JP3839247B2

JP3839247B2 - 超音波振動子及びその製造方法

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Publication number: JP3839247B2
Application number: JP2000353781A
Authority: JP
Inventors: 裕之原田
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002153461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断用の超音波振動子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
超音波画像の画質向上を図るため、アレイ振動子における素子数の増大化、狭ピッチ化が進んでいる。その一方、そのようなアレイ振動子を内蔵する超音波探触子の小型化の要請もあるので、超音波探触子内における配線スペースは小さくなりつつある。これらの事情から、アレイ振動子に接続されるＦＰＣ（フレキシブル回路基板）における配線パターンも密集化し、各ラインの幅及び間隔も小さくなってきている。
【０００３】
従って、特にグランドインピーダンスが高くなってきており、このため外来ノイズが混入し易く、周波数特性も悪化しやすいという問題がある。ＦＰＣにおけるグランド（アース）ライン自体の幅を太くすることはスペース上制限されており、グランドインピーダンスを低減する別の手法が要望されている。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波振動子におけるグランドインピーダンスを低減し、超音波画像の画質を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、グランド電極として機能する上面電極層と信号電極として機能する下面電極層を有し、超音波の送受波を行う圧電体と、前記圧電体の上面側に設けられる導電性の連絡部材と、前記圧電体の下面側に設けられ、リードラインとアースラインとを有するフレキシブル回路基板と、前記フレキシブル回路基板の下面側に設けられたバッキング層と、前記バッキング層の少なくとも１面に沿って設けられ、前記アースラインに電気的に接続される導電膜と、を含み、前記圧電体は、その下面側に前記フレキシブル回路基板が設けられた状態でカッティングされることによって複数の振動素子に分離され、前記フレキシブル回路基板には、前記カッティングによって、前記複数の振動素子に対応した複数のリードラインと、基板の両端に一対のアースラインが形成され、前記連絡部材は、前記複数の振動素子の配列方向に沿って設けられ、各振動素子の上面電極層を電気的に接続し、かつ、当該連絡部材の少なくとも一端が前記導電膜に電気的に接続され、前記導電膜を利用してグランドインピーダンスを低減させることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、バッキング層の少なくとも１面に沿って導電層が設けられ、それがアースライン（グランドライン）に電気的に接続されているため、超音波探触子におけるグランドインピーダンスを低下させることができる。よって、外来からのノイズに対して強くなる。また、導電膜の配置において、格別の配置スペースを確保する必要がないという利点がある。導電膜は望ましくは銅箔などの金属箔であり、そのような構成によれば、折り曲げ等の加工も容易となる。本発明に係る超音波振動子が内蔵される超音波探触子は、体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられるものである。いわゆる１Ｄアレイ振動子の他に、２Ｄアレイ振動子などの他のタイプに対して本発明を適用するようにしてもよい。なお、通常は圧電体の上面側に１又は複数の整合層が設けられ、更にその上側に音響レンズが設けられるが、本発明はそのような部材の有無によらずに成立する。
【０００７】
望ましくは、前記導電膜は、前記バッキング層の下面を覆う下面カバー部と、前記バッキング層の第１側面を覆う第１側面カバー部と、前記バッキング層の第２側面を覆う第２側面カバー部と、前記バッキング層の第３側面を覆う第３側面カバー部と、を有し、前記フレキシブル回路基板は、前記バッキング層の上面から、前記導電膜によって覆われていない第４側面へ折り曲げられ成形されてなり、前記バッキング層の全体が実質的に前記フレキシブル回路基板及び前記導電膜によって包囲される。
【０００８】
上記構成によれば、バッキング層の外表面における大部分に導電膜を設けることができ、大きなスペースを要することなく、グランドインピーダンスを効果的に低減することが可能である。
【０００９】
望ましくは、前記導電膜は、前記複数のカバー部の少なくとも１つから伸長した少なくとも１つのアーム部を有し、そのアーム部が前記アースラインに電気的に接続される。このように導電膜の成形に当たって、あらかじめ接続用の部分を形成すれば、電気的な接続が容易となり、製造コストを低減できる。
【００１０】
望ましくは、前記フレキシブル回路基板にはその両端に一対のアースラインが形成され、前記導電膜は前記一対のアースラインに対応して一対のアーム部を有する。
【００１１】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、上面電極層及び下面電極層が形成された圧電体の下面側に、リードライン群と少なくとも１つのアースラインとを有するフレキシブル回路基板を設ける工程と、前記フレキシブル回路基板の下面側にバッキング層を設ける工程と、前記圧電体の下面側に前記フレキシブル回路基板が設けられた状態で前記圧電体を複数の振動素子にカッティングするとともに、カッティングによって、前記フレキシブル回路基板に、前記複数の振動素子に対応した複数のリードラインと、基板の両端に一対のアースラインを形成する工程と、前記バッキング層の少なくとも１面に沿って導電膜を設ける工程と、前記導電膜を前記アースラインに電気的に接続する工程と、前記各振動素子の上面電極層を前記導電膜に電気的に接続する工程と、を含み、前記導電膜を利用して前記アースラインの電気的なインピーダンスを下げることを特徴とする。
【００１２】
望ましくは、前記各振動素子の上面電極層を前記導電膜に電気的に接続する工程では、前記複数の振動素子の配列方向に沿って連絡部材を設け、その連絡部材に対して前記カッティングで分離された各振動素子の上面電極層を電気的に接続し、かつ、当該連絡部材の少なくとも一端を前記導電膜に電気的に接続する。
【００１３】
圧電体の上面電極層に銅箔などのグランド電極を設けることも可能であるが、上面電極層をグランド電極としてそのまま利用することも可能であり、その場合には、上記のように各振動素子ごとの上面電極層が相互に電気的に接続される。この構成では、圧電体がバッキング層を含めて実質的に周囲全体からグランド電極によって包み込まれることになり、外来ノイズにより強くなる。よって、超音波画像の画質を向上できる。
【００１４】
望ましくは、前記バッキング層に導電膜を設ける工程では、前記バッキング層の下面、第１側面、第２側面及び第３側面に沿って前記導電膜を折り曲げ成形する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図８には、本発明に係る超音波振動子及びその製造方法が示されている。この超音波振動子は、超音波探触子内に設けられ、超音波の送受波を行うことにより超音波診断を行うためのものである。
【００１７】
図１において、平板型の圧電体１０は、例えば公知のＰＺＴなどの材料によって構成される。その圧電体１０の上面１０Ａには、第１整合層１２が接着され、またその第１整合層１２の上面には第２整合層１４が接着される。これらの整合層１２，１４はそれらの上部に設けられる音響レンズと圧電体１０との間における音響的な整合を図るための公知の部材である。もちろん、２つの整合層１２，１４を設けることなく１つの整合層を設けるようにしてもよい。
【００１８】
圧電体１０の下面１０Ｂには、フレキシブル回路基盤（ＦＰＣ）１８が半田付けなどによって電気的に接続される。具体的には、ＦＰＣ１８は、その上面側にむき出しの銅箔などによって構成される電極パターン２０を有している。その電極パターン２０は複数の振動素子に対応した複数のリードライン２０Ｄと、それらのリードライン２０Ｄの両端側に形成された一対のアースライン２０Ｂ，２０Ｃとを含むものである。また、図において符号２０Ａは、圧電体１０の下面１０Ｂに対して半田付けされる領域を示している。もちろんそのような半田付けによらずにいわゆる導電性接着剤などを利用するようにしてもよい。
【００１９】
ちなみに、圧電体１０の上面１０Ａには上面電極層が形成され、圧電体１０の下面１０Ｂには下面電極層が形成されているが、それらについては図示省略されている。上面電極層１０Ａはいわゆるグランド電極として機能するものであり、下面電極層はいわゆる信号電極として機能するものである。
【００２０】
なお、圧電体１０と第１整合層１２との間にグランド電極としての銅箔をさらに設けるようにしてもよい。
【００２１】
図１に示すような接着工程を実行することにより、第１組立体２２が構成される。
【００２２】
図２には、第１組立体２２に対してバッキング層２４を設ける工程が示されている。具体的には、第１組立体２２がバッキング層２４の上面に接着される。これにより、図２に示されるように第２組立体２６が構成される。ちなみに、そのバッキング層２４の下面側に板状の補強部材などを設けるようにしてもよく、その場合においてはその補強部材と共にバッキング層２４が後述する銅箔によって包み込まれる。
【００２３】
図２に示す接着の工程を実行した後、図３に示すように、ＦＰＣ１８がバッキング層２４のエッジに沿って折り曲げ成形され、すなわち、バッキング層２４の上面から側面に沿ってＦＰＣ１８が成形される。このような折り曲げは、例えば手作業で行うこともできるが、それを自動化してもよい。
【００２４】
次に、図４に示すように、圧電体１０に対してダイシング機構などを利用してカッティングが実行される。具体的には、図４にカッティングライン３０で示されているように、圧電体１０が複数の素子（振動素子）に分離される。その場合の切り込み深さは少なくとも圧電体１０及びＦＰＣ１８に形成された電極パターン２０を切断する程度までとするのが望ましい。これによって、複数のリードライン２０Ｄの相互間が電気的に分離されることになる。ちなみに、電極パターン２０における垂れ下がった下端側には、多芯ケーブルを構成する各信号線が半田付けあるいはコネクタなどによって接続される。
【００２５】
ちなみに、図４に示すようなカッティングにより、ＦＰＣ１８の両側に形成された一対のアースライン２０Ｂ，２０Ｃも各リードライン２０Ｄから電気的に分離される。
【００２６】
次に、図５に示すように、銅箔３２が第２組立体２６に対して設けられる。銅箔３２は、図示されるように下面カバー部３２Ａと、第１側面カバー部３２Ｂと、第２側面カバー部３２Ｃと、第３側面カバー部３２Ｄと、一対のアーム部３２Ｅ，３２Ｆと、によって構成され、それらの各部分が一体化されてなるものである。
【００２７】
このように各部分が構成されているのは、後に図６を用いて説明するように、バッキング層２４の実質的な全体を銅箔３２自体によって包み込むためであり、この銅箔３２が後に説明するように一対のアースライン２０Ｂ，２０Ｃに対して電気的に接続されることによってグランドインピーダンスを大幅に低減することが可能となる。
【００２８】
図５及び図６に示すように、下面カバー部３２Ａは、バッキング層２４の下面に接着され、これと同様に、第１側面カバー部３２Ｂは、バッキング層２４の第１側面に接着され、第２側面カバー部３２Ｃはバッキング層２４の第２側面に接着され、第３側面カバー部３２Ｄは、バッキング層２４の第３側面に接着される。その状態が図６に示されている。
【００２９】
ちなみに、ＦＰＣ１８が引き出されている面には事実上、銅箔３２は設けられていない。ただし、後に示すように、一対のアーム部３２Ｅ，３２Ｆが当該ＦＰＣ１８が引き出されている面に折り曲げられる。
【００３０】
すなわち、図７に示すように、一対のアーム部３２Ｅ，３２Ｆがバッキング層２４の側面において、折り曲げられ、それらのアーム部３２Ｅ，３２Ｆがそれぞれ一対のアースライン２０Ｂ，２０Ｃに対して半田付けなどによって電気的に接続される。これにより、アースライン２０Ｂ，２０Ｃと銅箔３２が同電位となる。
【００３１】
そして、図７に示されるように、導電性部材で構成されたワイヤ３５が圧電体１０の上面側に横渡しされ、そのワイヤ３５に対して上記のカッティングにより形成された各振動素子の上面電極が半田付けなどによって電気的に接続される。
【００３２】
そして、図８に示すように、ワイヤ３５が必要な長さに切り揃えられ、その両端３５Ａ，３５Ｃが上記の第２側面カバー部３２Ｃ及び第３側面カバー３２Ｄに対して半田付けなどによって電気的に接続される。図８に示す状態では、一対のアースライン３２Ｂ，３２Ｃと、銅箔３２と各振動素子の上面電極とがそれぞれ同電位となり、圧電体１０が実質的にグランド電極によって包み込まれた状態となる。よってグランドインピーダンスを大幅に低減することが可能であると共に、電磁波などの外来ノイズに対しても強いという利点を得られる。
【００３３】
したがって、本実施形態による超音波振動子によれば、Ｓ／Ｎ比を向上して超音波画像の画質を著しく高めることができるという利点がある。
【００３４】
上記の実施形態においては、図７及び図８に示したようにワイヤ３５によって各振動素子の上面電極を相互に電気的に接続したが、もちろん圧電体１０の上面側に銅箔などのグランド電極が設けられる場合には、当該グランド電極自体を銅箔３２に半田付けなどするようにしてもよい。
【００３５】
本発明者の実験によれば、従来よりもグランドインピーダンスを３分の１にすることが可能となり、超音波画像内に現れていたノイズを著しく低減できることが確認されている。近年、特に各振動素子のサイズやピッチが極めて小さくなり、これに伴ってＦＰＣ１８における電極パターン２０も高密度化しているが、本実施形態によればグランドインピーダンスを効果的に引き下げて、上述したように超音波画像の画質向上という特有の効果を得ることが可能となる。
【００３６】
なお、バッキング２４は例えばゴムなどの超音波吸収剤で構成されるものであり、このようなバッキングは各振動素子から背面側に放射される超音波を効果的に吸収するものである。そのようなバッキングを包み込むように銅箔３２を設けたので、超音波振動子を収納する超音波探触子の形状を格別大型化させることはない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グランドインピーダンスを低減して超音波画像の画質を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１組立体の製造工程を説明するための図である。
【図２】第２組立体の製造工程を説明するための図である。
【図３】ＦＰＣが折り曲げられた状態を示す図である。
【図４】カッティングを示す図である。
【図５】第３組立体の製造工程を示す図である。
【図６】銅箔の貼り付け状態を示す図である。
【図７】ワイヤを利用したグランド接続を示す図である。
【図８】超音波振動子の完成状態を示す図である。
【符号の説明】
１０圧電体、１２第１整合層、１４第２整合層、１８ＦＰＣ（フレキシブル回路基盤）、２０電極パターン、２２第１組立体、２４バッキング層、２６第２組立体、３０カッティングライン、３２銅箔、３４第３組立体、３５ワイヤ。

Claims

グランド電極として機能する上面電極層と信号電極として機能する下面電極層を有し、超音波の送受波を行う圧電体と、
前記圧電体の上面側に設けられる導電性の連絡部材と、
前記圧電体の下面側に設けられ、リードラインとアースラインとを含んだ電極パターンを有するフレキシブル回路基板と、
前記フレキシブル回路基板の下面側に設けられたバッキング層と、
前記バッキング層の少なくとも１面に沿って設けられ、前記アースラインに電気的に接続される導電膜と、
を含み、
前記圧電体は、その下面側に前記フレキシブル回路基板が設けられた状態でカッティングされることによって複数の振動素子に分離され、
前記カッティングによって、前記フレキシブル回路基板の電極パターンが切断されることにより、前記複数の振動素子に対応した複数のリードラインの相互間が電気的に分離され、さらに、一対のアースラインが各リードラインから電気的に分離され、
前記連絡部材は、前記複数の振動素子の配列方向に沿って設けられ、各振動素子の上面電極層を電気的に接続し、かつ、当該連絡部材の少なくとも一端が前記導電膜に電気的に接続され、
前記導電膜を利用してグランドインピーダンスを低減させることを特徴とする超音波振動子。
グランド電極として機能する上面電極層と信号電極として機能する下面電極層を有し、超音波の送受波を行う圧電体と、
前記圧電体の上面側に設けられる導電性の連絡部材と、
前記圧電体の下面側に設けられ、リードラインとアースラインとを有するフレキシブル回路基板と、
前記フレキシブル回路基板の下面側に設けられたバッキング層と、
前記バッキング層の少なくとも１面に沿って設けられ、前記アースラインに電気的に接続される導電膜と、
を含み、
前記圧電体は、その下面側に前記フレキシブル回路基板が設けられた状態でカッティングされることによって複数の振動素子に分離され、
前記フレキシブル回路基板には、前記カッティングによって、前記複数の振動素子に対応した複数のリードラインと、基板の両端に一対のアースラインが形成され、
前記連絡部材は、前記複数の振動素子の配列方向に沿って設けられ、各振動素子の上面電極層を電気的に接続し、かつ、当該連絡部材の少なくとも一端が前記導電膜に電気的に接続され、
前記導電膜を利用してグランドインピーダンスを低減させることを特徴とし、さらに、
前記導電膜は、
前記バッキング層の下面を覆う下面カバー部と、
前記バッキング層の第１側面を覆う第１側面カバー部と、
前記バッキング層の第２側面を覆う第２側面カバー部と、
前記バッキング層の第３側面を覆う第３側面カバー部と、
を有し、
前記フレキシブル回路基板は、前記バッキング層の上面から、前記導電膜によって覆われていない第４側面へ折り曲げられ成形されてなり、
前記バッキング層の全体が実質的に前記フレキシブル回路基板及び前記導電膜によって包囲されたことを特徴とする超音波振動子。
請求項２記載の超音波振動子において、
前記導電膜は、前記複数のカバー部の少なくとも１つから伸長した一対のアーム部を有し、その一対のアーム部が前記一対のアースラインに電気的に接続されることを特徴とする超音波振動子。
請求項３記載の超音波振動子において、
前記圧電体の上面には第１整合層が設けられ、さらに、その第１整合層の上面には第２整合層が設けられる、
ことを特徴とする超音波振動子。
請求項４記載の超音波振動子において、
前記圧電体と前記フレキシブル回路基板は、互いに、導電性接着剤によって電気的に接続される、
ことを特徴とする超音波振動子。
上面電極層及び下面電極層が形成された圧電体の下面側に、リードライン群と少なくとも１つのアースラインとを含んだ電極パターンを有するフレキシブル回路基板を設ける工程と、
前記フレキシブル回路基板の下面側にバッキング層を設ける工程と、
前記圧電体の下面側に前記フレキシブル回路基板が設けられた状態で前記圧電体を複数の振動素子にカッティングするとともに、そのカッティングによって、前記フレキシブル回路基板の電極パターンを切断することにより、前記複数の振動素子に対応した複数のリードラインの相互間を電気的に分離し、さらに、アースラインを各リードラインから電気的に分離する工程と、
前記バッキング層の少なくとも１面に沿って導電膜を設ける工程と、
前記導電膜を前記アースラインに電気的に接続する工程と、
前記各振動素子の上面電極層を前記導電膜に電気的に接続する工程と、
を含み、
前記導電膜を利用して前記アースラインの電気的なインピーダンスを下げることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
請求項６記載の製造方法において、
前記各振動素子の上面電極層を前記導電膜に電気的に接続する工程では、前記複数の振動素子の配列方向に沿って連絡部材を設け、その連絡部材に対して前記カッティングで分離された各振動素子の上面電極層を電気的に接続し、かつ、当該連絡部材の少なくとも一端を前記導電膜に電気的に接続することを特徴とする超音波振動子の製造方法。
請求項７記載の製造方法において、
前記導電膜は、
前記バッキング層の下面を覆う下面カバー部と、
前記バッキング層の第１側面を覆う第１側面カバー部と、
前記バッキング層の第２側面を覆う第２側面カバー部と、
前記バッキング層の第３側面を覆う第３側面カバー部と、
を有し、
前記バッキング層に導電膜を設ける工程では、前記バッキング層の下面、第１側面、第２側面及び第３側面の各々に沿って、前記導電膜の下面カバー部、第１側面カバー部、第２側面カバー部及び第３側面カバー部の各々を折り曲げ成形し、
さらに、前記バッキング層の上面から、前記導電膜によって覆われていない第４側面へ前記フレキシブル回路基板を折り曲げる工程を含み、
これにより、前記バッキング層の全体が実質的に前記フレキシブル回路基板及び前記導電膜によって包囲されることを特徴とする超音波振動子の製造方法。