JP4157188B2 - 超音波プローブの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者に対して超音波を送受信するための超音波プローブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波プローブの振動子部は、超音波を発生する圧電素子によって構成される振動子と、この振動子により発生した超音波を収束させるための音響レンズと、超音波の発生時における振動子の不要な振動を吸収するためのバッキング材と、振動子により超音波を発生させるために正負の電圧を印加するための互いに極性の異なる２つの振動子電極と、各振動子電極にそれぞれ接続される複数の導体パターンを有する接続導体部とによって構成されている。
【０００３】
上記のように構成された超音波プローブの振動子部は例えば次のような工程によって製造される。まず、図１に示すように、振動子を構成する圧電素子を得るための板状の圧電材４０の表裏面に図示しない２つの振動子電極を形成し、これらの振動子電極の一方に接続導体部６０を半田付け、焼き付け、接着等によって接合した後、圧電材４０の下にバッキング材４９を取り付ける。なお、接続導体部６０には、ポリイミド等の絶縁体５０と、絶縁体５０の上に振動子の配列間隔と等しい間隔に設けられた銅等で構成される複数の導体パターン４６とが設けられ、隣接する導体パターン４６の間は絶縁体５０によって電気的に絶縁されている。
【０００４】
その後に、振動子電極が形成されている板状の圧電材４０と振動子電極に接合された接続導体部６０の複数の導体パターン４６とをダイシング等により所定のピッチでカットして振動子を所望の配列間隔に分割する（以下カット加工ともいう）ことにより、短冊状の複数の振動子を備えた振動子部を形成している。
【０００５】
ところで、板状の圧電材４０を短冊状の圧電素子にカット加工する場合において接続導体部６０に設けられている複数の導体パターン４６の間隔と振動子の配列間隔とが一致する時（すなわち複数の導体パターン４６間のギャップの位置と振動子間のギャップの位置が一致する時）には、圧電材４０と振動子電極のみがカット加工される。すなわち、複数の導体パターン４６はカット加工されない。このようにして形成される構造はメインダイス構造と呼ばれている。
【０００６】
一方、振動子の音響特性を向上させるために、振動子部にサブダイス構造と呼ばれる構造を形成する場合がある。サブダイス構造とは、接続導体部６０の複数の導体パターン４６の間隔に対してさらに等分割（２分割、３分割、４分割、・・・）した間隔を振動子の配列間隔とした構造のことである。従って、複数の導体パターン４６のピッチの１／整数（２、３、４、・・・）倍で振動子のカット加工を行うことにより、サブダイス構造が形成されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したサブダイス構造を形成する場合には、接続導体部に設けられている複数の導体パターンの間隔と振動子の配列間隔とが一致せず、接続導体部において導体パターンが設けられている部分と導体パターンが設けられていない部分とを交互にカット加工することとなる。そのため、被加工材である圧電材や振動子電極だけでなく、導体パターンもカット加工される。この場合、振動子間のカット加工部分における圧電材や導体パターン等の延性や強度、および導体パターンの構造等がカット加工部分の位置によって異なるので、各振動子のカット加工中に各振動子に加わる機械的な負荷が異なってしまう。その結果、図２に示すように、カット加工後においては、接続導体部６０の複数の導体パターン４６の間隔に応じて各振動子４０ａが左または右に傾いて形成される。これにより、各振動子４０ａ間のギャップ５１の幅が狭くなったり、またはＶ字形に広くなったりして各振動子４０ａ間のギャップ５１の幅が一定に維持できないという場合が生じていた。
【０００８】
特に、各振動子４０ａ間のギャップの幅５１が狭くなると、互いに隣接する振動子４０ａの音響的な干渉や電気的な短絡等が生じて振動子４０ａの音響特性や電気特性の低下が引き起こされていた。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために振動子の振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに穴またはスリット（切欠部）を予め設けておくことにより、振動子のカット加工により生じる各振動子の傾きを軽減して各振動子間のギャップの幅を適正に確保し、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止して振動子の音響特性を向上させた超音波プローブを得るための超音波プローブの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明の超音波プローブの製造方法は、板状の圧電材の表裏面に一対の振動子電極を形成する工程、複数の導体パターンが形成された接続導体部における前記導体パターン部分に細長い穴又は切欠きを形成する工程、前記接続導体部における前記導体パターンに形成された細長い穴又は切欠き上に前記振動子電極が位置するように圧電材を配置し、前記導体パターンと前記振動子電極とを電気的に接続する工程、前記振動子電極付きの圧電材及びこれに接続された接続導体部を、前記導体パターン部分に形成された細長い穴又は切欠部に切り口が位置するようにカット加工することにより、前記圧電材を複数の振動子に分割する工程、を含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子に形成されている振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分に細長い穴を設けている。
【００１５】
図３は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブを備えた超音波診断装置の概略構成を示す図である。図３において、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置は、超音波を用いて患者等の被検体から得られた情報を基にして種々の診断を行うための超音波診断装置本体１と、患者等の被検体に超音波を照射し、被検体からの反射波を受信する複数の振動子を備えた超音波プローブ２と、超音波診断装置本体１と超音波プローブ２との間の電気信号の送受信を行うために、超音波診断装置本体１と超音波プローブ２との間を電気的に接続するための電気信号伝送ケーブル３とから構成されている。
【００１６】
超音波診断装置本体１は、超音波を発生させるために超音波プローブ２に駆動信号を送信する。また、超音波診断装置本体１は、超音波プローブ２で受信した被検体からの反射波を例えばエコー信号として電気信号伝送ケーブル３を介して超音波プローブ２から受信し、受信したエコー信号を基にして被検体の超音波診断画像を再構成する。
【００１７】
超音波プローブ２のケーシング１１の内部には、超音波を発生する圧電素子によって構成される複数の振動子４ａと、発生した超音波の放射効率を向上させるために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音響整合層７と、振動子４ａにおいて発生した超音波を収束させるための音響レンズ８と、振動子４ａで発生する不要な振動を吸収するために振動子４ａの超音波放射面側とは反対側（裏面側）に設けられるバッキング材９と、振動子４ａを振動させるための正負の電圧を印加するための互いに極性の異なる２つの振動子電極５、５′と、各振動子電極５、５′にそれぞれ接続される接続導体部２０、６′とが設けられている。
【００１８】
振動子４ａは、超音波診断装置本体１から送信された駆動信号により駆動されて超音波を発生する。これにより、超音波プローブ２から被検体に向けて超音波が照射される。
【００１９】
また、振動子４ａは、被検体に向けて放射された超音波の被検体からの反射波を受信する。振動子４ａが受信した反射波は、振動子４ａを構成する圧電素子の圧電効果により電気信号に変換され、例えばエコー信号として電気信号伝送ケーブル３を介して超音波診断装置本体１に出力される。
【００２０】
図４は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。図４に示すように、振動子のカット加工前の振動子部は図１に示す従来の振動子部とほぼ同様に構成される。すなわち、振動子をカット加工によって得るための板状の圧電材４には図示しない正負の電圧を印加するための２つの振動子電極が形成され、これらの振動子電極の一方に所定の間隔に形成された複数の導体パターン６を有する接続導体部２０が半田付け、焼き付け、接着等によって接合され、圧電材４の下にバッキング材９が取り付けられている。各導体パターン６の間にはポリイミド等の絶縁体５が設けられており、各導体パターン６は絶縁体５によって絶縁されている。なお、図４に示す振動子部が図１に示す従来の振動子部と異なる点は、サブダイス構造を形成するように圧電材４をカット加工する場合において、複数の導体パターン６のカット加工部分に細長い穴６ｂが設けられていることである。
【００２１】
図５は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工後のサブダイス構造を有する振動子部の概略構成を示す図である。超音波プローブにおいてサブダイス構造を有する振動子部を形成するために板状の圧電材４を短冊状の圧電素子で構成される振動子４ａにカット加工する場合には、接続導体部２０に設けられている複数の導体パターン６の間隔と振動子４ａの配列間隔とが一致しないので、圧電材４や振動子電極だけでなく導体パターン６の一部もカット加工される。この場合、上述したように、導体パターン６には細長い穴６ｂが設けられているので、各カット加工部分３０における材質や構造が同一となり、各振動子４ａのカット加工中に各振動子４ａに加わる機械的な負荷が等しくなる。その結果、図５に示すように、各振動子４ａが左または右に傾くことなく形成される。これによって、各振動子４ａ間のギャップの幅が一定に維持されることになるので、隣接する振動子４ａの音響的な干渉や電気的な短絡等が防止され、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の超音波プローブの構成およびその製造方法についてより具体的に説明する。
【００２３】
図６は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。図６において、本発明の第１の実施の形態の超音波プローブは、板状の圧電材４をカット加工することによって得られ、２つの振動子電極（正（＋）電極および負（−）電極）５、５′が形成されている振動子４ａと、半田、導電性接着剤等によって構成される電極接合剤１２を介して各振動子電極５、５′にそれぞれ電気的に接続される可撓性を有する接続導体部２０、６′と、超音波の放射効率を増加させるために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音響整合層７と、振動子４ａにより発生した超音波を音響整合層７を介して収束させるための音響レンズ８と、超音波の発生時における振動子４ａの不要な振動を吸収するために振動子４ａの超音波放射面側とは反対側（裏面側）に設けられるバッキング材９とを備えている。
【００２４】
振動子４ａに対して、圧電材４をカット加工して得られる圧電素子を振動させるために正負の電圧を印加するための２つの振動子電極５、５′がそれぞれ上面および下面に焼付け、蒸着またはメッキ処理により形成されている。なお、圧電材４には圧電性セラミクス材、圧電性高分子材等が用いられる。
【００２５】
接続導体部２０には、振動子４ａのカット加工時において各振動子４ａ間を電気的に絶縁するためのポリイミド等の絶縁体で構成されるチャネルパターン６ａと、サブダイス構造の形成のために用いられ、振動子４ａ間のカット加工部分に位置する細長い穴６ｂを有する導体パターン６とが設けられている。ここでは、隣接する２つのチャネルパターン６ａの間の導体パターン６に１つの穴６ｂを設けているが、所望のサブダイス構造に応じて１つの導体パターン６に複数の穴を設けることも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特性をさらに向上させることができる。なお、接続導体部６′および導体パターン６は、銅、銀、金等の金属材料で構成されている。
【００２６】
上述のように、接続導体部２０にはチャネルパターン６ａと穴６ｂを有する導体パターン６とを設けているが、接続導体部６′にはチャネルパターン６ａや穴６ｂを有する導体パターン６は設けられていない。しかし、接続導体部６′にチャネルパターン６ａおよび穴６ｂを有する導体パターン６を設けることも可能である。これによりカット加工時において各振動子４ａが傾くことなく形成され、各振動子４ａ間のギャップの幅１３が一定に維持されるので、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００２７】
図７は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。図７において、まず、電極接合剤１２を用いて圧電材４に形成されている振動子電極５、５′に接続導体部２０、６′をそれぞれ接合する。
【００２８】
次に、圧電材４に形成されている振動子電極５、５′に接合された接続導体部２０、６′の一部をバッキング材９の一部に接着材等を用いて取り付ける。
【００２９】
その後、振動子電極５、５′が形成されている圧電材４と接続導体部２０、６′とをダイシング等によりカット加工する。これにより、各振動子４ａが所定のギャップの幅１３で形成される。
【００３０】
最後に、圧電材４のカット加工によって得られた振動子４ａの上に音響整合層７や音響レンズ８を取り付けて超音波プローブ４の振動子部を完成させる。
【００３１】
完成した振動子部の接続導体部２０、６′には電気信号ケーブル３が接続され、これにより、上記のように構成された振動子部を備えた超音波プローブ２と超音波診断装置１との間での電気信号の送受信が可能となる。
【００３２】
以上のように、本発明の第１の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに細長い穴を予め設けている。従って、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等によるカット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子に形成されている振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分にスリット（切欠部）を設けている。
【００３４】
図８は本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図、図９は本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。図８に示す本発明の第２の実施の形態の超音波プローブは、本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの製造方法と同様な方法で製造されてほぼ同様な構成を有しており、図３に示す超音波診断装置本体１との間の電気信号伝送ケーブル３を介して電気信号の送受信を行っている。
【００３５】
なお、図８および図９からわかるように、本発明の第１の実施の形態と比較して、本発明の第２の実施の形態の超音波プローブでは、振動子４ａに形成されている振動子電極５に接合される接続導体部２０にチャネルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パターン６とを設けている。導体パターン６にスリット６ｃを設けることにより、カット加工時において導体パターン６はカット加工されないので、カッティング性が低い接続導体部をカット加工する量が減少し、カッティング負荷が軽減して、振動子４ａの形成が容易となる。
【００３６】
図８および図９では、隣接する２つのチャネルパターン６ａの間の導体パターン６に２つのスリット６ｃを設けているが、所望のサブダイス構造に応じて導体パターン６に１つまたは３つ以上のスリットを設けることも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特性をさらに向上させることができる。
【００３７】
上述のように、接続導体部２０にはチャネルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パターン６とが設けられているが、接続導体部６′にはチャネルパターン６ａやスリット６ｃを有する導体パターン６は設けられていない。しかし、接続導体部６′にチャネルパターン６ａおよびスリット６ｃを有する導体パターン６を設けることも可能であり、これによりカット加工時において各振動子４ａが傾くことなく形成され、各振動子４ａ間のギャップの幅１３が一定に維持されるので、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００３８】
以上のように、本発明の第２の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンに所定の間隔でスリットを予め設けている。従って、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等によるカット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００３９】
また、接続導体部の導体パターンがカット加工されないように複数の導体パターンのそれぞれにスリットを設けておくことによりカッティング性が低い接続導体部をカット加工する量が減少するので、カット加工時のカッティング負荷を軽減できる。これにより、振動子の形成が容易となる。また、振動子の傾きがさらに軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができ、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、サブダイス構造を有する振動子部の振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに細長い穴またはスリットを予め設けておくことにより、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、カット加工時における振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。
【図２】従来の超音波プローブにおける振動子のカット加工後の振動子部の状態を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブを備えた超音波診断装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工後のサブダイス構造を有する振動子部の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波プローブ
３ 電気信号伝送ケーブル
４ 圧電材
４ａ 振動子
５、５′ 振動子電極
６ 導体パターン
６′、２０ 接続導体部
６ａ チャネルパターン
６ｂ 穴
６ｃ スリット
７ 音響整合層
８ 音響レンズ
９ バッキング材
１１ ケーシング
１２ 電極接合材
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者に対して超音波を送受信するための超音波プローブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波プローブの振動子部は、超音波を発生する圧電素子によって構成される振動子と、この振動子により発生した超音波を収束させるための音響レンズと、超音波の発生時における振動子の不要な振動を吸収するためのバッキング材と、振動子により超音波を発生させるために正負の電圧を印加するための互いに極性の異なる２つの振動子電極と、各振動子電極にそれぞれ接続される複数の導体パターンを有する接続導体部とによって構成されている。
【０００３】
上記のように構成された超音波プローブの振動子部は例えば次のような工程によって製造される。まず、図１に示すように、振動子を構成する圧電素子を得るための板状の圧電材４０の表裏面に図示しない２つの振動子電極を形成し、これらの振動子電極の一方に接続導体部６０を半田付け、焼き付け、接着等によって接合した後、圧電材４０の下にバッキング材４９を取り付ける。なお、接続導体部６０には、ポリイミド等の絶縁体５０と、絶縁体５０の上に振動子の配列間隔と等しい間隔に設けられた銅等で構成される複数の導体パターン４６とが設けられ、隣接する導体パターン４６の間は絶縁体５０によって電気的に絶縁されている。
【０００４】
その後に、振動子電極が形成されている板状の圧電材４０と振動子電極に接合された接続導体部６０の複数の導体パターン４６とをダイシング等により所定のピッチでカットして振動子を所望の配列間隔に分割する（以下カット加工ともいう）ことにより、短冊状の複数の振動子を備えた振動子部を形成している。
【０００５】
ところで、板状の圧電材４０を短冊状の圧電素子にカット加工する場合において接続導体部６０に設けられている複数の導体パターン４６の間隔と振動子の配列間隔とが一致する時（すなわち複数の導体パターン４６間のギャップの位置と振動子間のギャップの位置が一致する時）には、圧電材４０と振動子電極のみがカット加工される。すなわち、複数の導体パターン４６はカット加工されない。このようにして形成される構造はメインダイス構造と呼ばれている。
【０００６】
一方、振動子の音響特性を向上させるために、振動子部にサブダイス構造と呼ばれる構造を形成する場合がある。サブダイス構造とは、接続導体部６０の複数の導体パターン４６の間隔に対してさらに等分割（２分割、３分割、４分割、・・・）した間隔を振動子の配列間隔とした構造のことである。従って、複数の導体パターン４６のピッチの１／整数（２、３、４、・・・）倍で振動子のカット加工を行うことにより、サブダイス構造が形成されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したサブダイス構造を形成する場合には、接続導体部に設けられている複数の導体パターンの間隔と振動子の配列間隔とが一致せず、接続導体部において導体パターンが設けられている部分と導体パターンが設けられていない部分とを交互にカット加工することとなる。そのため、被加工材である圧電材や振動子電極だけでなく、導体パターンもカット加工される。この場合、振動子間のカット加工部分における圧電材や導体パターン等の延性や強度、および導体パターンの構造等がカット加工部分の位置によって異なるので、各振動子のカット加工中に各振動子に加わる機械的な負荷が異なってしまう。その結果、図２に示すように、カット加工後においては、接続導体部６０の複数の導体パターン４６の間隔に応じて各振動子４０ａが左または右に傾いて形成される。これにより、各振動子４０ａ間のギャップ５１の幅が狭くなったり、またはＶ字形に広くなったりして各振動子４０ａ間のギャップ５１の幅が一定に維持できないという場合が生じていた。
【０００８】
特に、各振動子４０ａ間のギャップの幅５１が狭くなると、互いに隣接する振動子４０ａの音響的な干渉や電気的な短絡等が生じて振動子４０ａの音響特性や電気特性の低下が引き起こされていた。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために振動子の振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに穴またはスリット（切欠部）を予め設けておくことにより、振動子のカット加工により生じる各振動子の傾きを軽減して各振動子間のギャップの幅を適正に確保し、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止して振動子の音響特性を向上させた超音波プローブを得るための超音波プローブの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明の超音波プローブの製造方法は、板状の圧電材の表裏面に一対の振動子電極を形成する工程、複数の導体パターンが形成された接続導体部における前記導体パターン部分に細長い穴又は切欠きを形成する工程、前記接続導体部における前記導体パターンに形成された細長い穴又は切欠き上に前記振動子電極が位置するように圧電材を配置し、前記導体パターンと前記振動子電極とを電気的に接続する工程、前記振動子電極付きの圧電材及びこれに接続された接続導体部を、前記導体パターン部分に形成された細長い穴又は切欠部に切り口が位置するようにカット加工することにより、前記圧電材を複数の振動子に分割する工程、を含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子に形成されている振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分に細長い穴を設けている。
【００１５】
図３は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブを備えた超音波診断装置の概略構成を示す図である。図３において、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置は、超音波を用いて患者等の被検体から得られた情報を基にして種々の診断を行うための超音波診断装置本体１と、患者等の被検体に超音波を照射し、被検体からの反射波を受信する複数の振動子を備えた超音波プローブ２と、超音波診断装置本体１と超音波プローブ２との間の電気信号の送受信を行うために、超音波診断装置本体１と超音波プローブ２との間を電気的に接続するための電気信号伝送ケーブル３とから構成されている。
【００１６】
超音波診断装置本体１は、超音波を発生させるために超音波プローブ２に駆動信号を送信する。また、超音波診断装置本体１は、超音波プローブ２で受信した被検体からの反射波を例えばエコー信号として電気信号伝送ケーブル３を介して超音波プローブ２から受信し、受信したエコー信号を基にして被検体の超音波診断画像を再構成する。
【００１７】
超音波プローブ２のケーシング１１の内部には、超音波を発生する圧電素子によって構成される複数の振動子４ａと、発生した超音波の放射効率を向上させるために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音響整合層７と、振動子４ａにおいて発生した超音波を収束させるための音響レンズ８と、振動子４ａで発生する不要な振動を吸収するために振動子４ａの超音波放射面側とは反対側（裏面側）に設けられるバッキング材９と、振動子４ａを振動させるための正負の電圧を印加するための互いに極性の異なる２つの振動子電極５、５′と、各振動子電極５、５′にそれぞれ接続される接続導体部２０、６′とが設けられている。
【００１８】
振動子４ａは、超音波診断装置本体１から送信された駆動信号により駆動されて超音波を発生する。これにより、超音波プローブ２から被検体に向けて超音波が照射される。
【００１９】
また、振動子４ａは、被検体に向けて放射された超音波の被検体からの反射波を受信する。振動子４ａが受信した反射波は、振動子４ａを構成する圧電素子の圧電効果により電気信号に変換され、例えばエコー信号として電気信号伝送ケーブル３を介して超音波診断装置本体１に出力される。
【００２０】
図４は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。図４に示すように、振動子のカット加工前の振動子部は図１に示す従来の振動子部とほぼ同様に構成される。すなわち、振動子をカット加工によって得るための板状の圧電材４には図示しない正負の電圧を印加するための２つの振動子電極が形成され、これらの振動子電極の一方に所定の間隔に形成された複数の導体パターン６を有する接続導体部２０が半田付け、焼き付け、接着等によって接合され、圧電材４の下にバッキング材９が取り付けられている。各導体パターン６の間にはポリイミド等の絶縁体５が設けられており、各導体パターン６は絶縁体５によって絶縁されている。なお、図４に示す振動子部が図１に示す従来の振動子部と異なる点は、サブダイス構造を形成するように圧電材４をカット加工する場合において、複数の導体パターン６のカット加工部分に細長い穴６ｂが設けられていることである。
【００２１】
図５は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工後のサブダイス構造を有する振動子部の概略構成を示す図である。超音波プローブにおいてサブダイス構造を有する振動子部を形成するために板状の圧電材４を短冊状の圧電素子で構成される振動子４ａにカット加工する場合には、接続導体部２０に設けられている複数の導体パターン６の間隔と振動子４ａの配列間隔とが一致しないので、圧電材４や振動子電極だけでなく導体パターン６の一部もカット加工される。この場合、上述したように、導体パターン６には細長い穴６ｂが設けられているので、各カット加工部分３０における材質や構造が同一となり、各振動子４ａのカット加工中に各振動子４ａに加わる機械的な負荷が等しくなる。その結果、図５に示すように、各振動子４ａが左または右に傾くことなく形成される。これによって、各振動子４ａ間のギャップの幅が一定に維持されることになるので、隣接する振動子４ａの音響的な干渉や電気的な短絡等が防止され、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の超音波プローブの構成およびその製造方法についてより具体的に説明する。
【００２３】
図６は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。図６において、本発明の第１の実施の形態の超音波プローブは、板状の圧電材４をカット加工することによって得られ、２つの振動子電極（正（＋）電極および負（−）電極）５、５′が形成されている振動子４ａと、半田、導電性接着剤等によって構成される電極接合剤１２を介して各振動子電極５、５′にそれぞれ電気的に接続される可撓性を有する接続導体部２０、６′と、超音波の放射効率を増加させるために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音響整合層７と、振動子４ａにより発生した超音波を音響整合層７を介して収束させるための音響レンズ８と、超音波の発生時における振動子４ａの不要な振動を吸収するために振動子４ａの超音波放射面側とは反対側（裏面側）に設けられるバッキング材９とを備えている。
【００２４】
振動子４ａに対して、圧電材４をカット加工して得られる圧電素子を振動させるために正負の電圧を印加するための２つの振動子電極５、５′がそれぞれ上面および下面に焼付け、蒸着またはメッキ処理により形成されている。なお、圧電材４には圧電性セラミクス材、圧電性高分子材等が用いられる。
【００２５】
接続導体部２０には、振動子４ａのカット加工時において各振動子４ａ間を電気的に絶縁するためのポリイミド等の絶縁体で構成されるチャネルパターン６ａと、サブダイス構造の形成のために用いられ、振動子４ａ間のカット加工部分に位置する細長い穴６ｂを有する導体パターン６とが設けられている。ここでは、隣接する２つのチャネルパターン６ａの間の導体パターン６に１つの穴６ｂを設けているが、所望のサブダイス構造に応じて１つの導体パターン６に複数の穴を設けることも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特性をさらに向上させることができる。なお、接続導体部６′および導体パターン６は、銅、銀、金等の金属材料で構成されている。
【００２６】
上述のように、接続導体部２０にはチャネルパターン６ａと穴６ｂを有する導体パターン６とを設けているが、接続導体部６′にはチャネルパターン６ａや穴６ｂを有する導体パターン６は設けられていない。しかし、接続導体部６′にチャネルパターン６ａおよび穴６ｂを有する導体パターン６を設けることも可能である。これによりカット加工時において各振動子４ａが傾くことなく形成され、各振動子４ａ間のギャップの幅１３が一定に維持されるので、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００２７】
図７は本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。図７において、まず、電極接合剤１２を用いて圧電材４に形成されている振動子電極５、５′に接続導体部２０、６′をそれぞれ接合する。
【００２８】
次に、圧電材４に形成されている振動子電極５、５′に接合された接続導体部２０、６′の一部をバッキング材９の一部に接着材等を用いて取り付ける。
【００２９】
その後、振動子電極５、５′が形成されている圧電材４と接続導体部２０、６′とをダイシング等によりカット加工する。これにより、各振動子４ａが所定のギャップの幅１３で形成される。
【００３０】
最後に、圧電材４のカット加工によって得られた振動子４ａの上に音響整合層７や音響レンズ８を取り付けて超音波プローブ４の振動子部を完成させる。
【００３１】
完成した振動子部の接続導体部２０、６′には電気信号ケーブル３が接続され、これにより、上記のように構成された振動子部を備えた超音波プローブ２と超音波診断装置１との間での電気信号の送受信が可能となる。
【００３２】
以上のように、本発明の第１の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに細長い穴を予め設けている。従って、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等によるカット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子に形成されている振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分にスリット（切欠部）を設けている。
【００３４】
図８は本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図、図９は本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。図８に示す本発明の第２の実施の形態の超音波プローブは、本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの製造方法と同様な方法で製造されてほぼ同様な構成を有しており、図３に示す超音波診断装置本体１との間の電気信号伝送ケーブル３を介して電気信号の送受信を行っている。
【００３５】
なお、図８および図９からわかるように、本発明の第１の実施の形態と比較して、本発明の第２の実施の形態の超音波プローブでは、振動子４ａに形成されている振動子電極５に接合される接続導体部２０にチャネルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パターン６とを設けている。導体パターン６にスリット６ｃを設けることにより、カット加工時において導体パターン６はカット加工されないので、カッティング性が低い接続導体部をカット加工する量が減少し、カッティング負荷が軽減して、振動子４ａの形成が容易となる。
【００３６】
図８および図９では、隣接する２つのチャネルパターン６ａの間の導体パターン６に２つのスリット６ｃを設けているが、所望のサブダイス構造に応じて導体パターン６に１つまたは３つ以上のスリットを設けることも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特性をさらに向上させることができる。
【００３７】
上述のように、接続導体部２０にはチャネルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パターン６とが設けられているが、接続導体部６′にはチャネルパターン６ａやスリット６ｃを有する導体パターン６は設けられていない。しかし、接続導体部６′にチャネルパターン６ａおよびスリット６ｃを有する導体パターン６を設けることも可能であり、これによりカット加工時において各振動子４ａが傾くことなく形成され、各振動子４ａ間のギャップの幅１３が一定に維持されるので、振動子４ａの音響特性を向上させることができる。
【００３８】
以上のように、本発明の第２の実施の形態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するために、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンに所定の間隔でスリットを予め設けている。従って、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等によるカット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００３９】
また、接続導体部の導体パターンがカット加工されないように複数の導体パターンのそれぞれにスリットを設けておくことによりカッティング性が低い接続導体部をカット加工する量が減少するので、カット加工時のカッティング負荷を軽減できる。これにより、振動子の形成が容易となる。また、振動子の傾きがさらに軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができ、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、サブダイス構造を有する振動子部の振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに細長い穴またはスリットを予め設けておくことにより、各カット加工部分の材質や構造が同一となり、カット加工時における振動子の傾きが大幅に軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止することができる。これにより、所望の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。
【図２】従来の超音波プローブにおける振動子のカット加工後の振動子部の状態を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブを備えた超音波診断装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブにおける振動子のカット加工後のサブダイス構造を有する振動子部の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波プローブ
３ 電気信号伝送ケーブル
４ 圧電材
４ａ 振動子
５、５′ 振動子電極
６ 導体パターン
６′、２０ 接続導体部
６ａ チャネルパターン
６ｂ 穴
６ｃ スリット
７ 音響整合層
８ 音響レンズ
９ バッキング材
１１ ケーシング
１２ 電極接合材
Claims (1)
- 板状の圧電材の表裏面に一対の振動子電極を形成する工程、
複数の導体パターンが形成された接続導体部における前記導体パターン部分に細長い穴又は切欠きを形成する工程、
前記接続導体部における前記導体パターンに形成された細長い穴又は切欠き上に前記振動子電極が位置するように圧電材を配置し、前記導体パターンと前記振動子電極とを電気的に接続する工程、
前記振動子電極付きの圧電材及びこれに接続された接続導体部を、前記導体パターン部分に形成された細長い穴又は切欠部に切り口が位置するようにカット加工することにより、前記圧電材を複数の振動子に分割する工程、
を含むことを特徴とする超音波プローブの製造方法。
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