JP3288815B2 - ２次元アレイ超音波プローブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置や超音
波探傷装置などの超音波画像装置に使用される超音波の
送受信を行うための超音波プローブに係り、特に圧電振
動子をマトリクス状に配列した２次元アレイ超音波プロ
ーブに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、圧電振動子を用いた
超音波プローブにより被検体内に超音波を照射し、音響
インピーダンス（超音波伝搬媒質の密度と音速との積）
が異なる部位からの反射波を同じ超音波プローブで検出
することにより被検体内の断層像を得る装置であり、医
用分野で多く使用されている。

【０００３】断層像の情報を取得するためには、超音波
ビームを複数回送受して被検体内を走査する必要があ
る。走査法には、大きく分けて二種類の方法がある。一
つの方法は、単一の圧電振動子を有する超音波プローブ
を機械的に動かすメカニカル走査法であり、もう一つの
方法は、複数の圧電振動子を所定形状に配列したアレイ
型超音波プローブを用い、各振動子に印加する駆動パル
スに電子的に遅延時間を与えることにより、リニアまた
はセクタ状に走査を行う電子走査法である。後者の電子
走査法の方が高速走査が可能であり、高分解能の断層像
が得られるなどの理由から、現在の超音波診断装置では
主流となっている。

【０００４】電子走査法においては、圧電振動子の配列
方向である方位方向の分解能向上を図る技術として、超
音波受信時に各深さ位置に応じて受信ビームの集束を行
うダイナミックフォーカスや、送信時の集束点を変えて
超音波ビームの送受信を繰り返し行い、集束点付近の画
像をつなぎ合わせる多段フォーカスなどが知られてい
る。このように電子走査法によると、圧電振動子の配列
方向については分解能を向上させることができるが、圧
電振動子の配列方向と垂直な方向、すなわち深さ方向に
おいては音響レンズによる固定フォーカスであるため、
集束点近傍以外では超音波ビームの幅が広くなって分解
能が低下し、画像がぼけやすい。

【０００５】この欠点を解消するため、圧電振動子をマ
トリクス状に配列した２次元アレイ超音波プローブを用
い、口径の制御を行う可変口径や、圧電振動子の配列方
向と同様にダイナミックフォーカスや多段フォーカスを
適用して分解能を向上させる試みが提案されている。ま
た、２次元アレイ超音波プローブを用いれば、超音波ビ
ームを３次元的に制御できるため、従来からの１次元プ
ローブのようにプローブを配列方向と直角な方向に機械
的に移動させるといった複雑な操作を行うことなく立体
的な超音波画像を得ることが可能となり、診断能力は飛
躍的に向上することが予想される。

【０００６】ところで、超音波プローブでは複数の圧電
振動子に信号の送受信のためのリード線を接続する必要
がある。従来の１次元アレイ超音波プローブは、フレキ
シブル配線基板などを圧電振動子の電極の端部に半田付
けなどで接続した後、振動子をダイシングすることによ
りアレイ状に分割していた。これに対し、上述したよう
な２次元アレイ超音波プローブでは圧電振動子をマトリ
クス状に分割するため、１次元アレイ超音波プローブの
ように電極端部からリード線を引き出す方法を用いるこ
とができない。

【０００７】そこで、２次元アレイ超音波プローブにお
いて、圧電振動子アレイの背面に一方向に沿って分割さ
れたバッキング材を配置し、それらのバッキング材の側
面に引き出し用のフレキシブルプリント基板を設け、こ
のプリント基板の端面に設けた引き出し端子に圧電振動
子の電極を半田付け等で接続する技術が特開昭６２−２
７９９号に開示されている。

【０００８】この構造の２次元アレイ超音波プローブで
は、圧電振動子の背面側にバッキング材とフレキシブル
プリント基板を配置した後、圧電素子をフレキシブルプ
リント基板の引き出し端子にそれぞれ接続された部分が
マトリクス状に独立するように位置合わせして、超音波
送受波面側からマトリクス状に切断することになる。し
かし、この場合には圧電振動子の背面側にあるバッキン
グ材およびフレキシブルプリント基板が超音波送受波面
側から見えないため、マトリクス状に切断する際の位置
合わせが難しく、製造が容易でない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、圧電
振動子アレイの背面側に一方向に分割されたバッキング
材とフレキシブルプリント基板を配置した構造の従来の
２次元アレイ超音波プローブでは、圧電振動子を正しく
マトリクス状に切断することが難しく、製造が容易でな
いという問題があった。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、圧電振動子をマトリク
ス状に切断する際の位置合わせを容易として、製造が簡
単な２次元アレイ超音波プローブを提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る２次元アレイ超音波プローブは、圧電
体層およびその両面に形成された第１および第２の電極
からなり、少なくとも圧電体層と第１の電極が複数の分
割溝によりマトリクス状に分割された圧電振動子アレイ
と、この圧電振動子アレイを前記第１の電極側から支持
する板状のリジッド部、該リジッド部の前記圧電素子ア
レイを支持する側と反対側の面に接して設けられたフレ
キシブル部、及び該フレキシブル部上に形成され、前記
リジッド部に設けられたスルーホールを介して前記第１
の電極と電気的に接続された引き出し配線パターンを有
し、かつ前記リジッド部の厚み方向の途中まで前記分割
溝と連続した５０μｍ〜５００μｍの範囲の深さの切り
込み溝を形成した配線基板とを備えたことを特徴とす
る。

【００１２】

【００１３】また、本発明に係る他の２次元アレイ超音
波プローブは、圧電体層およびその両面に形成された第
１および第２の電極からなり、少なくとも圧電体層と第
１の電極がマトリクス状に分割された圧電振動子アレイ
と、前記圧電体層の前記第１の電極が形成された面上に
設けられ、樹脂基材中に前記第１の電極の配列間隔より
細かい間隔で柱状導電体を配列した厚み方向にのみ導電
性を有する異方性導電層と、この異方性導電層の前記圧
電体層と反対側の面上の前記第１の電極に対向する位置
に接続された引き出し端子および該引き出し端子に接続
された引き出し配線パターンを有する配線基板とを備え
たことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明による２次元アレイ超音波プローブで
は、圧電振動子アレイを支持する配線基板上に形成され
た引き出し配線パターンに圧電振動子アレイのマトリク
ス分割された第１の電極を接続することで、圧電振動子
アレイのリード線の引き出しが行われるため、引き出し
配線パターンを目印として圧電振動子をマトリクス状に
分割することができ、切断時の位置合わせが容易であ
る。

【００１５】また、配線基板に圧電振動子アレイの分割
溝と連続した切り込み溝を形成しているため、この切り
込み溝によって圧電振動子間の音響的アイソレーション
がなされることにより、クロストークが低減され、超音
波プローブの音場特性が向上する。医用超音波診断装置
では超音波周波数として２ＭＨｚ以上が用いられ、超音
波波長は媒体によって異なるが、１００μｍ〜１ｍｍ程
度となる。従って、この切り込み溝の深さを超音波波長
の１／２以上、すなわち５０μｍ以上とすることによ
り、配線基板を媒体とする圧電振動子間のクロストーク
がより効果的に軽減される。また、この切り込み溝の深
さを５００μｍ以下に制限することにより、分離溝およ
び切り込み溝を加工する際の振動子の破損、折れや配線
パターンの切断を避けることができる。

【００１６】本発明による他の２次元アレイ超音波プロ
ーブでは、圧電振動子アレイのマトリクス分割された第
１の電極の面に接して厚み方向、すなわち第１の電極の
面と垂直の方向にのみ導電性を有する異方性導電層を設
け、この異方性導電層の第１の電極と反対側の面上に配
線基板の引き出し端子を接続し、この引き出し端子に接
続された配線基板上の引き出し配線パターンによって圧
電振動子アレイのリード線の引き出しを行うため、圧電
振動子をマトリクス状に切断する際の位置合わせがラフ
であっても、圧電振動子アレイのマトリクス分割された
第１の電極と引き出し配線パターンとの接続が可能とな
る。

【００１７】さらに、この構成の２次元アレイ超音波プ
ローブによると、異方性導電層を可撓性材料で形成する
ことにより、圧電振動子アレイの配列形状が曲面状のい
わゆるコンベックスアレイプローブの場合でも、振動子
を異方性導電層に接合してからマトリクス状に切断した
後、バッキング材に接合することが可能となるため、容
易に２次元アレイを実現することができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１９】（第１の実施例）図１は本発明の第１の実
施例に係る２次元アレイ超音波プローブ全体の構成を示
す斜視図であり、図２はその一部を切欠し拡大して示す
斜視図である。

【００２０】図１および図２において、圧電振動子アレ
イ１０は圧電体層１１の両面に第１および第２の電極１
２，１３を被着し、全体をマトリクス状に分割したもの
である。

【００２１】一方、配線基板１４はリジッド部１５、フ
レキシブル部１６、引き出し配線パターン１７および外
部接続端子１８を有する。引き出し配線パターン１７は
フレキシブル部１６上に形成され、その一端は超音波診
断装置本体に至る外部接続端子１８に接続され、他端は
引き出し端子２０に接続されている。

【００２２】圧電振動子アレイ１０は、配線基板１４の
リジッド部１５上に第１の電極１２側、すなわち背面側
を下にして配置され、第１の電極１２はリジッド部１５
上に形成された引き出し端子２０と、導電性（ペース
ト）接着剤により接続され引き出し端子２０からリジッ
ド部１５を貫通した導電体からなるスルーホール２１に
よって、外部接続端子１８に電気的に接続される。な
お、配線基板１４は図では単層基板を示しているが、多
層基板を用いてもよい。

【００２３】圧電振動子アレイ１０には、圧電体層１１
と第１および第２の電極１２，１３を貫通して、圧電振
動子をマトリクス状に分割するための分割溝２２が形成
されている。さらに、配線基板１４のリジッド部１５に
は、圧電振動子アレイ１０の分割溝２２と連続した切り
込み溝２３が厚み方向の途中まで、すなわちフレキシブ
ル部１６に到達しない深さまで形成されている。これら
分割溝２２および切り込み溝２３には、隣接する圧電振
動子間の音響的結合を小さくするための低硬度の樹脂が
充填されている。

【００２４】圧電振動子アレイ１０の第２の電極１３
側、すなわち超音波送受波面側には、第２の電極１３を
全て共通に接続する共通電極２４が一様に形成されてい
る。さらに、この共通電極２４上には超音波プローブと
被検体（生体）との間の超音波送受信効率を高めるため
の音響マッチング層２５が形成されている。

【００２５】次に、本実施例に基づく具体的な試作例に
ついて説明する。

【００２６】圧電振動子アレイ１０を１２８×５チャネ
ルの振動子で構成し、これに対応して配線基板１４はリ
ジッド部１５とフレキシブル部１６を各々３層構造とし
て合計６層の配線基板とした。配線基板１４の全厚は、
８００μｍであった。この配線基板１４の面内方向の配
線パターン１７の引き回しは、圧電振動子アレイ１０と
接続する側から深さ２００μｍより浅いところではなさ
れておらず、圧電振動子アレイ１０と導通をとる電極パ
ッド２０からスルーホール２１が形成されている。リジ
ッド部１５には、ガラスエポキシ基板を用いた。

【００２７】この配線基板１４のリジッド部１５に、こ
れとほぼ同じ大きさの圧電体層およびその両面に形成さ
れた電極からなる圧電振動子を導電ペーストを用いて固
定した後、フレキシブル部１６上の引き出し配線パター
ン１７のピッチに合わせて、ダイシングソーにより圧電
振動子をマトリクス状に切断した。この際、リジッド部
１５に圧電振動子の分割溝２２と連続した切り込み溝２
３を１５０μｍの深さまで形成した。次いで、分割溝２
２および切り込み溝２３に、隣接振動子間の音響的結合
を小さくするためにゴム系、シリコーン樹脂系などの低
硬度の樹脂を充填した。

【００２８】この後、圧電振動子アレイ１０上に一様に
共通電極２４を形成した。共通電極２４の形成法は特に
限定されないが、蒸着法やスパッタ法を用いるのが一般
的である。次に、共通電極２４の上に例えばエポキシ樹
脂からなる音響マッチング層２５を形成した。なお、図
では音響マッチング層２５は単層であるが、２層以上で
も構わない。また、この音響マッチング層２５はクロス
トーク低減のため振動子の切断ピッチと合うように切断
しても良い。さらに、エポキシなどの樹脂に金属フィラ
を混入した導電性樹脂を用いることにより、音響マッチ
ング層と共通電極を兼ねて形成しても良い。

【００２９】一方、第１の比較例としてリジッド部１５
の切り込み溝２３の深さを２０μｍとした以外の仕様は
本実施例に基づく上記試作例と同じにした２次元アレイ
超音波プローブを作成した。

【００３０】図３（ａ）（ｂ）に、本実施例に基づく試
作例および第１の比較例のエレメントファクタを比較し
て示す。エレメントファクタは、横軸に方位方向（アレ
イ方向）、縦軸に送受信超音波ビームのビーム強度をと
ったものである。第１の比較例では図３（ｂ）に示され
るように、隣接振動子間の音響的結合によるクロストー
クであることが明瞭な複数個の山が生じている。これに
対し、本実施例に基づく試作例では図３（ａ）に示され
るように、この山は極めて僅かであり、適切な深さ（１
５０μｍ）の切り込み溝２３を形成したことによる隣接
振動子間の音響的アイソレーションが十分にとれている
ことが明らかである。

【００３１】次に、第２の比較例として配線基板１４の
リジッド部１５を試作例と同じ材質（ガラスエポキシ基
板）でかつ試作例より厚く形成し、切り込み溝２３の深
さを７００μｍにしてマトリクス分割した。本実施例に
基づく試作例では、１２８×５チャネルの振動子が全て
良好に切断できたが、この第２の比較例では約２０％の
振動子が破損した。このように切り込み溝２３を深くし
過ぎると、エレメントファクタはより改善されるが、振
動子の破損が生じ製造歩留りが低下するという欠点があ
る。なお、切り込み溝の深さを７００μｍにした１次元
アレイプローブでは振動子の破損や折れは生じなかった
ことから、マトリクス分割したことで振動子の破損や折
れはより顕著に生ずると考えられる。

【００３２】発明者らの検討によれば、切り込み溝２３
の深さは十分なエレメントファクタを確保する上では５
０μｍ以上が望ましく、また振動子の破損や折れ防止の
観点からは５００μｍ以下であることが望ましいことが
確認された。

【００３３】なお、上記実施例では振動子と配線基板１
４上の引き出し配線パターン１７との電気接続に導電ペ
ーストを用いたが、厚み方向にのみ導電性を有する異方
性導電フィルムを用いても構わない。また、配線基板１
４としてリジッド部１５とフレキシブル部１６を有する
ものを用いたが、全体をフレキシブルな材質で形成して
も良い。さらに、プローブを医師などが手で扱わず、大
きさに特に制限がない用途では、配線基板全体をリジッ
ドの材質で形成しても良い。

【００３４】（第２の実施例）図４（ａ）（ｂ）に、本
発明の第２の実施例に係る２次元アレイ超音波プローブ
の側面図と上面図を示し、また図５に図４のＡ−Ａ′断
面の概略図を示す。この実施例はコンベックスアレイプ
ローブに適用した例であり、圧電振動子アレイ３０は表
面が外側に凸の曲面状に形成され、圧電体層３１とその
両面に被着された第１および第２の電極３２，３３から
なる。圧電体層３１と第１の電極３２はマトリクス状に
分割して構成され、第２の電極３３は共通電極となって
いる。

【００３５】圧電振動子アレイ３０の第１の電極３２
側、すなわち背面側には可撓性の異方性導電層３４が設
けられている。この異方性導電層３４は、厚み方向（電
極３２の面に垂直な方向）にのみ導電性を有する材質か
らなり、バッキング材を兼ねている。この異方性導電層
３４の第１の電極３２と反対側の面上には、圧電振動子
アレイ３０の曲面に形成された方向と直交する方向に交
互に積層したバッキング材３５および配線基板３６の曲
面に形成された一端面が接している。

【００３６】配線基板３６には、引き出し配線パターン
３７が形成されると共に、配線パターン３７の一端側に
引き出し端子３８が接続され、この引き出し端子３８に
異方性導電層３４が密着している。また、引き出し配線
パターン３７の引き出し端子３８と反対側の他端は超音
波診断装置本体に至る外部接続端子となっている。

【００３７】一方、圧電振動子アレイ３０の共通電極で
ある第２の電極３３側、すなわち超音波送受波面側には
音響マッチング層３９および音響レンズ４０が形成され
る。但し、音響レンズ４０については、レンズ方向の振
動子の配列数が十分多くなれば、電子的な超音波の集束
が可能となるため、その必要性が小さくなることは言う
までもない。また、第２の電極３３には共通電極取り出
し部４１が接続されている。

【００３８】図６に、本実施例における特徴的な構成要
素である異方性導電層３４の具体的な構成例を示す。こ
の例に示す異方性導電層３４は、樹脂基材４２中に柱状
導電体４３を配列した状態となっている。ここで、樹脂
基材４２は可撓性樹脂または超音波プローブを構成する
他の部分に影響を与えない程度の加熱で変形が可能な熱
可撓性の樹脂からなる。また、柱状導電体４３は圧電振
動子アレイ３０の第１の電極３２の配列間隔より細かい
間隔で配列されており、導電体幅は電極間ギャップより
小さくとっている。このため、第１の電極３２と異方性
導電層３４との接続の際、微妙なアライメントは必要と
しなくて済む。

【００３９】また、好ましくは異方性導電層３４には、
振動子間の音響的結合によるクロストークを低減する目
的で、使用する超音波波長と同程度以上の深さのギャッ
プが振動子間に位置した部分に設けられている。超音波
診断装置で現実に使用する超音波周波数が２ＭＨｚ以上
（２ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度）であることを考慮する
と、異方性導電層３４の厚みは０．５ｍｍ程度以上であ
ることが好ましく、かつバッキング材３５の曲率に合わ
せて変形が可能である程度以下であることが望ましい。

【００４０】次に、異方性導電層３４の製造方法につい
て二つの例を示す。第一の製造方法では、まず柱状導電
体４３と同一の材料の板材またはシートに、圧電振動子
アレイ３０の第１の電極３２の配列ピッチ以下のピッチ
で、マトリクス状溝を形成する。このマトリクス状溝の
幅は電極３２間の分割溝の幅よりも大きくし、可能であ
れば切り残される導電体の幅が電極３２間の分割溝の幅
よりも小さいことが望ましい。また、マトリクス状溝の
深さは異方性導電層３４の所望とする厚み以上にする。

【００４１】次に、このマトリクス状溝に、硬化物が可
撓性であり、かつバッキング材として適した音響特性を
持つ、樹脂基材４２となる樹脂（例えばエポキシ樹脂）
を充填し、この樹脂を硬化させた後、マトリクス状溝を
入れ残した部分の導電体を削り取る。これにより、図６
に示したような異方性導電層３４を製造することができ
る。

【００４２】異方性導電層３４の第二の製造方法によれ
ば、柱状導電体４３の径と同程度の厚みの導電体シート
と、柱状導電体４３間の樹脂幅の厚みを持ち樹脂基材４
３と同一材料からなる樹脂シートとを圧電振動子アレイ
３０の一方の振動子配列方向の長さまで交互に接着積層
し、硬化後、積層方向と直交する方向に異方性導電層３
４の所望とする厚さまでスライスしてシート状にする。

【００４３】この後、樹脂基材４２における柱状導電体
４３間の樹脂幅と同じ厚みでかつ樹脂基材４３と同一材
料からなる樹脂シートと、上述したスライスして得られ
たシートを交互に接着積層し、硬化後、積層方向と直交
する方向に異方性導電層３４の所望とする厚みにスライ
スすることで、図６に示したような異方性導電層３４を
製造することができる。

【００４４】なお、異方性導電層３４の構成および製造
方法は、上述した例に限られないことは勿論である。

【００４５】次に、本実施例による２次元アレイ超音波
プローブの製造方法について説明する。まず、圧電体層
の両面に電極を形成した圧電振動子を異方導電性層３４
に例えば導電性接着剤で接合する。この接合は十分な接
着強度と電気的コンタクトが得られれば、特に方法を限
定するものではない。次に、圧電振動子を振動子配列数
の多い方向（長い方向）に切断して、短い方向の各アレ
イに分割する。このとき、圧電振動子に分割溝を異方性
導電層３４に達するまで切り込むことにより、振動子を
完全にマトリクス状に分割する。

【００４６】次に、圧電振動子の分割溝および異方性導
電槽３４の切り込み溝に、隣接する圧電振動子間の音響
的結合を小さくするための低硬度の樹脂を充填し、その
樹脂が硬化した後、分割された超音波送受波面側の電極
を蒸着または導電性樹脂等で再接続して、共通電極であ
る第２の電極３３とし、これに導電板からなる共通電極
取り出し部４１を半田や導電性接着剤等で接続する。

【００４７】次いで、第２の電極３３側である超音波送
受波面上に音響マッチング層３４を形成し、振動子の素
子数の多い方向の各アレイに分割する。このときの分割
溝も異方性導電層３４に達するまで切り込み、振動子を
完全にマトリクス状に分割する。バッキング材３５はコ
ンベックスアレイのための曲率を持たせてあり、素子数
の少ない方向の振動子の配列ピッチに合わせた幅に設定
されている。このバッキング材３５とリード取り出し用
にコンベックスアレイの曲率に合わせて引き出し端子３
８に曲率を持たせた配線基板３６とを交互に接着積層し
て構成し、これに異方性導電層３４をバッキング材３５
の曲率に合わせて変形させ、異方性導電フィルムやバン
プ等により接続し、配線基板３６上の引き出し端子３８
と振動子第１の電極３２との電気的コンタクトをとる。

【００４８】この場合、配線基板３６上の引き出し端子
３８の面積を対応する振動子の電極３２よりも小さい範
囲内でできるだけ大きく形成することで、引き出し端子
３８と異方性導電層３４との接続を容易にすることがで
きる。その後、振動子間の切断溝に素子間樹脂を充填
し、さらに音響マッチング層３９上に音響レンズ４０を
接着して製造することができる。

【００４９】上述した本実施例の２次元アレイ超音波プ
ローブにおいては、振動子の第１の電極３２からのリー
ド取り出しを電極３２と直交する方向に行うことができ
るため、振動子を各エレメントに完全に分割することが
でき、エレメント間のクロストークを小さくすることが
できる。

【００５０】また、電極３２を柔軟性のある異方性導電
層３４を介してリード引き出し用の配線基板３６上の引
き出し配線パターン３７に接続しているため、コンベッ
クスアレイプローブのようにバッキング材３５の形状が
曲率を持っているような場合でも、容易に接続が可能と
なる。

【００５１】さらに、異方性導電層３４を図６に示した
ように柱状導電体４３を振動子の配列ピッチ以下で配列
して構成することで、微妙なアライメントを必要とする
ことなく、振動子との接続後の切断ができる。異方性導
電層３４と配線基板３６の引き出し端子３８との接続に
おいても、接続に異方性導電フィルムやバンプ等を使用
することで、同様に微妙なアライメントを必要とせずに
接合することが可能となる。

【００５２】なお、上記実施例では図６に示した構造の
異方性導電層３４において、樹脂基材４２に可撓性樹脂
を用いると説明したが、例えば超音波プローブを構成す
る他の部分に影響を与えない程度の加熱で変形が可能な
熱可撓性の樹脂でもよい。また、コンベックスアレイプ
ローブでなく、通常の平坦な形状の２次元アレイ超音波
プローブの場合には、異方性導電層３４は特に可撓性も
しくは熱可撓性を有する必要はない。

【００５３】（第３の実施例）図７に、本発明の第３の
実施例に係る２次元アレイ超音波プローブの要部の斜視
図を示す。図７において、圧電振動子アレイ５０は圧電
体層５１とその両面に被着された第１および第２の電極
５２，５３からなり、圧電体層５０と第１の電極５２は
マトリクス状に分割して構成され、第２の電極５３は共
通電極となっている。

【００５４】圧電振動子アレイ５０の振動子の配列数の
少ない方向の両端には、引き出し用パッド５４が設けら
れる。第１の電極５２上には、配列数の少ない方向に沿
って一列に引き出し用パッド５４まで絶縁層５５が形成
され、この絶縁層５５の電極５２上にコンタクトホール
５６が設けられている。絶縁層５５上にはコンタクトホ
ール５６と引き出し用パッド５４とを電気的に接続する
ように、配線パターン５７が被着形成される。このと
き、配線パターン５７の引き出し方向の中心位置から対
称な位置にある電極からの引き出しは、同一の引き出し
用パッド５４に引き出すようにする。

【００５５】引き出し用パッド５４は、電極５２と同一
面から振動子の側面上に延在され、バッキング材５８の
側面に形成されたリード取り出し用基板５９上のパッド
６０との接続は、この電極４２の側面部で行われる。本
実施例では、電極４２とパッド６０との接続にワイヤ６
１によるワイヤボンディングを用いている。

【００５６】ここで、絶縁層５５としてはその厚みが振
動子により発生する超音波の周波数領域において超音波
プローブの特性にほとんど影響しない程度に、使用する
超音波波長より十分薄く（好ましくは超音波波長の２０
分の１程度以下）、しかもその厚みにおいて配線パター
ン５７と電極５２間に電気的クロストークの生じにくい
程度に誘電率が圧電体層５１のそれより十分小さい（好
ましくは圧電体層５１の誘電率の５０分の１程度以下）
材料、例えばポリイミド樹脂を使用する。

【００５７】一方、圧電振動子アレイ５０の第２の電極
５３は一様に形成された共通電極であり、振動子配列数
の少ない方向に引き出されて共通電極取り出し部６２に
接続されている。さらに、第２の電極５３上には音響マ
ッチング層６３が形成されている。

【００５８】本実施例の２次元アレイ超音波プローブに
よれば、マトリックス状に分割された電極５２上に、電
気的なクロストークが生じ難く、かつ音響的な影響もほ
とんどない程度の厚みと誘電率を有する絶縁層５５を介
して、引き出し用パッド５４までの配線パターン５７を
設けているため、音響的な特性の劣化を受けることなく
電極５２から配線パターン５７を引き出すことができ
る。

【００５９】また、配線パターン５７を電極５２の一つ
の幅内に形成しているため、圧電振動子アレイ５０の一
方向については、通常のアレイプローブと同様に完全に
分割することができる。圧電振動子アレイ５０の他の方
向についても、振動子を予め分割し、分割した振動子間
に樹脂を充填した後に電極を形成することで、振動子間
の音響的なアイソレーションをとることができるため、
振動子間の音響的クロストークも通常のプローブと同様
のレベルにすることができる。

【００６０】さらに、引き出し用パッド５４をマトリッ
クス状に分割した電極５２の面と同一面から振動子側面
に延在させて形成したことにより、絶縁層５５上の配線
パターン５７を同一面上に形成でき、引き出しは比較的
引き出しやすい側面で行うことができる。

【００６１】また、２次元アレイとしての目的を可変口
径および可変焦点に限定した場合、マトリクス分割され
た電極５２のうち、振動子の配列数の少ない方向に対称
な位置にある電極を同一の引き出し用パッド５４に引き
出すことで、パッド５４の数を最小限にすることがで
き、絶縁層５５上の配線パターン５７についてもより簡
素化することができる。

【００６２】なお、本実施例においては圧電振動子アレ
イ５０の圧電体層５１および第１の電極５２を振動子配
列数の少ない方向にも分割しているが、同方向において
は電極５２のみを分割することも可能である。

【００６３】また、図では構成を分かり易くするために
圧電振動子アレイの振動子配列数の少ない方向の振動子
（電極）の数を３つとしたが、これに限るものではな
い。例えば振動子の分割数を５つ以上にした場合、引き
出し用パッド５４の数は３つ以上必要となるわけである
が、引き出し用パッドは電気的に分割することが可能で
あり、引き出しにワイヤボンディングを用いる場合、１
つのパッド面積をボンディングに必要なだけ確保すれ
ば、例えば図８（ａ）（ｂ）に示すように引き出し用パ
ッド５４を複数個に分割することにより必要なパッド数
を確保できる。図８（ａ）は引き出し用パッド５４を２
個に分割した例、図８（ｂ）は３個に分割した例であ
る。

【００６４】さらに、本実施例では引き出し用パッド５
４の数の減少と配線パターン５７の簡素化のために、配
線パターン５７の引き出し方向の中心位置から対称な位
置にある電極５２を同一の引き出し用パッド５４に引き
出すようにしたが、２次元アレイ超音波プローブを２次
元スキャンに使用するような用途では、電極５２の各々
から個別にリードを引き出す必要がある。このような場
合には、引き出し用パッドを電極５２の数だけ確保する
ことが必要となるので、図８（ａ）（ｂ）のような構成
が有利となる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば圧
電振動子アレイを支持する配線基板上に形成された引き
出し配線パターンに圧電振動子アレイのマトリクス分割
された第１の電極を接続することで、圧電振動子アレイ
のリード線の引き出しを行うため、引き出し配線パター
ンを目印として圧電振動子をマトリクス状に分割するこ
とができ、切断時の位置合わせが容易であり、しかも配
線基板に圧電振動子アレイの分割溝と連続した切り込み
溝を形成しているため、この切り込み溝によって圧電振
動子間の音響的アイソレーションがなされることによ
り、クロストークが低減され、音場特性の良好な２次元
アレイ超音波プローブを提供することができる。

【００６６】また、本発明によれば圧電振動子アレイの
マトリクス分割された第１の電極の面に接して厚み方向
にのみ導電性を有する異方性導電層を設け、この異方性
導電層の第１の電極と反対側の面上に配線基板の引き出
し端子を接続し、この引き出し端子に接続された配線基
板上の引き出し配線パターンによって圧電振動子アレイ
のリード線の引き出しを行うため、圧電振動子をマトリ
クス状に切断する際の位置合わせを厳密に行うことな
く、圧電振動子アレイのマトリクス分割された電極と引
き出し配線パターンとの接続が可能となり、さらに異方
性導電層を可撓性材料で形成することにより、コンベッ
クスアレイプローブの場合でも、振動子を異方性導電層
に接合してからマトリクス状に切断した後、バッキング
材に接合することで容易に２次元アレイを得ることが可
能な２次元アレイ超音波プローブを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る２次元アレイ超音
波プローブの斜視図

【図２】同実施例の要部の構成をより詳しく示す一部切
欠した斜視図

【図３】同実施例および比較例の２次元アレイ超音波プ
ローブのエレメントファクタ特性を比較して示す図

【図４】本発明の第２の実施例に係る２次元アレイ超音
波プローブの一部切欠した平面図および斜視図

【図５】図４のＡ−Ａ′線に沿う断面図

【図６】同実施例における異方性導電層の構造を示す斜
視図

【図７】本発明の他の実施例に係る２次元アレイ超音波
プローブの斜視図

【図８】同実施例に係る変形例を示す要部の斜視図

【符号の説明】

１０…圧電振動子アレイ １１…圧電体層 １２…第１の電極 １３…第２の電
極 １４…配線基板 １５…リジッド
部 １６…フレキシブル部 １７…配線パタ
ーン １８…外部接続端子 １９…接続部 ２０…引き出し端子 ２１…スルーホ
ール ２２…分割溝 ２３…切り込み
溝 ２４…共通電極 ２５…音響マッ
チング層 ３０…圧電振動子アレイ ３１…圧電体層 ３２…第１の電極 ３３…第２の電
極 ３４…異方性導電層 ３５…バッキン
グ材 ３６…配線基板 ３７…配線パタ
ーン ３８…引き出し端子 ３９…音響マッ
チング層 ４０…音響レンズ ４１…共通電極
取り出し部 ４２…樹脂基材 ４３…柱状導電
体 ５０…圧電振動子アレイ ５１…圧電体層 ５２…第１の電極 ５３…第２の電
極 ５４…引き出し用パッド ５５…絶縁層 ５６…コンタクトホール ５７…配線パタ
ーン ５８…バッキング材 ５９…リード取
り出し用基板 ６０…パッド ６１…ワイヤ ６２…共通電極 ６３…共通電極
取り出し部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 富男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平３−243099（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−174909（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 17/00 332 H04R 17/00 330 H01L 21/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電体層およびその両面に形成された第１
   および第２の電極からなり、少なくとも前記圧電体層と
   前記第１の電極が複数の分割溝によりマトリクス状に分
   割された圧電振動子アレイと、前記圧電振動子アレイを前記第１の電極側から支持する
   板状のリジッド部、該リジッド部の前記圧電振動子アレ
   イを支持する側と反対側の面に接して設けられたフレキ
   シブル部、及び該フレキシブル部上に形成され、前記リ
   ジッド部に設けられたスルーホールを介して前記第１の
   電極と電気的に接続された引き出し配線パターンを有
   し、かつ前記リジッド部の厚み方向の途中まで前記分割
   溝と連続した５０μｍ〜５００μｍの範囲の深さの 切り
   込み溝を形成した配線基板とを備えたことを特徴とする
   ２次元アレイ超音波プローブ。
2. 【請求項２】圧電体層およびその両面に形成された第１
   および第２の電極からなり、少なくとも前記圧電体層と
   前記第１の電極がマトリクス状に分割された圧電振動子
   アレイと、前記圧電体層の前記第１の電極が形成された面上に設け
   られ、樹脂基材中に前記第１の電極の配列間隔より細か
   い間隔で柱状導電体を配列した 厚み方向にのみ導電性を
   有する異方性導電層と、前記異方性導電層の前記圧電体層と反対側の面上の前記
   第１の電極に対向する位置 に接続された引き出し端子お
   よび該引き出し端子に接続された引き出し配線パターン
   を有する配線基板とを備えたことを特徴とする２次元ア
   レイ超音波プローブ。