JP2022526093A - 低粘度のカーフ充填材料を有する超音波トランスデューサアセンブリ - Google Patents

Abstract

超音波トランスデューサアセンブリ及び方法は、隣接するトランスデューサ素子間のカーフを実質的に充填するカーフ充填材料を含む。少なくとも１つの実施形態では、超音波トランスデューサアセンブリは、複数のトランスデューサ素子と、複数のカーフと、を含む。カーフのそれぞれは、トランスデューサ素子の隣接する素子間に配置される。カーフ充填材料は、複数のカーフ内に配置される。カーフ充填材料は、第１の粘度を有する第１の材料と、第１の粘度未満である第２の粘度に、カーフ充填材料の第１の粘度を低減させる溶媒と、を含む。カーフ充填材料は、シリコーンと揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体との混合物を含み得る。

Description

本開示は、超音波トランスデューサアセンブリ及び方法に関し、より具体的には、隣接するトランスデューサ素子間に延在するカーフ内のカーフ充填材料を有する超音波トランスデューサアセンブリ及び方法に関する。

診断用超音波トランスデューサアセンブリは、典型的には、方位角軸に沿って配設された複数のダイシングされたトランスデューサ素子を含む。トランスデューサアセンブリは、超音波プローブなどのデバイスに含まれ得、超音波エネルギーを送信及び受信して、標的生体構造の有意義な画像を生成するために使用される。ダイシングされたトランスデューサ素子は、典型的には、圧電材料、１つ以上の音響整合層、音響レンズ、及び裏材構造を含む。隣接するトランスデューサ素子間の空間又は間隙は、概してカーフと呼ばれる。

例えば、クロストークを低減し、超音波トランスデューサアセンブリ内のトランスデューサ素子の指向性を改善するために、隣接する素子間にいくつかの機械的又は音響的分離を提供することが望ましい場合が多い。素子間分離（例えば、隣接するトランスデューサ素子間の分離）を得るための１つの方法は、カーフを空のままにすることであり、これは空気カーフと呼ばれる場合がある。しかしながら、このような空気カーフアーキテクチャは、一般に、隣接するトランスデューサ素子間の横方向振動の減衰又は制約を提供せず、したがって、このような超音波トランスデューサアセンブリのインパルス応答は、損なわれることになる。

空気カーフの代替は、いくつかのタイプのカーフ充填材料でカーフを充填することである。例えば、横方向モードを制約又は減衰するように設計されたカーフ充填材料が利用されてもよい。しかしながら、このようなカーフ充填材料は、カーフ充填材料の剛性に起因して過剰なクロストークに寄与し得る。

本開示は、従来の設計よりも、隣接するトランスデューサ素子間のカーフが完全に充填され得、かつ超音波レンズがしっかりと取り付けられ得る、改善された超音波トランスデューサアセンブリに対する要望に部分的に対処する。

少なくとも１つの実施形態では、複数のトランスデューサ素子と、複数のトランスデューサ素子の隣接するトランスデューサ素子の間にそれぞれ配置された複数のカーフと、複数のカーフ内のカーフ充填材料と、を含む超音波トランスデューサアセンブリが提供される。カーフ充填材料は、第１の粘度を有する第１の材料と、第１の粘度未満である第２の粘度に、カーフ充填材料の第１の粘度を低減させる溶媒と、を含む。

別の実施形態では、本開示は、整合層及びトランスデューサ層を介してダイシングすることによって、超音波トランスデューサアセンブリ内に複数のカーフを形成することを含む方法を提供する。カーフは、カーフ充填材料で充填され、カーフ充填材料は、揮発性メチルシロキサン（volatile methylsiloxane、ＶＭＳ）流体と、室温加硫（room temperature vulcanizing、ＲＴＶ）シリコーン、アセトキシ、又は中性硬化シリコーンのうちの少なくとも１つとの混合物を含む。本方法は、整合層の表面をカーフ充填材料で被覆することと、カーフ充填材料によって、超音波トランスデューサアセンブリに超音波レンズを接着して取り付けることと、を更に含む。

別の実施形態では、ハウジングと、ハウジング内に少なくとも部分的に包囲された超音波トランスデューサアセンブリと、を含む超音波プローブが提供される。超音波トランスデューサアセンブリは、音響裏材上の複数のトランスデューサ素子と、複数のトランスデューサ素子上の少なくとも１つの整合層と、少なくとも１つの整合層を通って第１の方向に及び少なくとも部分的に音響裏材内に延在する複数のカーフと、複数のカーフ内のカーフ充填材料と、を含む。複数のカーフ内のカーフは、複数のトランスデューサ素子の隣接するトランスデューサ素子の間で第２の方向に延在し、第２の方向は第１の方向を横断する。カーフ充填材料は、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体と、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン、アセトキシ、又は中性硬化シリコーンのうちの少なくとも１つとの混合物を含む。

従来の超音波トランスデューサアセンブリであり得る超音波トランスデューサアセンブリの断面図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリを含む超音波プローブを示す斜視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、図２に示される線３－３に沿って取られたトランスデューサアセンブリの断面図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリの製造方法を示す断面図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリの製造方法を示す断面図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリの製造方法を示す断面図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリの製造方法を示す断面図である。

超音波トランスデューサアセンブリは、音響裏材と、音響裏材上の複数の圧電トランスデューサ素子と、トランスデューサ素子上の１つ以上の整合層と、を含むことができる。複数のカーフは、整合層を通って延在し、隣接するトランスデューサ素子を互いに分離する。カーフは、ＲＴＶシリコーンなどの第１の材料と、カーフ充填材料の粘度を低減させる揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体などの溶媒と、を含む、カーフ充填材料で充填される。

カーフ充填材料の粘度を低減させることにより、カーフのより完全な充填を達成することができる。加えて、粘度を低減させたカーフ充填材料は、カーフを完全に充填するのに好適な粘度を維持しながら、１つ以上の添加剤をカーフ充填材料に含めることを容易にする。このような添加剤は、カーフ充填材料の特性を改変するために含めることができ、これは、特定の用途、カーフ形状、又は超音波トランスデューサの所望の動作周波数に応じて選択され得る。添加剤としては、粉末、微小粒子、微小球などが挙げられ得、これらは、密度、粘度、熱伝導率、熱膨張係数（coefficient of thermal expansion、ＣＴＥ）、音響減衰、又は剛性などの、カーフ充填材料の特性を改変することができる。

様々な実施形態では、本明細書で提供されるカーフ充填材料は、カーフ内に提供されることに加えて、超音波トランスデューサアセンブリの整合層の外面上に提供されてもよい。このような実施形態では、カーフ充填材料を利用して、超音波レンズを外側整合層に接着して取り付けることができる。

図１は、従来の超音波トランスデューサアセンブリであり得る、超音波トランスデューサアセンブリ１０の断面図である。Ｘ軸は、方位角平面を表し、ｙ軸は、立面平面を表し、ｚ軸は、深さを表す。

超音波トランスデューサアセンブリ１０は、音響裏材１４と、複数のトランスデューサ素子１３と、第１の整合層１２と、第２の整合層１１と、を含む。複数のカーフ１５は、個々のトランスデューサ素子１３、並びにトランスデューサ素子１３上の第１及び第２の整合層１２、１１の領域を物理的に分離する。

カーフ充填材料１６は、カーフ１５内に提供される。しかしながら、図１に示されるように、カーフ充填材料１６は、カーフ１５を完全に充填しなくてもよい。代わりに、空気空洞１７ａ、１７ｂ、１７ｃが、カーフ１５のうちの少なくとも一部に存在する。空気空洞１７ａ、１７ｂ、１７ｃの存在は、カーフ１５の不完全な充填を示す。これは、例えば、カーフ充填材料１６で好適に充填するには狭すぎる幅を有するカーフ１５、及び／又はカーフ１５を好適に充填するには高すぎる粘度を有するカーフ充填材料１６を含む、様々な要因によって引き起こされ得る。

例えば、２部のスズ、又は白金硬化ＲＴＶシリコーンを、カーフ充填材料１６として利用してもよい。しかしながら、典型的なＲＴＶシリコーン材料（例えば、ＲＴＶ６６４及びＲＴＶ６３０を含む）は、一般に、約１００，０００センチポアズ（centipoise、ｃｐｓ）超の粘度を有し、約１５０，０００ｃｐｓ超であり得る。この比較的高い粘度は、カーフ充填材料１６が、特に比較的狭いカーフ幅及び／又は比較的長い深さを有するトランスデューサアセンブリに関して、カーフ１５を一貫して再現可能に充填する能力を妨げる可能性がある。この不完全なカーフ充填は、より大きな変動性及び性能低減でインパルス応答に寄与し得る。

したがって、カーフ充填材料１６が部分的に充填されたカーフ１５（例えば、空気空洞１７ａ、１７ｂ、１７ｃを含む）を結果的にもたらす超音波トランスデューサアセンブリでは、過度の変動性及び予測不可能な性能が結果的にもたらされ得る。部分的に充填されたカーフ１５は、非常に狭いカーフ、粘性カーフ充填材料（例えば、約１００，０００ｃｐｓ超の粘度を有する）、カーフ充填材料１６を適切に脱ガスすることができない、又は前述の条件の任意の組み合わせの結果であり得る。

図２は、本開示の１つ以上の実施形態による、超音波トランスデューサアセンブリ１１０を含む超音波プローブ１００を示す斜視図である。

プローブ１００は、プローブ１００の外側部分を形成するハウジング１１２を含む。ハウジング１１２は、例えば、駆動回路、処理回路、発振器、ビーム形成回路、フィルタリング回路などの電子機器を含む、プローブ１００の内部電子構成要素及び／又は回路を取り囲む。ハウジング１１２は、センサ面１２０などの、プローブ１００の外部に位置する部分を取り囲むように又は少なくとも部分的に取り囲むように形成されてもよく、水分、液体、又は他の流体がハウジング１１２に入るのを防止するように封止されたハウジングであってもよい。ハウジング１１２は、任意の好適な材料で形成されてもよく、いくつかの実施形態では、ハウジング１１２はプラスチック材料で形成される。ハウジング１１２は、単一の部品（例えば、内部構成素子を取り囲むように成形される単一の材料）で形成されてもよく、あるいは、互いに接合されるか又は別の方法で互いに取り付けられる、２つ以上の部品（例えば、上側半体及び下側半体）で形成されてもよい。

超音波トランスデューサアセンブリ１１０は、ハウジング１１２内に少なくとも部分的に囲まれている。トランスデューサアセンブリ１１０は、駆動回路、処理回路、発振器、ビーム形成回路、フィルタリング回路などの、プローブ１００内に収容された内部回路に電気的に結合された複数のトランスデューサ素子を含む。

トランスデューサアセンブリ１１０は、超音波信号を患者の興味対象の領域内の標的構造に向けて送信し、超音波信号の送信に応答して標的構造から戻って来たエコー信号を受信するように構成されている。そのために、トランスデューサアセンブリ１１０のトランスデューサ素子は、超音波信号を送信して、その後にエコー信号を受信することができる。様々な実施形態では、トランスデューサ素子は、フェーズドアレイの素子として配設され得る。好適なフェーズドアレイトランスデューサは、当該技術分野において既知である。

トランスデューサアセンブリ１１０は、トランスデューサ素子の一次元（one-dimensional、１Ｄ）アレイ又は二次元（two-dimensional、２Ｄ）アレイを含んでもよい。トランスデューサアレイは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（lead zirconate titanate、ＰＺＴ）などの圧電セラミック、単結晶を含んでもよく、又は微小電気機械システム（microelectromechanical systems、ＭＥＭＳ）に基づいたものであってもよい。例えば、様々な実施形態では、トランスデューサアセンブリ１１０は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの圧電超音波トランスデューサである圧電微細加工超音波トランスデューサ（piezoelectric micromachined ultrasonic transducers、ＰＭＵＴ）を含み得るか、又は、トランスデューサアセンブリ１１０は、静電容量の変化に起因してエネルギー変換が提供される静電容量式微細加工超音波トランスデューサ（capacitive micromachined ultrasound transducers、ＣＭＵＴ）を含み得る。

超音波プローブ１００は、超音波トランスデューサアセンブリ１１０の一部として含まれ得、プローブ１００のセンサ面１２０の一部を形成し得る、超音波レンズ１１４を更に含んでもよい。レンズ１１４は、超音波トランスデューサアセンブリ１１０のトランスデューサ素子から患者に向かって送信された超音波ビームを集束させるように、かつ／又は患者からトランスデューサ素子へと反射された超音波ビームを集束させるように動作可能な任意の音響レンズであってよい。いくつかの実施形態では、超音波レンズ１１４は、湾曲した表面形状を有し得る。超音波レンズ１１４は、所望の用途、例えば、所望の動作周波数などに応じて、異なる形状を有してもよい。超音波レンズ１１４は、任意の好適な材料で形成されてもよく、いくつかの実施形態では、超音波集束レンズ１１４は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン材料で形成される。

図３は、図２に示す線３－３に沿って取られたトランスデューサアセンブリ１１０の断面図である。トランスデューサアセンブリ１１０は、図１に示され、説明されるトランスデューサアセンブリ１０といくつかの点で類似している。しかしながら、トランスデューサアセンブリ１１０のカーフ１２５は、本明細書で更に詳細に説明されるように、カーフ１２５内に空洞を形成することなく、カーフ充填材料１２８によって実質的に充填される。

トランスデューサアセンブリ１１０は、例えば、圧電トランスデューサ素子であり得る、複数のトランスデューサ素子１２３を含む。変換素子１２３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride、ＰＶＤＦ）、鉛－マグネシウム－ニオブ（lead-magnesium-niobate、ＰＭＮ）とチタン酸鉛（lead titanate、ＰＴ）、例えば、単結晶ＰＭＮ－ＰＴなどの組み合わせを含む、任意の圧電材料から形成されてもよい。

トランスデューサ素子１２３は、音響裏材１２４上に形成される。音響裏材１２４は、減衰素子であってもよく、これは、望ましくない音響反射を低減又は減衰させ、超音波プローブ１００の動作中にトランスデューサ素子１２３の振動によって生成され得る熱エネルギーを消散させる。いくつかの実施形態では、音響裏材１２４は、金属粒子、及び粘弾性材料内に微小球を含む複合材料、金属／エポキシ複合体、タングステン／ビニル複合体、又は任意の他の好適な材料などの複合材料で形成される。

図３に示すように、第１の整合層１２２及び第２の整合層１２１は、トランスデューサ素子１２３上に形成されてもよく、トランスデューサ素子１２３のそれぞれは、第１及び第２の整合層１２２、１２１のそれぞれの部分によって被覆されている。第１及び第２の整合層１２２、１２１は、一般に、高インピーダンス圧電トランスデューサ素子１２３から、人体内の臓器又は他の生物学的構造などの、撮像される標的の音響インピーダンスがはるかに低いように音響エネルギーの伝達を増加させるように機能する。適切な整合層材料及び厚さを選択することによって、音響インピーダンスは、トランスデューサ素子１２３によって放出された超音波が超音波撮像のために標的に効率的に入るように、反射を最小化するように段階的に調整することができる。

第１及び第２の整合層１２２、１２１は、例えば、エポキシ又は樹脂材料、充填剤、及び添加剤の任意の組み合わせを含む、所望の音響特性を有する任意の好適な材料から形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の整合層１２２は、第２の整合層１２１の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有してもよい。超音波トランスデューサアセンブリ１１０は、２つの整合層を含むものとして図３に示されているが、本開示の実施形態はこれに限定されない。様々な実施形態では、トランスデューサアセンブリ１１０内に２つよりも多い又は少ない整合層が含まれてもよい。

音響裏材１２４、変換素子１２３、並びに第１及び第２の整合層１２２、１２１は、任意の好適な技法及び／又は材料によって互いに結合されてもよい。

複数のカーフ１２５は、第１及び第２の整合層１２２、１２１を通って深さ方向に（例えば、ｚ軸に沿って）延在し、トランスデューサ素子１２３を互いに横方向に分離する。カーフ１２５は、図示のように、音響裏材１２４内に少なくとも部分的に延在してもよい。いくつかの実施形態では、カーフ１２５のそれぞれは、トランスデューサアセンブリ１１０内で実質的に同じ深さまで延在してもよい。他の実施形態では、カーフ１２５のいくつかは、トランスデューサアセンブリ１１０内の異なる深さまで延在してもよい。

カーフ１２５は、トランスデューサアセンブリ１１０の特定の用途、動作周波数範囲などの様々な要因に依存し得る、任意の好適な幅（例えば、ｘ軸に沿った）を有してもよい。いくつかの実施形態では、カーフ１２５のそれぞれは、実質的に同じ幅を有してもよい。他の実施形態では、カーフ１２５のうちの少なくとも１つは、カーフ１２５のうちの少なくとも１つの他のものとは異なる幅を有してもよい。いくつかの実施形態では、カーフ１２５の幅は、約０．１ｍｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、カーフ１２５の幅は、約５０μｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、カーフ１２５は、２０μｍ～４０μｍの（両端を含む）範囲内の幅を有する。

カーフ１２５は、カーフ充填材料１２８で充填される。様々な実施形態において、カーフ充填材料１２８は、トランスデューサ素子１２３間の好適な分離を提供する減衰特性を有し、一方でまた、横方向モードを適切に制約するのに十分に高いヤング率を有するが、超音波の発生又は受信時にトランスデューサ素子１２３の変位を抑制するほど高いものではない。

いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、第１の材料と、第１の材料の粘度を低減させる溶媒と、を含む。例えば、いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンと、ＲＴＶシリコーンの粘度低減を容易にする溶媒と、を含む。シリコーンは、例えば、単一部分（アセトキシ又は中性硬化）シリコーン、２部の（縮合又は付加硬化）ＲＴＶシリコーン、又は単一部分及び２部のシリコーン系のアマルガムを含む、任意のシリコーン材料であってもよい。

いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８中の溶媒は、１つ以上のシロキサンを含む。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８中の溶媒は、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体を含み、これは、ＲＴＶシリコーンなどのカーフ充填材料１２８の粘度低減を容易にする。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、約１０００ｃｐｓ（センチポアズ）未満の粘度を有する。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、約２５ｃｐｓ～２５０ｃｐｓの（両端を含む）範囲内の粘度を有する超低粘度材料である。

カーフ充填材料１２８においてＶＭＳ流体などの溶媒を利用することにより、カーフ充填材料１２８は、従来の単一部分又は２部のＲＴＶシリコーンの粘度と比較して著しく低減した粘度を有することができる。シリコーン化合物（例えば、ＲＴＶシリコーン）中のＶＭＳ流体の溶解力により、ＶＭＳ流体は、シリコーン化合物の粘度を低減させる希釈剤として機能することを可能にする。ＶＭＳ流体は、様々な蒸気圧の範囲内で利用可能であり、したがって、様々な実施形態では、複合カーフ充填材料１２８の作業寿命及び最終材料多孔性は、例えば、トランスデューサアセンブリ１１０の特定の用途又は所望の動作特性、トランスデューサアセンブリ１１０の寸法、カーフ１２５の寸法などに応じて、所望され得るように調整されてもよい。

カーフ充填材料１２８における第１の材料（例えば、ＲＴＶシリコーン）の著しい粘度低減の結果として、第１の材料は、カーフ充填材料１２８の特性を更に改変するために、他の材料で比較的重く充填することができる。例えば、低減された粘度のＲＴＶシリコーンは、所望の低粘度を保持してカーフ１２５を完全に充填しながら、比較的高濃度の追加材料を含有することができる。対照的に、同様の濃度の追加材料を有する典型的なＲＴＶシリコーン材料を充填することは、ＲＴＶシリコーン材料の粘度を、カーフ１２５を完全に充填するのに適さない点まで増加させることができ、その代わりに、カーフ１２５内に空洞が形成され得る。

図３に示すように、カーフ充填材料１２８は、添加剤１３２を含んでもよく、これは、例えば、第１の材料（例えば、ＲＴＶシリコーン）に添加され、かつカーフ充填材料１２８の１つ以上の特性又は特徴を改変する任意の材料であり得る。いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、カーフ充填材料１２８の密度、粘度、熱膨張係数（ＣＴＥ）、音響減衰、熱伝導率、又は剛性のうちのいずれかを改変することができる。添加剤１３２は、カーフ充填材料１２８の第１の材料とは異なる材料を含む。

様々な実施形態では、添加剤１３２は、任意の金属若しくは金属酸化物粉末、ポリマー粉末、又は微小球などの微粒子であってもよく、又はこれらを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、微小球を含み、これは、任意の概ね球状の微小球であってもよく、約１μｍ～１ｍｍのサイズ（例えば、直径）を有し得る。いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、密度を減少させ、粘度を増加させ、及び／又はカーフ充填材料１２８のＣＴＥを低減させることができるガラス又はポリマー微小球を含む。添加剤１３２は、カーフ充填材料１２８のＣＴＥを低減することができるガラス微小球を含んでもよい。いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、中空微小球を含んでもよく、これは、カーフ充填材料１２８の密度を低減し得る。いくつかの実施形態では、硬化シリコーンなどの微小球又は細かく粉砕された微小粒子もまた、減衰を増加させ、素子間クロストーク（例えば、トランスデューサ素子１２３間のクロストーク）を低減するために、カーフ充填材料１２８に含まれてもよい。

いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、窒化アルミニウム（aluminum nitride、ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（magnesium oxide、ＭｇＯ）、窒化ホウ素（boron nitride、ＢＮ）、ダイヤモンド、又は銅のうちの１つ以上を含む粉末などの粉末を含み、これは、熱伝導率を高めるためにカーフ充填材料１２８に添加することができる。

いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、カーフ１２５内に配置されたカーフ充填材料１２８のうちの少なくとも一部に含まれる。いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、カーフ充填材料１２８全体に均一に分布され、カーフ充填材料１２８は、第１の材料（例えば、ＲＴＶシリコーン）及び添加剤１３２を含む均質混合物であってもよい。他の実施形態では、添加剤１３２は、カーフ充填材料１２８内に不均一に分布している。例えば、いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、ある濃度勾配で、例えば、カーフ１２５の深さ（例えば、ｚ軸）に沿って増加する濃度で、第１の材料中に分散されてもよい。いくつかの実施形態では、添加剤１３２は、隣接するトランスデューサ素子１２３間で直接カーフ１２５の領域内で最も高い濃度を有してもよい。これは、カーフ充填材料１２８の特定の改変された特徴を、トランスデューサ素子１２３間の集束領域に提供することができ、一方、カーフ充填材料１２８の他の部分は、添加剤１３２のより低い濃度を有してもよく、又は添加剤１３２を実質的に含まなくてもよい。

カーフ１２５の充填に加えて、カーフ充填材料１２８は、図３に示されるように、第２の整合層１２１の表面（例えば、上面）を被覆してもよい。超音波レンズ１１４は、第２の整合層１２１と超音波レンズ１１４との間のカーフ充填材料１２８の層から提供される接着によって、第２の整合層１２１に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、０．０１ｍｍ～５ｍｍの範囲内にある第２の整合層１２１の上面の上に厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の整合層１２１の上面の上のカーフ充填材料１２８の厚さは、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの範囲内であり、これは、第２の整合層１２１と超音波レンズ１１４との間に強化された接着を提供する。

いくつかの実施形態では、超音波レンズ１１４は、ＲＴＶシリコーン材料から形成され、これは、カーフ充填材料１２８内の第１の材料として含まれ得るシリコーン材料と同じでもよく、又は異なってもよい。いくつかの実施形態では、超音波レンズ１１４は、２部の付加硬化ＲＴＶシリコーンで形成されている。複合カーフ充填材料１２８中の溶媒（例えば、ＶＭＳ流体）の添加は、カーフ充填材料１２８の接着を強化し、それによってＲＴＶシリコーン超音波レンズ１１４のトランスデューサアセンブリ１１０への接着を改善する。

トランスデューサアセンブリ１１０が組み立てられると、例えば、超音波レンズ１１４が外側整合層（例えば、示されるように第２の整合層１２１）の上に形成されると、カーフ充填材料１２８は硬化され得る。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８内の溶媒（例えば、ＶＭＳ流体）は、硬化プロセス中に遊離され、これにより、シリコーン構造のシリコン（Ｓｉ）鎖の長さが増加し、より低い最終ヤング率及びショアＡ硬度（又は低デュロメータ定格）が得られる。硬化したカーフ充填材料１２８の低い硬度（例えば、低デュロメータ定格によって示される）は、トランスデューサアセンブリ１１０のトランスデューサ素子１２３間の摩擦及びクロストークを低減することができる。

超音波レンズ１１４は、トランスデューサアセンブリ１１０の外側層を形成してもよく、超音波プローブ１００の露出部分を形成してもよい。例えば、超音波レンズ１１４は、図２に示すように、超音波プローブ１００のセンサ面１２０に沿って位置付けられてもよい。

図４～図７は、１つ以上の実施形態による、図３に示す超音波トランスデューサアセンブリ１１０などの超音波トランスデューサアセンブリの製造方法を示す断面図である。

図４に示すように、超音波トランスデューサアセンブリの製造方法は、超音波トランスデューサブロック２１０を形成することを含み得る。超音波トランスデューサブロック２１０は、音響裏材２２４と、音響裏材２２４上の超音波トランスデューサ層２２３と、超音波トランスデューサ層２２３上の第１の整合層２２２と、第１の整合層２２２上の第２の整合層２２１と、を含む。

音響裏材２２４、超音波トランスデューサ層２２３、第１の整合層２２２、及び第２の整合層２２１は、任意の好適な材料及び／又は技法によって互いに積層又は結合されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサブロック２１０の層は、エポキシなどの１つ以上の接着剤によって互いに結合されてもよい。

超音波トランスデューサブロック２１０は、２つの整合層を含むものとして図４に示されているが、本開示の実施形態はこれに限定されない。様々な実施形態では、超音波トランスデューサブロック２１０内に、２つよりも多い又は少ない整合層が含まれてもよい。

図５に示すように、本方法は、第２の整合層２２１、第１の整合層２２２、及び超音波トランスデューサ層２２３を通って延在する複数のカーフ１２５を形成することを更に含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数のカーフ１２５は、音響裏材２２４内に少なくとも部分的に延在する。カーフ１２５は、例えば、超音波トランスデューサブロック２１０をダイシングすることによって、形成することができ、それによって、図５に示すように、音響裏材１２４、トランスデューサ素子１２３、並びに第１及び第２の整合層１２２、１２１の別個の領域を形成する。したがって、カーフ１２５は、個々のトランスデューサ素子１２３を互いに分離し、第１及び第２の整合層１２２、１２１の更なる別個の領域又は部分を分離する。

カーフ１２５は、任意の好適な幅を有するように形成されてもよく、例えば、トランスデューサ素子１２３の隣接する素子間に延在する。いくつかの実施形態では、カーフ１２５は、２０μｍ～４０μｍの（両端を含む）範囲内の幅を有するように形成されてもよい。

図６に示すように、本方法は、複数のカーフ１２５にカーフ充填材料１２８を充填することを更に含んでもよい。カーフ充填材料１２８は、第１の材料と溶媒との混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８の第１の材料は、室温加硫（ＲＴＶ）又は単一部分（アセトキシ又は中性硬化）シリコーンを含み、溶媒は、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体を含む。いくつかの実施形態では、カーフ充填材料１２８は、１つ以上の添加剤１３２を更に含んでもよく、これは、金属粉末、金属酸化物粉末、微粒子、又は微小球のうちの少なくとも１つを含み得る。

カーフ充填材料１２８は、図示のように、第２の整合層１２１の表面（例えば、上面）を更に被覆してもよい。カーフ充填材料１２８は、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの（両端を含む）範囲内にある第２の整合層１２１の表面上に厚さを有してもよい。

図７に示すように、本方法は、超音波レンズ１１４を第２の整合層１２１に取り付けることを更に含んでもよい。超音波レンズ１１４は、例えば、第２の整合層１２１の上面と超音波レンズ１１４との間に延在するカーフ充填材料１２８によって、第２の整合層１２１に接着して取り付けられてもよい。

超音波レンズ１１４は、任意の形状を有するように形成されてもよく、いくつかの実施形態では、超音波レンズ１１４は、例えば、超音波レンズ１１４の外面に沿って、湾曲形状を有するように形成される。超音波レンズ１１４は、任意の好適な材料で形成されてもよく、いくつかの実施形態では、超音波集束レンズ１１４は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン材料で形成される。

本明細書で提供される様々な実施形態では、超音波レンズ１１４の、第２の整合層１２１などの外側整合層への改善された接着性を容易にする超音波トランスデューサアセンブリ及び方法が提供される。改善された接着性は、例えば、シリコーンと揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体との混合物を含み得るカーフ充填材料１２８によって提供される。ＶＭＳ流体は、シリコーンの粘度を低減させ、これは、第２の整合層１２１の表面上でのカーフ充填材料１２８の一貫したかつ好都合な広がりを容易にし得る。更に、複合カーフ充填材料１２８は、従来のＲＴＶシリコーンと比較して改善された接着特性を有し得る。

加えて、本開示の実施形態は、超音波トランスデューサアセンブリ１１０の所望の用途又は設計に応じて様々な特性又は特徴を有するように、カーフ充填材料１２８の調整を容易にする。例えば、添加剤１３２をカーフ充填材料１２８に含めることにより、カーフ充填材料１２８の密度、粘度、熱膨張係数（ＣＴＥ）、音響減衰、熱伝導率、又は剛性などの特徴が、様々な用途、カーフ形状、動作周波数などに所望され得るように改変することができる。

更に、本開示の実施形態は、超音波トランスデューサアセンブリ１１０におけるカーフ１２５の改善された充填を容易にする。例えば、カーフ充填材料１２８の低減された粘度に起因して、カーフ１２５は完全に充填されてもよく、それによって、従来のＲＴＶシリコーンで充填されたときに生じ得るカーフ内の空洞の形成を低減する。加えて、本開示によって提供されるカーフ充填材料１２８は、カーフ１２５をより一貫して再現可能に充填し、それによって、一般に、カーフの不完全で一貫性のない充填をもたらす従来のＲＴＶシリコーンで充填されたときに生じ得る、カーフ充填プロセスにおける変動を低減する。

本出願は、２０１９年３月１５日に出願された米国仮出願第６２／８１９，０１０号の優先権の利益を主張し、その出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書に記載した様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することができる。上記の発明を実施するための形態を考慮して、これら及び他の変更を実施形態に行うことができる。一般的に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、請求項を、明細書及び請求項に開示される具体的な実施形態に限定するものと解釈すべきではないが、このような請求項によって権利が与えられる全均等物の範囲に沿ったすべての可能な実施形態を含むと解釈すべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって制限されるものではない。

Claims (22)

1. 超音波トランスデューサアセンブリであって、
   複数のトランスデューサ素子と、
   前記複数のトランスデューサ素子の隣接するトランスデューサ素子間にそれぞれ配置された複数のカーフと、
   前記複数のカーフ内のカーフ充填材料と、を備え、前記カーフ充填材料が、
   第１の粘度を有する第１の材料と、
   前記カーフ充填材料の前記第１の粘度を、前記第１の粘度未満である第２の粘度に低減させる溶媒と、を含む、超音波トランスデューサアセンブリ。
2. 前記第１の材料が、シリコーンを含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
3. 前記溶媒が、シロキサンを含む、請求項２に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
4. 前記溶媒が、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体を含む、請求項２に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
5. 前記第２の粘度が、２５センチポアズ～２５０センチポアズの（両端を含む）範囲内にある、請求項１に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
6. 前記カーフ充填材料が、前記第１の材料内に分散された少なくとも１つの添加剤を更に含み、前記少なくとも１つの添加剤が、前記カーフ充填材料の１つ以上の特性を改変する、請求項１に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
7. 前記少なくとも１つの添加剤が、金属粉末、金属酸化物粉末、微粒子、又は微小球のうちの１つ以上を含む、請求項６に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
8. 前記少なくとも１つの添加剤が、前記カーフ充填材料の密度、粘度、熱膨張係数、音響減衰、熱伝導率、又は剛性のうちの１つ以上を改変する、請求項６に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
9. 前記少なくとも１つの添加剤が、前記カーフ充填材料内に均一に分布している、請求項６に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
10. 音響裏材と、
    第１の整合層と、を更に備え、
    前記複数のトランスデューサ素子が、前記音響裏材と前記整合層との間に位置付けられており、前記カーフが、前記第１の整合層を通って、少なくとも部分的に前記音響裏材の中に延在する、請求項１に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
11. 前記第１の整合層上に第２の整合層を更に備え、前記カーフが、前記第２の整合層を通って更に延在する、請求項１０に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
12. 前記カーフ充填材料が、前記第２の整合層の表面を被覆する、請求項１１に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
13. 前記第２の整合層の前記表面の上に配置された超音波レンズを更に備え、前記第２の整合層の前記表面を被覆する前記カーフ充填材料が、前記超音波レンズを前記第２の整合層の前記表面に接着して取り付けられている、請求項１２に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
14. 前記超音波レンズが、ＲＴＶシリコーンを含む、請求項１３に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
15. 前記カーフ充填材料が、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの（両端を含む）範囲内の前記第２の整合層の前記表面上に厚さを有する、請求項１２に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
16. 前記カーフ充填材料が、前記第１の材料内に分散された少なくとも１つの添加剤を更に含み、前記少なくとも１つの添加剤が、前記カーフ充填材料の１つ以上の特性を改変し、前記カーフ充填材料が、前記複数のトランスデューサ素子の前記隣接するトランスデューサ素子間に直接配置された前記カーフの部分において前記カーフの１つ以上の他の部分よりも濃度が高い前記少なくとも１つの添加剤を有する、請求項１０に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。
17. 方法であって、
    超音波トランスデューサアセンブリの整合層及びトランスデューサ層を通ってダイシングすることによって、前記超音波トランスデューサアセンブリ内に複数のカーフを形成することと、
    前記複数のカーフをカーフ充填材料で充填することであって、前記カーフ充填材料が、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体と、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン、アセトキシ、又は中性硬化シリコーンのうちの少なくとも１つとの混合物を含む、充填することと、
    前記整合層の表面を前記カーフ充填材料で被覆することと、
    前記カーフ充填材料によって、超音波レンズを前記超音波トランスデューサアセンブリに接着して取り付けることと、を含む、方法。
18. 前記整合層の前記表面を前記カーフ充填材料で被覆することが、前記整合層の前記表面を、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの（両端を含む）範囲内にある前記カーフ充填材料の厚さで被覆することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記カーフ充填材料が、添加剤を更に含み、前記添加剤が、金属粉末、金属酸化物粉末、微粒子、又は微小球のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 超音波プローブであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に少なくとも部分的に包囲された超音波トランスデューサアセンブリと、を備え、前記超音波トランスデューサアセンブリが、
    音響裏材と、
    前記音響裏材上の複数のトランスデューサ素子と、
    前記複数のトランスデューサ素子上の少なくとも１つの整合層と、
    前記少なくとも１つの整合層を通って、かつ前記音響裏材内に少なくとも部分的に第１の方向に延在する複数のカーフであって、前記複数のカーフ内の前記カーフが、前記複数のトランスデューサ素子の隣接するトランスデューサ素子間の第２の方向に延在し、前記第２の方向が前記第１の方向を横断する、複数のカーフと、
    前記複数のカーフ内のカーフ充填材料であって、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）流体と、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン、アセトキシ、又は中性硬化シリコーンのうちの少なくとも１つとの混合物を含む、カーフ充填材料と、を含む、超音波プローブ。
21. 前記超音波トランスデューサアセンブリが、前記少なくとも１つの整合層上に超音波レンズを更に含み、前記カーフ充填材料が、前記少なくとも１つの整合層の表面を被覆し、前記超音波レンズを前記少なくとも１つの整合層の前記表面に接着して取り付ける、請求項２０に記載の超音波プローブ。
22. 前記カーフ充填材料が、金属粉末、金属酸化物粉末、微粒子、又は微小球のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項２０に記載の超音波プローブ。

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