JP2016192996A - 挿入器具および挿入器具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線部分の電気抵抗が小さく、比較的容易に製造可能で、体内にも安全に挿入することができる挿入器具および挿入器具の製造方法を提供する。
【解決手段】電子デバイス１２が、多層基板１３を介して器具本体１１の先端に設けられ、後端側に電極１２ｂを有している。多層基板１３は、先端側から後端側に向かって複数の層を積層して成る。多層基板１３は、先端側の表面に設けられて電子デバイス１２の電極１２ｂと電気的に接続された接続端部２２と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部２３と、最も先端側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線２４と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線２５とを有している。多層基板１３は、貫通配線２４と境界配線２５とにより、接続端部２２と配線用端部２３とが電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、細長く、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具および挿入器具の製造方法に関する。

超音波プローブなど、先端に超音波振動子などの電子デバイスが取り付けられた挿入器具では、先端の電子デバイスの後端側に設けられた電極に対して、電気信号を入出力するための配線を行う必要がある。このような配線では、挿入器具の中心に、ガイドワイヤなどを通すための貫通孔が形成されることが多いことや、電子デバイスを制御するための集積回路を取り付ける必要があることなどを考慮して、配線を一旦側面に出し、そこから側面に沿って後端側に伸ばす配線方法が望ましい。

このような配線方法を有するものとして、先端に設けられた固体撮像素子との間で電気的なインターフェースを提供するよう、上面、側面および底面に複数の導電パターンが形成された複数のセラミック層を積層して成るセラミック基板を、固体撮像素子に近接して配した内視鏡用撮像素子モジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このモジュールでは、各セラミック層の側面端子部に外部リードを接続する必要があり、内視鏡の径が太くなってしまうという問題があった。

そこで、挿入器具の側方にあまりはみ出さず、挿入器具の径をできるだけ小さくするよう考慮されたものとして、従来、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）を用いて、電子デバイスの電極から後端側に配線を伸ばし、シリコン貫通電極の後端に、側面まで伸びる配線パターンを有する配線接続部を取り付けた超音波プローブ（例えば、特許文献２参照）や、フレキシブル基板に電子デバイスを接合するとともに配線パターンを形成し、電子デバイスが先端に、配線パターンが側面に配置されるよう、フレキシブル基板を折り曲げて取り付けた電子デバイス実装体（例えば、特許文献３参照）が、本発明者等により開発されている。

なお、本発明者等により、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）多層基板を用いた静電駆動型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴｓ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers）が開発されている（例えば、非特許文献１または２参照）。

特開２００６−２５８５２号公報 特開２００９−２０７５７５号公報 特開２０１３−１０２３９９号公報

広島美咲、松永忠雄、峯田貴、芳賀洋一、「陽極接合可能なセラミック貫通配線基板を用いた静電駆動型超音波トランスデューサ」、第30回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集、2013年11月、SPM1-A-6、p1-4 広島美咲、松永忠雄、峯田貴、芳賀洋一、「陽極接合可能なセラミック貫通配線基板を用いた静電駆動型超音波トランスデューサ」、電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌）、2014年、Vol.134、No.10、pp.333-337

特許文献２に記載の超音波プローブでは、シリコン貫通電極のシリコン基板の熱膨張率と、それより後端側のプローブの材料（例えば、ポリマーやセラミックなど）の熱膨張率とが大きく異なるため、これらを接合するのが難しく、製造が困難であるという課題があった。また、シリコン貫通電極と配線接続部との接続部での電気抵抗が大きくなってしまうという課題もあった。

特許文献３に記載の電子デバイス実装体では、断線を避けるよう、フレキシブル基板を緩やかに折り曲げ、さらにその折り曲げた部分を硬く形成する必要がある。このため、硬い部分が長くなってしまい、血管などの体内に挿入する場合には、安全に挿入するのが困難になるという課題があった。例えば、フレキシブル基板を９０度折り曲げて、外径２ｍｍ以下のカテーテル形状に実装する場合、硬い部分の長さが数１０ｍｍと長くなってしまう。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、配線部分の電気抵抗が小さく、比較的容易に製造可能で、体内にも安全に挿入することができる挿入器具および挿入器具の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る挿入器具は、細長く、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具であって、先端に設けられ、後端側に電極を有する電子デバイスと、前記電子デバイスの後端側に設けられ、先端側から後端側に向かって複数の層を積層して成る多層基板とを有し、前記多層基板は、先端側の表面に設けられて前記電極と電気的に接続された接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、最も先端側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明に係る挿入器具は、多層基板を用いて、電子デバイスの後端側の電極から、接続端部と貫通配線と境界配線と配線用端部とを介して側面まで配線を伸ばすことができる。これにより、側方にほとんどはみ出すことなく配線を行うことができ、容易に小径化を図ることができる。また、側面まで伸びた配線を利用して、その表面で容易に集積回路等を実装することができる。接続端部から配線用端部までの多層基板の内部での貫通配線および境界配線を、銅配線などを利用して行うことにより、配線部分の電気抵抗を小さくすることができる。また、多層基板の内部での貫通配線および境界配線をあらかじめ行っておくことができるため、製造が容易である。先端部では、硬い部分が多層基板の部分の短い区間だけであるため、血管などの体内にも安全に挿入することができる。

本発明に係る挿入器具で、多層基板は、内部の配線の自由度が高いため、側面までの配線を行いやすい。このため、複数の電子デバイスを取り付けて高集積化を図ることができる。多層基板は、内部で貫通配線および境界配線を行うことができるものであればいかなるものであってもよいが、特にセラミック製のＬＴＣＣ多層基板から成ることが好ましい。ＬＴＣＣ多層基板を使用することにより、多層基板より後端側の材料として一般的に使用されるポリマーやセラミック等との接合が容易となるため、比較的容易に製造することができる。また、多層基板は、セラミック材料の他、耐熱性、耐薬品性に優れたポリイミドなどのポリマー材料と金属とから成っていてもよい。

本発明に係る挿入器具は、例えば、医療用または工業用の内視鏡やカテーテル、内視鏡の鉗子口を通して用いられる器具、老築化した建物のメンテナンスや災害救助時に隙間に入れて内部を確認するための器具などから成る。電子デバイスは、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ、ＰＺＴなどの圧電素子など、背面側（後端側）に電極を有するものであればいかなるものであってもよい。

本発明に係る挿入器具で、前記電極は複数から成り、前記多層基板は、各電極ごとに、前記接続端部および前記配線用端部を有するとともに、前記貫通配線および前記境界配線を１または複数有し、それぞれ対応する前記接続端部と前記配線用端部とが、対応する前記貫通配線と前記境界配線とにより電気的に接続されていることが好ましい。この場合、各電極の配線をそれぞれ側面まで伸ばすことができ、容易に高集積化することができる。

本発明に係る挿入器具で、前記多層基板は、前記多層基板より表面積が大きく、前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を有する多層体を、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が前記配線用端部を成すよう、その配線の位置で、各層の厚み方向に沿って切断することにより形成されていることが好ましい。この場合、側面に露出した配線用端部を容易に形成することができる。

本発明に係る挿入器具は、前記電子デバイスと組み合わせて用いる、前記多層基板より後端側の側面に設けられた集積回路などの第２の電子デバイスと、前記配線用端部と前記第２の電子デバイスとを電気的に接続するよう、側面に沿って設けられた接続配線とを、有していてもよい。この場合、側方にほとんどはみ出すことなく接続配線を行うことができる。このため、容易に小径化を図ることができる。また、接続配線を利用して、側面で容易に集積回路などの電子デバイスを実装することができる。第２の電子デバイスは、例えば、本発明に係る挿入器具の先端に設けられた電子デバイスを制御可能な集積回路である。

第１の本発明に係る挿入器具の製造方法は、細長く、先端に電子デバイスを有し、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具の製造方法であって、複数の層を積層して成り、一方の表面に設けられた接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、前記一方の表面側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されている多層基板を、その多層基板より表面積が大きく、前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を有する多層体を、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が前記配線用端部を成すよう、その配線の位置で各層の厚み方向に沿って切断することにより形成し、前記電子デバイスの電極を前記接続端部に電気的に接続させて、前記多層基板の前記一方の表面に前記電子デバイスを取り付けることを、特徴とする。第１の本発明に係る挿入器具の製造方法によれば、本発明に係る挿入器具を容易に製造することができる。

また、第２の本発明に係る挿入器具の製造方法は、細長く、先端に電子デバイスを有し、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具の製造方法であって、複数の層を積層して成り、一方の表面に設けられた接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、前記一方の表面側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されている多層基板を、複数の前記電子デバイスに対応して複数形成するとき、各多層基板を合わせたものより表面積が大きく、前記接続端部と前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を各電子デバイスに対応して複数有する多層体に対し、各電子デバイスの電極を対応する接続端部に電気的に接続させて、前記多層基板の前記一方の表面に対応する表面に各電子デバイスを取り付けた後、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が対応する配線用端部を成すよう、その配線の位置で各層の厚み方向に沿って切断することにより各多層基板を形成することを特徴とする。第２の本発明に係る挿入器具の製造方法によれば、それぞれに電子デバイスを有する複数の本発明に係る挿入器具を容易に製造することができる。

本発明によれば、配線部分の電気抵抗が小さく、比較的容易に製造可能で、体内にも安全に挿入することができる挿入器具および挿入器具の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の挿入器具を示す斜視図である。 図１に示す挿入器具の部分縦断面図である。 本発明の実施の形態の挿入器具の製造方法を示す部分縦断面図である。 図１に示す挿入器具の使用状態を示す斜視図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態の挿入器具および挿入器具の製造方法を示している。
図１および図２に示すように、挿入器具１０は、細長く、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具１０であって、器具本体１１と電子デバイス１２と多層基板１３と集積回路１４と接続配線１５とを有している。

器具本体１１は、ポリマー製またはセラミック製で、細長く形成されている。器具本体１１は、可撓性を有していてもよい。電子デバイス１２は、複数の素子１２ａと電極１２ｂとを有し、Ｓｉ基板２１に取り付けられている。電子デバイス１２は、多層基板１３を介して器具本体１１の先端に配置されている。電子デバイス１２の素子１２ａは、挿入器具１０の先端面に、二重の円環状に並べて配置されている。また、電子デバイス１２は、挿入器具１０の後端側に、各素子１２ａに対応する複数の電極１２ｂを有している。

多層基板１３は、電子デバイス１２と器具本体１１との間に設けられ、先端側から後端側に向かって複数の層を積層して成っている。多層基板１３は、電子デバイス１２の電極１２ｂごとに、接続端部２２と、配線用端部２３と、１または複数の貫通配線２４と、１または複数の境界配線２５とを有している。接続端部２２は、多層基板１３の先端側の表面に設けられ、対応する電極１２ｂと電気的に接続されている。配線用端部２３は、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出するよう設けられている。貫通配線２４は、最も先端側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられている。境界配線２５は、層同士の境界面に沿って設けられている。貫通配線２４および境界配線２５は、対応する接続端部２２と配線用端部２３とを電気的に接続するよう設けられている。

集積回路１４は、多層基板１３より後端側で、器具本体１１の先端側の側面に埋め込まれている。集積回路１４は、電子デバイス１２の各素子１２ａの駆動や受信配線の切り換え、電子デバイス１２からの受信信号の増幅を行うプリアンプが内蔵されている。また、集積回路１４は、電子デバイス１２を制御可能に構成されている。なお、集積回路１４が第２の電子デバイスを成している。

接続配線１５は、多層基板１３の配線用端部２３と集積回路１４とを電気的に接続するよう、多層基板１３の側面から器具本体１１の側面に沿って設けられている。接続配線１５は、薄く形成されている。

なお、挿入器具１０は、中心軸に沿って、器具本体１１、多層基板１３およびＳｉ基板２１を貫通する貫通孔１６を有している。また、具体的な一例では、挿入器具１０は、前方視血管内超音波内視鏡から成り、電子デバイス１２は、素子１２ａとして、圧電材料を用いた複数の超音波トランスデューサ素子を有している。多層基板１３は、セラミック製のＬＴＣＣ多層基板から成っている。貫通配線２４、境界配線２５、接続配線１５などの各配線は、銅製である。また、挿入器具１０は、外径が２．４ｍｍであり、集積回路１４は、厚みが２００μｍである。

挿入器具１０は、本発明の実施の形態の挿入器具の製造方法により、容易に製造することができる。すなわち、まず、図３（ａ）に示すように、電子デバイス１２の各電極１２ｂに対応するよう設けられた、接続端部２２、貫通配線２４および境界配線２５に対応する配線を有するセラミック製の多層体３１を、器具本体１１の先端に取り付ける。また、各電極１２ｂを対応する接続端部２２に電気的に接続させて、電子デバイス１２が配置されたＳｉ基板２１を多層体３１の先端側に取り付ける。なお、多層体３１は、例えば、あらかじめ配線構造がカスタマイズされたＬＴＣＣ多層基板から成っている。

次に、図３（ｂ）に示すように、器具本体１１の側面の延長面からはみ出した、Ｓｉ基板２１および多層体３１の側縁部を、ダイシングなどを用いて、多層体３１の各層の厚み方向に沿って切断する。これにより、多層体３１の層同士の境界面に沿って形成された配線（境界配線２５に対応する配線）の切断面が、配線用端部２３となる。また、層同士の境界面に沿った切断された配線が、境界配線２５となる。なお、多層体３１やＳｉ基板２１を、あらかじめ器具本体１１の先端面形状とほぼ同じ形状、または少し大きい形状に切断した後、器具本体１１の先端に取り付け、器具本体１１の側面の延長面からはみ出した部分をさらに切断してもよい。こうして、多層体３１から多層基板１３を形成することができる。また、多層基板１３の側面に露出した各配線用端部２３を容易に形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、多層基板１３の各配線用端部２３から、それぞれ多層基板１３の側面および器具本体１１の側面に沿って後端側に伸びる接続配線１５を形成する。各接続配線１５は、例えば、フォトファブリケーションにより形成することができる。各接続配線１５の形成後、図３（ｄ）に示すように、集積回路１４を器具本体１１の側面に埋め込んで取り付ける。このとき、フリップチップボンダーなどを用いて、各接続配線１５が集積回路１４の対応する端子に電気的に接続されるよう、集積回路１４を取り付ける。集積回路１４の取付後、図３（ｅ）に示すように、器具本体１１、多層基板１３およびＳｉ基板２１の側面、ならびに、集積回路１４および接続配線１５の表面を覆うよう、保護チューブ３２を取り付ける。なお、具体的な一例では、保護チューブ３２は、ポリイミド製である。

本発明の実施の形態の挿入器具１０および挿入器具の製造方法では、多層基板１３を用いて、電子デバイス１２の後端側の電極１２ｂから、接続端部２２と貫通配線２４と境界配線２５と配線用端部２３とを介して器具本体１１の側面まで配線を伸ばすことができる。また、各接続配線１５もほとんど側方にはみ出すことなく薄く形成することができる。このため、容易に小径化を図ることができる。また、多層基板１３により側面まで伸びた配線および各接続配線１５を利用して、容易にプリアンプを内蔵した制御用の集積回路１４を実装することができる。これにより、例えば、超音波トランスデューサから成る電子デバイス１２による画像の高画質化、および器具本体１１の内部の配線を減らす省線化を容易に実現することができる。

本発明の実施の形態の挿入器具１０および挿入器具の製造方法では、各配線が銅配線にすることにより、配線部分の電気抵抗を小さくすることができる。また、多層基板１３の内部での貫通配線２４および境界配線２５をあらかじめ行っておくことができるため、製造が容易である。先端部では、硬い部分が多層基板１３の部分の短い区間だけであるため、血管などの体内にも安全に挿入することができる。

本発明の実施の形態の挿入器具１０および挿入器具の製造方法では、多層基板１３の内部の配線の自由度が高いため、側面までの配線を行いやすい。このため、複数の電子デバイス１２を取り付けて、容易に高集積化を図ることができる。多層基板１３としてＬＴＣＣ多層基板を使用することにより、器具本体１１の材料として一般的なポリマーやセラミック等との接合が容易となり、比較的容易に製造することができる。

挿入器具１０は、例えば、図４に示す前方視血管内超音波内視鏡（Forward-looking ultrasound probe）から成り、血管（Blood vessel）の内部に挿入して使用される。挿入器具１０は、血管の前方を、電子デバイス１２の超音波トランスデューサを利用して可視化することにより、血管内の狭窄部（Stenosed area）や閉塞部などを検出し、貫通孔１６から前方にガイドワイヤ（Guide wire）等を出して、狭窄部の拡張や閉塞部の再開通などの治療を行うことができる。

なお、電子デバイス１２は、超音波トランスデューサに限らず、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどであってもよい。また、挿入器具１０は、図４に示す前方視血管内超音波内視鏡のような医療用または工業用の内視鏡やカテーテル、内視鏡の鉗子口を通して用いられる器具、老築化した建物のメンテナンスや災害救助時に隙間に入れて内部を確認するための器具として構成して使用することができる。

１０ 挿入器具
１１ 器具本体
１２ 電子デバイス
１２ａ 素子
１２ｂ 電極
２１ Ｓｉ基板
１３ 多層基板
２２ 接続配線
２３ 配線用端部
２４ 貫通配線
２５ 境界配線
１４ 集積回路
１５ 接続配線
１６ 貫通孔
３１ 多層体
３２ 保護チューブ

Claims (10)

1. 細長く、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具であって、
   先端に設けられ、後端側に電極を有する電子デバイスと、
   前記電子デバイスの後端側に設けられ、先端側から後端側に向かって複数の層を積層して成る多層基板とを有し、
   前記多層基板は、先端側の表面に設けられて前記電極と電気的に接続された接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、最も先端側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されていることを
   特徴とする挿入器具。
2. 前記電極は複数から成り、
   前記多層基板は、各電極ごとに、前記接続端部および前記配線用端部を有するとともに、前記貫通配線および前記境界配線を１または複数有し、それぞれ対応する前記接続端部と前記配線用端部とが、対応する前記貫通配線と前記境界配線とにより電気的に接続されていることを
   特徴とする請求項１記載の挿入器具。
3. 前記多層基板は、前記多層基板より表面積が大きく、前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を有する多層体を、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が前記配線用端部を成すよう、その配線の位置で、各層の厚み方向に沿って切断することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の挿入器具。
4. 前記多層基板は、ＬＴＣＣ多層基板から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の挿入器具。
5. 前記多層基板は、ポリマーと金属とから成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の挿入器具。
6. 前記電子デバイスと組み合わせて用いる、前記多層基板より後端側の側面に設けられた第２の電子デバイスと、
   前記配線用端部と前記第２の電子デバイスとを電気的に接続するよう、側面に沿って設けられた接続配線とを、
   有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の挿入器具。
7. 細長く、先端に電子デバイスを有し、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具の製造方法であって、
   複数の層を積層して成り、一方の表面に設けられた接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、前記一方の表面側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されている多層基板を、その多層基板より表面積が大きく、前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を有する多層体を、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が前記配線用端部を成すよう、その配線の位置で各層の厚み方向に沿って切断することにより形成し、
   前記電子デバイスの電極を前記接続端部に電気的に接続させて、前記多層基板の前記一方の表面に前記電子デバイスを取り付けることを、
   特徴とする挿入器具の製造方法。
8. 細長く、先端に電子デバイスを有し、先端から体内や隙間等に挿入して使用される挿入器具の製造方法であって、
   複数の層を積層して成り、一方の表面に設けられた接続端部と、各層の境界のうちいずれかの境界から側面に露出した配線用端部と、前記一方の表面側の層を含む１または複数の層に、それぞれの層を貫通するよう設けられた１または複数の貫通配線と、層同士の境界面に沿って設けられた１または複数の境界配線とを有し、前記貫通配線と前記境界配線とにより、前記接続端部と前記配線用端部とが電気的に接続されている多層基板を、複数の前記電子デバイスに対応して複数形成するとき、
   各多層基板を合わせたものより表面積が大きく、前記接続端部と前記貫通配線と前記境界配線とに対応する配線を各電子デバイスに対応して複数有する多層体に対し、各電子デバイスの電極を対応する接続端部に電気的に接続させて、前記多層基板の前記一方の表面に対応する表面に各電子デバイスを取り付けた後、層同士の境界面に沿って形成された配線の切断面が対応する配線用端部を成すよう、その配線の位置で各層の厚み方向に沿って切断することにより各多層基板を形成することを特徴とする挿入器具の製造方法。
9. 前記多層基板は、ＬＴＣＣ多層基板から成ることを特徴とする請求項７または８記載の挿入器具の製造方法。
10. 前記多層基板は、ポリマーと金属とから成ることを特徴とする請求項７または８記載の挿入器具の製造方法。