JP3526486B2 - 超音波探触子，この探触子を備えた超音波プローブ，およびこれらの製造方法 - 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等に用い
られる超音波探触子，この探触子を備えた超音波プロー
ブ，およびこれらの製造方法に係り、特に超音波振動子
の側面から電極の引出しを行うようにした超音波探触
子，この探触子を備えた超音波プローブ，およびこれら
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は超音波プローブを用い
て被検体を超音波診断するようになっており、超音波診
断装置に用いられる超音波プローブには、コンベックス
プローブ，電子セクタプローブ，リニアプローブ，内視
鏡的プローブ等の種々のプローブが存在する。図２２お
よび図２３は従来のフェズドアレイ型超音波プローブの
プローブヘッド構造を、音響レンズを取り除いた状態で
示すものである。

【０００３】この超音波プローブ１は、超音波振動子２
の下面にゴム製のバッキング材３が接着され、超音波振
動子２の上面には複数の音響整合層４，５を介して図示
しない音響レンズが設けられる。また、超音波振動子２
の下側に両側方からフレキシブルプリント板（以下、Ｆ
ＰＣという。）６と銅製のアース板７が半田付け等で溶
着され、外側方に張り出すように接続される。

【０００４】また、超音波振動子２は平板状のセラミッ
クス製圧電体の両表面に信号電極８とアース電極９とが
それぞれ形成される。このうち、アース電極９は、超音
波振動子２の一側面から信号電極８側に廻り込む回し電
極に形成され、超音波振動子２の下面側でアース板７に
電気的に接続され、アース電極９が引き出される。ま
た、信号電極８はＦＰＣ６のパターンに電気的に接続さ
れて信号電極８が引き出される。

【０００５】超音波プローブ１を製造する場合には、平
板のセラミックス圧電体に信号電極８とアース電極９を
それぞれ形成して超音波振動子２を構成する一方、この
超音波振動子２の一側下面にＦＰＣ６を、他側下面にア
ース板７を半田付け等でそれぞれ接合する。ＦＰＣ６お
よびアース板７を接合した超音波振動子２の上面に複数
層の音響整合層４，５を、その下面にバッキング材３を
それぞれ接着している。

【０００６】その後、ダイサーを用いて超音波振動子２
をカッティングして各振動素子２ａに分割し、各振動素
子２ａをアレイ状に配列している。アレイ状に配列され
た各振動素子２ａ，２ａ間の溝にシリコン接着剤を充填
させて溝を埋める一方、超音波振動子２の音響整合層
４，５上に図示しない音響レンズを張って超音波探触子
が構成され、この超音波探触子をプローブヘッドに組み
込むことで超音波プローブが製造される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波プローブ
１では、超音波振動子２の下面に一側方からＦＰＣ６
を、他側方からアース板７をそれぞれ半田付け等で接合
して張り出させた後に、ＦＰＣ６のパターンピッチに合
うようにダイスを用いてスライス方向にカッティングし
ている。この場合、ＦＰＣ６およびアース板７が超音波
振動子２の側方外方に張り出して湾曲しているため、超
音波プローブ１の小型化・コンパクト化を図る上で問題
があったり、また、超音波振動子２の振動素子ピッチが
ＦＰＣ６のパターンピッチで制約ないしは制限を受け、
パターンピッチ上の制約から振動素子ピッチを例えば
０．１５mmピッチ以下にすることが困難であった。

【０００８】超音波振動子２の振動素子ピッチを微細化
するために、超音波振動子２の両側にＦＰＣ６をそれぞ
れ接合し、各側から２倍のパターンピッチで交互に信号
電極８を引き出すことが考えられているが、この場合に
も、超音波振動子２をカッティングする前にＦＰＣ６の
パターンピッチを信号電極８に接合させるために、両側
のＦＰＣ６のパターンピッチを位置合せすることが困難
であったり、また、両側のＦＰＣ６のパターンピッチに
合せて超音波振動子２の振動素子２ａを精度よくカッテ
ィングすることが困難であった。

【０００９】また、超音波プローブ１は超音波振動子２
の下面に半田付け等でＦＰＣ６やアース板７が接合され
るが、ＦＰＣ６やアース板７の電極引出部分が超音波振
動子２の有効開口Ｌに寄与しない。電極引出部分は、例
えば約２mm程度であるが、内視鏡的プローブのように、
スライス方向幅が１０mm程度の小さな超音波プローブで
は、実効開口が５〜６mm程度となり、電極引出部分がプ
ローブ有効開口Ｌに寄与しないで無駄になっていた。

【００１０】さらに、ＦＰＣ６やアース板７を超音波振
動子２に半田付け等で接合した後に、超音波振動子２を
複数の振動素子２ａにカッティングして分割している
が、振動素子分割時に電極剥れが生じたり、カッティン
グ用ダイスをＦＰＣ６のパターンピッチ間の初期位置に
正確に位置合せすることに困難性を伴ったり、また、超
音波振動子をＦＰＣのパターンピッチに整合させてカッ
ティングすることが困難で、歩留りが悪化する。特に超
音波振動子の下面にＦＰＣ６やアース板７を取り付けた
場合には、超音波振動子２の下面全面をバッキング材で
覆うことができず、製造歩留りの劣化を招く問題があっ
た。

【００１１】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、超音波振動子の側面から信号あるいはアース電
極を引き出してプローブの製造性を改善し、生産性を向
上させて製品歩留りを向上させた超音波探触子，この探
触子を備えた超音波プローブおよびこれらの製造方法を
提供するにある。

【００１２】本発明の他の目的は、超音波振動子の振動
素子ピッチをＦＰＣのパターンに位置合せするカット位
置調節作業を不要とし、ＦＰＣのパターンによる超音波
振動子の振動素子ピッチ規制を解消し、生産性を向上さ
せた超音波探触子，この探触子を備えた超音波プローブ
およびこれらの製造方法を提供することにある。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、超音波振動子
の側面から信号あるいはアース電極を引き出して電極引
出部がプローブ有効開口を阻害せず、プローブ有効開口
の増大を図ることができる超音波探触子，この探触子を
備えた超音波プローブおよびこれらの製造方法を提供す
るにある。

【００１４】本発明の別の目的は、超音波振動子の振動
素子の微細化が図れ、小型・コンパクト化が可能な超音
波探触子，この探触子を備えた超音波プローブおよびこ
れらの製造方法を提供することにある。

【００１５】本発明のさらに別の目的は、超音波振動子
のカッティングを連続して行ない、生産性を向上させ得
る超音波探触子，この探触子を備えた超音波プローブお
よびこれらの製造方法を提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探触
子は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、プレート状の圧電体と、前記圧電体表面に
形成された電極と、前記電極と電気的に接続され、前記
圧電体の側面に設けられた電極引出し部と、露出パター
ンを有し、該露出パターンが前記電極引出し部にパラレ
ルギャップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱
法で半田付けにて接合されたフレキシブルプリント板か
らなる電極板とを具備し、前記圧電体は、前記接合後に
カッティングにより複数の振動素子を形成してなるもの
である。

【００１７】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る超音波探触子は、請求項２に記載したよう
に、電極板をフレキシブルプリント板とアース板とから
構成し、超音波振動子の振動素子群の一側面にフレキシ
ブルプリント板の露出パターンを半田付けで、振動素子
群の他側面にアース板を半田付けあるいは導電性接着剤
でそれぞれ接合したり；請求項３に記載したように、電
極板をフレキシブルプリント板とアース板とから構成
し、超音波振動子の振動素子群の側方上面にアース板を
半田付けあるいは導電性接着剤にて接合したものであ
る。

【００１８】本発明に係る超音波探触子は、上述した課
題を解決するために、請求項４に記載したように、プレ
ート状の圧電体と、前記圧電体表面に形成された電極
と、前記電極と電気的に接続され、前記圧電体の側面に
設けられた電極引出し部と、前記電極引出し部に接合さ
れたフレキシブルプリント板とアース板とから構成され
る電極板とを有し、前記フレキシブルプリント板は、露
出パターンを有し、該露出パターンが前記圧電体の側方
上面の電極引出し部にパラレルギャップによる抵抗溶接
法あるいはパルスヒート加熱法で半田付けにて接合され
るものであって、前記圧電体は、前記接合後にカッティ
ングにより複数の振動素子を形成してなるものである。

【００１９】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る超音波探触子は、請求項５に記載したよう
に、超音波振動子の一側に信号電極を、他側にアース電
極をそれぞれ形成し、超音波振動子の少なくとも電極引
出部分をＡｕ，ＡｇまたはＣｕ電極材料で構成したり；
また、請求項６に記載したように、超音波振動子の一側
に信号電極を、他側にアース電極をそれぞれ形成し、こ
れらの電極材料と超音波振動子の振動子表面とをＣｒ，
Ｎｉ，Ｔｉ，Ｓｎの少なくとも１つを成分とする介在層
を介して結合したり；さらに、請求項７に記載したよう
に、超音波振動子に信号電極およびアース電極をそれぞ
れ独立して形成する一方、上記信号電極およびアース電
極の少なくとも電極引出部分を蒸着・スパッタリング・
焼付けあるいはメッキで形成したり；さらにまた、請求
項８に記載したように、超音波振動子に信号電極および
アース電極をそれぞれ独立して形成する一方、超音波振
動子の上面および下面に形成される電極引出部分以外の
電極をＡｇ焼付け電極としたものである。

【００２０】さらにまた、上述した課題を解決するため
に、本発明に係る超音波探触子は、請求項９に記載した
ように、フレキシブルプリント板は露出パターン部分に
厚み３μｍ〜２０μｍの半田メッキを施したり；また請
求項１０に記載したように、超音波振動子に接合される
アース板の電極引出部分に厚さ３μｍ〜２０μｍの半田
メッキを施したものである。

【００２１】

【００２２】一方、本発明に係る超音波探触子は、上述
した課題を解決するために、請求項１５に記載したよう
に、プレート状の圧電体と、この圧電体の表面に形成さ
れる電極と、前記圧電体の一面側をサポートするバッキ
ング材と、前記圧電体の他面側に接合された音響整合層
と、この音響整合層に張設された音響レンズと、前記電
極と電気的に接続し、前記圧電体の側面に設けられた電
極引出し部と、この電極引出し部に接合された電極板と
を備え、前記電極板はその露出パターンを前記電極引出
し部に、パラレルギャップによる抵抗溶接法あるいはパ
ルスヒート加熱法で半田付けにて接合されるものであっ
て、前記圧電体は、前記接合後にカッティングにより複
数の振動素子を形成してなるものである。

【００２３】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る超音波探触子は、請求項１６に記載したよう
に、バッキング材は超音波振動子を接合し、厚さ５mm以
下の第１バッキング材と、この第１バッキング材に接合
される第２バッキング材とを有したり；さらに請求項１
７に記載したように、バッキング材は熱膨脹係数の大き
な材料で形成され、厚さ５mm以下の第１バッキング材
と、熱膨脹係数の小さな材料で形成された第２バッキン
グ材を積層状に接合して構成されたり；また請求項１８
に記載したように、バッキング材は超音波振動子に接合
される厚さ５mm以上のバッキング層を有し、このバッキ
ング材はガラス板，ベークライト等の熱膨脹係数の小さ
な材料で構成されたバッキング層保持台上に保持された
り；さらにまた請求項１９に記載したように、超音波振
動子に接合されるバッキング材および音響整合層の少な
くとも一方をフィルム状接着剤で接着させたものであ
る。

【００２４】他方、本発明に係る超音波探触子の製造方
法は、上述した課題を解決するために、請求項２０に記
載したように、セラミック圧電体の表面に信号電極とア
ース電極を形成して超音波振動子を構成し、この超音波
振動子の電極形成面に両側からバッキング材と音響整合
層を接合して一体化し、前記超音波振動子の側面に設け
られた電極引出し部に電極板の露出パターンをパラレル
ギャップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱法
で半田付けにて接合し、前記バッキング材および前記音
響整合層が接合された前記超音波振動子をスライス方向
にカッティングにより分割し、アレイ配列して振動素子
群を形成し、前記振動素子間を絶縁材料で埋設して音響
整合層上に音響レンズを張設する方法である。

【００２５】

【００２６】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る超音波探触子の製造方法は、請求項２２に記
載したように、電極板の超音波振動子への接合は、振動
素子群の一側面に信号電極引出部分を、他側面にアース
電極引出部分をそれぞれ形成し、上記信号電極引出部分
にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付けで
接合し、アース電極引出部分にアース板を半田付けある
いは導電性接着剤で接合する方法であったり；さらに請
求項２３に記載したように、半田付けはパラレルギャッ
プによる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱法により
行なう方法であったり；請求項２４に記載したように、
超音波振動子に電極板を接合した後、バッキング材を熱
膨脹係数の小さな材料で構成された第２バッキング材あ
るいはバッキング層保持台上に接着して保持する方法で
ある。

【００２７】本発明に係る超音波プローブは、上述した
課題を解決するために、請求項２３に記載したように、
プレート状の圧電体と、前記圧電体表面に形成された電
極と、前記電極と電気的に接続され、前記圧電体の側面
に設けられた電極引出し部と、露出パターンを有し、該
露出パターンが前記電極引出し部にパラレルギャップに
よる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱法で半田付け
にて接合されたフレキシブルプリント板からなる電極板
とを具備し、前記圧電体は、前記接合後にカッティング
により複数の振動素子を形成してなる超音波振動子をプ
ローブヘッドに組み込んだものである。

【００２８】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る超音波プローブは、請求項２６に記載した
ように、電極板をフレキシブルプリント板とアース板と
から構成し、フレキシブルプリント板の露出パターンを
超音波振動子の振動素子群の一側面に半田付けにより、
この振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤によりそれぞれ接合したり；請求項２７に
記載したように、請求項３ないし１９のいずれかに記載
の超音波探触子をプローブヘッドに備えたものである。

【００２９】

【００３０】上述した課題を解決するために、本発明に
係る超音波プローブの製造方法は、請求項２９に記載し
たように、電極板の超音波振動子への接合は、振動素子
群の一側面に信号電極引出部分を、他側面にアース電極
引出部分をそれぞれ形成し、上記信号電極引出部分にフ
レキシブルプリント板の露出パターンを半田付けで接合
し、アース電極引出部分にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤で接合する方法である。

【００３１】

【作用】本発明に係る超音波探触子においては、超音波
振動子の振動素子群の少なくとも一側面にフレキシブル
プリント板の露出パターンを接合して電極引出構造とし
たので、フレキシブルプリント板を超音波振動子から側
外方に張り出させることがなく、その分、超音波探触子
の小型・コンパクト化を図ることができる。フレキシブ
ルプリント板は超音波振動子の電極形成面を上方あるい
は下方から覆うことがないので、超音波振動子の電極引
出部分が電極有効開口に寄与しないで無駄になるのを確
実に防止でき、電極有効開口を効率よく大きくとること
ができる。また、超音波振動子に形成される振動素子群
の一側面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半
田付けで、振動素子群の他側面にアース板を半田付けあ
るいは導電性接着剤でそれぞれ接合したので、フレキシ
ブルプリント板やアース板が超音波振動子から側外方に
張り出さず、超音波探触子の小型・コンパクト化を図る
ことができ、また、超音波振動子の電極有効開口を大き
くとることができる。

【００３２】さらに、超音波振動子の振動素子群の側方
上面にアース板を半田付けあるいは導電性接着剤にて接
合すると、超音波振動子の振動素子分割後にアース板を
接合することができ、超音波振動子の素子分割時に電極
剥離の問題を起こすことがなく、電極引出をスムーズに
かつ容易に行なうことができる。

【００３３】また、超音波振動子の振動素子群の側方上
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
にて接合したので、超音波振動子の振動素子分割後にフ
レキシブルプリント板を接合することができ、超音波振
動子の素子分割時に電極剥離の問題を解消でき、電極引
出をスムーズかつ容易に行なうことができる。

【００３４】超音波振動子に信号電極とアース電極をそ
れぞれ形成する一方、超音波振動子の電極引出部分をＡ
ｕ，ＡｇまたはＣｕ電極材料で構成することにより半田
の流れが改善され、微小な電極引出部分領域への半田付
けが良好なものとなる。

【００３５】超音波振動子の振動子表面と信号電極およ
びアース電極の電極材料との間に、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，
Ｓｎの少なくとも１つを成分とする介在層を設けること
により、電極の接合強度を向上させ、大きくすることが
できる。

【００３６】また、超音波振動子の信号電極およびアー
ス電極のうち、少なくとも電極引出部分を蒸着，スパッ
タリング，焼付けあるいはメッキ等で形成することによ
り、均質で適度な厚みの引出電極を形成でき、半田付け
による接合をスムーズに効率よく行なうことができる。

【００３７】さらに、超音波振動子の上面および下面電
極をＡｇ焼付け電極とすることにより、バッキング材の
接着や音響整合層の形成を容易にし、製造コストを下げ
ることができる。

【００３８】一方、フレキシブルプリント板の露出パタ
ーン部分やアース板の電極引出部分の半田メッキ厚を３
μｍ以上とすることにより、超音波振動子への半田付け
による接合を良好に行なうことができる一方、半田メッ
キ厚を２０μｍ以下とすることにより、フレキシブルプ
リント板のパターン間の短絡を防止できる。

【００３９】また、超音波振動子の振動素子群に形成さ
れる各振動素子のうち、隣り合う複数個の振動素子をブ
リッジするように、フレキシブルプリント板の露出パタ
ーンを半田付けで接合すると、サブダイスのある超音波
プローブ用超音波探触子として形成できる。

【００４０】さらに、フレキシブルプリント板の露出パ
ターン部分のパターン走行方向が超音波振動子の振動子
面法線方向に交差させることにより、フレキシブルプリ
ント板のパターンピッチにピッチ幅を実質的に持たせる
ことができ、超音波振動子の振動素子ピッチとフレキシ
ブルプリント板のパターンピッチとの間に形成精度に基
づくピッチ差が存在しても、このピッチ差を吸収して、
ＦＰＣの露出パターンを振動素子群にスムーズに接合さ
せることができる。したがって、フレキシブルプリント
板の半田付け作業を円滑かつスムーズに行なうことがで
きる。

【００４１】また、フレキシブルプリント板の少なくと
も露出パターン側が複数に分割されている場合にも、超
音波振動子の振動素子ピッチとフレキシブルプリント板
（ＦＰＣ）のパターンピッチとの間のピッチ差を吸収
し、ＦＰＣの露出パターンを超音波振動子の各振動素子
へ精度よく接合させることができる。

【００４２】さらに、フレキシブルプリント板の露出パ
ターンを超音波振動子の電極引出部分に、パラレルギャ
ップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱法で半
田付けしたので、各振動素子を半田付け部分のみを局所
的に加熱して良好に接合することができ、この接合時に
超音波振動子の側面以外の周りの部品を暖めるのを有効
的に防止でき、周りの部品に熱膨張や特性劣化を生じさ
せることがない。

【００４３】本発明に係る超音波探触子は、超音波振動
子の側面に電極引出部分を形成し、この電極引出部分に
電極板を接合させたので、電極板が超音波振動子から側
外方に突出することがなく、小型・コンパクト化を図る
ことができる。

【００４４】超音波振動子をサポートするバッキング材
は、厚みが５mm以下としたので、薄肉で冷却性が良好と
なり、超音波振動子の振動素子ピッチの形成精度にバッ
キング材の熱膨脹による悪影響を与えることが少なく、
振動素子群の素子ピッチの形成精度の向上を図ることが
できる。

【００４５】また、バッキング材の厚みを５mm以下と薄
くすることにより、超音波振動子の素子ピッチの形成精
度の向上が図れる一方、このバッキング材を熱膨脹係数
の小さな材料で形成された第２バッキング材あるいはバ
ッキング層保持台上に保持することにより、超音波振動
子は安定的に、精度よく保持される。

【００４６】さらに、超音波振動子に接合されるバッキ
ング材および音響整合層の少なくとも一方をフィルム状
接着剤で接着させると、超音波振動子の側面が接着剤で
汚れることがない。このため、超音波振動子の振動子側
面への半田付けを良好に行なうことができる。

【００４７】一方、本発明に係る超音波探触子の製造方
法においては、超音波振動子を各振動素子に分割した後
に、振動素子群の電極引出部分に電極板を接合させたの
で、超音波振動子の素子分割時に電極板を付けておく必
要がなく、電極板を接合しない状態で超音波振動子の素
子分割を行なうことができ、しかもこの素子分割はフレ
キシブルプリント板のパターンピッチから独立し、自由
度を持たせて行なうことができるので、製品歩留りを向
上させ、生産性を向上させることができる。

【００４８】また、超音波振動子の振動素子分割形成後
に、電極板を接合させて電極の引出を行なうことによ
り、従来の電極板接合のための半田付け作業や振動素子
分割時に発生した製造歩留り劣化要因を除去できる。

【００４９】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
で、振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤でそれぞれ接合することにより、電極引出
部分が超音波の有効開口を阻害することを確実に防止で
き、超音波の有効開口を従来の同じフットプリントの場
合に較べ大きくとることができる。

【００５０】他方、本発明に係る超音波プローブにおい
ては、超音波探触子の電極板の少なくとも１つをフレキ
シブルプリント板で構成し、このフレキシブルプリント
板の露出パターンを超音波振動子の振動素子群の一側面
に接合させたので、フレキシブルプリント板を超音波振
動子から側外方に張り出させることがなく、超音波プロ
ーブの小型・コンパクト化が図れる。

【００５１】また、フレキシブルプリント板は超音波振
動子の一側面に接合され、電極形成面を上方あるいは下
方から覆うことがないので、超音波プローブのプローブ
有効開口を大きくとることができる。

【００５２】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを、振動素
子群の他側面にアース板を接合させると、フレキシブル
プリント板やアース板が超音波振動子から側外方に張り
出さず、超音波プローブの小型・コンパクト化が図れる
一方、フレキシブルプリント板やアース板が超音波プロ
ーブのプローブ開口を覆わないので、プローブ開口を充
分に大きくとることができる。

【００５３】また、本発明に係る超音波プローブの製造
方法においては、超音波振動子を各振動素子に分割した
後に、振動素子群の電極引出部分に電極板を接合させた
ので、超音波振動子の素子分割時に電極板を付けておく
必要がなく、電極板を接合しない状態で超音波振動子の
素子分割を行なうことができる。しかもこの素子分割は
電極板（フレキシブルプリント板）のパターンピッチか
ら独立し、自由度を持たせて行なうことができるので、
製品歩留りを向上させ、生産性を向上させることができ
る。

【００５４】また、超音波振動子の振動素子分割形成後
に、電極板を接合させて電極の引出を行なうことによ
り、従来の電極板接合のための半田付け作業や振動素子
分割時に発生した製造歩留り劣化要因を除去できる。

【００５５】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
で、振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤でそれぞれ接合することにより、電極引出
部分が超音波の有効開口を阻害することを確実に防止で
き、超音波の有効開口を従来の同じフットプリントの場
合に較べ大きくとることができる。

【００５６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。

【００５７】図１は、本発明に係る超音波プローブの一
例を拡大して示すプローブヘッド１０の模式的な斜視図
である。この超音波プローブはリニアプローブに適用さ
れる例を示しているが、リニアプローブ以外のコンベッ
クスプローブやセクタプローブ、内視鏡的プローブ等の
フェズドアレイ型プローブに適用される。

【００５８】超音波プローブのプローブヘッド１０は、
図１に示す超音波探触子１１を備えている。このプロー
ブヘッド１０はバッキング材１２上面に設けられた超音
波振動子１３を有する。この超音波振動子１３の上面に
音響整合層１４，１５が複数層接着され、この音響整合
層１４，１５の上面に音響レンズ１６が張設される。バ
ッキング材１２と音響整合層１４，１５は加熱反応型フ
ィルム状接着剤を用いて超音波振動子１３の下面と上面
に接合される。

【００５９】加熱反応型フィルム状接着剤は、例えばエ
ポキシ変性樹脂を主成分とする接着剤であり、このフィ
ルム状接着材で超音波振動子１３にバッキング材１２お
よび音響整合層１４，１５を接合させることにより、接
着剤等による超音波振動子１２の側面の汚れを除去でき
る。

【００６０】一方、バッキング材１２は多層、例えば２
層の積層構造に形成され、上層の薄い第１バッキング層
を構成する第１バッキング材１８と、下層の補強を兼ね
た第２バッキング層を構成する第２バッキング材１９と
に区分けされる。

【００６１】第１バッキング材１８は熱膨脹が比較的大
きな柔かい材料、例えばゴム材料でプレート状に形成さ
れ、５mm以下の薄肉の板厚を有する。また、第２バッキ
ング材１９は補強層を構成し、熱膨脹が比較的小さな固
い材料、例えばガラス板やベークライト材で形成され
る。第１バッキング材１８には線膨脹率が４０×１０^-6
以上の柔軟材料が、第２バッキング材１９には線膨脹率
が４０×１０^-6以下の固い材料がそれぞれ用いられる。

【００６２】第２バッキング材に代えて同様なバッキン
グ層保持台を設けてもよい。この場合にも、バッキング
層保持台はガラス板やベークライト材のような熱膨脹係
数の小さな材料で形成され、このバッキング層保持台上
にバッキング材１２が接合、保持される構造となってい
る。

【００６３】また、超音波振動子１３はプレート状のセ
ラミック圧電体で形成され、この圧電体を多数の圧電素
子に微細分割し、多数の圧電素子である振動素子１３ａ
を平面状に列状にアレイ配列して構成される。各振動素
子１３ａは曲面状にアレイ配列してもよい。超音波振動
子１３はプレート（平板）状セラミック圧電体をスライ
ス方向にカッティングして多数の振動素子１３ａに分割
し、分割された振動素子１３ａをアレイ状に配列して振
動素子群を構成したものである。

【００６４】超音波振動子１３の振動子表面には、図２
に示すように、一側例えば下面に信号電極２０が、他側
である上面にアース電極２１がそれぞれ形成される。信
号電極２０は超音波振動子１３の振動子一側面に廻り込
んで引き出され、この信号電極２０の電極引出部２０ａ
に電極板としてのフレキシブルプリント板（以下、ＦＰ
Ｃという。）２２の露出パターン２３が半田付けで接合
され、このＦＰＣ２２で信号電極２０が引き出されるよ
うになっている。半田付けはＦＰＣ２２の露出パターン
２３部分に３〜２０μｍの厚みの半田メッキを施こすこ
とにより行なわれる。

【００６５】また、アース電極２１は超音波振動子１３
の他側面側に廻り込んで引き出され、この電極引出部２
１ａに例えば電極板としての銅板製アース板２４が半田
付けで直接接続される。この半田付けも超音波振動子１
３に接続されるアース板２４の接合部分に３〜２０μｍ
の半田メッキを施こすことにより行なわれる。その際、
ＦＰＣ２２やアース板２４は超音波振動子１３の振動子
側面に半田付けで接合され、接続されるから、接合され
るＦＰＣ２２やアース板２４が超音波振動子１３の外側
方に突出せず、プローブヘッド１０を構成する超音波探
触子１１の小型・コンパクト化を図ることができる。

【００６６】超音波振動子１３の電極引出部２０ａに接
合されるＦＰＣ２２は、図３に示すように構成される。
ＦＰＣ２２はパターンを構成する信号電極線２６をベー
ス２７とカバーレイ２８にて両側から挾持し封じ込めた
ものである。ＦＰＣ２２のパターンの先端側は、露出し
て露出パターン２３が形成され、この露出パターン２３
が超音波振動子１３の電極引出部２０ａに接合される
が、この露出パターン２３部分は、図３（Ａ）に示すよ
うに完全に露出させても、また、図３（Ｂ）に示すよう
に、ベース２７あるいはカバーレイ２８にて片面を覆
い、他の片面側を露出させてもよい。

【００６７】また、超音波振動子１３の振動子表面に
は、図４に示すように、一側に信号電極２０が、他側に
アース電極２１が図４（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示
すようにそれぞれ形成される。

【００６８】超音波振動子１３の振動子表面に形成され
る各電極２０，２１はＡｕあるいはＡｇ電極であり、Ａ
ｕあるいはＡｇ電極は、図４（Ａ）に示すように、超音
波振動子１３の振動子表面にＡｕあるいはＡｇの電極材
料を蒸着、スパッタリング、焼き付けあるいはメッキに
より形成してもよい。超音波振動子１３の振動子表面を
Ａｇ焼き付け電極とすることにより、安価にかつ容易に
形成できる。

【００６９】また、超音波振動子１３と各電極２０，２
１との電極接合強度を改善し、強化するために、図４
（Ｂ）に示すように、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｎ等の少な
くとも１つの材料を介在させた介在層３０を振動子表面
に結合層として形成し、この介在層３０上にＡｕあるい
はＡｇ電極を形成する。その際、超音波振動子１３の側
面は介在層３０上にＡｇ焼き付けにより電極引出部２０
ａ，２１ａを構成してもよい。介在層３０の存在により
超音波振動子１３と各電極２０，２１とのぬれ性、なじ
み性を改善し、結合強度を向上させることができる。

【００７０】さらに、超音波振動子１３の振動子表面に
形成される各電極２０，２１は、図４（Ｃ）に示すよう
にＡｇ焼き付けによりＡｇ電極を形成し、振動子側面は
ＡｕあるいはＡｇ電極で形成して電極引出部２０ａ，２
１ａを構成してもよい。

【００７１】超音波振動子１３に形成される信号電極２
０およびアース電極２１は、他にも種々の組合せが考え
られる。Ｃｕ等の導電性が良好な材料あるいは合金材料
を電極材料として用いてもよい。

【００７２】次に、超音波プローブの製造方法を説明す
る。

【００７３】図５〜図７は超音波プローブの製造手順を
それぞれ示す図である。超音波プローブを製造する場
合、平板状のセラミック圧電体の表面にＡｕあるいはＡ
ｇ電極を図４（Ａ）、（Ｂ）または（Ｃ）に示すように
予め形成し、超音波振動子１３を構成する。

【００７４】振動子表面に電極（信号電極２０とアース
電極２１）が形成された超音波振動子１３の上面および
下面に加熱反応型フィルム状接着剤を用いて複数層の音
響整合層１４，１５および第１バッキング層を構成する
第１バッキング材１８を接着し、接合させる。加熱反応
型フィルム状接着剤は、仮接着用の単純なホットメルト
接着剤と加熱硬化型接着剤の２つの機能を備えている。

【００７５】超音波振動子１３の上面および下面に音響
整合層１４，１５および第１バッキング材１８を接合
し、固着して一体化した状態で、ダイサーを用いてスラ
イス方向にカッティングして微細分割させ、第１バッキ
ング材１８上に複数の圧電素子としての振動素子１３ａ
をアレイ状に形成して振動素子群を構成する。ダイスの
切り込み深さは、第１バッキング材１８の板厚を考慮し
て適宜設定される。複数の振動素子１３ａを第１バッキ
ング材１８上に形成して振動素子群を構成した後、この
第１バッキング材１８は補強層を構成する第２バッキン
グ材１９あるいはバッキング層保持台上に接合され、振
動素子群が補強され、安定的に保持される。この接合に
も、例えば加熱反応型フィルム状接着剤が用いられる。

【００７６】このようにして、バッキング材１２上に超
音波振動子１３が接合される。この超音波振動子１３は
微細な振動素子１３ａに分割される。各振動素子１３ａ
は例えば素子幅が７０μｍ、素子間ギャップが３０μ
ｍ、素子ピッチが１００μｍ程度に形成され、図５に示
すように構成される。

【００７７】その際、素子ピッチの形成精度にバッキン
グ材１２の熱膨脹が影響することが考られるが、バッキ
ング材１２の第１バッキング材１８の厚みを薄くするこ
とにより、冷却性が向上し、形成精度の向上が図れる。
第１バッキング材１８の厚みの上限は、超音波プローブ
の使用およびバッキング材の材質により異なるが、第１
バッキング材１８の厚みが５mm以下であれば、ほとんど
の仕様で素子ピッチずれを解消できることがわかった。

【００７８】図５に示す状態から、超音波振動子１３の
一方の振動子側面に形成された電極引出部２０ａにＦＰ
Ｃ２２の露出パターン２３を半田付けにより接合し、Ｆ
ＰＣ２２を超音波振動子１３の一側面に接続する（図６
参照）。

【００７９】超音波振動子１３の一側面にＦＰＣ２２を
接続した後、図７に示すように、超音波振動子１３の他
側面に形成された電極引出部２１ａに電極板としてのア
ース板２４を半田付けで接合し、接続させる。

【００８０】この製造の順番は変更が可能である。すな
わち、ＦＰＣ２２の超音波振動子１３への接合を先に行
ない、その後ダイサーによりアレイ形成することもでき
る。この場合は、形成されたＦＰＣ２２のパターンピッ
チに合せてダイシングする必要があるものの、パターン
の接合を複数素子同時に行ない易い長所もある。この方
法の場合、ＦＰＣ２２は従来良く使用されているように
パターンの先端が図８のとおり共通化されているものを
使用することも可能である。

【００８１】超音波振動子１３の振動子側面へのＦＰＣ
２２の半田付けは、図９に模式的に示された抵抗溶接機
３３により行なわれる。この抵抗溶接機３３はマイクロ
ソルダリング技術として抵抗溶接法を採用したもので、
パラレルギャップによる抵抗溶接のための溶接チップ３
４を備え、パラレルギャップの溶接チップ３４をＦＰＣ
２２の露出パターン２３に当てて電源３５から数Ｖ程度
の電圧Ｅを印加させると、ＦＰＣパターン２３から超音
波振動子１３の振動子側面の電極引出部を介して電流Ｉ
が流れ、発生したジュール熱により半田付けされるもの
である。

【００８２】半田付けは、ＦＰＣ２２の露出パターン部
分に３〜２０μｍ厚み程度の半田メッキを施こすことに
より行なわれる。半田メッキの厚みが３μｍ以下では薄
すぎてＦＰＣ２２の超音波振動子１３の電極引出部２０
ａへの付着性が良好でなく、また、半田メッキが２０μ
ｍ以上の厚みを有すると、厚すぎて隣り合う振動素子１
３ａ間で短絡（ショート）を起こす恐れがある。したが
って、半田メッキはメッキ厚が３〜２０μｍの範囲とす
ることで、各振動素子１３ａへの半田付けが良好に行な
われ、ＦＰＣパターン間の短絡のない接合を行なうこと
ができる。

【００８３】また、超音波振動子１３の振動子側面への
ＦＰＣ２２の半田付けは、図１０に示したパルスヒート
加熱法により行なってもよい。このパルスヒート加熱装
置３６はコ字状の加熱用チップ３７を用い、この加熱用
チップ３７をＦＰＣ２２の露出パターン２３に当てて電
源３５から電圧Ｅを印加させると、加熱用チップ３７に
電流Ｉが流れ、発生したジュール熱により半田付けが行
なわれるようになっている。

【００８４】パルスヒート加熱装置３６による半田付け
は、図１１に示すように、複数個例えば４個の振動素子
１３ａを同時に半田付けで接合させるようにしてもよ
い。

【００８５】超音波振動子１３の振動子側面とＦＰＣ２
２の半田付けを、パラレルギャップによる抵抗溶接法や
パルスヒート加熱法を用いることにより、振動子側面以
外の周りの部品を暖めることがなく、半田付け部分のみ
を加圧しながら加熱できるので良好な接合が得られ、部
品の熱膨脹や特性劣化の発生を有効に防止することがで
きる。

【００８６】また、超音波振動子１３にＦＰＣ２２やア
ース板２４を接続して電極を引き出す場合、超音波振動
子１３を、多数の振動素子１３ａに素子分割した後に半
田付けでＦＰＣ２２やアース板２４を接着する。このた
め、多数の振動素子１３ａへの分割を能率よくスムーズ
に行なうことができ、素子分割時に電極板であるＦＰＣ
２２やアース板２４を備える必要がないので、電極剥れ
等の問題を生じさせることがない。

【００８７】さらに、超音波振動子１３の振動子側面に
ＦＰＣ２２やアース板２４が半田付けで直接接合される
が、この場合、振動子側面が接着剤等で汚されないこと
が重要である。この超音波探触子１１においては、超音
波振動子１３へのバッキング材１２および音響整合層１
４，１５の形成において、液状接着剤ではなくフィルム
状接着剤を使用したので、振動子側面が接着剤等による
汚れを確実に除去でき、良好な半田付けによる接合が得
られる。

【００８８】また、超音波振動子１３の各振動素子１３
ａの一側面側にＦＰＣ２２を、他側面側にアース板２４
を半田付けでそれぞれ溶着し、接合した後、各振動素子
１３ａ間の溝に絶縁樹脂材料としてシリコン接着剤３９
を充填して埋設する。シリコン接着剤３９を充填した
後、音響整合層１４，１５上に音響レンズ１６を張設し
て超音波探触子１１が構成される。この超音波探触子１
１をプローブ先端に組み込んでプローブヘッド１０が構
成され、超音波プローブが製造される。

【００８９】次に、本発明に係る超音波プローブの第２
実施例を図１２乃至図１４を参照して説明する。

【００９０】図１２は超音波プローブのプローブヘッド
１０Ａから音響レンズを取り除いた状態を示す斜視図で
ある。プローブヘッド１０Ａに備えられる超音波探触子
１１は、超音波振動子１３からＦＰＣ２２の電極引出構
造が図１に示された超音波探触子１１の電極引出構造と
基本的に相違し、他の構成は実質的に同一であるので、
同一符号を用いて説明を省略する。

【００９１】図１２に示された超音波探触子１１は信号
電極およびアース電極の電極を予め形成した超音波振動
子１３の上面および下面に音響整合層１４，１５および
第１バッキング材１８を図１３に示すように接合した状
態で、超音波振動子１３をスライス方向にカッティング
し、微細な圧電素子としての振動素子１３ａに分割す
る。すなわち、厚さ５mm以下のプレート状第１バッキン
グ材１８上にて超音波振動子１３のセラミック圧電体を
微細な振動素子１３ａに分割し、多数の振動素子をアレ
イ状に配列した振動素子群を形成する。

【００９２】厚さ５mm以下の第１バッキング材１８と音
響整合層１４，１５との間に超音波振動子１３を一体に
挾持した状態で図１３に示すように、振動素子１３ａへ
の分割形成を行なう。この素子分割後、第１バッキング
材１８を第２バッキング材１９上に接着する。その後、
超音波振動子１３の一側面にＦＰＣ２２を、他側面にア
ース板２４をそれぞれ半田付けにて接合し、電極引出構
造を構成する。

【００９３】超音波振動子１３へのＦＰＣ２２の整合
は、図１４に示すように行なわれる。各超音波振動素子
１３ａへ接合されるＦＰＣ２２の露出パターン２３は斜
めに拡開するように走行している。ＦＰＣ２２の露出パ
ターン２３を斜めに拡開させることにより、超音波振動
子１３の振動素子配列ピッチＰａとＦＰＣ２２のパター
ンピッチＰｂにずれが生じた場合、ピッチのずれを吸収
することができる。

【００９４】ＦＰＣ２２の露出パターン２３を斜めに走
行させることにより、ＦＰＣ２２の露出パターン２３の
パターンピッチにある程度の幅を持たせることができ
る。例えば、図１４の左端の振動素子１３ａでは、ＦＰ
Ｃ２２の露出パターン２３の走行方向は、振動素子面法
線と傾き角度θで交差しており、振動素子１３ａの素子
ピッチＰａがＦＰＣ２２のパターンピッチＰｂと相違し
ても、ピッチの相違を吸収することができる。

【００９５】図１２乃至図１４に示された超音波プロー
ブは、超音波振動子１３の振動素子１３ａの形成精度
や、ＦＰＣ２２の形成精度如何によって、振動素子１３
ａの素子ピッチ（チャネルピッチ）ＰａやＦＰＣ２２の
パターンピッチ（チャネルピッチ）Ｐｂにずれが生じ得
る。しかし、ＦＰＣ２２の露出パターン２３のパターン
部分の走行を超音波振動子１３の振動素子面の法線方向
に対して傾きを持たせることにより、ＦＰＣ２２のパタ
ーンピッチＰｂに幅を持たせることができ、ピッチずれ
を吸収することができる。

【００９６】また、超音波プローブの超音波振動子１３
の一側面に接合されるＦＰＣ２２に、図１２乃至図１４
に示すように、露出パターン２３を拡散する方向に走行
させる代わりに、図１５に示すように分割した構成とし
てもよい。

【００９７】図１５は、ＦＰＣ２２の露出パターン２３
を拡散させる代りに、ＦＰＣ２２の少なくとも露出パタ
ーン２３側に切り込みを入れて先端側を複数に分割し、
各分割部２２ａ，２２ｂを利用して露出パターン２３を
超音波振動子１３の個々の振動素子１３ａに半田付けで
効率よく接合し、超音波振動子１３の電極引出しを行な
うようにしてもよい。この場合にも、ＦＰＣ２２のパタ
ーンピッチＰｂと超音波振動子１３の素子ピッチＰａと
のピッチずれを防止できる。

【００９８】さらに、ＦＰＣ２２の露出パターン２３側
を複数に分割する代りに、ＦＰＣ２２を複数本のパター
ン毎に用意し、各ＦＰＣ２２の露出パターン２３を超音
波振動子１３の個々の振動素子１３ａの側面に半田付け
にて接合してもよい。複数枚のＦＰＣ２２を用いること
により、超音波振動子１３の素子ピッチＰａとＦＰＣ２
２のパターンピッチＰａとのピッチずれを防止し、吸収
することができる。

【００９９】図１６は図１２に示された超音波プローブ
の変形例を示すものである。図１２では、超音波振動子
１３をサポートするバッキング材１２を第１バッキング
材１８と第２バッキング材１９とを接合して構成した
が、図１５では１つのバッキング材１２上に超音波振動
子１３をサポートしたものである。他の構成は図１１に
示す超音波プローブと異ならないので、同一符号を付し
て説明を省略する。

【０１００】図１７は本発明に係る超音波プローブの第
３実施例を示したものである。

【０１０１】この実施例に示された超音波プローブは、
サブダイスのあるリニア系プローブに適用されるもの
で、超音波振動子１３の振動素子群のうち複数個の振動
素子、図示例では２個の振動素子１３ａに跨ってＦＰＣ
２２の露出パターン２３を半田付けで接合したものであ
る。

【０１０２】図１８は本発明に係る超音波プローブの第
４実施例を示すものである。

【０１０３】この実施例に示された超音波プローブは、
超音波振動子１３の側方上面を音響整合層１４，１５で
覆うことなく、信号電極２０を露出させ、各振動素子１
３ａの露出上面電極（電極引出部２０ａ）にＦＰＣ２２
の露出パターン２３を半田付けでそれぞれ接合させる。

【０１０４】超音波振動子１３の他側面に電極板として
のアース板２４を半田付けにて接合し、アース電極引出
部を構成する。

【０１０５】図１９は本発明に係る超音波プローブの第
５実施例を示すものである。

【０１０６】この実施例に示された超音波プローブは超
音波振動子１３の一側に電極板としてのＦＰＣ２２やア
ース板２４を半田付けで接合したものである。

【０１０７】この超音波プローブにおいては、超音波振
動子１３の側方上面を音響整合層１４，１５で覆うこと
なく、アース電極２１を露出させて電極引出部２１ａを
形成する一方、超音波振動子１３の下面から一側方に信
号電極２０を廻り込ませ、電極引出部２０ａを形成す
る。

【０１０８】そして、超音波振動子１３をダイスにより
微細分割し、アレイ状に配列された多数の振動素子１３
ａを形成した後に、信号電極２０およびアース電極２１
の引き出しが行なわれる。信号電極の引出しは、超音波
振動子１３の各振動素子１３ａの一側面にＦＰＣ２２の
露出パターン２３を半田付けすることにより行なわれ
る。また、アース電極の引出しは、アース板２４を超音
波振動子１３の各振動素子１３ａの側方上面に半田付け
で接合することにより行なわれる。半田付けによる接合
は、図９に示す抵抗溶接法や図１０に示すパルスヒート
加熱法を利用することにより、電極間にショートを生じ
させることなく、製造できる。

【０１０９】図１９に示される超音波プローブはチャネ
ル間のクローストークの低減が期待できる。

【０１１０】図１９に示される超音波プローブにおい
て、超音波振動子１３の上面にアース電極２１を下面に
信号電極２０を形成した例を示したが、信号電極とアー
ス電極を逆に形成し、ＦＰＣ２２を超音波振動子１３の
各振動素子１３ａの側方上面に接合し、アース板２４を
各振動素子１３ａの側面に接合してもよい。

【０１１１】この場合、超音波振動子１３の各振動素子
１３ａの側面引出電極は、蒸着、スパッタリング、焼付
けあるいはメッキにより形成し、超音波振動子１３の各
振動素子１３ａの上面および下面に形成される信号電極
およびアース電極は、電極引出部分を除いてＡｇ焼付電
極とすると、安価で接着性が良好な電極が得られる。

【０１１２】ところで、本発明の各実施例に示された超
音波プローブにおいては、超音波振動子１３に電極板と
してのＦＰＣ２２およびアース板２４を半田付けで接合
した例を示したが、電極引出しは、図２０乃至図２１に
示すように行なってもよい。

【０１１３】図２０に示された超音波プローブは超音波
振動子１３の振動素子１３両側面にＦＰＣ２２の露出パ
ターン２３を半田付けで接合し、両ＦＰＣ２２により電
極の引出しを行なったものである。このとき、ＦＰＣ２
２の一方を信号電極板とし、他方をアース電極板として
利用しても、また、超音波振動子１３の各振動素子１３
ａの両側面に信号線とアース線を適当に混在させ、この
信号線とアース線に対応させてＦＰＣ２２のパターンに
信号線とアース線を形成してもよい。

【０１１４】また、図２１に示すように、超音波振動子
の一側面にＦＰＣ２２の露出パターン２３を半田付けで
接合するとともに、超音波振動子１３の他側面側に銅板
製アース板２４を導電性接着剤４０にて接合してもよ
い。この場合、導電性接着剤４０での接合力を強化する
ため、超音波振動子１３の他側上面にアース電極引出部
を露出させてもよい。

【０１１５】超音波振動子１３へのＦＰＣ２２およびア
ース板２４の接合は、他にも種々の形状が考えられる
が、いずれも、超音波振動子１３を微細な振動素子に分
割後、振動素子群にＦＰＣ２２あるいはアース板２４を
接合させることにより、超音波振動子１３のカッティン
グ位置とＦＰＣ２２のパターンとの面倒な調節作業が不
要となり、超音波プローブの製造性が向上する。複数の
超音波プローブを連続的にカッティングすることが可能
となり、生産性が向上する。

【０１１６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る超音
波探触子においては、超音波振動子の振動素子群の少な
くとも一側面にフレキシブルプリント板の露出パターン
を接合して電極引出構造としたので、フレキシブルプリ
ント板を超音波振動子から側外方に張り出させることが
なく、その分、超音波探触子の小型・コンパクト化を図
ることができる。フレキシブルプリント板は超音波振動
子の電極形成面を上方あるいは下方から覆うことがない
ので、超音波振動子の電極引出部分が電極有効開口に寄
与しないで無駄になるのを確実に防止でき、電極有効開
口を効率よく大きくとることができる。

【０１１７】また、超音波振動子に形成される振動素子
群の一側面にフレキシブルプリント板の露出パターンを
半田付けで、振動素子群の他側面にアース板を半田付け
あるいは導電性接着剤でそれぞれ接合したので、フレキ
シブルプリント板やアース板が超音波振動子から側外方
に張り出さず、超音波探触子の小型・コンパクト化を図
ることができ、また、超音波振動子の電極有効開口を大
きくとることができる。

【０１１８】さらに、超音波振動子の振動素子群の側方
上面にアース板を半田付けあるいは導電性接着剤にて接
合すると、超音波振動子の振動素子分割後にアース板を
接合することができ、超音波振動子の素子分割時に電極
剥離の問題を起こすことがなく、電極引出をスムーズに
かつ容易に行なうことができる。

【０１１９】また、超音波振動子の振動素子群の側方上
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
にて接合したので、超音波振動子の振動素子分割後にフ
レキシブルプリント板を接合することができ、超音波振
動子の素子分割時に電極剥離の問題を解消でき、電極引
出をスムーズかつ容易に行なうことができる。

【０１２０】超音波振動子に信号電極とアース電極をそ
れぞれ形成する一方、超音波振動子の電極引出部分をＡ
ｕ，ＡｇまたはＣｕ電極材料で構成することにより半田
の流れが改善され、微小な電極引出部分領域への半田付
けが良好なものとなる。

【０１２１】超音波振動子の振動子表面と信号電極およ
びアース電極の電極材料との間に、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，
Ｓｎの少なくとも１つを成分とする介在層を設けること
により、電極の接合強度を向上させ、大きくすることが
できる。

【０１２２】また、超音波振動子の信号電極およびアー
ス電極のうち、少なくとも電極引出部分を蒸着，スパッ
タリング，焼付けあるいはメッキ等で形成することによ
り、均質で適度な厚みの引出電極を形成でき、半田付け
による接合をスムーズに効率よく行なうことができる。

【０１２３】さらに、超音波振動子の上面および下面電
極をＡｇ焼付け電極とすることにより、バッキング材の
接着や音響整合層の形成を容易にし、製造コストを下げ
ることができる。

【０１２４】一方、フレキシブルプリント板の露出パタ
ーン部分やアース板の電極引出部分の半田メッキ厚を３
μｍ以上とすることにより、超音波振動子への半田付け
による接合を良好に行なうことができる一方、半田メッ
キ厚を２０μｍ以下とすることにより、フレキシブルプ
リント板のパターン間の短絡を防止できる。

【０１２５】また、超音波振動子の振動素子群に形成さ
れる各振動素子のうち、隣り合う複数個の振動素子をブ
リッジするように、フレキシブルプリント板の露出パタ
ーンを半田付けで接合すると、サブダイスのある超音波
プローブ用超音波探触子として形成できる。

【０１２６】さらに、フレキシブルプリント板の露出パ
ターン部分のパターン走行方向が超音波振動子の振動子
面法線方向に交差させることにより、フレキシブルプリ
ント板のパターンピッチにピッチ幅を実質的に持たせる
ことができ、超音波振動子の振動素子ピッチとフレキシ
ブルプリント板のパターンピッチとの間に形成精度に基
づくピッチ差が存在しても、このピッチ差を吸収して、
ＦＰＣの露出パターンを振動素子群にスムーズに接合さ
せることができる。したがって、フレキシブルプリント
板の半田付け作業を円滑かつスムーズに行なうことがで
きる。

【０１２７】また、フレキシブルプリント板の少なくと
も露出パターン側が複数に分割されている場合にも、超
音波振動子の振動素子ピッチとフレキシブルプリント板
（ＦＰＣ）のパターンピッチとの間のピッチ差を吸収
し、ＦＰＣの露出パターンを超音波振動子の各振動素子
へ精度よく接合させることができる。

【０１２８】さらに、フレキシブルプリント板の露出パ
ターンを超音波振動子の電極引出部分に、パラレルギャ
ップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒート加熱法で半
田付けしたので、各振動素子を半田付け部分のみを局所
的に加熱して良好に接合することができ、この接合時に
超音波振動子の側面以外の周りの部品を暖めるのを有効
的に防止でき、周りの部品に熱膨張や特性劣化を生じさ
せることがない。

【０１２９】本発明に係る超音波探触子は、超音波振動
子の側面に電極引出部分を形成し、この電極引出部分に
電極板を接合させたので、電極板が超音波振動子から側
外方に突出することがなく、小型・コンパクト化を図る
ことができる。

【０１３０】超音波振動子をサポートするバッキング材
は、厚みが５μｍ以下としたので、薄肉で冷却性が良好
となり、超音波振動子の振動素子ピッチの形成精度にバ
ッキング材の熱膨脹による悪影響を与えることが少な
く、振動素子群の素子ピッチの形成精度の向上を図るこ
とができる。

【０１３１】また、バッキング材の厚みを５mm以下と薄
くすることにより、超音波振動子の素子ピッチの形成精
度の向上が図れる一方、このバッキング材を熱膨脹係数
の小さな材料で形成された第２バッキング材あるいはバ
ッキング層保持台上に保持することにより、超音波振動
子は安定的に、精度よく保持される。

【０１３２】さらに、超音波振動子に接合されるバッキ
ング材および音響整合層の少なくとも一方をフィルム状
接着剤で接着させると、超音波振動子の側面が接着剤で
汚れることがない。このため、超音波振動子の振動子側
面への半田付けを良好に行なうことができる。

【０１３３】一方、本発明に係る超音波探触子の製造方
法においては、超音波振動子を各振動素子に分割した後
に、振動素子群の電極引出部分に電極板を接合させたの
で、超音波振動子の素子分割時に電極板を付けておく必
要がなく、電極板を接合しない状態で超音波振動子の素
子分割を行なうことができ、しかもこの素子分割はフレ
キシブルプリント板のパターンピッチから独立し、自由
度を持たせて行なうことができるので、製品歩留りを向
上させ、生産性を向上させることができる。

【０１３４】また、超音波振動子の振動素子分割形成後
に、電極板を接合させて電極の引出を行なうことによ
り、従来の電極板接合のための半田付け作業や振動素子
分割時に発生した製造歩留り劣化要因を除去できる。

【０１３５】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
で、振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤でそれぞれ接合することにより、電極引出
部分が超音波の有効開口を阻害することを確実に防止で
き、超音波の有効開口を従来の同じフットプリントの場
合に較べ大きくとることができる。

【０１３６】他方、本発明に係る超音波プローブにおい
ては、超音波探触子の電極板の少なくとも１つをフレキ
シブルプリント板で構成し、このフレキシブルプリント
板の露出パターンを超音波振動子の振動素子群の一側面
に接合させたので、フレキシブルプリント板を超音波振
動子から側外方に張り出させることがなく、超音波プロ
ーブの小型・コンパクト化が図れる。

【０１３７】また、フレキシブルプリント板は超音波振
動子の一側面に接合され、電極形成面を上方あるいは下
方から覆うことがないので、超音波プローブのプローブ
有効開口を大きくとることができる。

【０１３８】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを、振動素
子群の他側面にアース板を接合させると、フレキシブル
プリント板やアース板が超音波振動子から側外方に張り
出さず、超音波プローブの小型・コンパクト化が図れる
一方、フレキシブルプリント板やアース板が超音波プロ
ーブのプローブ開口を覆わないので、プローブ開口を充
分に大きくとることができる。

【０１３９】また、本発明に係る超音波プローブの製造
方法においては、超音波振動子を各振動素子に分割した
後に、振動素子群の電極引出部分に電極板を接合させた
ので、超音波振動子の素子分割時に電極板を付けておく
必要がなく、電極板を接合しない状態で超音波振動子の
素子分割を行なうことができる。しかもこの素子分割は
電極板（フレキシブルプリント板）のパターンピッチか
ら独立し、自由度を持たせて行なうことができるので、
製品歩留りを向上させ、生産性を向上させることができ
る。

【０１４０】また、超音波振動子の振動素子分割形成後
に、電極板を接合させて電極の引出を行なうことによ
り、従来の電極板接合のための半田付け作業や振動素子
分割時に発生した製造歩留り劣化要因を除去できる。

【０１４１】さらに、超音波振動子の振動素子群の一側
面にフレキシブルプリント板の露出パターンを半田付け
で、振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは
導電性接着剤でそれぞれ接合することにより、電極引出
部分が超音波の有効開口を阻害することを確実に防止で
き、超音波の有効開口を従来の同じフットプリントの場
合に較べ大きくとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波プローブの一実施例を示す
もので、プローブヘッドに備えられる超音波探触子の模
式的斜視図。

【図２】図１に示された超音波プローブに備えられる超
音波探触子の側面図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は超音波探触子の超音波振
動子に接合されるフレキシブルプリント板をそれぞれ示
す側面図。

【図４】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）はセラミック圧電
体上に電極を形成した超音波振動子をそれぞれ示す側面
図。

【図５】本発明に係る超音波プローブの製造手順を示す
もので、超音波振動子の素子分割状態を示す模式的斜視
図。

【図６】本発明に係る超音波プローブの製造手順を示す
もので、超音波振動子へのフレキシブルプリント板の接
合状態を示す模式的斜視図。

【図７】本発明に係る超音波プローブの製造手順を示す
もので、超音波振動子へのフレキシブルプリント板とア
ース板の接合状態を示す模式的斜視図。

【図８】超音波振動子に接合されるフレキシブルプリン
ト板を示す図。

【図９】超音波振動子の側面へフレキシブルプリント板
（電極板）を抵抗溶接法により接合する状態を示す図。

【図１０】超音波振動子の側面へパルスヒート加熱法に
よりフレキシブルプリント板を接合させる状態を示す
図。

【図１１】超音波振動子の複数の振動素子の側面にパル
スヒート加熱法によりフレキシブルプリント板を接合さ
せた例を示す図。

【図１２】本発明に係る超音波プローブの第２実施例を
示すもので、音響レンズを取り除いたプローブヘッドを
示す斜視図。

【図１３】超音波振動子の素子分割後に、超音波振動子
を第２バッキング材あるいはバッキング層保持台上に接
着させる状態を示す図。

【図１４】図１２に示された超音波振動子への側面にフ
レキシブルプリント板を接合させる状態を示す図。

【図１５】フレキシブルプリント板の接合状態の他の例
を示す図。

【図１６】図１２に示された超音波プローブのプローブ
変形例を示す図。

【図１７】本発明に係る超音波プローブの第３実施例を
示す図。

【図１８】本発明に係る超音波プローブの第４実施例を
示す図。

【図１９】本発明に係る超音波プローブの第５実施例を
示す図。

【図２０】本発明に係る超音波プローブの電極引出構造
を示す側面図。

【図２１】本発明に係る超音波プローブの電極引出構造
の他の例を示す側面図。

【図２２】従来の超音波プローブのプローブヘッドを示
す斜視図。

【図２３】図２２に示された超音波プローブのプローブ
ヘッドの側面図。

【符号の説明】

１０，１０Ａ 超音波プローブのプローブヘッド １１ 超音波探触子 １２ バッキング材 １３ 超音波振動子 １３ａ 振動素子（圧電素子） １４，１５ 音響整合層 １６ 音響レンズ １８ 第１バッキング材 １９ 第２バッキング材（バッキング層保持台） ２０ 信号電極 ２０ａ 電極引出部 ２１ アース電極 ２１ａ 電極引出部 ２２ フレキシブルプリント板（ＦＰＣ，電極板） ２３ 露出パターン ２４ アース板（電極板） ２６ 信号電極線 ２７ ベース ２８ カバーレイ ３０ 介在層 ３４ 抵抗溶接材 ３４ 溶接チップ ３５ 電源 ３６ パルスヒート加熱装置 ３７ 加熱用チップ ３９ シリコン接着剤（絶縁材料）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−87594（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105842（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−205779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−288698（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 17/00 332 H04R 17/00 330 A61B 8/00 G01N 29/24 502

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレート状の圧電体と、 前記圧電体表面に形成された電極と、 前記電極と電気的に接続され、前記圧電体の側面に設け
   られた電極引出し部と、 露出パターンを有し、該露出パターンが前記電極引出し
   部にパラレルギャップによる抵抗溶接法あるいはパルス
   ヒート加熱法で半田付けにて接合されたフレキシブルプ
   リント板からなる電極板とを具備し、 前記圧電体は、前記接合後にカッティングにより複数の
   振動素子を形成してなる ことを特徴とする超音波探触
   子。
2. 【請求項２】 前記電極板をフレキシブルプリント板と
   アース板とから構成し、前記振動素子群の一側面にフレ
   キシブルプリント板の露出パターンを半田付けで、前記
   振動素子群の他側面にアース板を半田付けあるいは導電
   性接着剤でそれぞれ接合した請求項１に記載の超音波探
   触子。
3. 【請求項３】 前記電極板をフレキシブルプリント板と
   アース板とから構成し、前記振動素子群の側方上面にア
   ース板を半田付けあるいは導電性接着剤にて接合した請
   求項１に記載の超音波探触子。
4. 【請求項４】 プレート状の圧電体と、 前記圧電体表面に形成された電極と、 前記電極と電気的に接続され、前記圧電体の側面に設け
   られた電極引出し部と、 前記電極引出し部に接合されたフレキシブルプリント板
   とアース板とから構成される電極板とを有し、 前記フレキシブルプリント板は、露出パターンを有し、
   該露出パターンが前記圧電体の側方上面の電極引出し部
   にパラレルギャップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒ
   ート加熱法で半田付けにて接合されるものであって、 前記圧電体は、前記接合後にカッティングにより複数の
   振動素子を形成してなる ことを特徴とする超音波探触
   子。
5. 【請求項５】 前記電極として前記圧電体の一側に信号
   電極を、他側にアース電極をそれぞれ形成し、電極引出
   し部をＡｕ，ＡｇまたはＣｕ電極材料で構成した請求項
   １または４に記載の超音波探触子。
6. 【請求項６】 前記電極として前記圧電体の一側に信号
   電極を、他側にアース電極をそれぞれ形成し、これらの
   電極と前記圧電体表面とをＣｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｓｎの少
   なくとも１つを成分とする介在層を介して結合した請求
   項１または４に記載の超音波探触子。
7. 【請求項７】 前記圧電体に信号電極およびアース電極
   をそれぞれ独立して形成する一方、前記信号電極および
   アース電極の少なくとも電極引出部分を蒸着・スパッタ
   リング・焼付けあるいはメッキで形成した請求項１また
   は４に記載の超音波探触子。
8. 【請求項８】 前記電極として前記圧電体に信号電極お
   よびアース電極をそれぞれ独立して形成する一方、前記
   振動子の上面および下面に形成される電極引出し部以外
   の電極をＡｇ焼付け電極とした請求項１または４に記載
   の超音波探触子。
9. 【請求項９】 前記フレキシブルプリント板の露出パタ
   ーン部分に厚み３μｍ〜２０μｍの半田メッキを施した
   請求項１または４に記載の超音波探触子。
10. 【請求項１０】 前記アース板の電極引出し部に厚さ３
    μｍ〜２０μｍの半田メッキを施した請求項２または４
    に記載の超音波探触子。
11. 【請求項１１】 前記フレキシブルプリント板の個々の
    露出パターンが隣り合う複数個の前記振動素子をブリッ
    ジするように半田付けで接合された請求項１または４に
    記載の超音波探触子。
12. 【請求項１２】 前記フレキシブルプリント板は露出パ
    ターン部分のパターン走行方向が前記圧電体の振動子面
    法線方向に交差させて設けられた請求項１または４に記
    載の超音波探触子。
13. 【請求項１３】 前記フレキシブルプリント板は少なく
    とも前記露出パターン側が複数に分割された請求項１ま
    たは４に記載の超音波探触子。
14. 【請求項１４】 前記フレキシブルプリント板の露出パ
    ターンは、該フレキシブルプリント板の端部を完全に露
    出させて形成された請求項１または４に記載の超音波探
    触子。
15. 【請求項１５】 プレート状の圧電体と、 この圧電体の表面に形成される電極と、 前記圧電体の一面側をサポートするバッキング材と、 前記圧電体の他面側に接合された音響整合層と、 この音響整合層に張設された音響レンズと、 前記電極と電気的に接続し、前記圧電体の側面に設けら
    れた電極引出し部と、 この電極引出し部に接合された電極板とを備え、 前記電極板はその露出パターンを前記電極引出し部に、
    パラレルギャップによる抵抗溶接法あるいはパルスヒー
    ト加熱法で半田付けにて接合されるものであって、 前記圧電体は、前記接合後にカッティングにより複数の
    振動素子を形成してなる ことを特徴とする超音波探触
    子。
16. 【請求項１６】 前記バッキング材は前記圧電体と接合
    し、厚さ５mm以下の第１バッキング材と、この第１バッ
    キング材に接合される第２バッキング材とを有する請求
    項１５に記載の超音波探触子。
17. 【請求項１７】 前記バッキング材は熱膨脹係数の大き
    な材料で形成され、厚さ５mm以下の第１バッキング材
    と、熱膨脹係数の小さな材料で形成された第２バッキン
    グ材を積層状に接合して構成された請求項１５に記載の
    超音波探触子。
18. 【請求項１８】 前記バッキング材は前記圧電体に接合
    される厚さ５mm以下のバッキング層を有し、このバッキ
    ング材はガラス板，ベークライト等の熱膨脹係数の小さ
    な材料で構成されたバッキング層保持台上に保持された
    請求項１５に記載の超音波探触子。
19. 【請求項１９】 前記圧電体に接合される前記バッキン
    グ材および前記音響整合層の少なくとも一方をフィルム
    状接着剤で接着させた請求項１５に記載の超音波探触
    子。
20. 【請求項２０】 セラミック圧電体の表面に信号電極と
    アース電極を形成して超音波振動子を構成し、 この超音波振動子の電極形成面に両側からバッキング材
    と音響整合層を接合して一体化し、前記超音波振動子の側面に設けられた電極引出し部 に電
    極板の露出パターンをパラレルギャップによる抵抗溶接
    法あるいはパルスヒート加熱法で半田付けにて接合し、前記 バッキング材および前記音響整合層が接合された前
    記超音波振動子をスライス方向にカッティングにより分
    割し、アレイ配列して振動素子群を形成し、前記 振動素子間を絶縁材料で埋設して音響整合層上に音
    響レンズを張設することを特徴とする超音波探触子の製
    造方法。
21. 【請求項２１】 前記電極板の超音波振動子への接合
    は、前記振動素子群の一側面に信号電極引出部分を、他
    側面にアース電極引出部分をそれぞれ形成し、上記信号
    電極引出部分にフレキシブルプリント板の露出パターン
    を半田付けで接合し、アース電極引出部分にアース板を
    半田付けあるいは導電性接着剤で接合する請求項２０に
    記載の超音波探触子の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記超音波振動子に電極板を接合した
    後、前記バッキング材を熱膨脹係数の小さな材料で構成
    された第２バッキング材あるいはバッキング層保持台上
    に接着して保持する請求項２０に記載の超音波探触子の
    製造方法。
23. 【請求項２３】 プレート状の圧電体と、 前記圧電体表面に形成された電極と、 前記電極と電気的に接続され、前記圧電体の側面に設け
    られた電極引出し部と、 露出パターンを有し、該露出パターンが前記電極引出し
    部にパラレルギャップによる抵抗溶接法あるいはパルス
    ヒート加熱法で半田付けにて接合されたフレキシブルプ
    リント板からなる電極板とを具備し、 前記圧電体は、前記接合後にカッティングにより複数の
    振動素子を形成してなる超音波振動子をプローブヘッド
    に組み込んだ ことを特徴とする超音波プローブ。
24. 【請求項２４】 前記電極板をフレキシブルプリント板
    とアース板とから構成し、該フレキシブルプリント板の
    露出パターンを超音波振動子の前記振動素子群の一側面
    に半田付けにより、この振動素子群の他側面にアース板
    を半田付けあるいは導電性接着剤によりそれぞれ接合し
    た請求項２３に記載の超音波プローブ。
25. 【請求項２５】 請求項３ないし１９のいずれかに記載
    の超音波探触子をプローブヘッドに備えた請求項２３に
    記載の超音波プローブ。