JP2013005403A - Ultrasonic unit, ultrasonic endoscope, and method for manufacturing ultrasonic unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型の超音波ユニット、前記超音波ユニットを有する超音波内視鏡および前記超音波ユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a capacitive ultrasonic unit, an ultrasonic endoscope having the ultrasonic unit, and a method for manufacturing the ultrasonic unit.
超音波内視鏡は、体内のガスまたは骨の影響を受けない良好な画質で消化管壁または深部臓器等を明瞭に描出する。電子走査式の超音波内視鏡は、先端部に超音波アレイを有する超音波ユニットが配設されている。超音波アレイは複数の超音波エレメントが連結されて構成されている。 The ultrasonic endoscope clearly depicts the digestive tract wall or deep organs with a good image quality that is not affected by gas or bone in the body. An electronic scanning ultrasonic endoscope is provided with an ultrasonic unit having an ultrasonic array at the tip. The ultrasonic array is configured by connecting a plurality of ultrasonic elements.
それぞれの超音波エレメントにはキャビティを介して対向している下部電極部と上部電極部とからなる複数の静電容量型の超音波振動セルが配設されている。静電容量型の超音波エレメントは、いわゆるMEMS技術により基板上に形成される。このため、電気接続のための電極端子と超音波送信面とが、基板の同じ主面に配設される。 Each ultrasonic element is provided with a plurality of electrostatic capacitance type ultrasonic vibration cells each composed of a lower electrode portion and an upper electrode portion facing each other through a cavity. The capacitive ultrasonic element is formed on a substrate by so-called MEMS technology. For this reason, the electrode terminal for electrical connection and the ultrasonic transmission surface are disposed on the same main surface of the substrate.
特許第3924466号明細書には、超音波送信面が配設された第1の主面から延設した貫通配線により、第2の主面に電極端子を配設した超音波振動子が開示されている。 Japanese Patent No. 3924466 discloses an ultrasonic transducer in which electrode terminals are arranged on the second main surface by through wiring extending from the first main surface on which the ultrasonic transmission surface is arranged. ing.
しかし、貫通配線は製造工程の最初に形成する必要があるため、製造が難しくなるおそれがある。また、貫通孔の内部に配設する導電性材料の耐熱性によっては、工程で使用できる最高温度が低下するおそれがある。また、静電容量型の超音波振動子の動作速度の要因は、電気抵抗と静電容量の積であるが、導電性材料としてポリシリコンを用いた貫通配線は、電気抵抗が低くはない。このため、動作速度が低下するおそれがあった。 However, since the through wiring needs to be formed at the beginning of the manufacturing process, it may be difficult to manufacture. Further, the maximum temperature that can be used in the process may be lowered depending on the heat resistance of the conductive material disposed inside the through hole. The factor of the operation speed of the capacitive ultrasonic transducer is the product of the electrical resistance and the electrostatic capacity, but the through wiring using polysilicon as the conductive material does not have a low electrical resistance. For this reason, there existed a possibility that operation speed might fall.
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention provide an ultrasonic unit that is easy to manufacture, an ultrasonic endoscope that is easy to manufacture, and a method for manufacturing an ultrasonic unit that is easy to manufacture.
本発明の実施形態の超音波ユニットは、連結された複数の超音波エレメントからなる超音波アレイを具備し、
前記超音波エレメントが、
矩形の第1の主面と第2の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第1の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第2の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆している。
An ultrasonic unit according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic array including a plurality of connected ultrasonic elements,
The ultrasonic element is
A base body having a rectangular first main surface and a second main surface;
A plurality of ultrasonic cells each having a lower electrode portion and an upper electrode portion that are arranged to face each other through a cavity are arranged, and the lower electrode portions are connected to each other, and A rectangular transmission / reception unit for transmitting / receiving ultrasonic waves disposed on the first main surface, the upper electrode units being connected to each other;
A flexible lower electrode wiring connected to a plurality of the lower electrode portions, extending from an end of the transmission / reception unit;
A lower electrode terminal connected to the lower electrode wiring;
A flexible upper electrode wiring extending from the other end of the transmitting / receiving unit and connected to the plurality of upper electrode units;
An upper electrode terminal connected to the upper electrode wiring,
A flexible resin layer covers the surface of the transmission / reception unit, and covers the lower electrode wiring and the upper electrode wiring bent in the direction of the second main surface by the respective bent portions. Yes.
別の実施形態の超音波内視鏡は、上記記載の超音波ユニットを有する先端硬性部を具備する。 An ultrasonic endoscope according to another embodiment includes a distal end rigid portion having the ultrasonic unit described above.
別の実施形態の超音波ユニットの製造法は、
基体の第1の主面に、キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルを具備する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第1の主面に作製する工程と、
前記第1の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第2の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備する。
The manufacturing method of the ultrasonic unit of another embodiment is:
Producing a plurality of ultrasonic elements each having a plurality of ultrasonic cells each having a lower electrode portion and an upper electrode portion disposed opposite to each other via a cavity on the first main surface of the substrate;
Lower electrode wiring connected to the lower electrode portion, a lower electrode terminal extending from the lower electrode wiring, an upper electrode wiring connected to the upper electrode portion, and an upper electrode terminal extending from the upper electrode wiring On the first main surface,
Covering the surface of the first main surface with a flexible resin layer;
Removing at least a portion of the lower electrode wiring, the lower electrode terminal, the upper electrode wiring, and the substrate below the upper electrode terminal;
Bending the lower electrode wiring and the upper electrode wiring in the direction of the second main surface.
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および容易な超音波ユニットの製造方法を提供する。 According to the embodiments of the present invention, an ultrasonic unit that is easy to manufacture, an ultrasonic endoscope that is easy to manufacture, and a method for manufacturing an ultrasonic unit that is easy to manufacture are provided.
以下、図面を参照して第1実施形態の超音波ユニット(以下、「USユニット」という)30、USユニット30を有する超音波内視鏡(以下、「US内視鏡」という)2、および、USユニット30の製造方法について説明する。
Hereinafter, with reference to the drawings, the ultrasonic unit (hereinafter referred to as “US unit”) 30 of the first embodiment, the ultrasonic endoscope (hereinafter referred to as “US endoscope”) 2 having the US
<超音波内視鏡の構成>
図1に示すようにUS内視鏡2は、超音波観測装置3およびモニタ4とともに超音波内視鏡システム1を構成する。US内視鏡2は、体内に挿入される細長の挿入部21と、挿入部21の基端に配された操作部22と、操作部22の側部から延出したユニバーサルコード23と、を具備する。
<Configuration of ultrasonic endoscope>
As shown in FIG. 1, the US
ユニバーサルコード23の基端部には、光源装置(不図示)に接続されるコネクタ24Aが配設されている。コネクタ24Aからは、カメラコントロールユニット(不図示)にコネクタ25Aを介して着脱自在に接続されるケーブル25と、超音波観測装置3にコネクタ26Aを介して着脱自在に接続されるケーブル26と、が延出している。超音波観測装置3にはモニタ4が接続される。
A connector 24 </ b> A connected to a light source device (not shown) is disposed at the base end of the
挿入部21は、先端側から順に、先端硬性部(以下、「先端部」という)37と、先端部37の後端に位置する湾曲部38と、湾曲部38の後端に位置して操作部22に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部39と、を連設して構成されている。そして、先端部37の先端側には超音波ユニット30が配設されている。
The
操作部22には、湾曲部38を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ22Aと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン22Bと、吸引操作を行う吸引ボタン22Cと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口22D等と、が配設されている。
The
そして、図2に示すように、USユニット30が、設けられた先端部37には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー31と、観察光学系の観察用レンズカバー32と、吸引口を兼ねる鉗子口33と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
As shown in FIG. 2, the US
図3に示すように、USユニット30のUSアレイ40は、複数の平面視矩形の超音波エレメント(以下、「USエレメント」という)20の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。すなわち、USアレイ40では、例えば、直径2mmの円筒の側面に、短辺が0.1mm以下のUSエレメント20が200個、360度方向に配設されている。それぞれのUSエレメント20は、超音波を送受信するアクティブ領域である送受信部60(図4〜図6参照)が配設されている。
As shown in FIG. 3, the US
なお、USアレイ40は、ラジアル型振動子群であるが、USアレイは、凸形状に折り曲げしたコンベックス型振動子群であってもよい。
The
円筒状の超音波アレイ40の内面の端部には、複数の下部電極端子52が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束35の、それぞれの信号線62と接続されている。また、図3では図示しないが、超音波アレイ40の内面の、もう1方の端部には、複数の上部電極端子51(図5参照)が配列しており、それぞれが同軸ケーブル束35のシールド線61(図5参照)と接続されている。すなわち同軸ケーブル束35は、複数の信号線62と同じ本数の芯線のある同軸ケーブルからなる。
A plurality of
送受信部60は下部電極端子52と上部電極端子51とを介して印加される駆動用信号により超音波を発生する。また送受信部60は、超音波を受信すると、下部電極端子52と上部電極端子51との間に電気信号を発生する。
The transmitter /
同軸ケーブル束35は、先端部37と、湾曲部38と、可撓管部39と、操作部22と、ユニバーサルコード23と、超音波ケーブル26と、に挿通され、超音波コネクタ26aを介して、超音波観測装置3と接続されている。
The
<送受信部の構成>
次に、図4および図5を用いて、USエレメント20の送受信部60の構成について説明する。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、パターンの数、厚さ、大きさ、および大きさ等の比率は実際とは異なる。
<Configuration of transceiver unit>
Next, the configuration of the transmission /
図5に示すように、超音波ユニット30の送受信部60には、複数の静電容量型の超音波振動子セル(以下、「USセル」)10がマトリックス状に配置されている。USセル10の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
As shown in FIG. 5, a plurality of capacitive ultrasonic transducer cells (hereinafter referred to as “US cells”) 10 are arranged in a matrix in the transmission /
図4に示すように、USセル10は、基体であるシリコン基板11上に、順に積層された、下部電極端子52と接続された下部電極12と、第1絶縁層(下部絶縁層)13と、円筒状のキャビティ14が形成された第2絶縁層(上部絶縁層)15と、上部電極端子51と接続された上部電極16と、第3絶縁層(樹脂層)17と、を有する。シリコン基板11は、シリコン11Aの表面にシリコン熱酸化膜11B、11Cを形成した基板である。
As shown in FIG. 4, the
それぞれのUSセル10は、キャビティ14を介して対向配置しているシグナル電極部である下部電極部12Aとグランド電極部である上部電極部16Aとを有する。複数の下部電極部12Aがシグナル電極である下部電極12を構成し、複数の上部電極部16Aがグランド電極である上部電極16を構成している。
Each
下部電極12は、円形の下部電極部12Aと、下部電極12の縁辺部から延設している伝導部12Bとからなる。伝導部12Bにより、下部電極部12Aは、同じUSエレメント20の他のUSセルの下部電極部と接続されている。そして、下部電極12は、送受信部60の端部から、下部電極配線42に延設され、更に下部電極配線42は、下部電極端子52まで延設されている。
The
上部電極16は、円形の上部電極部16Aと、上部電極16の縁辺部から延設している伝導部16Bとからなる。伝導部16Bにより、上部電極部16Aは、同じUSエレメント20の他のUSセルの上部電極部と接続されている。そして、上部電極16は、送受信部60の端部から、上部電極配線41に延設され、更に上部電極配線41は、上部電極端子51まで延設されている。
The
すなわち。同じUSエレメント20に配置された複数のUSセル10の全ての下部電極部12Aは互いに接続されており、全ての上部電極部16Aも互いに接続されている。
That is. All the
上部電極配線41および下部電極配線42(以下「配線41等」という)は、導電性シリコン等よりも電気抵抗が低い金属材料、例えば、銅、金、またはアルミニウムからなる。
The
第3絶縁層17は送受信部60の表面を覆う可撓性の樹脂層である。更に第3絶縁層17は、配線41等も覆っているが、電極端子51等は覆っていない。第3絶縁層17は、保護層機能だけでなく、音響整合層機能、更にUSエレメント20を連結する機能も有する。
The third insulating
第3絶縁層17としては、ポリイミド、エポキシ、アクリル、またはポリパラキシレンなどの可撓性の樹脂からなり、耐薬品性が高く、屈曲性を有し、加工が容易のため、特に好ましくはポリイミドである。なお、第3絶縁層17は下部絶縁層の上に、更に生体適合性のある上部絶縁層が形成された2層構造であってもよい。
The third insulating
図4に示す上記構造のUSセル10では、キャビティ14の直上領域の、第2絶縁層15と上部電極16と第3絶縁層17とが、振動部であるメンブレン18を構成している。
In the
<超音波アレイの構成>
図5および図6に示すように、USエレメント20の送受信部60の端部からは、第2の主面20SB側に位置する外部接続端子である下部電極端子52まで、可撓性のある下部電極配線42が延設されている。また、USエレメント20の送受信部60の他の端部からは、第2の主面20SB側に位置する外部接続端子である上部電極端子51まで、可撓性のある上部電極配線41が延設されている。
<Configuration of ultrasonic array>
As shown in FIGS. 5 and 6, the flexible lower part extends from the end of the transmitting / receiving
既に説明したように、下部電極端子52は信号線62と接続されており、上部電極端子51はシールド線61と接続されている。
As already described, the
そして、可撓性の樹脂層である第3絶縁層17が、送受信部60の表面を被覆しているとともに、配線41等を被覆している。なお、第3絶縁層17は配線41等の上側を覆うだけでなく、配線41等の下側も覆っており、配線41等を封止していることが好ましい。
And the 3rd insulating
以下、可撓性の第3絶縁層17で封止された可撓性の配線41等を「可撓性配線」という。可撓性配線には、第1の主面20SBから180度の折り曲げ角度θで折り曲げられた折り曲げ部46、47がある。
Hereinafter, the
USユニット30は、折り曲げられた可撓性配線により、第2の主面20SBに外部接続端子が配設されているために、製造が容易である。またUSユニット30を具備するUS内視鏡2は製造が容易である。更に、配線41等は電気抵抗が低いため、USユニット30は、動作速度が低下するおそれがない。
The
<超音波アレイの製造方法>
次に、図7および図8を用いて、超音波アレイ40の製造方法について説明する。
<Method for manufacturing ultrasonic array>
Next, a method for manufacturing the
<ステップS11>下部電極形成
図8(A)に示すように、シリコン基板11のシリコン熱酸化膜11Bの上に導電性材料からなる下部電極層が形成される。導電性材料はシリコン基板11の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、下部電極12が形成される。
<Step S11> Formation of Lower Electrode As shown in FIG. 8A, a lower electrode layer made of a conductive material is formed on the silicon
<ステップS12>第1絶縁層形成
下部電極12を含む第1の主面20SAを覆うように、SiN等の絶縁性材料からなる第1絶縁層13が例えばCVD法(化学気相成長法)等により成膜される。
<Step S12> First Insulating Layer Formation The first insulating
<ステップS13>キャビティ/第2絶縁層形成工程
そして第1絶縁層13の上に、犠牲層材料を成膜した後、部分的に除去することで、キャビティ14の形状(円柱状)の犠牲層が形成される。
<Step S13> Cavity / Second Insulating Layer Forming Step Then, after the sacrificial layer material is formed on the first insulating
犠牲層の厚さは、キャビティ14の高さとなるために、例えば、0.05〜0.3μmであり、好ましくは0.05〜0.15μmである。犠牲層材料としては、例えば、リンガラス(PSG:含リン酸化シリコン)、二酸化ケイ素、ポリシリコン、または金属などを用いる。
The thickness of the sacrificial layer is, for example, 0.05 to 0.3 μm and preferably 0.05 to 0.15 μm in order to be the height of the
犠牲層が形成された第1絶縁層13の上面に、第2絶縁層15が、例えば第1絶縁層13と同様の方法および同様の材料により形成される。
On the upper surface of the first insulating
そして、第2絶縁層15の所定の位置に、犠牲層を除去するために、エッチング剤を流入する開口部(不図示)が形成される。
Then, an opening (not shown) through which an etchant flows is formed at a predetermined position of the second insulating
次に、犠牲層のエッチングによりキャビティ14が形成される。例えば犠牲層としてリンガラスを用い、第1絶縁層13および第2絶縁層15としてSiNを用いた場合には、エッチング剤としてフッ酸溶液(バッファードHF溶液)を用いる。
Next, the
キャビティ14は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ14が多角柱形状の場合には、上部電極部16Aおよび下部電極部12Aの形状も多角形とすることが好ましい。
The
<ステップS14>上部電極層形成
図8(B)に示すように、下部電極12と同様の方法により、上部電極16が形成される。
<Step S14> Formation of Upper Electrode Layer As shown in FIG. 8B, the
<ステップS15>配線層形成
図8(C)に示すように、第1絶縁層13および第2絶縁層15に下部電極配線42との接合のための孔部を形成した後に、配線層、すなわち、下部電極配線42、下部電極端子52、上部電極配線41、および上部電極端子51が形成される。
配線層は、スパッタ法、蒸着法、またはめっき法等により形成され、例えば、2μmの金めっき膜を好ましく用いる。
<Step S15> Formation of Wiring Layer As shown in FIG. 8C, after forming a hole for bonding to the
The wiring layer is formed by sputtering, vapor deposition, plating, or the like. For example, a 2 μm gold plating film is preferably used.
<ステップS16>第3絶縁層形成
図8(D)に示すように、電極端子51等を除く、USエレメント20(USアレイ40)の表面が、第3絶縁層17で覆われる。
なお、配線41等を封止するために配線層形成工程前に、第3絶縁層と同様の樹脂層を形成しておくことが好ましい。すなわち、第3絶縁層は、配線層形成工程の前後に行われることが好ましい。例えば、配線層形成工程の前に5μmの第3絶縁層1を形成し、配線層形成工程の後に5μmの第3絶縁層2を形成することで、配線層を封止する。
<Step S16> Formation of Third Insulating Layer As shown in FIG. 8D, the surface of the US element 20 (US array 40) excluding the
In order to seal the
また、第1絶縁層13および第2絶縁層15の一部を、第3絶縁層の下層として利用してもよいし、下部電極12および上部電極16の形成時に配線層の下地層を形成してもよい。また、既に説明したように、配線層形成工程の後に形成する絶縁層を2層構造としてもよい。
Further, a part of the first insulating
<ステップS17>基板エッチング
図8(E)に示すように、基板11の一部、すなわち、両端部およびUSエレメント20間が、第2の主面20SB側から、例えばエッチングにより除去される。基板エッチングにより、配線41等は折り曲げ可能となる。エッチング方法としては、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)法等を用いる。
<Step S17> Substrate Etching As shown in FIG. 8E, a part of the
<ステップS18>折り曲げ
図8(F)に示すように、両端部の可撓性配線が、それぞれシリコン基板11の側面に沿って90度折り曲げられ、更に第2の主面20SBに沿って90度折り曲げられる。すなわち、折り曲げ部46、47の折り曲げ角度θは、180度である。このため、第1の主面20SAにあった電極端子51等は、第2の主面20SBの側に位置するようになる。
<Step S18> Bending As shown in FIG. 8F, the flexible wirings at both ends are each bent 90 degrees along the side surface of the
なお、図示しないが、可撓性配線はシリコン基板11と、エポキシ系接着剤等により折り曲げた状態で接合される。
Although not shown, the flexible wiring is joined to the
<ステップS19>外部配線接続
第2の主面20SB側の電極端子51等に、それぞれ、外部接続配線である同軸ケーブル束35の信号線62およびシールド線61が、例えば、はんだにて接続される。
なお、例えば、複数の配線を有するプリント配線板からなる中継配線板(ケーブル接続基板)を介して、同軸ケーブル束35と接続してもよい。
<Step S19> External Wiring Connection The
For example, the
なお、以上の説明では省略したが、USアレイ40を構成する複数の平面視矩形のUSエレメント20は、1枚のシリコン基板11を用いて同時に作製される。そして、例えば、基板エッチング工程において、それぞれのUSエレメント20に分割される。すなわち、図5に示したように、USアレイ40は、複数の超音波エレメント20の長辺が、第3絶縁層17により連結された構造となる。なお既に説明したように、第3絶縁層17は多層構造でもよいが、いずれの層も可撓性樹脂からなる。
Although omitted in the above description, a plurality of
更に、USアレイ40は、複数の超音波エレメント20が連結方向に所定の直径のラジアル形状に湾曲配置される。すなわち、USアレイ40は、例えば所定の直径の円筒の外周に接合される。
Further, in the
以上の説明のように、超音波ユニット30の製造方法は容易である。
As described above, the method for manufacturing the
<第1実施形態の変形例>
次に第1実施形態の変形例1の超音波ユニット30Aおよび超音波ユニット30Aを具備する超音波内視鏡2A、第1実施形態の変形例2の超音波ユニット30Bおよび超音波ユニット30Bを具備する超音波内視鏡2Bについて説明する。
変形例は、第1実施形態と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
<Modification of First Embodiment>
Next, the
Since the modified example is similar to the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図9に示すように、超音波ユニット30Aは、シリコン基板11の第2の主面20SBに、不要な超音波を吸収するバッキング層70が形成されている。バッキング層70は、超音波を放射するときのメンブレンの自由振動を規制して、超音波の進行方向の分解能を向上させる。バッキング層70には、振動を吸収できる様々な材料を用いることができ、無機材料、有機材料いずれも適用可能である。特に、エポキシ系樹脂、ゴム系材料は、音響インピーダンスが小さく、感度を落とさずに振動を吸収できるため、好ましい。
As shown in FIG. 9, in the
USユニット30AのUSエレメント20のシリコン基板11は、可撓性配線の下部の一部にシリコン基板11を残すように、エッチングを行っている。特に、(100)面の単結晶シリコン基板を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行うことで、端面が主面に対して54.7度の傾斜のあるテーパー形状となっている。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
The
図9に示すように、可撓性配線は、バッキング層70を覆うように折り曲げ部46、47で折り曲げられている。折り曲げ角度θは180度であり、電極端子51等が、シリコン基板11の第2の主面側に位置する。
As shown in FIG. 9, the flexible wiring is bent at bending
USユニット30Aは、可撓性配線の下の一部に、側面がテーパー形状のシリコン基板11があるため、折り曲げ処理が容易である。
The
一方、図10に示すように、超音波ユニット30Bは、折り曲げ部46、47の折り曲げ角度θが90度である。そして、電極端子51は、シリコン基板11の側面の内面側に位置し、電極端子52はシリコン基板11の側面に位置している。
On the other hand, as shown in FIG. 10, in the
すなわち、電極端子51および電極端子52の配置状態は同じ状態である必要はなく、例えば一方の電極端子がシリコン基板11の第2の主面20SB側にあり他方が側面に位置していてもよい。また、一方の電極端子がシリコン基板11の第1の主面20SA側に位置していてもよい。
That is, the arrangement state of the
超音波ユニット30Aおよび超音波ユニット30Bは、ともに、第1実施形態の超音波ユニット30と同様の効果を有する。すなわち、外部接続用電極端子が、超音波送受信面とは異なる面に配設されているが、作製が容易である。
Both the
<第2実施形態>
次に第2実施形態の超音波ユニット30Cおよび超音波ユニット30Cを具備する超音波内視鏡2Cについて説明する。
Second Embodiment
Next, the
超音波ユニット30A等では、超音波アレイ40をラジアル形状に変形するために、所定の直径の円筒部材の外周に接合されていた。しかし、円筒部材の配設により、超音波アレイ40の径が大きくなる。
In the
これに対して、図11および図12に示すように、USユニット30Cでは、第2の主面20SBに配設されたバッキング層70の形状に沿って複数の超音波エレメント20が、湾曲している。
On the other hand, as shown in FIGS. 11 and 12, in the
USユニット30CのUSエレメント20のシリコン基板11は、可撓性配線の下部の一部分にもシリコン基板11を残すように、エッチングを行っている。
The
更にエッチング後のシリコン基板11の側面は主面に対して垂直ではなく傾斜している。側面をテーパー形状にするには、シリコン基板11として、(100)面の単結晶を用い、アルカリ水溶液による異方性エッチングを行う。すると、エッチングにより形成される側面は、主面に対して54.7度の傾斜を有する。もちろん非垂直断面形状を形成可能なドライエッチング法を用いてもよい。
Further, the side surface of the
そして、バッキング層70の形状を、このシリコン基板11の傾斜した側面と嵌合する形状、すなわち所定の傾斜角の側面ののある凹部のある外周面としている。このため、円筒形のバッキング層70の外周面の凹凸に嵌合するように、USアレイ40のUSエレメント20を接合することにより、隙間なく、所定のラジアル形状のUSユニット30Cを得ることができる。
The shape of the
USユニット30Cは、USユニット30Bが有する効果を有し、更に超音波アレイ40を所定の湾曲角度に変形するための円筒等が不要であるため、細径である。またUS内視鏡2Cは先端部が細径である。
The
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment or modification, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…超音波内視鏡システム、2、2A〜2C…超音波内視鏡、3…超音波観測装置、10…超音波セル、11…シリコン基板、12…下部電極、12A…下部電極部、13…第1絶縁層、14…キャビティ、15…第2絶縁層、16…上部電極、16A…上部電極部、17…第3絶縁層、18…メンブレン、20…超音波エレメント、20SA…第1の主面、20SB…第2の主面、30、30A〜30C…超音波ユニット、40…超音波アレイ、41…上部電極配線、42…下部電極配線、46、47…折り曲げ部、51…上部電極端子、52…下部電極端子、60…送受信部、61…シールド線、62…信号線、70…バッキング層
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記超音波エレメントが、
矩形の第1の主面と第2の主面とを有する基体と、
キャビティを介して対向配置している下部電極部と上部電極部とを、それぞれが有する複数の超音波セルが配置されており、それぞれの前記下部電極部が互いに接続されているとともに、それぞれの前記上部電極部が互いに接続されている、前記第1の主面に配設された超音波を送受信する平面視矩形の送受信部と、
前記送受信部の端部から延設された、複数の前記下部電極部と接続された可撓性の下部電極配線と、
前記下部電極配線と接続された下部電極端子と、
前記送受信部の他の端部から延設された、複数の前記上部電極部と接続された可撓性の上部電極配線と、
前記上部電極配線と接続された上部電極端子と、を有し、
可撓性の樹脂層が、前記送受信部の表面を被覆しているとともに、それぞれの折り曲げ部により前記第2の主面の方向に折り曲げられた前記下部電極配線および前記上部電極配線を被覆していることを特徴とする超音波ユニット。 Comprising an ultrasonic array comprising a plurality of connected ultrasonic elements;
The ultrasonic element is
A base body having a rectangular first main surface and a second main surface;
A plurality of ultrasonic cells each having a lower electrode portion and an upper electrode portion that are arranged to face each other through a cavity are arranged, and the lower electrode portions are connected to each other, and A rectangular transmission / reception unit for transmitting / receiving ultrasonic waves disposed on the first main surface, the upper electrode units being connected to each other;
A flexible lower electrode wiring connected to a plurality of the lower electrode portions, extending from an end of the transmission / reception unit;
A lower electrode terminal connected to the lower electrode wiring;
A flexible upper electrode wiring extending from the other end of the transmitting / receiving unit and connected to the plurality of upper electrode units;
An upper electrode terminal connected to the upper electrode wiring,
A flexible resin layer covers the surface of the transmission / reception unit, and covers the lower electrode wiring and the upper electrode wiring bent in the direction of the second main surface by the respective bent portions. Ultrasonic unit characterized by being.
前記下部電極配線および前記上部電極配線が、銅、金、またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超音波ユニット。 The resin layer is made of polyimide,
The ultrasonic unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower electrode wiring and the upper electrode wiring are made of copper, gold, or aluminum.
前記下部電極部と接続された下部電極配線、前記下部電極配線から延設された下部電極端子、前記上部電極部と接続された上部電極配線、および前記上部電極配線から延設された上部電極端子を、前記第1の主面に作製する工程と、
前記第1の主面の表面を可撓性の樹脂層で覆う工程と、
前記下部電極配線、前記下部電極端子、前記上部電極配線、および前記上部電極端子の下側の前記基板の少なくとも一部を除去する工程と、
前記下部電極配線および前記上部電極配線を前記第2の主面の方向に折り曲げる工程と、を具備することを特徴とする超音波ユニットの製造方法。 Producing a plurality of ultrasonic elements each having a plurality of ultrasonic cells each having a lower electrode portion and an upper electrode portion disposed opposite to each other via a cavity on the first main surface of the substrate;
Lower electrode wiring connected to the lower electrode portion, a lower electrode terminal extending from the lower electrode wiring, an upper electrode wiring connected to the upper electrode portion, and an upper electrode terminal extending from the upper electrode wiring On the first main surface,
Covering the surface of the first main surface with a flexible resin layer;
Removing at least a portion of the lower electrode wiring, the lower electrode terminal, the upper electrode wiring, and the substrate below the upper electrode terminal;
And a step of bending the lower electrode wiring and the upper electrode wiring in the direction of the second main surface.
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