JP2013144111A - 超音波プローブ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電層と接触する面に電極が形成されて伝導性を提供する整合層を含む超音波プローブ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る超音波プローブの製造方法は、整合層の一面にカーフを形成し、カーフが形成された面及びその反対面のいずれか一面に電極を形成し、電極が形成された面を圧電層に設置することを含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る超音波プローブの製造方法は、整合層の一面にカーフを形成し、カーフが形成された面及びその反対面のいずれか一面に電極を形成し、電極が形成された面を圧電層に設置することを含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、超音波を用いて対象体の内部の映像を生成するための超音波プローブおよびその製造方法に関する。
超音波診断装置は、対象体の体表から体内のターゲット部位に向かって超音波信号を照射し、反射された超音波信号（超音波エコー信号）の情報を用いて軟部組織の断層や血流に関するイメージを無侵襲で得る装置である。
超音波診断装置は、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴスキャナ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）、核医学診断装置などの他の映像診断装置に比べて、小型且つ安価で、リアルタイムで表示可能であり、放射線などの被曝がなく安全性が高いという長所があるので、心臓、腹部、泌尿器、および産婦人科の診断のために広く用いられている。
超音波診断装置は、対象体の超音波映像を得るために、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射してくる超音波エコー信号を受信するためのプローブを含む。
超音波プローブは、圧電物質が振動しながら、電気信号と音響信号とを相互変換させる圧電層と、圧電層から発生した超音波が対象体に最大限に伝達されるように、圧電層と対象体との間の音響インピーダンス差を減少させる整合層と、圧電層の前方に進行する超音波を特定の地点に集束させるレンズと、超音波が圧電層の後方に進行することを遮断させて、映像の歪みを防止する吸音層とを含む。
本発明の一側面は、圧電層と接触する面に電極が形成されて伝導性を提供する整合層を含む超音波プローブ及びその製造方法を提供する。
本発明の一側面に係る超音波プローブは、圧電層と、前記圧電層の前面に位置し、前記圧電層が設置される面に電極が形成された整合層と、を含むことを特徴とする。
また、前記圧電層は、１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工され、前記整合層は、前記圧電層と同一のアレイの形状に加工されることができる。
また、前記整合層の前記アレイを構成するそれぞれのエレメント間の間隔は、前記圧電層の前記アレイを構成するそれぞれのエレメント間の間隔と同一であってもよい。
また、前記整合層は、少なくとも一層で形成することができる。
本発明の一側面に係る超音波プローブの製造方法は、整合層の一面にカーフを形成し、前記カーフが形成された面及びその反対面のいずれか一面に電極を形成し、前記整合層の前記電極が形成された前記面を圧電層に設置することを含むことを特徴とする。
また、前記整合層の一面にカーフを形成することは、前記整合層を１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工するために、前記整合層の前記一面に前記カーフを形成するものであってもよい。
また、前記圧電層は、前記整合層に形成された前記カーフと同一のパターンのカーフが形成されて、１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工されることができる。
また、前記整合層は、少なくとも一層で形成することができる。
また、前記電極を形成することは、前記カーフを材料で充填し、前記カーフに充填した前記材料が露出するように、前記カーフが形成された前記面の前記反対面を横方向にカッティングすることを含むことができる。
超音波が放射される方向に、印刷回路基板などが存在せず、整合層のみ存在するので、より効率的な超音波放射が可能である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施例に係る超音波プローブ及びその製造方法を詳細に説明する。
本発明の一実施例に係る超音波プローブは、圧電層２０と、圧電層２０の前面（図における上面）に設置される整合層１０と、圧電層２０の後面（図における下面）に設置される吸音層３０とを含む（例えば、図１（ｆ）参照）。
所定の物質に機械的な圧力が加わると電圧が発生し、電圧が印加されると機械的な変形が起こる効果を圧電効果及び逆圧電効果といい、このような効果を有する物質を圧電物質という。
すなわち、圧電物質は、電気エネルギーを機械的な振動エネルギーに、機械的な振動エネルギーを電気エネルギーに変換させる物質である。
本発明の一実施例に係る超音波プローブは、電気的信号が印加されると、これを機械的な振動に変換して超音波を発生させる圧電物質からなる圧電層２０を含む。
圧電層２０を構成する圧電物質は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などのセラミック、マグネシウムニオブ酸鉛及びチタン酸鉛などの固溶体で作られるＰＺＭＴ単結晶、または亜鉛ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛などの固溶体で作られるＰＺＮＴ単結晶などを含むことができる。
また、圧電層２０は、断層構造または多層の積層構造に配列してもよい。
一般に、積層構造の圧電層２０は、インピーダンスと電圧を調節するのがより容易であるので、良い感度とエネルギー変換効率、そして軟らかいスペクトルを得ることができるという長所がある。
また、圧電層２０の前後面には、電気的信号が印加され得る電極を形成することができる。前後面に電極を形成する場合、前後面に形成した電極のいずれか一つは接地電極であり、残りの一つは信号電極であってもよい。
整合層１０は、圧電層２０の前面に設置される。整合層１０は、圧電層２０と対象体の音響インピーダンス差を減少させて、圧電層２０と対象体の音響インピーダンスを整合させることにより、圧電層２０から発生した超音波が対象体に効率的に伝達されるようにする。
そのために、整合層１０は、圧電層２０の音響インピーダンスと対象体の音響インピーダンスとの中間値を有するように備えることができる。
整合層１０は、ガラスまたは樹脂材質で形成することができる。また、整合層１０は、音響インピーダンスが、圧電層２０から対象体に向かって段階的に変化することができるように、複数の整合層１０で構成することができ、複数の整合層１０の材質が互いに異なるように構成することができる。
本発明の一実施例に係る整合層１０は、圧電層２０と接触する面に電極が形成され、これについては図面を参照して後述する。
圧電層２０と整合層１０は、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）工程によりマトリックス状の２次元アレイの形状に加工することができ（例えば、図３、５等参照）、１次元アレイの形状に加工してもよい。
図示してはいないが、整合層１０の前面には保護層を設置することができる。保護層は、圧電層２０から発生し得る高周波成分の外部流出を防止し、外部の高周波信号の流入を遮断することができるＲＦ Ｓｈｉｅｌｄであってもよい。
また、保護層は、耐湿性及び耐化学性を有するフィルムの表面に伝導性物質をコーティングしたり蒸着することにより、水及び消毒などに用いる薬品から内部部品を保護することができるＣ／Ｓ ｆｉｌｍであってもよい。
図示してはいないが、保護層の前面にはレンズを設置することができる。レンズは、超音波を集束させるために超音波の放射方向に膨らんだ形状を有することができ、音速が人体での速度より速い場合には凹んだ形状で具現してもよい。
吸音層３０は、圧電層２０の後面に設置され（例えば、図１（ｆ）参照）、圧電層２０から発生して後方へ進行する超音波を吸収及び散乱して消滅させる。したがって、映像の歪みが発生することを防止できる。
吸音層３０は、超音波の減衰または遮断効果を向上させるために、複数の層で作製することができる。
圧電層２０と接触する吸音層３０の前面または吸音層３０の内部には、圧電層２０に電気的信号を印加するための電極を形成することができる。
図１は、本発明の一実施例に係る超音波プローブの製造過程を示す図で、図２は、本発明の一実施例に係る超音波プローブに接地ＦＰＣＢが連結されることを示す図で、図３は、図１の（ｄ）における整合層の斜視図である。
図１に示すように、まず、整合層１０として使用される材料の一面にカーフ（ｋｅｒｆ）１１を形成する（図１（ｂ））。
カーフ１１は、ダイシング工程により形成することができ、カーフ１１の形成により、整合層１０は、１次元アレイまたは２次元アレイの形状に加工され得る。整合層１０に形成されたカーフ１１は、その幅が、整合層１０と同一のアレイの形状に加工される圧電層２０のカーフ２２の幅と同一に形成される。
図１（ｂ）に示すように、整合層１０にカーフ１１が形成されると、カーフ１１に材料１２を充填する（図１（ｃ））。
カーフ１１は、超音波プローブのカーフ１１を充填する用途として一般的に用いられる公知の材料１２で充填されることができる。
図１（ｃ）に示すように、カーフ１１を充填すると、カーフ１１が形成された面の反対面を、図１（ｃ）示した点線に沿って横方向にカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）する（図１（ｄ））。
ここで、横方向は、ｘｙ平面と平行な方向をいう。図面では、カーフ１１が形成された面の反対面を横方向にカッティングしたが、これは一実施例に過ぎず、図１の（ｄ）のような形状に加工できれば、カッティングの回数やカッティングされる面には制限がない。
図３は、カーフ１１が形成された面の反対面をカッティングした整合層１０の斜視図である。図３を参照すると、整合層１０は、カーフ１１を充填した材料を境界として、マトリックス状の２次元アレイに配列されていることがわかる。２次元アレイは一例であり、圧電層２０が１次元アレイの形状に加工されると、整合層１０も１次元アレイの形状に加工され得る。
カッティング方法としては、切削やグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）等の公知の様々な方法を適用することができる。
カーフ１１が形成された面の反対面をカッティングして、図１の（ｄ）及び図３に示したように整合層１０を加工すると、整合層１０の前後面のうち少なくとも一面に電極１３を形成する（図１（ｅ））。
図１（ｅ）は、整合層１０の後面に電極１３が形成されたことを示している。後面だけでなく、後面から側面に延びて前面にまで電極が形成されることができる。電極１３は、伝導性物質を整合層１０の前面または後面にコーティングしたり、蒸着して形成することができる。本発明の一実施例では、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）により整合層１０の後面に電極１３を形成している。
図１は、単一層で形成された整合層１０を例に挙げて説明しているが、２以上の層を含むことができることは勿論である。
前述した過程により一面に電極１３が形成された整合層１０を、電極１３と圧電層２０が接するように、圧電層２０に設置する（図１（ｆ））。
圧電層２０は、その後面に吸音層３０が設置されて、１次元アレイまたは２次元アレイの形状に加工された状態であってもよい。図１（ｆ）に示すように、整合層１０と圧電層２０は同一の形状のアレイに加工され、カーフ１１，２２の間隔も同一に加工されるので、整合層１０と圧電層２０のエレメントは、１対１に対応する。
圧電層２０と接触する吸音層３０の前面には電極が形成され、この電極を信号電極として利用して、圧電層アレイを構成するエレメントに電気的信号が印加されることができる。また、吸音層３０の内部には、吸音層３０の前面から後面まで貫通する電極が形成され、この電極を信号電極として利用して、同様に圧電層アレイを構成するエレメントに電気的信号が印加されることができる。しかし、これに限定されず、公知の様々な方法で圧電層２０に電気的信号を印加する信号電極を形成できることは勿論である。
本発明の一実施例に係る超音波プローブは、整合層１０の後面に形成された電極１３を接地電極として利用できる。
図２は、整合層１０に形成された電極１３を接地させる様々な実施例を示している。図１に示したように、整合層１０の後面に電極１３が形成された場合には、図２（ａ）に示すように、整合層１０の後面に形成された電極１３にＦＰＣＢ４０を連結して電極１３を接地させることができる。
また、整合層１０の後面から側面に延びて前面にまで電極１３が形成された場合、すなわち、整合層１０全体を覆うようにして電極１３が形成された場合には、整合層１０の前面に形成された電極１３にＦＰＣＢ４０を連結して電極１３を接地させることができる（図２（ｂ）参照）。
また、整合層１０の後面に形成された電極１３に連結される電極１３を、圧電層２０と吸音層３０の側面に形成し、このように圧電層２０と吸音層３０の側面に形成された電極１３にＦＰＣＢ４０を連結して電極１３を接地させることもできる（図２（ｃ）参照）。
前述のような方式で整合層１０に形成された電極１３を接地させることができるが、これに限定されず、様々な変形例が実施可能であることは勿論である。以下に説明する本発明の他の実施例においても、前述のような様々な方法で整合層１０に形成された電極１３を接地させることができる。
このように、整合層１０の後面に形成された電極１３と、前述したように吸音層３０に形成され得る電極により、圧電層アレイを構成するそれぞれのエレメントに電気的信号を印加することができる。
図４は、本発明の他の実施例に係る超音波プローブの製造過程を示す図で、図５は、図４の（ｃ）における整合層の斜視図である。
整合層１０にカーフ１１を形成する過程（図４（ａ）、（ｂ））までは、図１と同様である。
整合層１０にカーフ１１が形成されると、カーフ１１を充填せずに、カーフ１１が形成された面に電極１５を形成する（図４（ｃ））。
電極１５は、伝導性物質をカーフ１１が形成された面にコーティングしたり、蒸着して形成することができる。本発明の一実施例では、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）により、カーフ１１が形成された面に電極１５を形成する。図５は、カーフ１１が形成された面に電極１５が形成された整合層１０を示す斜視図である。図５を参照すると、マトリックス状の２次元アレイに配列された整合層１０の面に全て電極１５が形成されたことがわかる。２次元アレイは一例であり、圧電層２０が１次元アレイの形状に加工されると、整合層１０も１次元アレイの形状に加工され得る。
前述した過程により電極１５が形成された整合層１０を、カーフ１１が形成された面が圧電層２０に向かうようにして、圧電層２０の前面に設置する（図４（ｄ））。図４（ｄ）に示すように、整合層１０と圧電層２０は同一の形状のアレイに加工され、カーフ１１、２２の間隔も同一に加工されるので、整合層１０と圧電層２０のエレメントは、１対１に対応する。
図１と同様に、本発明の他の実施例に係る超音波プローブは、整合層１０の電極１５を接地電極として用いることができる。信号電極に関する説明は、図１と同一であるので省略する。
図６は、本発明の更に他の実施例に係る超音波プローブの製造過程を示す図で、図７は、図６の（ｃ）における整合層の斜視図である。
整合層１０にカーフ１１を形成する過程（図６（ａ）、（ｂ））までは、図１と同様である。
整合層１０にカーフ１１が形成されると、カーフ１１が形成された面の反対面に電極１６を形成する（図６（ｃ））。
電極１６は、伝導性物質をカーフ１１が形成された面の反対面にコーティングしたり、蒸着して形成することができる。本発明の一実施例では、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）により、カーフ１１が形成された面の反対面に電極１６を形成する。図７は、カーフ１１が形成された面の反対面に電極１６が形成された整合層１０を示す斜視図である。
前述した過程により電極１６が形成された整合層１０を、電極１６と圧電層２０とが接するように、圧電層２０に設置する（図６（ｄ））。図６（ｄ）に示すように、整合層１０と圧電層２０は同一の形状のアレイに加工され、カーフ１１の間隔も同一に加工されるので、整合層１０と圧電層２０のエレメントは、１対１に対応する。
図１と同様に、本発明の更に他の実施例に係る超音波プローブは、整合層１０の電極１６を接地電極として用いることができる。信号電極に関する説明は、図１と同一であるので省略する。
１０ 整合層
１１ カーフ
１２ 材料
１３、１５、１６ 電極
２０ 圧電層
２２ カーフ
３０ 吸音層
４０ ＦＰＣＢ
１１ カーフ
１２ 材料
１３、１５、１６ 電極
２０ 圧電層
２２ カーフ
３０ 吸音層
４０ ＦＰＣＢ
Claims (9)
- 圧電層と、
前記圧電層の前面に位置し、前記圧電層が設置される面に電極が形成された整合層と、を含む、超音波プローブ。 - 前記圧電層は、１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工され、
前記整合層は、前記圧電層と同一のアレイの形状に加工される、請求項１に記載の超音波プローブ。 - 前記整合層の前記アレイを構成するそれぞれのエレメント間の間隔は、前記圧電層の前記アレイを構成するそれぞれのエレメント間の間隔と同一である、請求項２に記載の超音波プローブ。
- 前記整合層は、少なくとも一層で形成される、請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波プローブ。
- 整合層の一面にカーフを形成し、
前記カーフが形成された面及びその反対面のいずれか一面に電極を形成し、
前記整合層の前記電極が形成された前記面を圧電層に設置することを含む、超音波プローブの製造方法。 - 前記整合層の一面にカーフを形成することは、
前記整合層を１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工するために、前記整合層の前記一面に前記カーフを形成するものである、請求項５に記載の超音波プローブの製造方法。 - 前記圧電層は、前記整合層に形成された前記カーフと同一のパターンのカーフが形成されて、１次元アレイ及び２次元アレイのいずれか一つの形状に加工された、請求項５または６に記載の超音波プローブの製造方法。
- 前記整合層は、少なくとも一層で形成される、請求項５ないし７のいずれかに記載の超音波プローブの製造方法。
- 前記電極を形成することは、
前記カーフを材料で充填し、
前記カーフに充填した前記材料が露出するように、前記カーフが形成された前記面の前記反対面を横方向にカッティングすることを含む、請求項５ないし８のいずれかに記載の超音波プローブの製造方法。
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