる。バンプ４３は、背面音響素子３１の背面において、信号電極１５から延びる信号リード３３と接合されている。上側電気パッド４２と振動子１１とが同一の配列ピッチで配列されることにより、上側電気パッド４２と振動子１１とがバンプ４３を介して一対一でバンプ接続される。上側電気パッド４２と振動子１１とがバンプ接続されることで、ＦＰＣ４０と複数の振動子１１とが電気接続される。

図４は、ＦＰＣ４０を下から見た平面図である。図４に示すように、ＦＰＣ４０の背面には、複数の接続区域Ｚ１と非接続区域Ｚ２とが設けられている。複数の接続区域Ｚ１は、ＦＰＣ４０の背面のうちの、複数のＩＣ５１との電気接続に供される区域である。非接続区域Ｚ２は、ＦＰＣ４０の背面のうちの、複数の接続区域Ｚ１以外の区域である。すなわち非接続区域Ｚ２は、複数のＩＣ５１との電気接続に供されない区域である。接続区域Ｚ１は、横方向に沿ってＩＣ５１と略同一の配列ピッチＰＹ３で配列され、縦方向に沿ってＩＣ５１と略同一の配列ピッチＰＴ３で配列されている。

各接続区域Ｚ１には、２次元状に配列された複数のパッド４４が形成されている。パッド４４は、ＦＰＣ４０の背面に形成され、導電性材料を有する電気パッド（以下、下側電気パッドを呼ぶことにする）である。ＦＰＣ４０に含まれる下側電気パッド４４の総数は、振動子層１０に含まれる振動子１１の総数と同一であり、ＩＣ層５０に含まれる電気端子５３の総数とも同一である。下側電気パッド４４は、横方向に沿って電気端子５３と同一の配列ピッチＰＹ２で配列され、縦方向に沿って電気端子５３と同一の配列ピッチＰＴ２で配列されている。下側電気パッド４４上には、バンプ４５が設けられる。バンプ４５には、電気端子５３が接合されている。下側電気パッド４４と電気端子５３とが同一の配列ピッチで配列されることにより、下側電気パッド４４と電気端子５３とが一対一でバンプ接続される。下側電気パッド４４と電気端子５３とがバンプ接続されることにより、ＦＰＣ５０と複数のＩＣ５１とが電気接続される。

ＦＰＣ４０上の上側電気パッド４２と下側電気パッド４４とは、ＦＰＣ４０内において一対一で電気接続される。ここで上側電気パッド４２と下側電気パッド４４との電気接続を図５、図６、及び図７を参照しながら詳細に説明する。図５は、縦方向から見たＦＰＣ４０の拡大図である。図６は、高さ方向に沿って上から見たＦＰＣ４０の拡大平面図である。図７は、高さ方向に沿って下から見たＦＰＣ４０の拡大平面図である。図５、図６、及び図７に示すように、ＦＰＣ４０の配線基板４１の表面には、上側電極パッド４２とプリント配線４６とが一体にプリントされている。上側電極パッド４２にはバンプ４３が形成される。上側電極パッド４２とバンプ４３とは、横方向に沿って配列ピッチＰＹ１で配列される。ＦＰＣ４０の配線基板４１の背面には、下側電極パッド４４がプリントされている。下側電極パッド４４にはバンプ４５が形成される。下側電極パッド４４とバンプ４５とは、横方向に沿って配列ピッチＰＹ２で配列される。また、配線基板４１には、配線基板４１を垂直に貫通する貫通配線４７が形成されている。貫通配線４７は、プリント配線４６と下側電気パッド４４とに接触するように配置される。典型的には、貫通配線４７は、配線基板４１を垂直に貫通するように形成された貫通孔を導電性材料で充填することにより形成される。貫通配線４７は、横方向に沿って下側電極パッド４４と同一の配列ピッチＰＹ２で配列される。このように上側電極パッド４２と下側電極パッド４４とは、プリント配線４６と貫通配線４７とを介して一対一で電気接続される。

上記構成により複数の振動子１１と複数のＩＣ５１とがＦＰＣ４０を介して電気接続される。

次に超音波プローブ１の製造方法について説明する。図８は、超音波プローブ１の製造過程の流れを示す図である。図８に示すように、まず振動子ブロック、ＦＰＣ４０、及び複数のＩＣ５１をそれぞれ形成する（ステップＳＡ１）。振動子ブロックは、平板状の背面音響材料板と圧電材料板と音響整合材料板とが接着された積層体である。圧電材料板の表面と背面とには、スパッタリングやメッキ等により電極が形成されている。各ＩＣ５１の一面（表面）には、ＦＰＣ４０と電気接続するための電気端子５３が配列ピッチＰＹ２で形成される。各ＩＣ５１は、それ自体の製造歩留まり、且つＦＰＣ４０との接合歩留まりが良好な大きさに形成される。ＦＰＣ４０表面には、複数の振動子１１とそれぞれ電気接続するための複数の上側電気パッド４２が所定の配列ピッチＰＹ１で形成される。ＦＰＣ４０の背面であってＩＣ５１が電気接続される区域は、接続区域Ｚ１に設定される。接続区域Ｚ１の位置や大きさ、形状、配列ピッチ、配置間隔は、電気接続されるＩＣ５１の配置位置や大きさ、形状、配列ピッチ、配置間隔に一致するように設定される。各接続区域Ｚ１には、電気端子５３と同じ配列ピッチＰＹ２で下側電気パッド４４が形成される。下側電気パッド４４と上側電気パッド４２とは、ＦＰＣ４０上の配線を介して１対１で電気接続される。

次に振動子ブロック、ＦＰＣ４０、及び複数のＩＣ５１を電気接続する（ステップＳＡ２）。具体的には、振動子ブロックの背面音響材料板側の面とＦＰＣ４０の表面とを向かい合わせ、複数のＩＣ５１の表面と複数の接続区域とを向かい合わせる。そして電気端子５３と下側電気パッド４４とが一対一で電気接続されるように、電気端子５３と下側電気パッド４４とがバンプ４５を介してバンプ接続される。バンプ接続後、振動子ブロックとＦＰＣ４０との隙間、及びＦＰＣ４０と複数のＩＣ５１との隙間に樹脂が充填され接着される。

次に振動子ブロックを電気パッド４２と同一の配列ピッチＰＹ１でダイシングブレードによりダイシングし、複数の振動子１１、複数の音響整合素子２１、及び複数の背面音響素子３１を形成する（ステップＳＡ３）。この際、ダイシング位置が上側電気パッド４２間に位置するようにダイシング（切断）される。

ダイシング後、複数のＩＣ５１の背面を土台６０に接合する（ステップＳＡ４）。土台６０に接合後、振動子１１間の溝に樹脂等を充填することで、超音波プローブ１が完成される。

上記の超音波プローブ１及び超音波プローブ１の製造方法によれば以下の効果が得られる。上述のように超音波プローブ１は、複数の振動子１１と複数のＩＣ５１との間にＦＰＣ４０を配置し、ＦＰＣ４０を介して複数の振動子１１と複数のＩＣ５１とを電気接続している。複数のＩＣ５１をＦＰＣ４０に接合可能にするため、ＦＰＣ４０背面の下側電気パッド４４の配列は、ＩＣ５１の配列に応じて設定されている。これにより、大開口径の振動子層１０を実現するために、大面積のＩＣの代わりに、複数の小面積のＩＣ５１をＦＰＣ４０に接合することができる。ＩＣ５１が小面積であるため、ＩＣ５１が歪むことがなく、ＩＣ５１の製造歩留を向上させることできる。またこれに伴い、ＩＣ５１の表面とＦＰＣ４０の背面とが平坦でない場合に生じる電気的な接続不良の発生を低減することもできる。従って、本実施形態は、従来に比してＩＣ５１とＦＰＣ４０との電気接続における歩留まりを向上させることができる。

かくして本実施形態によれば、２次元状に配列された複数の振動子と電気回路とが電気接続される超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法において、超音波プローブの歩留りの向上を実現することが可能となる。また、歩留まりの向上に伴って超音波プローブの製造コストを低減することが可能となる。

なお、本実施形態においては、ＩＣ５１と振動子１１とを電気接続するために、ＩＣ５１とＦＰＣ４０とをバンプ接続するとしたが、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、ＩＣ５１と振動子１１とが電気接続されるのならば、ＩＣ５１とＦＰＣ４０とを既存のどの方法により接合してもよい。

また、本実施形態においては、電気回路としてＩＣ５１を搭載しているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ＩＣ５１の代わりに、複数の電子部品を混載し、且つ配線基板との電気接続部分にＢＧＡ（ball grid array）構造を有する電気回路ユニットを搭載してもよい。

さらに。本実施形態においては、超音波プローブ１として３層構造を採用したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ＦＰＣ４０の対向面に電気接続のための電気端子を有する構成であれば良い。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

（変形例１）
本実施形態においては、ＦＰＣ４０に電気接続されるＩＣ５１の大きさや形状は同一であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態においてＩＣ５１の大きさや形状は、同一でなくてもよい。以下、変形例１において、ＩＣ５１の大きさが同一でない超音波プローブ及びその製造方法について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図９は、変形例１に係るＩＣ層５００を高さ方向に沿って上から見た平面図である。図９に示すように、ＩＣ層５１０は、複数の形状や大きさを有する複数のＩＣ５１０を有している。大きさや形状の違いに伴って、個々のＩＣ５１０には、異なる数の電気端子５３が形成されている。ＦＰＣ４０の背面には、複数のＩＣ５１０にそれぞれ対応する複数の接続区域が設けられている。接続区域の位置や大きさ、形状、配列ピッチ、配置間隔は、電気接続されるＩＣ５１の配置位置や大きさ、形状、配列ピッチ、配置間隔に一致するように設定される。また、各接続区域には、対向するＩＣ５１０上の電気端子５３とバンプ接続するための複数の下側電気パッド４４が形成されている。下側電気パッド４４の個数や配列ピッチは、対向するＩＣ５１０上の電気端子５３の個数や配列ピッチと同一に設定される。これにより、大きさや形状の異なる複数のＩＣ５１０とＦＰＣ４０とが電気接続可能となり、ひいては、複数のＩＣ５１０と複数の振動子１１とを電気接続することができる。

なお変形例１に係る超音波プローブは、ＩＣ５１０と接続区域との形状や大きさが異なるだけで、図８と同様の製造過程をふまえて製造可能である。従って変形例１に係る超音波プローブの製造方法についての説明は省略する。

上記構成により変形例１に係る超音波プローブは、異なる大きさや形状を有する複数のＩＣ５１０とＦＰＣ４０とが電気接続可能な構造を有する。従って変形例１においては、ＦＰＣ４０に電気接続される個々のＩＣ５１０の形状や大きさ等を統一する必要がない。かくして変形例１によれば、ＩＣ５１０の大きさや形状に依らず大開口径を有する超音波プローブ及びその製造方法を実現することができる。

（変形例２）
以下、本実施形態の変形例２に係る超音波プローブとその製造方法とについて説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図１０は、縦方向から見た変形例２に係る超音波プローブ１００の断面図である。図１０に示すように、変形例２に係る超音波プローブ１００は、複数の振動子１１が形成する超音波放射面が凸形状を有するコンベックスプローブである。具体的には、超音波プローブ１００は、音響整合層２０、振動子層１０、背面音響層３０、ＦＰＣ４０、ＩＣ層５０、及び土台６１を有している。土台６１は、高さ方向に沿って隆起している。土台６１上にはＩＣ５１を介してＦＰＣ４０が配置されている。ＦＰＣ４０は、上述のように配線がプリントされた柔軟性を有する配線基板である。ＦＰＣ４０を土台６１の形状に沿って折り曲げることによって、複数の振動子１１による超音波放射面を凸形状にすることができる。なお、土台６１は、半角柱形状を有しており、縦方向に沿って延びる複数の平面（半角柱の側面）を含んでいる。この平面にＩＣ５１が接合される。また、図１０における土台６１は、縦方向と高さ方向とにより規定される平面内において３つのＩＣ５１が接合される構造を有しているが、本変形例２はこれに限定されない。例えば、縦方向と高さ方向とにより規定される平面内において４つ以上のＩＣ５１が接合されるとしてもよい。

以下、ＦＰＣ４０を折り曲げ可能にするための構造について説明する。ＦＰＣ４０を折り曲げ可能にするためには、図３のように、ＩＣ５１間の隙間が少なくとも１方向（図３においては横方向と縦方向との少なくとも一方）に沿って整列されていなくてはならない。換言すれば、図９のように、ＩＣ５１間の隙間が横方向と縦方向とのいずれの方向にも整列していない場合、ＦＰＣ４０を折り曲げることはできない。より具体的には、隣り合うＩＣ５１間の隙間は、整列方向に沿って直線形状を有し、隣り合うＩＣ５１間の幅ＧＹＩは、整列方向の直交方向に沿って同一でなければならない。この要件を満たすことで、複数のＩＣ５１が電気接続されたＦＰＣ４０を高さ方向に沿って折り曲げることができる。

次に変形例２に係る超音波プローブ１００の製造方法について説明する。図１１は、超音波プローブ１００の製造過程の流れを示す図である。なお図１１のステップＳＢ１からステップＳＢ３は、図８のステップＳＡ１からステップＳＡ３と同様であるので説明を省略する。

ステップＳＢ３においてダイシングにより複数の振動子１１等が形成された後、高さ方向（すなわち、ＦＰＣ４０表面及び背面の垂直方向）に沿ってＦＰＣ４０を折り曲げる。（ステップＳＢ４）。これにより複数の振動子１１により形成される超音波放射面を凸形状に形成することができる。

ＦＰＣ４０が折り曲げられた後、複数のＩＣ５１を土台６１に接合する（ステップＳＢ５）。土台６１の形状は、ＩＣ５１の大きさや個数に応じて設計される。例えば、図１０に示すように、横方向に沿ってＩＣ５１を３つ配列する場合、土台６１には、横方向に沿って３つの平面が形成される。ＩＣ５１を土台６１に接合後、振動子１１間の溝に樹脂等を充填することで、超音波プローブ１００が完成される。

なお、変形例２においてＦＰＣ４０は、高さ方向に沿って隆起するように、すなわち超音波放射面が凸形状を有するように、折り曲げられるとした。しかしながら、変形例２はこれに限定されない。例えば、ＦＰＣ４０を高さ方向に沿って陥没するように、すなわち超音波放射面が凹形状を有するように、折り曲げてもよい。

上記の超音波プローブ１００とその製造方法とによれば以下の効果が得られる。従来においては、ＩＣと複数の振動子とを電気接続する場合、複数の振動子の背面にＦＰＣを介さないでＩＣを配置していた。このような従来構造において大開口径を実現する場合、ＩＣを大面積にしなければならなかった。一方、ＩＣは、剛性を有するので、折り曲げることができない。従って従来構造では、平坦でない大開口径の超音波放射面（典型的には、凸形状を有する超音波放射面）を実現することができなかった。

変形例２においては、平坦でない大開口径の超音波放射面（典型的には、凸形状を有する超音波放射面）を実現するために、配線基板として柔軟性を有するＦＰＣ４０を採用し、ＩＣ５１間の隙間が整列するようにＩＣ５１をＦＰＣ４０に電気接続することによって、高さ方向に沿ってＦＰＣ４０を折り曲げている。これにより、従来構造では実現できなかった、大開口径を有するコンベックスプローブを実現することができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、２次元状に配列された複数の振動子と電気回路とが電気接続される超音波プローブ及び超音波プローブの製造方法において、超音波プローブの歩留りの向上を実現することができる。

１…超音波プローブ、１０…振動子層、１１…振動子、１３…圧電体、１５…信号電極、１７…アース電極、２０…音響整合層、２１…音響整合素子、３０…背面音響層、３１…背面音響素子、３３…信号リード、４０…ＦＰＣ、４１…配線基板、４２…上側電気パッド、４３…バンプ、４４…下側電気パッド、４５…バンプ、５０…ＩＣ層、５１…ＩＣ、５３…電気端子、６０…土台

Claims (14)

1. 第１ピッチで配列された複数の振動子と、
   絶縁性を有する基板と、前記第１ピッチで前記基板の表面に配列され前記複数の振動子にそれぞれ電気接続される複数の第１導電性パッドと、前記第１ピッチより短い第２ピッチで前記基板の背面に配列され前記複数の第１導電性パッドにそれぞれ電気接続される複数の第２導電性パッドと、を有する配線基板と、
   前記複数の第２導電性パッドに電気接続される複数の電気回路と、
   を具備する超音波プローブ。
2. 前記配線基板は、前記複数の電気回路との電気接続に供される複数の接続区域と、前記複数の電気回路との電気接続に供されない非接続区域とを前記背面上に有する、請求項１記載の超音波プローブ。
3. 前記複数の接続区域は、前記複数の電気回路と同一の第３ピッチで前記背面上に配列される、請求項２記載の超音波プローブ。
4. 前記複数の接続区域の各々は、前記第２ピッチで配列された前記第２導電性パッドを有する、請求項３記載の超音波プローブ。
5. 前記配線基板には、第１方向に沿って所定間隔おきに配列された複数の電気回路列が電気接続され、
   前記複数の電気回路列の各々は、前記複数の電気回路のうちの、前記第１方向に略直交する第２方向に沿って一列に配列された複数の電気回路から構成され、
   前記所定間隔は、前記第１方向に沿う前記非接続区域の幅と略同一である、
   請求項３記載の超音波プローブ。
6. 前記配線基板は、前記複数の振動子により形成される超音波放射面が前記第１方向と前記第２方向とに略直交する第３方向に隆起又は陥没するように折り曲げられている、請求項５記載の超音波プローブ。
7. 前記複数の電気回路の各々は、所定間隔おきに前記配線基板に電気接続される、請求項１記載の超音波プローブ。
8. 前記配線基板は、プリント配線を有する、請求項１記載の超音波プローブ。
9. 前記配線基板は、柔軟性を有する、請求項１記載の超音波プローブ。
10. 前記複数の電気回路の各々は、半導体基板に複数の電子部品が集積された集積回路である、請求項１記載の超音波プローブ。
11. 前記複数の第１導電性パッドと前記複数の第２導電性パッドとは、前記基板内において配線によりそれぞれ接続される、請求項１記載の超音波プローブ。
12. 振動子ブロックを形成し、
    複数の第１面を有する複数の回路であって、前記複数の第１面の各々は、複数の端子を有する複数の電気回路を形成し、
    第２面と複数の接続区域が設けられた第３面とを有する基板であって、前記第２面は、少なくとも１方向に沿って第１ピッチで配列された複数の第１導電性パッドを有し、前記複数の接続区域の各々は、前記少なくとも１方向に沿って前記第１ピッチよりも短い第２ピッチで配列された複数の第２導電性パッドを有する配線基板を形成し、
    前記振動子ブロックと前記第２面とを向かい合わせ、且つ前記複数の第１面と前記複数の接続区域とをそれぞれ向かい合わせて、前記振動子ブロックと前記複数の電気回路と前記配線基板とを電気接続し、
    前記複数の第２導電体と同数の振動子を形成するために、前記振動子ブロックを前記少なくとも１方向に沿って前記第１ピッチで切断する、
    ことを具備する超音波プローブの製造方法。
13. 前記複数の接続区域のうちの前記少なくとも１方向に沿って隣り合う２つの接続区域間の間隔は、略同一幅を有し、
    前記複数の電気回路は、前記少なくとも１方向に沿って前記第３面上に前記略同一幅をあけて配置され、
    前記第２面及び前記第３面の垂直方向に前記配線基板を折り曲げる、
    請求項１２記載の超音波プローブの製造方法。
14. 振動子ブロックを第１ピッチで切断することにより形成された複数の振動子と、
    前記複数の振動子に向かい合わされる第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有する配線基板であって、前記第１面には、前記複数の振動子にそれぞれ電気接続され前記第１ピッチで配列された複数の第１導電性パッドが形成され、前記第２面には、複数の接続区域が設けられ、前記複数の接続区域の各々には、前記第１ピッチよりも短い第２ピッチで配列された複数の第２導電性パッドが形成される配線基板と、
    前記複数の第２導電性パッドとそれぞれ電気接続される複数の端子が形成された複数の電気回路と、
    を具備する超音波プローブ。

Images