JP2016152580A - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子において、個々の振動素子と配線シートとを強固に接着する。【解決手段】配線シート１２におけるコンタクトエリア５８は導電層を有し、そこには露出孔群７０が形成されている。個々の露出孔４０はベース層を露出させるものである。各接合面６６に対して各振動素子を接着すると、個々の露出孔４０の中に接着剤が入り込む。これにより、ベース層が導電層を介することなく個々の振動素子の下面に直接的に接着される。露出孔群７０に代えて複数の露出溝を形成することも可能である。【選択図】図２

Description

本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特に、超音波振動子に対して配線シートを接着するための技術に関する。

超音波探触子は、生体を超音波診断するための送受波器である。超音波探触子は、一般に、アレイ振動子を含む積層体（振動子ユニット）を有している。アレイ振動子は例えば直線状に配列された複数の振動素子を備える。個々の振動素子は、例えば、圧電材料あるいはそれを含む複合材料により構成され、通常、それらの上面及び下面には金メッキ層が形成されている。それらの層は表面層として機能する。なお、アレイ振動子の上面側（生体側）には１又は複数の整合層が設けられる。アレイ振動子の下面側（非生体側）には背面側に放射された不要超音波を吸収するバッキング層が設けられる。

特許文献１に開示された構成では、アレイ振動子とバッキング層との間に、配線シートとしてのフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）が設けられている。アレイ振動子と整合層との間には銅箔としてのグランドシート（グランド電極）が設けられる。ＦＰＣは、個々の振動素子に対してシグナルラインを接続するための電極パターンを備えている。実際には、未切断状態の板状の振動子材料（母材）に対して接着剤によってＦＰＣが貼付された上で、ダイシングソーを利用して、振動子材料がＦＰＣと共に素子単位で切断される。なお、ＦＰＣを生体側に配置し、グランド電極を非生体側に配置することも可能である。

ＦＰＣの電極パターンは通常、銅によって構成され、その表面には電気的接続を良好にするために、また、化学的な保護を図るために、表面層として金メッキ層が形成されている。つまり、銅パターンに対して金によるコーティングが施されている。

特許第３３０４５６０号公報

以上のように、個々の振動素子の一面（上記の例では下面）がＦＰＣの電極面に完全に密着した状態で接着剤により両者が接合される。各振動素子の接合面には金メッキが施され、ＦＰＣ側の電極面にも金メッキが施されている。金属面同士を接着剤を介して接着した場合、十分な接着状態を形成できない場合がある。その場合、ダイシング工程において、振動素子からＦＰＣが剥がれてしまうおそれがある。そのような剥がれが生じると（非接着状態が生じると）、振動素子における機械的振動が弱くなったり、電気的な特性が不安定になったりする。そこで、個々の振動素子と配線シートとの間の接着力を高めることが求められる。

本発明は、個々の振動素子と配線シートとの間の接着力を高めることにある。

本発明に係る超音波探触子は、複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の下面に設けられる部材であって、ベース層と、前記ベース層上に形成され複数の振動素子に接続される複数のコンタクト層と、を有する配線シートと、を有し、前記各コンタクト層は、電極部分と、前記ベース層を剥き出しにする露出部分と、を含み、前記各露出部分に充填された接着剤を介して前記各振動素子と前記ベース層とが接着された、ことを特徴とするものである。

上記構成によれば、個々のコンタクト層が電極部分以外に露出部分を有しており、その露出部分に入り込む接着剤によって、ベース層の表面と各振動素子の下面とが接着される。例えば、金属メッキ層同士を接着する場合、どうしても接着力が低下しやすいが、上記構成によれば、剥き出しとなったベース層への接着を利用できるので、コンタクト層での接着力を高められる。ベース層は、通常、非金属材料で構成され、それは例えば樹脂により構成される。この分野で一般的に利用されている接着剤の場合、樹脂の方が金属よりも接着強度が高い。なお、露出部分を形成しても、振動素子側の電極層（表面層）をそのまま維持すれば、電界の乱れや電気的特性の劣化を回避又は軽減できる。露出部分に合わせて振動素子側の電極層の一部を除去し、ベース層と振動素子本体とが直接的に接着されるように構成することも可能である。

望ましくは、前記各コンタクト層における前記露出部分は複数の露出要素により構成される。電気的な特性をできるだけ維持するには、一般に、１つの大きな露出部分を形成するよりも複数の漏出要素を形成する方が望ましい。

望ましくは、前記複数の露出要素は複数の露出孔である。望ましくは、前記複数の露出要素は複数の露出溝である。望ましくは、前記複数の露出溝は前記電極部分の両側に設けられた一対の露出溝であり、前記各コンタクト層において前記電極部分が前記一対の露出溝を介して両側のダイシング経路から隔てられている。この構成によれば、ダイシングソーを利用したダイシング（カッティング）時に、ダイシングソーが電極部分に触れないので、あるいは、触れる量を低減できるので、電極部分を構成する金属材料粉の生成を回避又は軽減でき、また、電極部分の端部におけるバリ、反りといった問題を回避又は軽減できる。

本発明に係る製造方法は、上面コーティング層及び下面コーティング層を有する振動板からなる母材を製作する工程と、前記母材の下面に配線シートを接着する工程と、を含み、前記配線シートは、導電層と、ベース層を露出させる露出部分と、を有し、前記母材に対して配線シートを接着する際に前記露出部分の中に接着剤が入り込み、前記露出部分において前記下面コーティング層と前記ベース層とが前記導電層を介在させることなく接着される、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、個々の振動素子と配線シートとの間の接着力を高められる。

本発明に係る超音波探触子の第１実施形態を示す断面図である。 第１実施形態に係る配線シートを示す展開図である。 第１実施形態に係る配線シートの拡大断面図である。 第１実施形態に係る配線シートの変形例を示す図である。 本発明に係る超音波探触子の第２実施形態を示す断面図である。 第２実施形態に係る配線シートを示す展開図である。 第２実施形態に係る構成の斜視図である。 第２実施形態に係る配線シートの拡大断面図である。 本発明に係る製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波探触子の第１実施形態が示されている。

この超音波探触子は、生体の超音波診断を行う場合において用いられ、超音波診断装置本体に接続されるものである。超音波探触子は、一般に、生体の表面上に当接して用いられるものであるが、それが体腔内に挿入されてもよい。

図１において、超音波探触子は、アレイ振動子１０、配線シート１２、グランドシート１４等を有している。グランドシート１４は例えば銅からなるシート状の部材（銅箔）である。その生体側には第１整合層１６及び第２整合層１８が設けられている。配線シート１２の下面側（非生体側）にはバッキング２０が設けられている。第１整合層１６及び第２整合層１８は音響整合のために設けられており、バッキング２０は背面へ放射された不要な超音波を吸収等するために設けられている。

アレイ振動子１０は、本実施形態において直線状に配列された複数の振動素子２２からなるものである。個々の振動素子２２は、振動素子本体２４と、その下面側及び上面側に形成された一対の金メッキ層２６，２８と、有している。一対の金メッキ層２６，２８はそれぞれ表面層として機能するものである。振動素子本体２４はＰＺＴ、それを含む複合材料、等により構成されるものである。個々の振動素子２２においては、送信時に電気信号が超音波に変換され、また、受信時に超音波（反射波）が電気信号に変換される。

配線シート１２は、個々の振動素子２２に対してシグナルを供給するための部材であり、本実施形態においては、例えばＦＰＣにより構成される。具体的には、配線シート１２は、樹脂層としてのベース層３２と、その上に設けられた所定のパターンを有する導電層３４と、を有している。導電層３４は、下層としての銅層３６と、その上面側を覆う表面層としての金メッキ層３８と、を有している。金メッキ層３８はコーティング層である。

本実施形態においては、導電層３４の中に複数の露出孔４０が形成されている。各露出孔４０の内部には接着時において接着剤が入り込む。その入り込んだ接着剤によりベース層３２の表面と個々の振動素子２２の下面とが強固に接着される。これについては後に詳述する。

グランドシート１４は、全面電極としてのグランド電極を形成するものであり、それは銅箔によって構成される。グランドシート１４が個々の振動素子２２における金メッキ層２８に接着される。なお、グランドシート１４を樹脂層と電極層とで構成し、電極層に複数の露出孔等を形成することにより、グランドシート１４と個々の振動素子２２との間での接着性を高めるようにしてもよい。

隣接する２つの振動素子２２の間には分離溝３０が形成されている。グランドシート１４の上部においては複数の分離溝５０が形成されている。各分離溝３０，５０は例えば、ダイシングソー（カッター）を利用して形成される。その場合においては、板状の母材と一緒に配線シート１２がカッティングされる。そのカッティング後に複数の振動素子２２が構成される。

図２には、配線シート１２の展開図が示されている。配線シート１２は、中央部分１２Ａと、中央部分１２Ａの一方側に設けられた一方側部分１２Ｂと、中央部分１２Ａの他方側に設けられた他方側部分１２Ｃと、有している。中央部分１２Ａは、アレイ振動子１０を搭載する部分である。これに対し、一方側部分１２Ｂ及び他方側部分１２Ｃは折れ曲がり部分として機能する。

配線シート１２には、導電パターン５６が形成されている。導電パターン５６は中央部分１２Ａに相当するコンタクトエリア５８を有する。コンタクトエリア５８の一方側にはリード部分６０が形成され、コンタクトエリア５８の他方側にはリード部分６２が形成されている。それぞれのリード部分６０，６２は複数のリード６４を有している。図２において、符号６６は振動素子の接合面あるいは接合エリアを表している。コンタクトエリア５８には、複数の振動素子に対応して複数の接合面が存在する。接合面６６毎に１つのリード６４が接続されている。リードを用いてシグナルが振動素子に対して供給され、また、シグナルが振動素子から出力される。コンタクトエリア５８を上下方向に横切るようにＸ方向に並んで複数のダイシング部分６８が形成されている。個々のダイシング部分６８においてカッティングが実施される。これにより素子分割すなわち素子分離が実行される。

本実施形態においては、コンタクトエリア５８内に露出孔群７０が形成されている。すなわち、導電パターン５６が露出孔群７０を有する。露出孔群７０はランダム的に配置された複数の露出孔４０により構成されるものである。個々の露出孔４０は、導電層が除去されている部分であり、すなわち配線シート１２におけるベース層表面を剥き出しにする部分である。したがって、コンタクトエリア５８に対して後述する母材を接着すると、個々の露出孔４０内に接着剤が入り込み、母材の下面とベース層の表面とが接着剤を介して直接的に接着される。すなわち、導電層を介在させた接着とは別に、ベース層への直接的な接着が実現される。これにより、配線シートと個々の振動素子との間での接着力を高めることが可能である。この分野において、一般的に使用されている接着剤の特性として、樹脂への接着力の方が金属への接着力よりも非常に大きく、そのような性質を利用して、配線シート１２上に個々の振動素子を部分的に直接的に接着させるものである。これによれば、個々の振動素子の倒れ込みや、剥がれといった問題を未然に形成できる。特に、ダイシングソーによって個々の素子を分割する際において、素子の破損や素子の剥がれを効果的に防止できるという利点が得られる。

本実施形態においては、個々の接合面６６毎に複数の露出孔４０が形成されており、すなわち個々の接合面６６の全体にわたって複数の露出孔４０が分散形成されている。このような構成によれば電場の乱れを軽減できるという利点が得られる。ちなみに、絶縁性の接着剤を利用するようにしてもよいし、導電性の接着剤を利用するようにしてもよい。但し振動素子間において電気的短絡が生じないように構成する必要がある。なお、図２に示す露出孔群７０は複数のダイシング部分６８を格別考慮することなく全体的に均一的に形成されるものであったが、個々のダイシング部分６８を避けて複数の露出孔４０を形成するようにしてもよい。

図３には、振動素子単位で構成されるコンタクト層１０８が拡大断面図として示されている。コンタクト層１０８は、大別して、電極部分１１４と露出部分１１２とからなる。電極部分１１４は、図３の断面図上、複数の要素１１０の集合として観念される。露出部分１１２は複数の露出孔４０の集合である。個々の露出孔４０の内部には接着剤が充填されている。ちなみに、電極部分１１４は銅層と表面層とからなるものである。図示されるように、個々の露出孔４０を介してベース層３２の表面と振動素子における金メッキ層（下側表面層）２６とが直接的に接着されている。

図４には、第１実施形態の変形例が示されている。配線シート７４は導電パターン７６を有し、その導電パターン７６は、中央部分７４Ａに相当するコンタクトエリア７８を有している。ちなみに、中央部分７４Ａの一方側及び他方側が符号７４Ｂ及び７４Ｃで示されている。コンタクトエリア７８には露出孔アレイ８０が構成されている。露出孔アレイ８０は、比較的大きな複数の露出孔８２からなるものであり、図においては、２つの露出孔列が形成されている。このような規則性をもったパターンによって露出孔アレイ８０を構成することも可能である。

次に、第２実施形態を図５乃至図８を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。

図５に示す第２実施形態において、配線シート８４はベース層９４と導電層８６とで構成される。導電層８６は銅層８８と金メッキ層９０とからなる。導電層８６には露出部分９２ａ，９２ｂが形成されている。それらは溝状の形態を有している。各露出部分９２ａ，９２ｂ内には接着剤が入り込んでいる。

図６には、第２実施形態に係る配線シート８４が示されている。配線シート８４は導電パターン９６を有している。それは複数のコンタクト部分９８を有する。各コンタクト部分９８の素子配列方向（Ｘ方向）の幅は、各接合面６６のＸ方向の幅よりも狭い。したがって接着工程を実施すると、各コンタクト部分９８の両側に露出部分９２ａ，９２ｂが生じる。つまり、振動素子単位で、振動素子下面とベース層とに挟まれた一対の溝状空間が生じる。そこにおいてベース層の表面が剥き出しになっているため、その表面と各振動素子の下面とを接着部材により直接的に接合することが可能である。

図７には、第２実施形態に係る配線シートが斜視図として示されている。そこにおいてはコンタクト部分９８が模式的に示されている。また振動素子２２も模式的に示されている。コンタクト部分９８のＸ方向の幅Ｗ１は振動素子２２のＸ方向の幅Ｗ２よりも小さく、コンタクト部分９８の両側に上述したように一対の露出部分が生じる。

図８には、コンタクト部分の拡大図が示されている。ベース層９４の上側にはコンタクト部分１２０が形成され、それは電極部分１２２と露出部分９２ａ，９２ｂとからなる。電極部分１２２は銅層１２４と表面層１２６とからなる。各露出部分９２ａ，９２ｂの中には接着剤１００が充填される。電極部分１２２の幅がＷ１で示され、素子の幅がＷ２で示され、個々の露出部分９２ａ，９２ｂの幅がＷ３で示されている。各幅の比率は適宜設定することが可能である。

この第２実施形態の構成を採用すると、ダイシングソーによるカッティングの際に、ダイシングソーが電極部分に触れないので、金属粉が発生しないあるいはその発生を軽減できるという利点が得られる。また同様の理由からバリや反りといった現象が生じることを効果的に防止することが可能である。複数の露出部分による電解の乱れは振動素子側に形成された金メッキ層により緩和され得る。

なお、第１及び第２実施形態において、配線シートの全体の厚みは例えば０．００６〜０．０１mmであり、望ましくは０．００６mmである。ベース層３２の厚みは例えば０．００５〜０．０２５mmであり、望ましくは０．００５mmである。導電層３４の厚みは例えば０．００１〜０．０１２mmであり、望ましくは０．００１mmである。銅層の厚みは例えば０．００１〜０．０１２mmであり、望ましくは０．００１mmである。各金メッキ層の厚みは例えば０．０００１〜０．００１mmであり、望ましくは０．０００５mmである。第１実施形態における個々の露出孔の直径は例えば０．０５〜０．２mmであり、望ましくは０．０５mmである。個々の振動素子のＸ方向の幅は例えば０．０７〜０．３mmであり、望ましくは０．１mmである。それを前提とした場合、上述した露出部分それぞれの横幅Ｗ３は例えば０．０３〜０．１５mmであり、望ましくは０．０５mmである。

次に、図９を用いて本実施形態に係る製造方法について説明する。Ｓ１０においては配線シートが製作される。具体的には、各接合面内において複数の露出部分が生じるように配線パターンが形成される。その際、コンタクト部分ごとに、複数の露出孔が形成され、あるいは、複数の露出溝が形成される。Ｓ１２においては、配線シートに接着する母材が製作される。その母材は圧電作用をもったプレート状材料の上面及び下面に対して金メッキを施すことにより製作される。

Ｓ１４においては、配線シート上に母材が接着される。その際、個々の露出孔あるいは個々の露出溝内に接着剤が入り込み、ベース層の上面と個々の振動素子の下面とが強固に接着される。Ｓ１４において、バッキングの接着が行われてもよい。接着にあたっては、熱硬化性の接着剤を用い、加圧接着を行うようにしてもよい。Ｓ１６においては、ダイシングソーが利用され、上述のように接着処理された積層体が素子単位でカッティングされる。そのような工程においても本実施形態においては個々の振動素子が強固に接着されているため、ダイシングによる素子破損あるいは素子倒れといった問題を未然に回避することが可能である。

１０ アレイ振動子、１２ 配線シート、３２ ベース層、３４ 導電層、３６ 銅層、３８ 金メッキ層、４０ 露出孔、５６導電パターン、５８ コンタクトエリア、７０ 露出孔群。

Claims (6)

1. 複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
   前記アレイ振動子の下面に設けられる部材であって、ベース層と、前記ベース層上に形成され複数の振動素子に接続される複数のコンタクト層と、を有する配線シートと、
   を有し、
   前記各コンタクト層は、電極部分と、前記ベース層を剥き出しにする露出部分と、を含み、
   前記各露出部分に充填された接着剤を介して前記各振動素子と前記ベース層とが接着された、
   ことを特徴とする超音波探触子。
2. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記各コンタクト層における前記露出部分は複数の露出要素により構成された、
   ことを特徴とする超音波探触子。
3. 請求項２記載の超音波探触子において、
   前記複数の露出要素は複数の露出孔である、
   ことを特徴とする超音波探触子。
4. 請求項２記載の超音波探触子において、
   前記複数の露出要素は複数の露出溝である、
   ことを特徴とする超音波探触子。
5. 請求項４記載の超音波探触子において、
   前記複数の露出溝は前記電極部分の両側に設けられた一対の露出溝であり、
   前記各コンタクト層において前記電極部分が前記一対の露出溝を介して両側のダイシング経路から隔てられている、
   ことを特徴とする超音波探触子。
6. 上面コーティング層及び下面コーティング層を有する振動板からなる母材を製作する工程と、
   前記母材の下面に配線シートを接着する工程と、
   を含み、
   前記配線シートは、導電層と、ベース層を露出させる露出部分と、を有し、
   前記母材に対して配線シートを接着する際に前記露出部分の中に接着剤が入り込み、
   前記露出部分において前記下面コーティング層と前記ベース層とが前記導電層を介在させることなく接着される、
   ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
   

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