JP3061345U - 多数開口超音波変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数開口超音波変換器において接続回路
に必要な交差の点数を少なくし、変換器のコスト、構造
の複雑さ、および体積の増大を防ぐ。 【解決手段】 各要素から二つ以上に分割された副要素
５６は各々、中間区画（ＭＳ）および対応する外側区画
（ＯＳ）を備えている。Ｙ群６６（Ｙ１−６６〜Ｙ４−
６６）は各々、相互接続された外側区画（ＯＳ）１６の
各対を表す。所定の副要素５６の中間区画および外側区
画の半分は、副要素５６の配列の方向に１副要素５６だ
けオフセットしており、フレックス回路により相互接続
されている各開口の各部に対する接続用のパッド６８の
順序は、副要素５６の一つおきに逆になっている。フレ
ックス回路のリードは、Ｙ群６６を相互接続し、交差す
ることなしに隣接する副要素５６を接続することができ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、超音波変換器（ ultrasonic transducer）、特に、多数の開口を持 つ多数開口超音波変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

超音波変換器は、多数の医療の用途、特に患者の内部の器官および健康状態を 患者に外傷を与えずに非侵襲的に知るための方法として使用されており、代表的 な例としては胎児および心臓の超音波画像がある。このような用途に使用される 超音波変換器は一般に手に保持して用いるため、所望の画像を得るためには厳し い寸法的制約を満たさなければならない。たとえば、超音波変換器が心臓の診断 の目的に使用される場合、二つの肋骨の間の間隙を通して患者の胸廓の重要な部 分の高解像度影像を得ることがしばしば必要であり、それにより変換器の構造寸 法を厳格に制限しなければならない。

【０００３】 その結果、また人間の肋骨の間の開口が比較的小さいことや人体の他の部分の 画像を得ようとする場合に生じる変換器の位置を決めるための同様な制約により 、関連する電子回路およびスイッチング回路を備えた多数の送信および受信要素 から構成される線形配列変換器（ linear array transducer）および整相列変換 器（ phased array transducer）が開発され、比較的狭く焦点を結び、「操縦可 能な（ steerable）」送信および受信「ビーム」が得られている。最も一般のこ のような変換器は、送信および受信要素の多数の要素からなる長い線形配列を備 えたある１要素の幅から構成され、それによりビームを収束できるとともに変換 器の要素の平面に沿って走査することができる。この走査を方位走査（ azimuth scanning ）という。このような変換器の要素は、しばしば平らな平面に線状に 設置され、または凹または凸の輪郭に沿って設置されることにより更に大きい走 査弧を与え、関係する音響周波数範囲でレンズとして働くのに適切な性質を有す る材料から作られた音響収束レンズ（ acoustic focusing lense）を備えている 。

【０００４】 線形配列変換器および整相列変換器の変換器の要素は、最も頻繁には圧電材料 から作られ、要素の線形配列は一般に、幾つかのバッキング材料（ backing mat erial ）から作られた本体に取付けられている。インピーダンス整合材料の一つ 以上の層が、一般に要素自体の一部と考えられているが、しばしば変換器の要素 の上に重ねられている。適切な材料から成るレンズをインピーダンス整合材料の 上に別に重ねて変換器の要素により発生されるビームを整形または収束すること ができ、またはインピーダンス整合材料が適切な特性を備えることができ、音響 レンズとして動作するよう整形することができる。個々の変換器の要素と関連す る電子回路およびスイッチング回路との間の接続は通常、厚膜および薄膜回路（ thick and thin film circuit）、フレキシブル回路（ flexible circuit ）、 およびワイヤの様々な構成および組合せにより与えられている。

【０００５】 このような変換器は一般に、１要素の長さに等しい幅と、すべての要素の幅に 要素間の間隙を加えたものに等しい長さとを有する単一個片から構成されている 。個別要素用の接続および経路を有する一つ以上の厚膜および薄膜回路、および フレキシブル回路、または他の幾つかの方法のいずれかにより実施された類似の 回路を、変換器材料の個片の一方の側に結合し、整合材料の一つ以上の層を変換 器の最終的な構造に応じて積重（ stack）して結合することができる。柔軟材料 のような、或る形のバッキング材料の一時的または永続的な層を積重した層の裏 面に結合して製造中に積重した層の取り扱いを補助することもできる。

【０００６】 次に変換器の要素の幅および要素間の空間に対応する間隔で積重した層の幅を 横断して連続切断を行い、材料の単一個片を個別要素に分割する。この動作を一 般に、「分割（ dicing ）」といい、通常、ダイシングソー（ dicing saw ）と 言われる装置で行なわれるが、レーザのような他の技法で行なってもよい。これ らの切断を回路の層の詳細構成および実施形態に応じて、変換器および整合材料 の層だけを通して、回路の層を通して部分的にまたは完全に、または回路の層お よびバッキング層の少なくとも一部を通して行なうことができる。次に回路およ び整合材料の層の付いた個別の変換器の要素の組立体を、上述のように、平らな 面、凹んだ面、または凸面を有するバッキング部材に結合し、必要に応じて一時 的にバッキング層を除去する。或る例では分割を変換器の要素、整合材料、およ び回路の組立体をバッキング材料に結合してから行なうことができ、および分割 切断をバッキング材料の層内にまたはバッキング部材の中にまで拡張できる。

【０００７】 電子回路およびスイッチング回路に接続される、ワイヤまたは、フレキシブル 回路のような印刷回路への接続は、これら接続の詳細構成および実施形態に応じ て、変換器の組立体がバッキング部材へ結合される前または後に行なわれる。

【０００８】 方位走査型の線形配列または整相列はこのような超音波変換器の目的には有利 であるが、この形式の線形配列変換器または整相列変換器は、変換器の要素の単 一平面に沿う方位走査だけを行なうことができ、それによりしばしば、一次元、 または「１Ｄ」配列と言われる。その結果、方位角方向と同様に仰角（ elevati on）方向にも、すなわち要素が配列される方位平面に沿うのと同様に方位平面に 垂直な軸に沿って、走査または収束できる線形配列または整相列変換器を提供す る試みが多数行なわれてきた。

【０００９】 変換器の送信および受信ビームの形成、操縦、および収束は、開口と言われる 変換器配列を構成する変換器材料の様々な別々の構造的部分または区域を選択ま たは使用することにより制御される。方位平面に沿ってだけビームを形成するこ とができる「１Ｄ」配列では、各変換器の要素が単一の開口を形成するので、配 列は配列の面に沿って広がる開口の単一列から形成される。このような変換器を 「単一開口（ signal aperture）」変換器という。

【００１０】 各開口が単一区域または部分として配列の面を横断して広がる要素により形成 されている「単一開口」変換器とは対照的に、仰角方向に走査できる変換器の各 対応する要素は、多数の副区域、または仰角度方向の副区画に、およびそれによ り多数の開口に分割されている。このような変換器を「多数開口（ multiple ap erture）」変換器、または二次元または「２Ｄ」変換器という。多数開口変換器 のビームの形状、焦点、および方向は、開口、すなわち変換器の要素の副区域の 組合せを選択することにより制御されるので、多数開口配列の開口を使用して、 方位角方向と同様に仰角方向の変換器の走査ビームを操縦し収束することができ 、各々が別々の仰角方向にある多数の方位平面を規定することができる。開口を 活動的に駆動することができ、または単に活動を停止させて音響開口の大きさを 減らし、それにより変換器の配列により形成された受信および送信ビームの形状 、方向、および焦点を制御することができる。

【００１１】 多数開口変換器の圧電要素の構造は、単一開口の配列より大きい困難を生ずる が、方法は周知であり、単一開口配列の構造に使用されているものと同様である 。たとえば、特定の用途は、各要素を三つの区画または開口、すなわち二つの外 側区画と中間区画とを有して構成する。これは、たとえば、変換器の要素を変換 器材料の三つの細長い個片、すなわち二つの外側個片と中間個片を有して構成し 、次に単一開口配列に関して説明したように個片を配列の面を横断して分割する ことにより、または変換器の積重の層に沿って長手方向に中間区画から二つの外 側区画を分割する別の切断により、行なうことができる。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

多数開口配列を構成する上での主な問題は、各々が三つ以上の区画から構成さ れている各要素の、および要素間の電気接続の数が非常に増大する一方で、接続 を行なう空間が増大しないことである。たとえば、単一開口配列から３開口配列 に進むと、各要素内の区画の数は、１から３へ、３倍になり、要素から構成され る単一区画への一つの接続の代わりに、二つの外側区画への二つの別々の接続、 中間区画への第３の接続、および各可能な区画対への別の接続が存在しなければ ならない。加えて、各中間区画は、両端が要素の外側区画により、およびいずれ かの側が二つの隣接する要素により規定されているので、中間区画は接続に対し てアクセス（ accessible ）しにくい。さらに加えて、外側区画および中間区画 への接続を変換器の音響特性を妨害しないように行なわなければならない。

【００１３】 特定の例を考えると、Hewlett-Packard Model ２１２１５変換器は、二つのサ イズの仰角方向の開口を備え、上述のように、各要素が三つの別々の区画、すな わち二つの外側区画と中間区画とから構成された別々の線形配列または別々の要 素から構成されている。この構成では、要素は凹または凸の弧ではなくまっすぐ な平面内に設置されている。各要素の中間区画は送信および受信回路に接続され ているが、要素の二つの外側区画は共に接続されてから第２の送信および受信回 路に、またはスイッチを介して中間区画と同じ送信および受信回路に接続されて いる。

【００１４】 区画への接続は、フレックス回路、すなわち薄い柔軟な回路板にエッチングさ れた回路により行なわれ、個々のフレックス回路は、各フレックス回路が配列に 沿って各要素の対応する区画に対してすべての接続を備えている各組の仰角方向 の区画の接続の各組に使用される。したがって変換器には三つのフレックス回路 、すなわち区画の各外側列に対して一つ、また区画の中間列に対して一つのフレ ックス回路が必要である。各要素の外側区画に接続する二つのフレックス回路は 、ジャンパー・フレックス回路（ a jumper flex circuit）または回路板により 接続される。第３のフレックス回路は、要素の中間区画に接続され、したがって 圧電配列の裏側の中間で接続を行なわなければならない。

【００１５】 したがって二開口配列には圧電要素の区画自体との接続の３倍の接続が必要で あり、単一開口配列の場合の２倍のフレックス回路が必要であり、各要素に対す るジャンパー・フレックス回路または印刷回路板によるフレックス回路接続のた めの別の二つのフレックス回路が必要である。これらの接続により、コストが高 くなり、製造が低下し信頼性が低くなる。その他、中間区画へのフレックス回路 を外側区画へのフレックス回路と慎重に整列させなければならない。この要因だ けでも、曲線配列の製造を困難にし、中間区画のフレックス回路のためにバッキ ング部材を製造するためにユーザがバッキング部材材料への注入または複雑なモ ールディング（ molding）または機械加工を行なう必要がある。

【００１６】 多数開口配列を構成するのに従来技術で使用されている方法には、上に説明し た多数のフレックス回路の使用、バッキング部材に埋め込まれた接続、および変 換器の要素に対して圧電材料ではなく電歪性材料（ electrostrictive material ）を使用することがある。

【００１７】 多数のフレックス回路を使用した場合の問題点を上述したが、バッキング部材 に埋め込まれた接続の問題点も同等である。たとえば、バッキング部材内に接続 回路を埋め込む好適な方法は、信号用リードが作られているものの上または中に バッキング材料の層を積み重ねることである。他の方法としては、バッキング部 材として働く多層の厚膜セラミック・ハイブリッド回路（ multi-layer thick f ilm ceramic hybrid circuit）の使用である。埋め込まれた接続回路を備えた積 み重ね層は、区画と接続を行なうインターフェース回路との間に垂直に、すなわ ち、鉛直に走るリードを生ずるが、結果として両端で突き合わせ継手により取付 けられる非常に小さい断面のリードが必要になり、これは信頼性に欠ける。これ に対し、多層の厚膜回路の使用は、はるかに強い、一層信頼できる接続を与える が、セラミック材料の音響特性は変換器の音響性能を低下させる。その上、両方 の方法とも、圧電要素との接続を行なうために多数のステップを必要とし、標準 の印刷回路またはハイブリッド回路の製造技法を使用しないためコストがさらに 加算されるという問題が生じる。

【００１８】 他の変換器装置は、電歪性材料が、開口を要素の区画全体を直流バイアス電圧 でよりオンまたはオフにすることにより制御できることによって、各要素に対し て信号用リードを一つしか必要としないので、要素に対して圧電材料ではなく電 歪性材料を使用している。

【００１９】 本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、接続回路に必要な交差の点数を 少なくし、変換器コスト、構造の複雑さ、および体積の増大を防ぎ、信頼性の高 い多数開口配列を有する多数開口超音波変換器を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、送信および受信要素の線形配列を有し、各要素が中間区画および中 間区画のまわりに設置された少なくとも一対の外側区画から構成され、配列の開 口を形成している中間区画および外側区画と、各要素の外側区画を接続するため のおよび各要素の区画を送信および受信回路に接続するための接続組立体とを形 成している多数開口超音波変換器（以後、「多数開口変換器」という。）である 。

【００２１】 本考案によれば、接続組立体は、配列の各要素について、要素の区画に直接隣 接して設置された電極層と、電極層に重ねられた少なくとも一つの絶縁層と、少 なくとも一つの絶縁層に重ねられた少なくとも一つの接続層とを備えている。

【００２２】 電極層は、要素の各区画に対応する電極域を有し、各電極域は対応する区画に 隣接して設けられて接続されている。

【００２３】 少なくとも一つの絶縁層は、各外側区画の電極域に対応し、またその内部に設 置された区画間接続開口と、各対の外側区画のため、またそれに対応する区画間 接続域とを備えており、各区画間接続域は外側区画対の区画間接続開口の間に広 がっている。少なくとも一つの絶縁層はまた、中間区画の電極域に対応してその 内部に設けられた中間区画接続開口を備え、中間区画接続域は中間区画接続開口 から要素の縁まで広がっている。

【００２４】 少なくとも一つの接続層は、中間区画電極に接続され且つ中間区画接続開口か ら中間区画接続域を横断して要素の縁にあるパッドまで広がり、送信および受信 回路に接続している。少なくとも一つの接続層はまた、外側区画の各対に対して 、外側区画の区画間接続を横断して広がり、且つ外側区画の電極域および要素の 縁にあるパッドに接続されて送信および受信回路に接続されている。

【００２５】 本考案の変換器の或る実施形態では、各要素は副要素に分割され、接続回路に 必要な交差点の数は、各副要素の区画およびそれとの接続組立体の接続の半分が 副要素の区画の他の半分に対して配列の長さ方向に１副要素だけオフセットされ 、且つ中間区画および外側区画の導体を送信および受信回路に接続するパッドの 順序が一つおきの副要素に対応して逆になっている構造により、減少している。

【００２６】 また、本考案の更に他の実施形態では、線形配列に沿う連続要素の中間区画コ ネクタが線形配列の一つおきの縁に導かれ、それにより外側区画の導体を通すた めの各要素域で利用可能な空間が増大している。

【００２７】 本考案によれば、接続組立体を多数の仕方で構成することができる。一実施形 態では、接続組立体は担持体上に構成され、担持体および接続組立体は送信およ び受信要素に組み合わせられ、担持体および接続組立体はバッキング部材に組み 合わせられて、担持体が変換器構造の機械的および音響的要素であるようにされ る。

【００２８】 他の実施形態では、接続組立体は担持体上に構成され、担持体および接続組立 体は送信および受信要素に組み合わせられ、担持体は接続組立体から除去され、 接続組立体および送信および受信要素は、バッキング部材に組み合わせられる。 更に他の実施形態では、担持体が最初に接続組立体から除去され、接続組立体が 送信および受信要素におよびバッキング部材に組み合わせられる。

【００２９】 本考案のなお他の実施形態では、電極層、絶縁層および接続層は、変換器の整 合層として働く音響特性を有する材料から成る担持体および電極層を備えた担持 体の上に析出プロセスにより形成され、絶縁層および接続層は、変換器の送信お よび受信面に組み合わせられて整合層として働く。

【００３０】 本考案の更に他の実施形態では、電極層、絶縁層および接続層は、変換器の送 信および受信要素の上に直接、析出プロセスにより形成される。次にバッキング 部材および整合層を、送信および受信要素を備えた圧電材料上に直接析出された 接続組立体上に重ねることができる。

【００３１】 本考案の他の局面では、変換器の要素を最初に変換器の要素材料のモノリシッ クブロックから構成し、接続組立体を最初に、変換器のすべての要素に対して電 極層、絶縁層、および接続層を備えた単一組立体として製作する。次に接続組立 体をモノリシックブロックに組み合わせ、その後、モノリシックブロックおよび 変換器の要素材料の組立体および所定の分割の深さにより規定され且つ所定の分 割幅を横断する断面分割域における接続組立体を分割することにより、変換器の 要素材料のモノリシックブロックは、線形配列の個別要素に分割される。

【００３２】 本考案によれば、および変換器の要素および接続組立体が単一ユニットとして 製作され且つ分割により細分されている場合には、区画の電極域を接続層の対応 するコネクタに接続するのに複数の導電通路のヴァイア（ vias ）を使用する。 電極層と絶縁層および接続層の少なくとも一部分とを断面分割域内に設置し、ま た接続組立体の指定域を断面分割域の外側に設置して、区画の電極域間におよび 電極域から指定域に設置された接続層の部分における接続層のパッドまでに形成 された接続がそれにより完全な状態になるようにする。特に一つ以上の接続層が 極端に薄いフレキシブル回路から形成されているとき、組立体を複数の、絶縁層 および接続層のいずれかまたは双方から構成することがでる。

【００３３】 更に組立られた単一要素の分割により変換器を構成することに関して、一実施 形態では、線形配列の各要素は変換器材料の層の間に層間電極層（ interlayer electrode layer ）を有する変換器材料の少なくとも二つの層から構成されてい る。層間電極域は、層間電極層に形成され、要素の中間区画を層間ヴァイア（ i nterlayer vias）を介して接続組立体の層と接続させている。

【００３４】 本考案によれば、層間ヴァイアは、中間区画の縁に沿って設けられ、中間区画 に接続される層間電極層に接続され、千鳥配置パターンを成して配列されている ので、変換器材料の層が線形配列の要素に分割されると、各中間区画に接続され た少なくとも一つの層間ヴァイアは完全な状態になっている。

【００３５】 最後に、本考案によれば、ある層間ヴァイアが、所定の層を通過する層間ヴァ イアの周りに隙間穴を形成することにより接続組立体の所定の層に接続されない 状態になっていることがある。本考案によれば、隙間穴を有する層間ヴァイアは 、電極域の縁に隣接して設置されているので、各隙間穴は、要素間の分割切り口 に広がり、それにより必要な導体に対して導体域内に更なる空間を与えている。

【００３６】

【考案の実施の形態】

下記は、多数開口変換器の複数の構成および構成方法、特に、変換器における 圧電要素(以後、単に「要素」という。)の区画への相互接続、および要素の区画 間の相互接続を行なう接続の方法を説明するものである。下記では、変換器の要 素の区画への相互接続、および要素の区画間の相互接続を構成するために改善さ れた技法の一実施形態を説明するために、幾つかの主要部分に分けている。

【００３７】 Ａ．多層バックプレーン相互接続（ multi-layer backplane interconnections ） 図１は二開口変換器の区画および接続を示した図、図２は四開口変換器の区画 および接続を示した図である。図１において、二つの開口を有する変換器１２の 送信／受信配列を備えた単一の圧電要素１０（以後、「要素１０」という）、お よび線形に配列した隣接する二つの要素１０を示している。図１に示すように、 二開口変換器としての変換器の構造は、各要素１０を一つの中間区画（ＭＳ,mid dle segment ）１４および二つの外側区画（ＯＳ,outer segment）１６を有して 構成される三つの区画に分割したものである。中間区画（ＭＳ）１４は、回路用 リード１８により第１の送信および受信回路（ＴＲＣ,transmit/receive circui t ）２０（以後、「送信／受信回路」という。）に接続されて第１の開口用の送 信および受信要素（以後、「送信／受信要素」という。）を形成し、外側区画（ ＯＳ）１６は、相互接続用リード２２により相互接続されて単一ユニットを形成 し、共に第２の開口用の送信／受信要素を形成し、そして回路用リード２４によ り第２の送信／受信回路（ＴＲＣ）２６に接続される。他の実施形態では、第２ の送信／受信回路（ＴＲＣ）２６を、中間区画（ＭＳ）１４または二つの外側区 画（ＯＳ）１６を単一の第１の送信／受信回路（ＴＲＣ）２０に選択的に接続す るスイッチで置き換えることができる。変換器におけるすべての要素１０は、図 １の要素１０と同様な様式で構成され且つ相互接続され、および各要素１０は、 通常すべての要素１０により共有される共通接続として図１に示した単一のアー スを有している。

【００３８】 図１に示した要素の構造および区画接続および相互接続により、更に大きな数 の開口を有する変換器に拡張できることは容易である。たとえば、図２は四つの 開口を有した四開口変換器の要素１０を示した図である。この変換器では、中間 区画（ＭＳ）１４は、第１の開口用の送信／受信要素を備えており、第１の外側 区画（ＯＳ）１６Ａは、相互に接続されて第２の開口用の送信／受信要素を形成 しており、第２の外側区画（ＯＳ）１６Ｂは、相互に接続されて第３開口用の送 信／受信要素を形成しており、第３の外側区画（ＯＳ）１６Ｃは、相互に接続さ れて第四開口用の送信／受信要素を形成している。この構造は、外側区画（ＯＳ ）１６の後続する対を付加して一開口を形成し、外側区画（ＯＳ）１６の後続す る対を各々、中間区画（ＭＳ）１４から外側に対称に設置して別の開口を形成す ることにより、無限に拡張することができる。図１に示した二開口変換器と同様 に、中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６はアースを備えている。

【００３９】 図３は二開口変換器の断面図である。図３に示すように、本考案の区画の相互 接続および区画接続は、電極層３０と絶縁層３２と接続層３４とを備える多層の 接続組立体（ connection assembly）２８により形成されている。図３において 、絶縁層３２および接続層３４は単一の層として示してあるが、絶縁層３２およ び接続層３４は各々または双方とも多層を有することが可能である。また、絶縁 層３２および接続層３４の層を必要に応じて挿入し、接続層３４を互いに絶縁さ せる、また電極層３０から絶縁させることができる。

【００４０】 下記に更に詳細に説明するように、電極層３０は、通常、接着を促進するため に一つ以上の他の金属の下層を設けた金から成る導電層であり、開口用の電極域 、すなわち外側区画１６および内側区画１４との接続を形成して変換器１２の送 信／受信要素を形成している。絶縁層３２は、ポリイミド（ polymide ）、シリ カ、および多様な他の酸化物、窒化物およびポリマから構成されることができ、 電極層３０の区域を接続層３４から選択的に絶縁する。接続層３４は、電極層３ ０と同様に一つ以上の金属の他の層から構成され、電極層３０の電極間、すなわ ち要素の区画間の必要な接続を与え、二つの外側区画（ＯＳ）１６Ａの間および 中間区画（ＭＳ）１４と外側区画（ＯＳ）１６との間のような、開口用の送信／ 受信要素および要素の区画を、送信／受信回路（ＴＲＣ）２０および２６などに 接続するフレックス回路を形成している。下記に示すように、接続組立体２８の 全体の音響的厚さは、５ないし１０ミクロンであり、変換器組立体の音響特性に 悪影響を与えることはない。

【００４１】 最後に、上述したように、中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６ は、すべての中間区画１４および外側区画１６により共有され、電極層３０に接 続される面とは反対の中間区画１４および外側区画１６の面に接続される共通接 続として、アースを備えている。このアース接続を実施する普通の方法は、たと えば、アース接続するための要素１０の縁まで広がっている接地層を用いて接続 組立体２８とは反対の中間区画１４および外側区画１６の面にある層としてアー ス平面を形成し用いることである。他の方法は、接続組立体２８とは反対の要素 １０の面と接触し、接続組立体２８に隣接する中間区画１４および外側区画１６ の面上において中間区画１４および外側区画１６の縁まですべて覆い包み、その 後「ヴァイア（ vias ）」または導電通路を通って接続組立体２８を貫いてその 中のアース平面まで延長する接続手段を用いて接続組立体２８内の別のアース平 面との接続を行なう、「ラップアラウンド（ wrap-around）」電極である。これ らアースの接続は、以下の説明または図には示してないが、各要素に接続されて おり、説明した方法および他の類似の方法を使用して実施できる。

【００４２】 図４および図５は、二開口変換器の接続組立体の層および組立体を示した図で あり、三つの層を有する接続組立体２８（図３参照）の構造を示している。これ らの図は、「下」側または「裏」側から見た図、すなわち接続組立体２８の層お よび組立体のある変換器の送信および受信側または表面から遠い要素側から見た 二開口変換器の区画を示している。図４および図５、および下記に示した接続組 立体２８の構成要素は、例示した変換器１２の単一要素１０の区域におけるその 各構成要素の構造および構成を例示し、この構造および構成が変換器１２の各要 素１０の下に広がる単一の連続する構造として、および要素１０から構成される 線形配列の全体の長さに対して繰り返される。

【００４３】 図４（ａ）は電極層３０を示し、図４（ｂ）は変換器１２の要素１０の区画ま での電極層３０の組立体を示し、電極層３０は要素１０の各要素の中間区画に対 応する電極域である中間電極域（ＥＡ,electrode area ）３６を備えている。電 極層３０は、一実施形態において、中間区画（ＭＳ）１４に対応する中間電極域 （ＥＡ）３６および各々が外側区画（ＯＳ）１６の一つに対応する電極域である 二つの外側電極域（ＥＡ）３８を備えている。少なくとも一つの外側電極域（Ｅ Ａ）３８の縁は要素１０の縁に隣接している。すなわち、少なくとも一つの外側 電極域（ＥＡ）３８の縁は中間区画（ＭＳ）１４から最も遠く、外側区画（ＯＳ ）１６の外縁を過ぎて外側に延長し、下に説明するように、フレックス回路が外 側電極域（ＥＡ）３８に取付けられる区域を与えることができ、フレックス回路 は次に送信／受信回路（ＴＲＣ）２０，２６に導かれる。

【００４４】 更に多数の開口、すなわち、更に多数の要素の区画を有する他の変換器の電極 層３０の拡張は、当業者には明らかであろう。たとえば、中間区画（ＭＳ）１４ に接続して変換器１２の第１の開口を形成する中間電極域（ＥＡ）３６および中 間区画（ＭＳ）１４のいずれかの側に対称に設置されて各別の開口を形成する一 対の外側区画（ＯＳ）１６に対応して接続された一対の外側電極域（ＥＡ）３８ が存在する。

【００４５】 電極層３０は一般に、標準の写真平板法（ photolithograhic technique ）を 使用して単一個片として構成され、標準の写真平板リフトオフ法（ photolithog raphic lift-off ）またはエッチング法（ etching process）により中間電極域 ３６と外側電極域３８との間に裂目が形成されている。電極層３０は通常、材料 および電圧により、約０．０５ミクロンから２．０ミクロンの厚さを備えている が、中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６は通常、医療装置におい て０．１ｍｍから２０ｍｍの範囲の寸法を備え、中間区画（ＭＳ）１４と外側区 画（ＯＳ）１６との間の裂目は、通常１０ミクロンから１００ミクロンの範囲に ある。

【００４６】 次に図４（ｃ）および図４（ｄ）を参照すると、図４（ｃ）は二開口変換器１ ２（図１参照）の絶縁層３２を示し、図４（ｄ）は要素１０の区画へおよび先行 する電極層３０への絶縁層３２の組立を示す。絶縁層３２は、それを貫いてその 外側区画（ＯＳ）１６の区域に区画間接続開口（ＳＳＣＯ,segment-to-segment connection opening）４０がある外側区画（ＯＳ）１６の一方の区域全体の上に 効果的に広がり、区画間接続開口（ＳＳＣＯ）４０の区域から中間区画（ＭＳ） １４を横断して別の外側区画（ＯＳ）１６の一部の上まで広がる区画間接続域（ ＳＳＣＡ,segment-to-segment area）４２を備えている。絶縁層３２は更に、そ れを貫いて中間区画（ＭＳ）１４の区域にある中間区画接続開口（ＭＳＣＯ,mid dle segment connection opening）４４および中間区画（ＭＳ）１４から外側区 画（ＯＳ）１６の一方を横断してその外側区画（ＯＳ）１６の外縁を越えて、一 実施形態においては、区画間接続開口（ＳＳＣＯ）４０に関連する外側区画（Ｏ Ｓ）１６を横断して広がる中間区画接続域（ＭＳＣＡ,middle segment connecti on area ）４６を備えている。例示するように、中間区画接続開口（ＭＳＣＯ） ４４は区画間接続域（ＳＳＣＡ）４２から横方向にオフセットしているので、接 続用リードを中間区画接続開口（ＭＳＣＯ）４４の上方または非常に近いところ を通過させずに、接続用リードを区画間接続開口（ＳＳＣＯ）４０から区画間接 続域（ＳＳＣＡ）４２を横断して別の外側区画（ＯＳ）１６まで走らせることが でき、それにより起こり得る不測の短絡を回避できる。

【００４７】 二つより多い開口を有する変換器への絶縁層３２の拡張は、当業者にはよく理 解されるであろう。たとえば、開口を形成する外側区画（ＯＳ）１６の各対に対 して対応する区画間接続開口（ＳＳＣＯ）４０および対応する区画間接続域（Ｓ ＳＣＡ）４２が存在するが、区画間接続域（ＳＳＣＡ）４２の少なくとも幾つか は、単に別の外側区画（ＯＳ）１６で終わるのではなく、各端に区画間接続開口 （ＳＳＣＯ）４０を備えることができる。加えて、中間区画（ＭＳ）１４の区域 および対応する中間区画接続域（ＭＳＣＡ）４６に中間区画接続開口（ＭＳＣＯ ）４４が存在し、区画と送信／受信回路（ＴＲＣ）２０，２６との間にフレック ス回路接続への接続が存在する。

【００４８】 絶縁層３２の代表的な相対寸法を電極層３０および要素１０の区画に対して与 えた上の代表的寸法から決定することができ、また絶縁層３２の厚さは、選定さ れた材料および加えられる最大電圧によって決まり、通常０．５ミクロンから２ ０ミクロンの範囲にある。

【００４９】 最後に図５（ａ）および図５（ｂ）を参照すると、図５（ａ）は二開口変換器 １２（図１参照）の接続層３４を示し、図５（ｂ）は要素１０の区画へおよび先 行する電極層３０と絶縁層３２とへの接続層３４の組立を示す。接続層３４は、 区画間接続開口（ＳＳＣＯ）４０の区域から区画間接続域（ＳＳＣＡ）４２を横 断して広がり、対応する外側電極域（ＥＡ）３８を介して二つの外側区画（ＯＳ ）１６を相互接続している区画間コネクタである外側区画間コネクタ（ＯＳＳＣ ,outer segment-segment connector）４８を備えている。接続層３４はまた、中 間区画接続開口（ＭＳＣＯ）４４から中間区画接続域（ＭＳＣＡ）４６を横断し て広がり、中間区画（ＭＳ）１４を、要素の縁にあるパッドのフレックス接触域 （ＦＣＡ,flex contact area）５２を介してフレックス回路に接続する中間区画 コネクタ（ＭＳＣ,middle segment connector ）５０を備えている。

【００５０】 最後に、外側区画（ＯＳ）１６は、外側電極域（ＥＡ）３８の一つに設置され ているフレックス接触域（ＦＣＡ）５４でフレックス回路に接続されており、フ レックス接触域（ＦＣＡ）５４は、一実施形態においては、区画間接続開口（Ｓ ＳＣＯ）４０により占有されない外側電極域（ＥＡ）３８に設置されている。し かし、区画間接続域（ＳＳＣＡ）４２および外側区画間コネクタ（ＯＳＳＣ）４ ８が、要素１０の縁まで続いて外側電極域（ＥＡ）３８の上ではなく外側区画間 コネクタ（ＯＳＳＣ）４８またはその上に、フレックス接触域（ＦＣＡ）５２が 中間区画コネクタ（ＭＳＣ）５０に対して構成され接続される仕方と同様に、フ レックス接触域（ＦＣＡ）５４を形成すれば機能的に同等である。

【００５１】 二つより多い開口を有する変換器への接続層３４の拡張は、当業者によく理解 されるであろう。たとえば、中間区画接続開口４４から中間区画接続域４６を横 断して広がり、中間区画（ＭＳ）１４を中間区画コネクタ５０のフレックス接触 域５２を介してフレックス回路に接続する中間区画コネクタ５０が存在する。ま た、開口を形成する外側区画（ＯＳ）１６の各対について対応する区画間接続開 口４０から区画間接続域４２を横断して広がり、開口の二つの外側区画（ＯＳ） １６に各々対応する外側電極域３８を介して相互接続する外側区画間コネクタ４ ８が存在する。加えて、開口を形成する外側区画（ＯＳ）１６の各対の外側区画 間コネクタ４８は、要素１０の一つの縁に向かって要素１０の縁に形成された対 応するフレックス接触域５４まで延長し、それに対応して絶縁層３２が延長する ことによって、外側区画間コネクタ４８と外側区画間コネクタ４８により横断さ れる中間電極域３６との間に絶縁層を形成している。

【００５２】 接続層３４の様々な導体経路の代表的な寸法は、先に要素１０、電極層３０、 および絶縁層３２に関して与えた代表的な寸法、および変換器により与えられる 開口の数（この数は外側区画間コネクタ４８の数を決定する）から決定されるこ とができる。加えて、これら導体経路は通常、写真平板法の能力により決まり、 ０．５ミクロン未満にすることができるが、１ミクロンから１０ミクロンの範囲 にある最小幅および間隔を有する。実際には、経路を所定の空間内で経路間に短 絡を生ずることなく可能なかぎり広くすることができる。

【００５３】 最後に、図４および図５に図示した多数開口変換器の構成および構造において 、変換器の区画と電極域と絶縁層３２と接続層３４との別の構成が可能である。 たとえば、所定の要素１０を奇数の中間区画１４および外側区画１６で構成する 必要はなく、上述のように偶数の区画で構成し接続して中間区画１４を構造から 効果的に削除することができる。また、中間区画１４および外側区画１６の構成 および寸法、および絶縁層３２と接続層３４との対応する配置を、配列の長手方 向の中心の周りにまたは互いに対称にする必要はない。当業者は、絶縁層３２お よび接続層３４を図４および図５において単一の層として示してあるが、絶縁層 ３２および接続層３４を各々または双方とも多層から構成でき、および絶縁層３ ２と接続層３４との層を必要に応じて挿入して接続層３４を互いに絶縁し、且つ 電極層３０から絶縁することができる。

【００５４】 Ｂ．交差の少ない多数区画多数要素変換器用多層バックプレーン相互接続 上の説明では、多層バックプレーンにより変換器の区画の間の相互接続および それら区画への接続を備えた多数の区画を有する変換器の構造および構成方法を 述べた。この技法を他の形式の変換器、特に、変換器の各要素１０が機械的に別 個であるが一つの大きい要素として動作するよう電気的に接続されている多数の 副要素から構成されている、すべての線形または曲線形の配列の変換器にも使用 することができる。たとえば、多数の線形または曲線形の配列において、要素の ピッチは、個別の要素１０を音響的理由でより小さい副要素に長手方向に分割す るために十分大きい。図６および図７は、副要素５６を有する四開口変換器に必 要な接続および相互接続を示した図であり、図６は各要素１０が二つ以上の副要 素５６に長手方向に薄切りされ、各副要素５６が変換器１２の面の幅を横断して 広がり中間区画（ＭＳ）１４および対応する外側区画（ＯＳ）１６を備えている 他は、図２と同じである。これら副要素の各々は、上述のように相互接続のパタ ーンを必要とし、このような個別の副要素の各開口区画を他の開口区画に電気的 に接続しなければならない。

【００５５】 二つより多い開口を有する変換器を作るとき、または上に述べたような副要素 から構成された変換器を作るとき、区画および副要素への接続、および区画と副 要素との間の相互接続には一般に、区画間または副要素間に一定の相互接続を形 成するのに、フレックス回路または同等の形態の回路の使用が必要である。これ らフレックス回路または他の同等の形態の回路は、必要な相互接続を行なうため に電気的交差経路、すなわち互いに電気的に絶縁しておかなければならないが互 いに構造的に交差する電気的経路を必要とすることが非常に多い。しかし、交差 は、変換器の製造コストをかなり増大させ、別の空間が一般に利用できないか、 または必要でない区域に別の空間を必要とする。フレックス回路に交差回路を使 用することは多重フレックス回路、または同等品を使用することにより回避でき るが、これは変換器ユニットのコスト、構造の複雑さ、および体積を増大させ、 曲線形の配列には一般に非実用的である。

【００５６】 この問題に関して、図６を参照して説明する。図６には、中間区画（ＭＳ）１ ４および外側区画（ＯＳ）１６への接続またはそれらの間の接続、および副要素 ５６の間の接続を一対の副要素５６について示してある。たとえば、接続層３４ により形成された区画間接続５８および中間区画１４および外側区画１６との接 続６０を示してある。たとえば、フレックス回路による副要素５６の間の接続を 、交差６４（ crossover）および別の交差６４を有している副要素５６の縁に図 示してある。図６および図７において、共に電気的に接続されて対応する開口を 形成している副要素５６の要素は、単一ユニットを形成するための電気的に接続 している。

【００５７】 図６からわかるように、中間区画（ＭＳ）１４のいずれかの側に対称に設置さ れている外側区画（ＯＳ）１６の各対は、上述のように相互接続された薄膜によ り接続され、このように接続された各対を「Ｙ群（ Y-group）」と言い、図７に Ｙ群Ｙ１−６６乃至Ｙ４−６６として示してある。各副要素５６において、各開 口の各部に対する接続をパッド６８Ａ〜６８Ｄの一つに示しているが、これらの パッドは、図示したように、フレックス回路により相互接続され、交差６４を生 じている。交差６４は、「ヴァイア（ vias ）」すなわちフレックス回路内の貫 通導体で、または相互接続用多重フレックス回路を使用して実施されなければな らない。

【００５８】 本考案の相互接続方法および構造を図７に示してあるが、図７の副要素５６は 一般に図６に示したものに対応している。図７に示したように、副要素５６は、 Ｙ群６６の間の接続に従って組み分けされ、図７の所定の副要素５６の中間区画 １４および外側区画１６の半分は、副要素５６の配列の方向に１副要素５６だけ オフセットしている。すなわち変換器の配列に沿って１副要素５６だけ、図７の 副要素５６の中間区画１４および外側区画１６の他方の半分に対してずれており 、パッド６８の順序は、副要素５６の一つおきに逆になっている。図７に示した ように、フレックス回路のリードは、Ｙ群６６を交差６４を必要としない仕方で 相互接続し、隣接する副要素５６を接続することができる。

【００５９】 相互接続のこの方法は、変換器の主要な要素に二つの副要素が存在する変換器 において最も有利である。たとえば、この接続方法は、各主要な要素に三つの副 要素を使用する変換器で実施するときやはり交差を必要とするが、本考案の方法 は、交差の半分を省き、それにより変換器のコストおよび構造の複雑さをかなり 減らしている。また、上に説明した本考案の方法は、四つより多いＹ群を有する 変換器ではあまり有利でないが、必要な交差の数はかなり減る。更に他の変換器 は一般に上に説明した接続方法を必要としないか、またはこの接続方法ほど有利 ではない。例としては、モノリシック要素のある変換器、すなわちこの場合には 交差を必要としないので要素が二つ以上の副要素に長手方向に分割されない変換 器がある。更に他の例は、単一要素のＹ群が単一の送信／受信回路に接続されて いるか接続されていないかなので、まさに上に説明した相互接続方法の利益が少 ない拡大開口変換器である。有効な要素形状は、それにより幾分「よじれ（ kin ked ）」、このため要素の有効幅が幾らか増大することがあるが、このような簡 単な拡大開口変換器は、提供する利益が交差なしに接続できる二開口サイズより 少ないので、ほとんど結果に影響しない。

【００６０】 最後に、図６および図７に示し且つ上で説明した多数開口変換器の構成および 構造において、変換器の区画および副要素と電極域との、および先に図３を参照 して図解した絶縁層３２と接続層３４との別の構成が可能である。たとえば、所 定の要素を奇数の区画または副要素で構成する必要はなく、上述のように偶数の 区画または副要素で構成し接続することができる。また、区画または副要素の構 成および寸法、および絶縁層３２と接続層３４との対応する配置を、配列の長手 方向の中心の周りに、または互いに対称にする必要はない。当業者は、図６およ び図７を参照して説明した構成に使用することができる絶縁層３２および接続層 ３４を、絶縁層３２および接続層３４を各々または双方とも多層から構成でき、 絶縁層３２および接続層３４の層を必要に応じて挿入して接続層３４を互いに、 および電極から絶縁することができる。

【００６１】 Ｃ．多層バックプレーン相互接続の析出構成 図８は、接続組立体の担持体７０の付いた変換器の組立体の側面図、図９は接 続組立体と一体を成す担持体７０が付いた変換器および担持体が付いていない変 換器の組立体の側面図である。上の説明は、標準の写真平板技法により形成され た多層のバックプレーン変換器の区画間の相互接続について説明したものである 。しかし、このような技法は、化学的、熱的、機械的、または論理的理由で一定 の圧電材料とともに使用するのに適さないことがあり、したがって変換器のバッ クプレーン相互接続を製造するために、周知の堆積技法のような、代わりの技法 を使用するのが好ましいことがある。

【００６２】 この方法では、図８（ａ）および図９に示すように、一実施形態において、電 極層３０を材料のモノリシック本体である圧電材料の裏面に、すなわちバッキン グ部材の側に析出させ、中間区画（ＭＳ）１４と外側区画（ＯＳ）１６との間に 裂目を写真平板でまたは、代わりにレーザ・アブレーション、機械的線刻、また は同等の技法により形成する。次に絶縁層３２および接続層３４を逆の順序で担 持体７０の上に析出させる。すなわち、接続層３４を担持体７０上に析出させ、 絶縁層３２を接続層３４の上に析出させる。この担持体７０は、シリコン、ガラ ス、または他の同等の便宜の材料から構成されている。次に絶縁層３２および接 続層３４が付いている担持体７０を圧電材料の裏側に、すなわち電極層３０を支 持している圧電材料の側に、細線糊ボンド、低温半田、または同様の取付け方法 により、電極層３０と整列して取付ける。このステップでは、電極層３０と接続 層３４との間の実際の電気的接続、および他のすべての接続に必要なヴァイアの 他は、絶縁層３２が電極層３０の全体を全般に覆うことが必要であり、したがっ て結合すべき表面は平面状である。

【００６３】 絶縁層３２および接続層３４の付いた担持体７０を、電極層３０を支持する圧 電材料に結合してから、担持体７０を機械研削、化学的エッチング、またはその ような方法の組合せにより除去し、得られた組立体を図９（ａ）に示したように 、バッキング部材（ backing body ）７２に取付けることができる。代わりに、 図９（ｂ）に示したように、担持体７０の全体または一部を残して、変換器１２ を取付ける音響的機械的構造の部分を構成することができ、この場合には、フレ ックス回路接続を電極層３０上の区域に直接ではなく、担持体７０の金属域上で 行なうことができる。

【００６４】 代わりの構成方法では、電極層３０をこの時点で材料のモノリシック本体であ る圧電材料の裏面に、すなわちバッキング部材の側に析出させ、中間区画（ＭＳ ）１４と外側区画（ＯＳ）１６との間に裂目を写真平板でまたは、代わりに、レ ーザ・アブレーション、機械的線刻、または同等の技法により形成する。次に絶 縁層３２および接続層３４を圧電材料の裏側に直接、すなわち、電極層３０の上 に直接析出させる。次に担持体７０または同等のバッキング部材を、上述の仕方 で、接続組立体２８に結合することができ、次に圧電材料のブロックを分割して 個別の要素を形成する。この方法には、上に説明した方法に比較して、組立中に 絶縁層３２および接続層３４の付いた担持体７０と電極層３０を支持する圧電材 料のブロックとを精密に位置合わせする必要がなく、電極層３０、および絶縁層 ３２および接続層３４の間に機械的結合を行なうことが回避されるという長所が ある。

【００６５】 これらの構成方法は、従来技術の方法に比較して幾つかの長所を与える。たと えば、これらの方法は、圧電材料との接続に極小数のフレックス回路接続を使用 し、確実性を増し、整列の問題を少なくし、コストを下げている。加えて、圧電 材料の中心部分との接続が不要であり、特に曲線形の配列について、製造を容易 にし、電気的に共通の開口に対して外部の相互接続を不要にしている。

【００６６】 更に、圧電材料との電気的接続を備えた構造を音響的に問題とならないように 十分薄くすることができ、このように作られた変換器の得られる分解能は、動作 周波数が最大で少なくとも１０ＭＨｚまでの変換器の製造を可能とする。

【００６７】 最後に、この方法を多数の圧電層から成る変換器に適応させることができるが 、これは、変換器を製造する際に材料および他のステップに使用される構成にほ とんど制約を加えず、多数開口電歪変換器を制御するのに使用されるバイアス電 圧を加えるのに適応させることができる。

【００６８】 上述の多数開口変換器の構成および構造において、変換器区画、副要素、電極 域、および絶縁および接続層、の他の構成が可能である。たとえば、所定の要素 を奇数の区画または副要素で構成する必要はなく、上述のように偶数の区画また は副要素で構成し接続することができる。また、区画または副要素の構成および 寸法、および絶縁層と接続層との対応する配置を、配列の長手方向の中心の周り に、または互いに対称にする必要はない。当業者は、絶縁層および接続層を各々 または双方とも多層から構成でき、および絶縁層および接続層の層を必要に応じ て挿入して接続を互いにおよび電極から絶縁することができる。

【００６９】 Ｄ．電極層基板を有する多層バックプレーン相互接続 変換器の接続組立体２８を構成する方法は、電極層３０を担持体７０の上に析 出させ、次に電極層３０の上に重ねられた絶縁層３２および接続層３４を備えた 圧電材料の裏面に直接析出させるように説明した。しかし、この方法は、或る場 合には最適でないことがある。たとえば、電極層３０を直接圧電材料の上に設置 すると薄膜析出プロセスのコストが圧電材料の脆い性質と組合せられるため、変 換器のこの構成要素のコストが上昇し、それによりこの製造が低下する可能性が ある。しかし、電極層３０を、析出層として絶縁層３２および接続層３４の付い た担持体７０のような、組立体の別々の構成要素の上に設置すれば、電極層３０ を支持する構成要素を慎重に選択してその音響特性および音響効果による変換器 性能の低下を避けなければならない。

【００７０】 更に、電極層３０と、絶縁層３２および接続層３４の付いた担持体７０とを上 述の仕方で圧電材料の裏面に設置すれば、圧電材料の端をバッキング部材７２の 縁の上に広げて電極層３０との接続を可能としなければならない。その結果、圧 電材料の縁がバッキング部材７２により正しく減衰させられず、そのため変換器 の性能が低下することがあり、この区域に別のバッキングをバッキング部材に付 加して必要な減衰を与えることができるが、これはコストが追加される追加製造 ステップである。

【００７１】 最後に、多数の変換器にはその前面に、すなわち、バッキング部材７２から遠 い面である送信および受信面に整合層が設けられている。しかし、電極層３０、 絶縁層３２、および接続層３４が圧電材料の前面に析出されて上の問題を回避し ていれば、圧電材料の縁は、その送信および受信面に十分な整合層を備えなくな り、変換器の性能を低下させるか、または十分な整合層を設けることが困難にな る。

【００７２】 この問題に関しては、図１０を参照に説明する。図１０は、整合層７４としての 担持体の付いた変換器の側面図であり、電極層３０、絶縁層３２、および接続層 ３４が薄膜として整合層７４に析出されており、この整合層７４は変換器１２の 送信および受信面用の整合層として働くのに適切な音響インピーダンスおよび厚 さを有するように選定されたガラスまたは結晶性材料のような材料から構成され た基板である。

【００７３】 この方法は、ガラス、結晶性材料、および同様の材料が圧電材料より「強靭（ tougher）」で且つ脆くなく標準薄膜基板として利用でき、それにより製造のコ ストが下がり、製造歩留まりおよび構成要素の信頼性が増すという点で有利であ る。加えて、電極層３０を圧電材料上ではなく整合層の担持体に設置すると、圧 電材料が今度は薄膜析出方法に適合する必要がないので、圧電材料を選択する上 で更に大きい柔軟性が得られる。

【００７４】 最後に、ガラスおよび結晶性材料のような材料は、整合層材料として働く音響 インピーダンスを本来的に備え、それにより単一の構成要素から二つの機能が得 られ、このような材料は圧電的に活性ではないので、バッキング部材７２の縁を 通る小さい延長部は一般に変換器の性能に悪影響を与えない。

【００７５】 多数開口変換器の構成および構造において、変換器区画、副要素、電極域、お よび絶縁および接続層、の別の構成が可能である。たとえば、所定の要素を奇数 の区画または副要素で構成する必要はなく、上述のように偶数の区画または副要 素で構成し接続することができる。また、区画または副要素の構成および寸法、 および絶縁層および接続層の対応する配置を、配列の長手方向の中心の周りに、 または互いに対称にする必要はない。当業者は、絶縁層および接続層を各々また は双方とも多層から構成でき、および絶縁層および接続層の層を必要に応じて間 挿して接続を互いにおよび電極から絶縁することができる。

【００７６】 Ｅ．多数開口変換器用ヴアイアおよび接続構造 多数開口変換器（ multiple elevation transducer）を構成する際に生ずる問 題を上に詳細に説明したきたが、簡潔に言えば、本質的に、変換器１２の中間区 画（ＭＳ）１４および変換器１２の縁に直接接触しない外側区画（ＯＳ）１６を 、極小幅および極小厚さで且つ最小の構造の複雑さでフレックス回路に接続する ために変換器１２の縁に引き出す（ bring out）接続構造を与えることである。

【００７７】 上述したように、各要素１０または副要素５６の各中間区画１４または外側区 画１６への接続は、区画から別の区画へ、または区画から要素１０または副要素 ５６の区画の幅の内部にある配列の縁まで走らなければならない。それにより接 続に必要な水平空間は、配列の長さ方向の単位長さあたりに構成できる要素１０ または副要素５６の数、および各要素１０または副要素５６にある配列の幅を横 断して構成できる区画１４，１６の数を制限し、それにより配列の分解能（ res olution ）が制限される。また接続は、変換器の音響特性に与える可能な悪影響 のため、変換器の音響的寸法に対して占有する厚さが最小であるように行なわれ なければならない。

【００７８】 これに関して、多数の変換器の要素１０または副要素５６は、上に説明した変 換器の場合のように、圧電材料の単一の層から構成されるのではなく、音響的お よび機械的理由から、圧電材料の多層から構成される。それにより、各要素１０ または副要素５６の各中間区画１４および外側区画１６は単一の信号接続、およ び互いの区画へまたは配列の縁に至る単一のアース接続を必要とする圧電材料の 単一片ではなく、その各々がアース接続および信号接続を必要とする多数片の圧 電材料から構成される。

【００７９】 最後に、区画間および区画からフレックス回路までの接続を構成するのに使用 される技法もすべて変換器を構成する好適な方法に適応できねばならない。上に 既に説明したように、好適な構造では、各々が変換器の要素１０または副要素５ ６のすべてについて圧電材料の層から構成されている一つ以上の圧電材料片は、 変換器の要素１０または副要素５６のすべてについて信号接続およびアース接続 を備えた一つ以上の回路および絶縁層で組立られる。圧電材料および接続回路か ら得られた組立体は次に、分割され、すなわち、ダイシングソー、レーザ、線刻 （ scribing ）、または同様の方法で、各要素１０または副要素５６の間の境界 に沿って、および中間区画１４および外側区画１６の間の境界に沿って薄切りさ れ、バッキング部材７２に取付けられ、フレックス回路に、および送信／受信回 路に接続されるケーブルに接続される。

【００８０】 本考案は別に、その区画の接続および相互接続に水平および垂直の空間をあま り必要としない、圧電材料の多数平面を有する多数開口変換器などの多数開口変 換器を構成する方法を提供する。

【００８１】 下に詳細に説明するように、これらの方法において、中間区画（ＭＳ）１４と 各連続する要素１０または副要素５６を有する変換器１２の縁との間に至る接続 は、中間区画（ＭＳ）１４と要素１０または副要素５６の縁との間の連続する接 続が変換器の向かい側にあるように、互い違いに（ stagger）配置される。各要 素１０または副要素５６の幅はしたがって、中間区画（ＭＳ）１４と要素１０ま たは副要素５６の縁との間の単一接続だけに適合しなければならない。

【００８２】 これらの方法は更に、中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６から 配列の縁へおよび要素１０または副要素５６の外側区画（ＯＳ）１６の間に設け られた接続が、接続層３４のその部分に設けられた接続が分割動作中に切断され ないように、分割切り込みの下または外側にある接続層３４の一部に導かれる接 続構造を備えている。この方法は、共に中間区画１４（ＭＳ）および外側区画（ ＯＳ）１６から成る要素１０の副要素５６の各群、または開口が接続層３４の未 切断部分にある接続により単一電気ユニットを成して接続された状態になってい るため、各要素１０が二つ以上の副要素５６に分割される変換器に特に役立つ。 その結果、共に中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６から成る要素 １０の副要素５６の各群、または開口は、各個別の副要素５６に対する接続では なく、配列の縁での単一接続を必要とするだけである。

【００８３】 最後に、区画と接続層３４の接続との間の接続、および区画自体の間の接続は 、ヴァイア（ vias ）、すなわち、圧電材料の層と接続組立体２８の層との間に 至る導電通路または接続の使用を必要とすることを上に既に説明してきたが、更 に以下に記すことにする。本考案は、要素１０または副要素５６の中間区域の層 にヴァイアを互い違いに設置し、必要なヴァイア接続が分割線とヴァイアとの整 列に関係なく分割プロセスの後も完全な状態になっているようにする方法を備え ている。本考案はまた、配列の外側区域に沿って分割線の外側または下の層にヴ ァイアを設置し、必要なヴァイア接続が分割線とヴァイアとの整列に関係なく分 割プロセスの後も完全な状態になっているようにする方法を備えている。

【００８４】 １．中間区画用リードの交互筋道設定（ alternating routing） 図１１は各中間区画１４および外側区画１６に対して圧電材料の単一の層およ びその接続の付いた変換器の断面図、図１２〜図１４は各中間区画１４およに外 側区画１６に対して圧電材料の二層およびその接続の付いた変換器の断面図、図 １５および図１６は多数開口変換器の接続組立体を示した図、図１７は分割中に 要素の接続を保護する指定域を有する接続組立体を示した図である。 図１１〜図１４には、中間区画（ＭＳ）１４から二開口変換器１２の左縁およ び右縁までのリードを交互に配置する（ alternating）方法を使用する様々な接 続構造が示してある。図１１は、各中間区画１４および外側区画１６に対して圧 電材料の単一の層を使用する実施形態を示し、一方、図１２〜図１４は、各中間 区画１４およに外側区画１６に対して圧電材料の二層を使用する実施形態を示し ている。

【００８５】 図１１に示したように、要素１０は、中間区画（ＭＳ）１４と、中間区画（Ｍ Ｓ）１４の位置に対して左の外側区画（ＯＳ）１６Ｌおよび右の外側区画（ＯＳ ）１６Ｒの二つの外側区画（ＯＳ）１６とに分割された圧電材料の単一の層から 構成されている。図１１に示すように、アース平面７６が中間区画（ＭＳ）１４ と外側区画（ＯＳ）１６Ｌおよび外側区画（ＯＳ）１６Ｒとの上面に設置され接 続されている。上述したように、図１１には明確に図示してはないが、アース平 面７６は通常、外側区画（ＯＳ）１６Ｌまたは外側区画（ＯＳ）１６Ｒの一方ま たは双方の外縁にわたって覆われ、フレックス回路の導体に取付けられてアース されている。

【００８６】 加えて、バッキング部材７２の上面と、外側区画（ＯＳ）１６Ｌおよび外側区 画（ＯＳ）１６Ｒとの間に各々設置された層間電極域の外側区画導体（ＯＳＣ,o uter segment conductor）７８Ｌおよび外側区画導体７８Ｒの二つの外側区画導 体（ＯＳＣ）７８がある。図示したように、外側区画導体（ＯＳＣ）７８Ｌは、 外側区画（ＯＳ）１６Ｌの下面に、すなわちアース平面７６とは反対の面に接続 され、配列の左側まで延びてフレックス回路の対応する導体に接続されている。 同様に、外側区画導体（ＯＳＣ）７８Ｒは、外側区画（ＯＳ）１６Ｒの下面、す なわちアース平面７６とは反対の面に接続され、配列の右側まで延びてフレック ス回路の対応する導体に接続されている。

【００８７】 最後に、要素１０とバッキング部材７２との間に設置された中間区画導体（Ｍ ＳＣ,middle segment conductor ）８０があり、これは、中間区画（ＭＳ）１４ の下面に接続され、外側区画（ＯＳ）１６Ｌまたは外側区画（ＯＳ）１６Ｒの一 方およびその対応する外側区画導体（ＯＳＣ）７８の下を通って、その側にある フレックス回路の導体に接続されている。上に簡潔に説明したとおり、配列に沿 う連続な要素１０の中間区画導体（ＭＳＣ）８０は交互に要素１０の左側および 右側を通ることによって、各要素１０に対して要素１０の一方の縁まで延びる外 側区画導体（ＯＳＣ）７８および中間区画導体（ＭＳＣ）８０、および要素１０ の他方の縁まで通る外側区画導体（ＯＳＣ）７８が存在するようになる。

【００８８】 この機構の更に多数の開口および更に多数の対称対を成す外側区画（ＯＳ）１ ６への拡張は、当業者には明らかであろう。すなわち、中間区画（ＭＳ）１４の 各側の外側区画（ＯＳ）１６に対する外側区画導体（ＯＳＣ）７８は、要素１０ のそれらの対応する縁まで通り、各要素１０の中間区画導体（ＭＳＣ）８０は、 交互に、連続する要素１０の一方の側、および他方の側に延びる。所定の要素の いずれかの側にある更に多数の導体は、外側区画（ＯＳ）１６の対の数に中間区 画（ＭＳ）１４のための導体を加えたものに等しくなり、したがって、変換器の 開口の数に等しく、それよりは多くはない。

【００８９】 図１２は、各要素１０の各中間区画（ＭＳ）１４および外側区画（ＯＳ）１６ が圧電材料の二層から構成されている二開口変換器の一実施形態を示したもので ある。図示したとおり、中間区画（ＭＳ）１４は上部の中間区画（ＭＳ）１４Ｕ および下部の中間区画（ＭＳ）１４Ｂから構成され、外側区画（ＯＳ）１６は左 上部、左下部、右上部、および右下部の外側区画（ＯＳ）１６ＬＵ、１６ＬＢ、 １６ＲＵ、および１６ＲＢから構成される。

【００９０】 この実施形態では、信号用の導体は、圧電材料の層の間を通っているが、アー ス平面は、圧電材料と導体とから成るサンドイッチ構造のいずれかの外面を延び ている。したがって、中間区画（ＭＳ）１４Ｕおよび外側区画（ＯＳ）の上面の 外側区画（ＯＳ）１６ＬＵおよび１６ＲＵにあり、それに接続され且つ外側区画 （ＯＳ）１６ＬＵおよび１６ＲＵの一方または双方の外縁にわたって覆われフレ ックス回路の導体に取付ける接続手段を備えた上部のアース平面７６Ｕと、中間 区画（ＭＳ）の下面の中間区画（ＭＳ）１４Ｂおよび外側区画（ＯＳ）の下面の 中間区画（ＭＳ）１６ＬＢにあり、それに接続され且つフレックス回路のアース に接続されている下部のアース平面７６Ｂとが存在する。圧電層間の空間を参照 すると、それぞれ外側区画（ＯＳ）１６ＲＵの下面、外側区画（ＯＳ）１６ＲＢ の上面、外側区画（ＯＳ）ＬＵの下面、および外側区画（ＯＳ）１６ＬＢの上面 に接続され且つ外側区画（ＯＳ）１６ＲＢおよび１６ＬＢの外縁にわたって覆わ れフレックス回路に接続されている右上部、右下部、左上部、および左下部の外 側区画導体（ＯＳＣ）７８ＲＵ、７８ＲＢ、７８ＬＵ、および７８ＬＢが存在す る。

【００９１】 最後に、中間区画（ＭＳ）１４Ｕと１４Ｂとの間を通り、中間区画（ＭＳ）１ ４Ｕの下面および中間区画（ＭＳ）１４Ｂの上面に接続され、外側区画導体（Ｏ ＳＣ）７８ＲＵと７８ＲＢとの間または外側区画導体（ＯＳＣ）７８ＬＵと７８ ＬＢとの間を通って外側区画（ＯＳ）１６ＲＢまたは１６ＬＢの外縁にわたって 覆われフレックス回路の導体に接続されている中間区画導体（ＭＳＣ）８０が存 在する。図１１と同様に、配列に沿う連続の要素１０の中間区画導体（ＭＳＣ） ８０は、交互に要素１０の左側および右側を通っている。

【００９２】 図１３は、本考案の更に他の実施形態を示しているが、要素１０の中間区画導 体が配列の側を交互に延びていない。図１３からわかるように、この実施形態は 図１２のものと同様であるが、中間区画（ＭＳ）１４Ｂと外側区画（ＯＳ）１６ ＲＢまたは１６ＬＢの一方との間の裂目または空間の位置に、下部のアース平面 ７６Ｂが右下部のアース平面７６ＲＢおよび左下部のアース平面７６ＬＢの二つ の別々のアース平面に分割され、下部のアース平面７６ＲＢおよび７６ＬＢの二 つの部分からフレックス回路に別々の導体を必要とする点が異なっている。その 他に、中間区画導体（ＭＳＣ）８０（図示していない）は、図１２のように圧電 層間で要素１０の縁まで通らず、中間区画（ＭＳ）１４Ｕと１４Ｂとの間を通っ て二つの中間区画（ＭＳ）１４を接続する代わりに、中間区画（ＭＳ）１４Ｂの 下面を通って下部のアース平面７６ＲＢと７６ＬＢとの間の裂目における中間区 画（ＭＳ）１４Ｂの縁まで覆っている。その点から、中間区画導体（ＭＳＣ）８ ０は、下部のアース平面７６ＲＢまたは７６ＬＢとバッキング部材７２との間を 要素１０の最も近い縁まで延びている。上に述べたように、および図１５（ａ） および図１５（ｂ）の例とは異なり、連続の要素１０の中間区画導体（ＭＳＣ） ８０は、配列の交互の側を延びずに、常に同じ側を延びている。

【００９３】 図１４には、図１３のものと同様であるが、連続の要素１０の中間区画導体（ ＭＳＣ）８０が、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したもの場合のように、 配列の交互の側を走る本考案の一実施形態が示されている。図１４に示すように 、下部のアース平面７６は、中間区画（ＭＳ）１４Ｂと外側区画（ＯＳ）１６Ｌ Ｂまたは１６ＲＢとの間の裂目または間隙で、それぞれ右下部のアース平面７６ ＲＢ、左下部のアース平面７６ＬＢ、および中間下部のアース平面７６ＭＢと記 した三つのアース平面に分割され、それによりその別々の導体を、三つの下部の アース平面からフレックス回路に接続するための配列の縁まで導く必要がある。 図示したように、下部のアース平面の導体の二つを一方の側および他方の側に取 出してある。

【００９４】 中間区画導体（ＭＳＣ）８０は、図１２の場合のように圧電層の間を要素１０ の縁まで走らないが、代わりに、中間区画（ＭＳ）１４Ｕと１４Ｂとの間を延び て二つの中間区画（ＭＳ）１４に接続する代わりに、中間区画のアース平面７６ ＭＢと右下部のアース平面７６ＲＢまたは左下部のアース平面７６ＬＢとの間の 裂目において中間区画（ＭＳ）１４Ｂの一つの縁まで覆って、中間下部のアース 平面７６ＭＢと右下部のアース平面７６ＲＢまたは左下部のアース平面７６ＬＢ との間を通りその側を要素１０の最近縁まで走る。この実施形態では、中間区画 導体（ＭＳＣ）８０は、各連続の要素１０の配列の交互の側においてこの仕方で 配列の縁まで導くかれる。別の実施形態では、中間区画導体（ＭＳＣ）８０およ び中間区画のアース平面７６ＭＢを共に各要素１０に対して引き延ばさなければ ならないので、これら二つのリードを各要素１０の配列の別々の縁まで延ばし、 配列の各縁に進むリードの総数を等しくするようにすることができる。これに関 して、中間区画導体（ＭＳＣ）８０および中間区画のアース平面７６ＭＢを要素 １０の配列の同じ縁に引き延ばすことができ、またはそれらを各連続要素１０に ついて交互にすることができる。

【００９５】 したがって上述から、中間区画用のリードまたは導体の、配列に沿う連続の要 素または副要素に対する交互の側までの道筋設定が、外側区画に占有されている 区域を通して中間区画および外側区画のリードの道筋設定のための最大空間を与 える。それにより本考案の道筋決定法は、各要素の更に多数の区画または配列の 単位長さあたりの更に多数の要素のいずれかまたは双方を可能とし、それにより 更に高い分解能または更に高い周波数の配列が可能になる。

【００９６】 ２．ヴァイアの設置および道筋設定 上記した変換器の構造の例から、圧電材料を区画、副区画、および副要素に分 割するためにダイシングソーまたは他の切断工具が通過する変換器の積重した層 の断面域内にある導体またはパッドの区域はすべて、分割切断の線に沿って導体 またはパッドの区域の他の部分から切り離される。分割切断が横断する断面域は 一般に、図１１〜図１４では、分割の深さ８２の上および分割幅８４内にある区 域として示される。そこに示したように、分割の深さ８２は、変換器の圧電層を 通過して下方に下部の圧電層および電極層の少なくとも下面まで延長し、通常は 少なくとも圧電層に隣接する絶縁層および接続層を通って下方に、また恐らくバ ッキング部材の中まで延長するが、分割幅８４は、変換器の圧電層の幅を水平に 横断して延長し、圧電層の構造的縁の向こうにかなりな距離まで延長することが できる。

【００９７】 要素および副要素の区画の間の相互接続、およびそれら区画への接続、特に中 間区域への接続の結果生ずる損失を避けることが望ましい。損失した接続を、続 いてフレックス回路内の他の接続によりまたは薄膜回路内のパッドの別のリード により、再構成しなければならないからである。

【００９８】 本考案の変換器の接続組立体は、元来薄膜回路に設けられている接続の少なく とも所定の群、特に中間区域と接続する所定の群を保護する、また薄膜回路内の これら接続を、分割工具が横断する断面域の外側の位置に、すなわち分割の深さ ８２の下または分割幅８４の外側の位置または分割の深さ８２の下および分割幅 ８４の外側の双方に設置することにより、この問題を回避している。

【００９９】 これに関して、図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図１１に示すように、圧 電材料の単一の層から構成される変換器に対する本考案を示しており、図１６（ ａ）および図１６（ｂ）は、図１２〜図１４に示すように、圧電材料の二層から 構成される変換器に対する本考案を示しているが、圧電材料の単一層に対する本 考案を表すこともできる。図１７は、薄膜回路内に作られた一定の接続を保護す るように本考案の変換器の電極層、絶縁層、および接続層を示している。

【０１００】 まず、図１１の単一圧電層の変換器を参照すると、上部のアース平面７６Ｕと の接続を除き、中間区画とのおよび外側区画との接続はすべて、既に説明したよ うに、区画の下面に作られ、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示した薄膜回路 を貫いている。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、変換器の単一の要素または 副要素に対する薄膜回路を示し、この回路は、同図に示されている層から作られ る単一の構成要素として変換器配列の長さ全体に対して、繰り返されている。図 １５（ａ）および図１５（ｂ）に示したように、この薄膜回路は、共に接続組立 体２８を構成しているが、区画の下面に直接隣接する第１の絶縁層８６および中 間区画および配列の縁に直接隣接せず外側区画との接続を与える接続層８８から 構成されている。第２の絶縁層９０は、接続層８８の上に重なり、接続層８８を 接続層であるパッド層９２から分離している。パッド層９２はフレックス回路と 接続するための区域を与え、必要に応じて、配列の縁に隣接する外側区画との接 続のような、区画との接続を与えることができる。絶縁層８６および９０、接続 層８８、およびパッド層９２は、前に説明したものと同様の材料から同じ用に構 成される。

【０１０１】 当業者には周知のように、区画から接続層８８またはパッド層９２への接続、 または接続層８８とパッド層９２との間の接続は、区画と層との間を走るヴァイ アにより与えられる。説明したとおり、および下に更に詳細に説明するように、 ヴァイアは、たとえば、第１の絶縁層８６のような絶縁層を貫いて、金属のよう な導電材料でメッキされた穴または開口の形により形成される。やはり下に説明 するように、ヴァイア穴の配列を一層としてメッキした穴の所定の一つまたは群 として予備形成し、必要な場合接続を与えることができる。たとえば、図１５（ ａ）、図１５（ｂ）、図１６（ａ）、および図１６（ｂ）を参照して、接続層８ ８が要素を交互に拾いあげるよう構成されていれば、接続用パッドに必要な空間 を減らすことができる。ヴァイアは、図１６（ａ）および図１６（ｂ）には図示 している。

【０１０２】 図１６および図１７を参照して下に説明するように、区画間のおよび区画とフ レックス回路との間の接続は、分割の深さ８２の下または分割幅８４の外側、ま たは分割の深さ８２の下および分割幅８４の外側の双方に設置されている接続層 ８８および／またはパッド層９２の一部で行なわれるので、接続層８８またはパ ッド層９２により単一電気ユニットに接続される区画、および図１５（ａ）およ び図１５（ｂ）に示した接続組立体２８の組立時に接続層８８またはパッド層９ ２により行なわれる圧電層との接続は、以後の分割動作中完全な状態になってい る。

【０１０３】 最後に、図１１および図１５に示した実施形態に関して、上部のアース平面７ ６Ｕは設けられることによりすべての区画の上面およびそれらの面の間における 電気的接触が行なわれるが、分割の深さ８２の上および分割幅８４の内側にある ため、分割動作中別々の区域に切断されることになる。しかし、本考案によれば 、上部のアース平面７６Ｕは、分割動作後、圧電層および接続組立体２８から成 る変換器配列に組立られる。それにより、上部のアース平面７６Ｕは、完全な状 態であり、変換器のすべての区画の上面に共通に電気的に接触する。また、曲線 形の配列の場合に上部のアース平面７６Ｕは、配列が曲げられてバッキング部材 ７２に取付けられてから取付けられ、それにより、当業界で良く理解されている ように、切り抜き（ cut-out）およびレリーフ（ relief ）を備えて製作され、 配列の周りに曲げられるとき区画の面に対して平らに設置されることに注目され る。

【０１０４】 次に、図１６を参照すると、図１６に示した薄膜回路により与えられる接続組 立体を、たとえば、図１２〜図１４に示した二つの圧電層を有する変換器に使用 することができる。上の説明から、図１２に示す実施形態の接続を、圧電層間に 、したがって分割の深さ８２の上および分割幅８４の内部に行なうことができ、 および図１３および図１４に示す実施形態の接続を、特に中間区画に対するもの が、圧電材料の下部層の下ではあるがおそらくは分割の深さ８２の上および分割 幅８４の内部に行なうことができる。したがって、下に説明する接続組立体およ び接続方法は、図１２〜図１４に示した実施形態に使用するときに有利である。 しかし、下の説明は本考案の特徴の全範囲を示すように、図１３および図１４に 示す実施形態に重点をおくことにする。

【０１０５】 図１３および図１４を参照すると、上述したように、中間区画接続の他、外側 区画接続も、圧電材料の下部層の下面の下に延びている。これは、特に中間区画 に関して、中間区画にあるラップアラウンド電極を使用して、すべての接続を下 部中間区画の上面からぐるっと中間区画の下面までもってくることにより行なわ れる。

【０１０６】 この構造は、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示した接続組立体に反映され ている。図１６（ａ）は、接続組立体のバッキング部材の側からの図、図１６（ ｂ）は、接続組立体の圧電層側からの図である。図に示すように、接続組立体は 、電極域９６の外側の二つが外側区画（ＯＳ）１６ＲＢおよび１６ＬＢの下面に 直接隣接して接続されているが、内側の二つは中間区画（ＭＳ）１４Ｂの下面に 直接隣接して設置され、中間区画（ＭＳ）１４Ｂの二つの側面の領域で中間区画 （ＭＳ）１４Ｂのラップアラウンド電極に接続されている四つの電極を備えた電 極層９４を備えている。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示したように、電極 域９６には層間ヴァイアのヴァイア９８のパターンが設けられている。

【０１０７】 接続組立体の電極層９４に隣接する層は、電極層９４を中間区画導体（ＭＳＣ ）を形成している接続層１０２から分離する第１の絶縁層１００である。第１絶 縁層１００および接続層１０２には必要に応じてヴァイア９８のパターンが設け られて、電極層９４と接続層１０２との間の接続を通している。接続層１０２は 、第２の絶縁層１０６によりパッド層１０４から分離されており、パッド層１０ ４は、フレックス回路との電気的接続の他、外側区画（ＯＳ）１６との一定の接 続のためのパッドを与え、第２の絶縁層１０６およびパッド層１０４には必要に 応じてヴァイア９８のパターンが設けられ、パッド層１０４、接続層１０２、お よび電極層９４の間の接続を行なっている。最後に、再び、図１６（ａ）および 図１６（ｂ）に示した接続組立体は、単一の要素１０または副要素５６に対する 接続組立体の実施形態を示しており、連続構造として各要素または副要素に対し て繰り返され、この構造を有する配列の長さ全体にわたって続いている。

【０１０８】 次に、本考案による変換器接続組立体の構造について、上述したように、上記 した変換器の構造の例から、圧電材料を区画、副区画、および副要素に分割する ためにダイシングソーまたは他の切断工具が通過する変換器の積重した層の断面 域内にある導体またはパッドの区域はすべて、分割切断の線に沿って導体または パッドの区域の他の部分から切り離される。分割切断が横断する断面域は一般に 、図１１〜図１４では、分割の深さ８２の上および分割幅８４内にある区域とし て示される。そこに示したように、分割の深さ８２は、変換器の圧電層を通過し て下方に下部の圧電層および電極層の少なくとも下面まで延長し、通常は少なく とも圧電層に隣接する絶縁層および接続層を通って下方に、また恐らくバッキン グ部材の中まで延長するが、分割幅８４は、変換器の圧電層の幅を水平に横断し て延長し、圧電層の構造的縁の向こうにかなりな距離まで延長することができる 。

【０１０９】 説明したとおり、要素および副要素の間の相互接続、およびそれら要素との接 続、特に中間区画との接続から生ずる損失を防止することが望ましい。損失した 接続を、フレックス回路内の他の接続によりまたは薄膜回路にあるパッドの別の リードにより以降に再構成しなければならないからである。また説明したとおり 、本考案の変換器の接続組立体は、元来薄膜回路に設けられていた接続の少なく とも所定の群、特に中間区画に接続する所定の群を保護することによりこの問題 を回避している。本考案によれば、薄膜回路内のこれらの接続を分割工具が横断 する断面域の外側の位置に、すなわち、分割の深さ８２の下または分割幅８４の 内部、または分割の深さ８２の下および分割幅８４の内部双方の位置に設置する ことにより行なわれる。

【０１１０】 図１５および図１６に示した変換器の要素を参照すると、電極層９４および電 極域９６、絶縁層９０，１００，１０６、接続層８８、１０２、および、その関 連ヴァイアとともに、組立体の外縁、すなわち圧電層の外縁に設けられているパ ッド層９２、１０４の部分を有して構成される接続組立体２８の一部分が圧電層 の外縁を越えて延長し、下方にすなわちバッキング部材７２の方にまたはバッキ ング部材７２に沿って曲がりまたは回っていることが図１７に図示されている。 接続組立体２８のこれらの部分は、接続組立体２８の「反転域（ reserved area ）」ということができるが、それにより分割の深さ８２の下または分割幅８４の 内部、または分割の深さ８２の下および分割幅８４の内部双方である組立体の区 域に設置されている。それによって、区画間または副区画間および区画または副 区画と、接続組立体２８の反転域に作られているフレックス回路との間の接続は すべて、分割の深さ８２の下または分割幅８４の内部または双方にあるので、接 続および／またパッド層により単一電気ユニットに接続されるすべての区画、お よび変換器配列の組立中に接続組立体２８の反転域で接続およびパッドにより圧 電層に対して行なわれるすべての他の接続は、以後の分割動作中完全な状態であ る。

【０１１１】 最後に、図１３および図１４に示した上部のアース平面は、分割動作後、圧電 層および接続組立体２８から成る変換器の配列に組立られる。それによって、上 部のアース平面は完全な状態であり、変換器のすべての区画の上面との共通アー ス接触を行なう。曲線形の配列の場合には上部のアース平面は、配列が曲げられ てバッキング部材７２に取付けられてから取付けられ、それにより、当業界で良 く理解されているように、切り抜きおよびレリーフを備えて製作され、配列の周 りに曲げられるとき区画の面に対して平らに設置される。

【０１１２】 ３．ヴァイア・パターン 図１６からヴァイア９８の少なくとも幾つか、すなわち中間区画（ＭＳ）１４ Ｕおよび１４Ｂとの接続に関連するものは、単一のヴァイア９８の列として形成 されず、代わりに千鳥配置パターンとして形成されている。ヴァイア９８は、ヴ ァイア９８の間に、単一の導体を形成するのに必要な幅、すなわち、１０μｍか ら３ミルの範囲の距離を与えるように十分離してパターンを成して設置され、そ れに沿って組立体が分割される線に垂直な軸の方向のヴァイア間の分離がほぼ単 一のヴァイア９８の幅であるように互い違いに配置する。

【０１１３】 それによって、各パターンを成すヴァイア９８は、接続の対応するパターンを 中間区画のラップアラウンド電極と接続層１０２との間に与え、組立体の分割お よび結果として生ずるスライスと交差するヴァイア９８接続の切断の後、特に電 極層９４、接続層１０２、およびパッド層１０４の層の精密な整列、およびそれ に沿って圧電材料を区画、要素、および副要素に薄切りする分割線の精密な整列 とは無関係に必要な接続を形成するのに少なくとも十分な接続が残る。ヴァイア ９８を構成するこの方法はしたがって、電極層、接続層、パッド層、圧電材料の ブロック、および分割機構の整列が決定的でなく、それにより変換器の容易で廉 価な構成および組立が可能になるという点で有利である。

【０１１４】 更にこれに関して、接続組立体２８および特に接続組立体２８の層の組立体、 および圧電材料の一つ以上のブロックへの接続組立体２８の組立体を有して構成 される薄膜回路の製造には通常、プロセスの各ステップにおいて個々の構成要素 の慎重な整列が必要である。しかし、これは、接続組立体２８から成る薄膜回路 および接続組立体２８が剛くなく取り扱いおよび整列が難しいため、困難となる 。

【０１１５】 しかし、本考案によれば、この問題は、上述した方法により、接続組立体２８ を担持体７０の上に構成し、次いで担持体７０を所定位置にバッキング部材７２ の一部として残すか、または担持体７０を接続組立体２８を圧電材料に組み付け てた後または圧電材料を分割した後に、除去することにより扱われる。

【０１１６】 ４．ヴァイアの構成 ヴァイアによる多層薄膜回路の導電層間の選択的相互接続の方法を上に簡潔に 説明した。図１８はヴァイア構造の断面図であり、図１８（ａ）は変換器として 構成できる多層薄膜回路の平面図、図１８（ｂ）は変換器として構成できる多層 薄膜回路の断面図である。図１８において例示される回路は、絶縁層１１０Ａお よび１１０Ｂにより分離されている導電層１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃから構 成され、したがって先に説明した接続組立体２８に匹敵している。

【０１１７】 導電層１０８Ａおよび１０８Ｃを接続するヴァイア９８（図１６参照）は、導 電層１０８Ａ、絶縁層１１０Ａ、導電層１０８Ｂ、絶縁層１１０Ｂ、および導電 層１０８Ｃを貫いて延長するヴァイア穴１１２により形成され、導電層１０８Ａ 、１０８Ｂ、１０８Ｃの材料に適合する金属のような導電材料１１４で内部メッ キされている。導電平面の所定の一つがヴァイア９８に接続されているか、およ びこれがヴァイア９８に接続された別の導電平面のどれかに接続されているかは 、ヴァイア穴１１２が平面を通過する場所でのヴァイア穴１１２の大きさにより 決まり、制御される。簡潔に言えば、所定の導電平面がヴァイア９８に接続され ていなければ、その平面でのヴァイア穴１１２は、隙間穴１１６として大きい直 径で形成され、この隙間穴１１６により形成された間隙によって導電平面を導電 材料１１４に接続することはない。

【０１１８】 しかし、この接続組立体２８の導電平面を相互に接続する方法の問題は、隙間 穴１１６が一般に導電層上に形成される接続用リードの幅より狭いヴァイア穴１ １２の直径を必要とするが、開口が必要とする空間より大きい空間を必要とする ということである。すなわち、小さい要素１０および副要素５６のピッチを有す る、すなわち要素または副要素が非常に高周波のまたは非常に高分解能の変換器 の場合のように比較的狭い変換器では、各要素１０および副要素５６の幅の中で 接続用リードおよびヴァイアに利用できる空間は比較的小さい。この問題は、要 素１０または副要素５６が幾つかの区画を備えているときに重大となる。事実、 導電平面内に形成された導電用リードが、隙間穴１１６に必要な幅が要素１０ま たは副要素５６の設置のために利用できる幅から差し引かれる場合に、不十分な 幅のものになるか、または導電用リードを形成してから隙間穴１１６のための幅 が不十分になる。

【０１１９】 しかし、図１８（ａ）に示したように本考案によれば、すべてのヴァイア９８ およびその関連する隙間穴１１６は、もし存在すれば要素１０または副要素５６ により形成される導電平面の区域内に設置されるが、要素１０または副要素５６ により占有される区域の縁に隣接しているので、隙間穴１１６は要素１０または 副要素５６の間の分割切り口域１１８内に広がる。それによって、各隙間穴のこ の部分は導電平面から除去すべき材料を含んでいるが、接続組立体を備えた変換 器の組立体を分割するときに切り離される。

【０１２０】 本考案の更に他の局面では、図１８（ａ）に示したように、所定の平面にある 各導体用リード、および薄膜の組立体の他の導電平面にあるすべての対応するリ ードには、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示したように、互い違いに配置さ れたヴァイア９８が二つ以上設けられているので、一つのヴァイア９８の中への 分割切削を生ずる分割切り口域１１８に対する薄膜回路の整列不良は、他のヴァ イア９８には影響せずに完全な状態にする。

【０１２１】 上に説明した多数開口変換器の構成および構造において、変換器の区画、副区 画、電極域、および絶縁層および接続層の別の構成が可能である。たとえば、所 定の要素を奇数の区画または副区画で構成する必要はなく、上述のように偶数の 区画または副区画で構成し接続することができる。また、区画または副区画の構 成および寸法、および絶縁層と接続層との対応する配置を、配列の長手方向の中 心の周りに、または互いに対して対称にする必要はない。当業者は、絶縁層およ び接続層を各々または双方とも多層で構成でき、および絶縁層および接続層を必 要に応じて挿入して、接続を互いから絶縁するおよび電極から絶縁することがで きる。

【０１２２】 最後に、本考案をその装置および方法の好適実施形態を参照して特に図示し説 明してきたが、当業者は、形態、細目、および実施の様々な変更、変形、および 修正を、上に説明したように、付記した実用新案登録請求の範囲により規定され た本考案の精神および範囲から逸脱することなく行い得ることをも理解するであ ろう。したがって、本考案のこのような変形および修正のすべてを本考案の真の 精神および範囲に入るものとして包含するのが実用新案登録請求の範囲の目的で ある。

【０１２３】

【考案の効果】

本考案によれば、接続回路に必要な交差の点数を少なくすることによって、変 換器コスト、構造の複雑さ、および体積の増大を防ぎ、信頼性の高い多数開口配 列を有する多数開口超音波変換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二開口変換器の区画および接続を示した図であ
る。

【図２】四開口変換器の区画および接続を示した図であ
る。

【図３】二開口変換器の断面図である。

【図４】二開口変換器の接続組立体の層および組立体を
示した図である。

【図５】二開口変換器の接続組立体の層および組立体を
示した図である。

【図６】副要素を有する四開口変換器に必要な接続およ
び相互接続を示した図である。

【図７】副要素を有する四開口変換器に必要な接続およ
び相互接続を示した図である。

【図８】接続組立体の担持体の付いた変換器の組立体の
側面図である。

【図９】接続組立体と一体を成す担持体が付いた変換器
および担持体が付いていない変換器の組立体の側面図で
ある。

【図１０】整合層としての担持体の付いた変換器の側面
図である。

【図１１】各中間区画および外側区画に対して圧電材料
の単一の層およびその接続の付いた変換器の断面図であ
る。

【図１２】各中間区画およに外側区画に対して圧電材料
の二層およびその接続の付いた変換器の断面図である。

【図１３】各中間区画およに外側区画に対して圧電材料
の二層およびその接続の付いた変換器の断面図である。

【図１４】各中間区画およに外側区画に対して圧電材料
の二層およびその接続の付いた変換器の断面図である。

【図１５】多数開口変換器の接続組立体を示した図であ
る。

【図１６】多数開口変換器の接続組立体を示した図であ
る。

【図１７】分割中に要素の接続を保護する指定域を有す
る接続組立体を示した図である。

【図１８】ヴァイア構造の断面図である。

【符号の簡単な説明】

１０ 要素 １２ 変換器 １４ 中間区画 １６ 外側区画 １８，２４ 回路用リード ２０，２６ 送信／受信回路 ２２ 相互接続用リード ２８ 接続組立体 ３０，９４ 電極層 ３２，８６，９０，１００，１０６，１１０Ａ，１１０
Ｂ 絶縁層 ３４，８８，１０２ 接続層 ３６ 中間電極域 ３８ 外側電極域 ４０ 区画間接続開口 ４２ 区画間接続域 ４４ 中間区画接続開口 ４６ 中間区画接続域 ４８ 外側区画間コネクタ ５０ 中間区画コネクタ ５２，５４ フレックス接触域 ５６ 副要素 ５８ 区画間接続 ６０ 接続 ６４ 交差 ６６ Ｙ群 ６８ パッド ７０ 担持体 ７２ バッキング部材 ７４ 整合層 ７６ アース平面 ７８ 外側区画導体 ８０ 中間区画導体 ８２ 分割の深さ ８４ 分割幅 ９２，１０４ パッド層 ９６ 電極域 ９８ ヴァイア １０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃ 導電層 １１２ ヴァイア穴 １１６ 隙間穴 １１８ 分割切り口域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 マシュー・ムーニー アメリカ合衆国 マサチューセッツ，ウェ ストフォード，ブックボード・ドライブ 62 (72)考案者 ウィリアム・ジェー・オスマン アメリカ合衆国 マサチューセッツ，アク トン，ロスロップ・ロード 28 (72)考案者 ラリー・ペンダグラス アメリカ合衆国 カリフォルニア，サンタ ロゼ，ピードモント・ドライブ 5212

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】各要素が配列の開口を形成する中間区画
   （１４）および少なくとも一対の外側区画（１６）を備
   え、前記各要素の外側区画を相互に接続するためのおよ
   び各要素の区画を送信および受信回路に接続するための
   接続組立体を備えた、送信および受信要素（１０）の線
   形配列を有する多数開口超音波変換器であって、前記接
   続組立体が前記線形配列の各要素（１０）に対して、 前記要素（１０）の区画（１４，１６）に直接隣接して
   設置され、且つ、各々が対応する区画（１４，１６）に
   隣接して設置され接続されている前記要素（１０）の各
   区画（１４，１６）に対応する電極域（３６，３８）を
   備える電極層（３０）と、 前記電極層（３０）の上に重ねられ、且つ、前記各外側
   区画（１６）の電極域（３８）に対応しその内部に設け
   られている区画間接続開口（４０）と、前記外側区画
   （１６）の区画間接続開口の間に広がり、開口を形成す
   る外側区画（１６）の各対に対応している区画間接続域
   （４２）と、前記中間区画（１４）の電極域（３６）に
   対応しその内部に設けられている中間区画接続開口（４
   ４）と、該中間区画接続開口（４４）から要素の縁まで
   広がっている中間区画接続域（４６）とを備える絶縁層
   （３２）と、 前記絶縁層（３２）の上に重ねられ、且つ、前記電極域
   （３６）に接続されて前記中間区画接続開口（４４）か
   ら前記中間区画接続域（４６）を横断して該要素（１
   ０）の縁にあるパッド（５２）まで延長し、送信および
   受信回路（２０）に接続される中間区画コネクタ（５
   ０）と、前記開口を形成する外側区画（１６）の各対に
   対して、前記外側区画（１６）の区画間接続開口（４
   ０）を横断して延長し、前記外側区画（１６）の電極域
   （３８）および該要素（１０）の縁にあるパッド（５
   ４）に接続されて、送信および受信回路（２６）に接続
   される区画間コネクタ（４８）とを備える接続層（３
   ４）と、 を備えていることを特徴とする多数開口超音波変換器
   （１２）。
2. 【請求項２】前記各要素が副要素（５６）に分割され、 前記各副要素（５６）の区画（１４，１６）の一方の半
   分およびそれに接続される前記接続組立体の区画間接続
   域（４２）および中間区画接続域（４６）が、前記配列
   の長さ方向に前記副要素（５６）の区画（１４，１６）
   の他方の半分に対して１副要素（５６）だけオフセット
   されており、 前記中間区画（１４）および外側区画（１６）の導体で
   ある前記区画間コネクタ（４８）および中間区画コネク
   タ（５０）を前記送信および受信回路（２０，２６）に
   接続する前記パッド（５２，５４）の順序は、一つおき
   の副要素（５６）に対応して逆になっていることを特徴
   とする請求項１に記載の多数開口超音波変換器。
3. 【請求項３】前記線形配列に沿って連続して設置されて
   いる要素（１０）の中間区画コネクタ（５０）は、該線
   形配列の要素（１０）の縁を一つおきに経由することを
   特徴とする請求項１に記載の多数開口超音波変換器。
4. 【請求項４】前記接続組立体（２８）は担持体（７０）
   の上に構成され、 前記担持体（７０）および接続組立体（２８）は前記送
   信および受信要素の区画（１４，１６）に組み合わせら
   れ、前記担持体（７０）および接続組立体（２８）は該
   担持体（７０）が変換器構造の機械的および音響的要素
   であるようにバッキング部材（７２）に組み合わせられ
   ることを特徴とする請求項１に記載の多数開口超音波変
   換器。
5. 【請求項５】前記接続組立体（２８）は前記担持体（７
   ０）の上に構成され、 該担持体（７０）および接続組立体（２８）は前記送信
   および受信要素の区画（１４，１６）に組み合わせら
   れ、次いで前記担持体（７０）は前記接続組立体（２
   ８）から除去され、該接続組立体（２８）および送信お
   よび受信要素の区画（１４，１６）はバッキング部材
   （７２）に組み合わせられることを特徴とする請求項１
   に記載の多数開口超音波変換器。
6. 【請求項６】前記電極層（３０）、絶縁層（３２）、お
   よび接続層（３４）は前記変換器の整合層として働く音
   響特性を有する材料から成る前記担持体（７０）の上に
   析出プロセスにより形成され、前記電極層（３０）、絶
   縁層（３２）、および接続層（３４）の付いた担持体
   （７０）は変換器（１２）の送信および受信面に組み合
   わせられて整合層（７４）として働くことを特徴とする
   請求項１に記載の多数開口超音波変換器。
7. 【請求項７】前記電極層（３０）、絶縁層（３２）、お
   よび接続層（３４）は、前記送信および受信要素の区画
   （１４，１６）の上に析出プロセスにより形成されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の多数開口超音波変換
   器。
8. 【請求項８】前記区画（１４，１６）は、最初に変換器
   の要素材料のモノリシックブロック（ monolithic bloc
   k ）から構成され、該モノリシックブロックに組み合わ
   せられる前記接続組立体（２８）は、最初に前記変圧器
   のすべての要素の区画（１４，１６）に対して電極層
   （３０）と絶縁層（３２）と接続層（３４）とを備えた
   単一組立体として製作され、その後、前記変換器の要素
   材料およびモノリシックブロックの組立体と、所定の分
   割の深さ（８２）によって規定され且つ所定の分割幅
   （８４）を横断する断面分割域における接続組立体とを
   前記配列の幅を横断して分割することにより、前記変換
   器の要素材料のモノリシックブロックは前記線形配列の
   個別要素に分割され、前記接続組立体は更に、 前記区画（１４，１６）の電極域（３６，３８）を前記
   接続層（３４）の対応する区画間コネクタ（４８）およ
   び中間区画コネクタ（５０）に接続する複数のヴァイア
   （ vias ）を備え、 前記電極層（９４）、絶縁層（９０，１００，１０
   ６）、および接続層（８９，９２，１０２）は前記断面
   分割域の中にあり、少なくとも前記絶縁層（９０，１０
   ０，１０６）および接続層（８９，９２，１０２）の指
   定部分は前記断面分割域の外側に設置されており、前記
   区画の電極域の間に前記電極域から接続層の指定域にあ
   る前記パッドまで形成されている接続は完全な状態であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の多数開口超音波変
   換器。
9. 【請求項９】前記線形配列の各要素は、変換器材料であ
   る区画（１４Ｕ，１４Ｂ，１６Ｕ，１６Ｂ）の層の間に
   層間電極層（７８）有し、且つ、層間ヴァイア（９８）
   により前記層間電極層（７８）に形成され前記要素（１
   ０）の中間区画（１４）を前記接続組立体の層に接続す
   る層間電極域（７８ＬＵ，７８ＬＢ，７８ＲＵ，７８Ｒ
   Ｂ，７８Ｌ，７８Ｒ）を有する前記変換器材料の少なく
   とも二つの層から構成され、 前記層間ヴァイア（９８）は、前記中間区画（１４Ｕ，
   １４Ｂ）の縁に沿って設けられ該中間区画（１４Ｕ，１
   ４Ｂ）に接続されている前記層間電極層（７８）と接続
   され、および千鳥配置パターンを成して配列されている
   ことにより、前記変換器材料の層が前記線形配列の要素
   に分割される場合に前記各中間区画に接続される少なく
   とも一つの層間ヴァイア（９８）が完全な状態になって
   いることを特徴とする請求項８に記載の多数開口超音波
   変換器。
10. 【請求項１０】前記層間ヴァイア（９８）は、該層間ヴ
    ァイア（９８）の周りに隙間穴を形成することにより前
    記接続組立体の所定の層に接続されていない状態にな
    り、前記所定の層を通過し、また前記隙間穴を有する層
    間ヴァイア（９８）は、各隙間穴が要素間の分割切り口
    域（１１８）に広がるように、前記電極域の縁に沿って
    設けられていることを特徴とする請求項９に記載の多数
    開口変換器。