JP4439851B2

JP4439851B2 - Array-type ultrasonic probe and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4439851B2
Application number: JP2003207931A
Authority: JP
Inventors: 光浩藤原
Original assignee: 株式会社オークソニック
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP2005064623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用や非破壊検査用の超音波診断装置に用いられる超音波探触子に係り、特に、複数の圧電振動子を配列した配列型の超音波探触子、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配列型の超音波探触子は、複数の微小な圧電振動子を列状に配設し、これら複数の圧電振動子を電子走査（セクタ駆動やリニア駆動など）することで超音波検査を行うものであり、医療用や非破壊検査用の各種超音波診断装置における超音波送受波部として多用されている。
【０００３】
図１０は従来の配列型の超音波探触子の一例を示す斜視図、図１１は図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
この超音波探触子は、隣接するもの同士の間に溝（隙間）１１ａをあけて配列された複数の圧電振動子１と、これら圧電振動子１の背面側に配置された背面支持体２と、複数の圧電振動子１の音響放射面上に積層された音響整合層３と、音響整合層３の上に形成された音響レンズ４と、を備えている。
【０００４】
圧電振動子（ＰＺＴ等）１は、音響放射面側と背面側に表面電極を有し、電極間にインパルス電圧を印加することにより超音波を発生するものである。背面支持体２は、圧電振動子１の背面側から放出される超音波を減衰させて、圧電振動子１の前面側（放射面側）への音響的影響を無くし、圧電振動子１へのダンピングをするためのものである。音響整合層３は、圧電振動子１の音響インピーダンスが被検体（たとえば、生体組織）の音響インピーダンスに対して桁外れに大きいことから、両者間の音響インピーダンスのマッチング（整合）をとるためのもので、両者の中間的な値の音響インピーダンスとなるように設定されている。また、整合層の厚さは、圧電振動子１の発する超音波の周波数領域のうち中心周波数の波長λの１／４になるように設定されている。音響レンズ４はシリコンゴム等の軟質材料よりなり、圧電振動子１から前面側に放出される超音波ビームを集束するために設けられている。音響レンズ４の音響整合層３側の面には、耐薬品性を確保する目的で、例えば１２．５μｍのポリイミドフィルム５が予め取り付けられている。
【０００５】
前記の圧電振動子１は、背面支持体２の上に面状の圧電振動板１１を固着し、圧電振動板１１の上に面状に音響整合層（未分割の音響整合層）３を形成し、その状態で、例えば音響整合層３の上からダイシングして、圧電振動板１１を音響整合層３と共に短冊状に分離することで、一定方向に配列した状態に形成されている。圧電振動子１間の溝１１ａは、ダイシングで切断する際の分割溝（ダイシング溝と呼ばれる）であり、分割された音響整合層３間にも同じ幅の溝１３ａ、１３ｂが同時に形成されている。これら溝１１ａ、１３ａ、１３ｂは、通常、小片状の圧電振動子１の強度を維持したり不要振動を抑制したりする目的で、ゴム系やウレタン系の充填材６で埋められている。
【０００６】
音響整合層３は、超音波の送受波効率を高めるために例えば２層構造とされており、圧電振動子１に近い第１層の音響整合層３ａはセラミック系の材料より構成され、音響レンズ４に近い第２層の音響整合層３ｂはエポキシ系の材料より構成されている。そして、この音響整合層３（３ａ、３ｂ）があることにより、圧電振動子１側から音響レンズ５側に音響インピーダンスが徐々に変化するように設定されている。
【０００７】
このような２層構造の音響整合層３の構成としては大きく分けて次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３種類がある。
（ａ）図１１に示すものは、１層目の音響整合層３ａと２層目の音響整合層３ｂとに、共に圧電振動子１と同じ溝幅の溝１３ａ、１３ｂが設けられているタイプのものである。このタイプは、２層の未分割の音響整合層３ａ、３ｂを圧電振動板１１の上に形成した後でダイシングすることにより作成したものである。
【０００８】
（ｂ）図１２に示すものは、１層目の音響整合層３ａと２層目の音響整合層３ｂが共に裁断されていないタイプのものである。このタイプは、圧電振動板１１をダイシングして複数の圧電振動子１に分離した後で、音響整合層３ａ、３ｂを２層重ねて形成することで作成したものである。
【０００９】
（ｃ）図１３に示すものは、１層目の音響整合層３ａは圧電振動板１１と共に裁断し、２層目の音響整合層３ｂは裁断しないタイプのものである。このタイプは、第１層の音響整合層３ａを圧電振動板１１の上に形成した上でダイシングし、その後で分割された第１層目の音響整合層３ａの上に第２層目の音響整合層３ｂを形成することで作成したものである。
【００１０】
（ａ）のタイプは、例えば特許文献１において知られている。また、（ｃ）のタイプは、例えば特許文献２において知られている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２５８８８０号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００２−１６５７９３号公報（図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記（ａ）のタイプのように２層の音響整合層３ａ、３ｂに共に、圧電振動子１間の溝１１ａと同じ溝幅の溝１３ａ、１３ｂが形成されているものの場合、各分割部分の独立性が高いことから音響特性上においては広い指向特性を有しているが、第２の音響整合層３ｂの面積で決まる超音波送受波面が、溝がある分だけ狭くなることから、送受波利得が小さいという問題がある。
【００１３】
また、上記（ｂ）のタイプおよび（ｃ）のタイプは、上層の音響整合層３ｂに溝がないことから、送受波面積が（ａ）のタイプよりも広くなる。このため送受波利得は大きくなるが、第２層目の音響整合層３ｂが分割されていないことから、圧電振動子１の独立性が悪く、指向特性が狭くなるという問題がある。
【００１４】
因みに、指向特性は、信号を画像処理した際の虚像抑制のため、広い方が良いとされ、また、セクタ走査する際においては、画像においてどこまで広く見ることができるかの要素となるため、超音波探触子においては重要な特性の一つとされている。
【００１５】
なお、狭い溝幅にて圧電振動板１１（圧電振動子１）から音響整合層３ａ、３ｂまでを全て裁断することができれば、音響整合層が分割されていないものに比べて、指向特性を広く確保できると共に、送受波利得も大きくできるが、狭い溝幅で裁断する場合、カッティング装置（ダイシングソウ等）の刃厚が極めて薄くなるため、圧電振動板１１＋２層の音響整合層３ａ、３ｂの全層を裁断するのは困難である。特に中心周波数が２〜３ＭＨｚの低周波の超音波探触子の場合は、圧電振動板１１＋音響整合層３ａ＋音響整合層３ｂの厚さが１．５ｍｍ程度と厚くなるため、圧電振動板１１から２層の音響整合層３ａ、３ｂを全部一緒に２０〜３０μｍの狭い幅の溝にて安定裁断するのは実際上困難であり、全部の溝幅を狭くするには限界があった。
【００１６】
本発明は、上記事情を考慮し、送受波利得を小さくすることなく、広い指向特性を有した配列型の超音波探触子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
請求項１の発明は、隣接するもの同士の間に溝をあけて配列された複数の圧電振動子と、これら複数の圧電振動子の音響放射面上に積層された複数層の音響整合層と、最上層の音響整合層の上に形成された音響レンズと、を備えた配列型の超音波探触子において、前記音響整合層には前記圧電振動子に近い第１層と前記音響レンズに近い第２層の２層が設けられ、前記２層の音響整合層には前記圧電振動子間の溝に対応した溝が設けられ、前記第１層の音響整合層の溝の幅が前記圧電振動子の溝の幅と等しい寸法Ｇに設定され、前記第２層の音響整合層の溝の幅ｇが前記Ｇよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波探触子であって、前記音響レンズの前記音響整合層に接する側にポリイミドフィルムが一体化されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明の配列型の超音波探触子の製造方法は、
（ａ）背面に背面支持体を配した圧電振動板の音響放射面上に第１の音響整合層を設ける工程と、
（ｂ）該工程後に前記第１の音響整合層の上から前記圧電振動板に第１の溝を形成することで前記圧電振動板および第１の音響整合層を複数の圧電振動子とそれに対応した第１の音響整合層に分離する工程と、
（ｃ）該工程後に前記第１の溝に充填材を充填する工程と、
（ｄ）該工程後に前記第１の音響整合層の上に第２の音響整合層を積層する工程と、
（ｅ）該工程後に前記第２の音響整合層に前記第１の溝の位置に対応させて第１の溝よりも小さい溝幅の第２の溝を形成することで、第２の音響整合層をその下側の分離された圧電振動子および第１の音響整合層に対応させて分離する工程と、
（ｆ）該工程後に前記第２の溝に充填材を充填する工程と、
（ｇ）該工程後に前記第２の音響整合層の上に音響レンズを設ける工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態の超音波探触子の断面図である。
この超音波探触子は、隣接するもの同士の間に溝（隙間）１１ａをあけて配列された複数の圧電振動子１と、これら圧電振動子１の背面側に配置された背面支持体２と、複数の圧電振動子１の音響放射面上に積層された音響整合層３と、音響整合層３の上に形成された音響レンズ４と、を備えている。音響レンズ４の音響整合層３に接する側には、予めポリイミドフィルム５が一体化されている。
【００２２】
音響整合層３は、圧電振動子１に近い方の第１層３ａと、音響レンズ４に近い方の第２層３ｂの２層構造とされており、第１層の音響整合層３ａと第２層の音響整合層３ｂに共に、圧電振動子１間の溝１１ａに対応した溝１３ａ、１３ｂが設けられ、それら溝１１ａ、１３ａ、１３ｂは、小片状の圧電振動子１の強度を維持したり、不要振動を抑制したりする目的で、ゴム系やウレタン系の充填材６で埋められている。
【００２３】
ここまでの構成は、図１０、図１１に示した従来例と同じであるが、次の点で異なる。即ち、第１層の音響整合層３ａの溝１３ａの幅は、圧電振動子１間の溝１１ａの幅と等しい寸法Ｇに設定されているが、第２層の音響整合層３ｂの溝１３ｂの幅ｇは、圧電振動子１および第１層目の音響整合層３ａの溝幅Ｇよりも小さく設定されている点である。
【００２４】
このように、２層の音響整合層３ａ、３ｂを共に分割しながらも、圧電振動子１側の第１層目の音響整合層３ａの溝１３ａの幅Ｇより、音響レンズ４側の第２層目の音響整合層３ｂの溝１３ｂの幅ｇを小さくしたことにより、指向特性の広さを落とさずに、超音波送受波面をできるだけ広く確保して、送受波利得を大きくすることができ、安定した特性を発揮することができる。また、音響レンズ４にポリイミドフィルム５を一体化してあるから、薬品の侵入を防止することもできる。
【００２５】
次に、この超音波探触子を得るための製造方法について説明する。
図１の構造の超音波探触子を得る場合には、まず、図２に示すように、背面支持体２の上に表裏面に表面電極を取り付けた圧電振動板１１を固着し、圧電振動板１１の上面（超音波放射面）に、分割されていない状態の第１の音響整合層３ａを設ける。この音響整合層３ａとしては、例えば、シート状に加工したセラミック板を固着する。
【００２６】
次に、図３に示すように、圧電振動板１１と共に第１の音響整合層３ａを、例えば、溝幅Ｇ＝５０μｍの第１の溝１１ａ、１３ａを音響整合層３ａの上から切ることで複数に分割し、第１の溝１１ａ、１３ａ内に充填材６を充填する。そして、電気信号等を確認しながら、音響整合層３ａの厚み調整を研磨等により行う。
【００２７】
次に、図４に示すように、第１の音響整合層３ａの上に、エポキシ系の材料よりなる第２の音響整合層３ｂを積層する。
【００２８】
次に、図５に示すように、第２の音響整合層３ｂに第１の溝１１ａ、１３ａの位置に対応させて、第１の溝１１ａ、１３ａの溝幅Ｇよりも小さい溝幅ｇ（例えばｇ＝３０μｍ）の第２の溝１３ｂを形成することで、第２の音響整合層３ｂを、その下側の圧電振動子１および第１の音響整合層３ａに対応させて分離する。この際の第２の溝１３ｂの深さは、第２の音響整合層３ｂが分割されていさえすればよいので、例えば深さ０．４ｍｍ程度とする。第２の溝１３ｂによって第２の音響整合層１３ｂを分割したら、その溝１３ｂに充填材６を充填する。
【００２９】
そして、第１の音響整合層３ａと同じように電気信号等を確認しながら、第２の音響整合層３ｂの厚さ調整を研磨等により行い、最後に図６に示すように、ポリイミドフィルム５を予め取り付けてある音響レンズ４を、第２の音響整合層３ｂの上面に固着する。以上により、図１に示した配列型の超音波探触子ができあがる。
【００３０】
図７は、音響レンズを付ける前の各サンプルの指向特性の測定結果を示す図である。
（ａ）第１のサンプル（分割無）は、第２の音響整合層３ｂに分割溝を設けず（つまり、第２の音響整合層３ｂは分割せず）、圧電振動板１１（圧電振動子１）と第１の音響整合層３ａを５０μｍ幅の溝で分割した例である。
（ｂ）第２のサンプル（分割５０μｍ）は、第２の音響整合層３ｂから圧電振動板１１までを、同じ５０μｍ幅の溝で分割した例である。
（ｃ）第３のサンプル（分割６０μｍ）は、第２の音響整合層３ｂから圧電振動板１１までを、同じ６０μｍ幅の溝で分割した例である。
（ｄ）第４のサンプル（分割７５μｍ）は、第２の音響整合層３ｂから圧電振動板１１までを、同じ７５μｍ幅の溝で分割した例である。
【００３１】
この図７のデータから、分割の幅の広い方が指向特性が広いことが分かる。
【００３２】
図８は、図７の各サンプルに、ポリイミドフィルムを予め取り付けてある音響レンズを固着した場合の指向特性の測定結果を示している。この図８のデータから、分割無のサンプルは明らかに異なるが、分割されているサンプルに関しては、分割溝の幅の広さにあまり関係なく、指向特性の広さが同等レベルとなることが分かる。つまり、ポリイミドフィルム付音響レンズを付けると、溝幅の増減による指向特性の変化はほとんどなくなることが分かる。更に言い換えると、指向特性を左右するのは、溝の幅の大きさではなく、溝があるか否かであると言うことができる。このことは、つまり指向特性を保ちながら、溝幅は適当に選択してもよい、ということを意味する。
【００３３】
図９は、このことに着目して実施形態のように製作したサンプルの指向特性を、分割無のサンプルと比較して示している。この図９のデータから、２層目の音響整合層を分割していない製品に比べて、本発明の実施形態のサンプル（２層目の音響整合層の溝幅を３０μｍとしたもの）は指向特性が広いことが分かる。
【００３４】
以上により、第２層目の音響整合層３ｂの溝（第２の溝）１３ｂの幅を第１層目の音響整合層３ａの溝（第１の溝）１３ａの幅よりも狭くしても、指向特性が落ちないことが分かった。そこで、次に送受波利得について調べてみた。その結果を表１に示す。この表１は、構造の違いによる送受波利得の比較表である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
この表から分かるように、本発明の実施形態のサンプルは、圧電振動子、第１の音響整合層、第２の音響整合層を同じ溝幅（５０μｍ、６０μｍ、７５μｍ）でそれぞれ分割したサンプルよりも送受波利得が大きくなる。２層目の音響整合層を分割してないサンプル（分割無）が一番送受波利得が大きくなるが、２層目の音響整合層を細幅の溝で分割したサンプル（発明品）は、分割無のサンプルより若干小さい値を示すだけで、分割無サンプルに近い送受波利得を示すことが分かった。
【００３７】
なお、上記実施形態では、平板状の配列型の超音波探触子について説明したが、本発明は、必ずしもこれに限られるものではなく、曲率のついたコンベックス型の超音波探触子にも適用することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、２層の音響整合層３ａ、３ｂのうち、下側の音響整合層３ａの溝１３ａの幅が、圧電振動子１間の溝１１ａの幅と等しい場合を示したが、下側の音響整合層３ａの溝１３ａの幅を、上側の音響整合層３ｂの溝１３ｂの幅と等しく設定することもできる。あるいは、下側の音響整合層３ａの溝１３ａの幅を、圧電振動子１間の溝１１ａの幅と上側の音響整合層３ｂの溝１３ｂの幅との中間の寸法に設定することもできる。
【００３９】
また、上記実施形態では、音響整合層が２層構造である場合について説明したが、３層以上の多層構造の音響整合層を設ける場合にも本発明は適用することができる。その場合は、最上層の音響整合層の分割溝の幅が、少なくとも圧電振動子の分割溝の幅より小さくなっていればよい。
【００４０】
また、音響整合層が１層（単層）の場合にも本発明は適用することができる。その場合は、単層の音響整合層の分割溝の幅が、圧電振動子の分割溝の幅よりも小さくなっていればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、指向特性が広く、送受波利得の大きい安定した特性の超音波探触子を得ることができる。また、音響レンズにポリイミドフィルムを一体化しておくことで、耐薬品性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の超音波探触子の断面図である。
【図２】前記超音波探触子の製造工程の説明図であり、最初の工程説明図である。
【図３】図２の次の工程説明図である。
【図４】図３の工程説明図である。
【図５】図４の工程説明図である。
【図６】図５の工程説明図である。
【図７】音響レンズを取り付ける前の超音波探触子のサンプルの指向特性を示す図である。
【図８】音響レンズを取り付けた後の超音波探触子のサンプルの指向特性を示す図である。
【図９】本発明の実施形態のサンプルと比較例の指向特性を示す図である。
【図１０】従来の超音波探触子の外観斜視図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１２】他のタイプの従来例の断面図である。
【図１３】更に他のタイプの従来例の断面図である。
【符号の説明】
１圧電振動子
２背面支持体
３，３ａ，３ｂ音響整合層
４音響レンズ
５ポリイミドフィルム
１１圧電振動板
１１ａ溝（第１の溝）
１３ａ溝（第１の溝）
１３ｂ溝（第２の溝）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus for medical use or nondestructive inspection, and more particularly, an array type ultrasonic probe in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged, and a method for manufacturing the same. About.
[0002]
[Prior art]
An array-type ultrasonic probe performs ultrasonic inspection by arranging a plurality of minute piezoelectric vibrators in a row and electronically scanning the plurality of piezoelectric vibrators (sector drive, linear drive, etc.). It is widely used as an ultrasonic transmission / reception unit in various ultrasonic diagnostic apparatuses for medical use and nondestructive inspection.
[0003]
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional array-type ultrasonic probe, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
The ultrasonic probe includes a plurality of piezoelectric vibrators 1 arranged with a groove (gap) 11a between adjacent ones, and a back support 2 arranged on the back side of the piezoelectric vibrators 1. And an acoustic matching layer 3 stacked on the acoustic radiation surfaces of the plurality of piezoelectric vibrators 1, and an acoustic lens 4 formed on the acoustic matching layer 3.
[0004]
The piezoelectric vibrator (PZT or the like) 1 has surface electrodes on the acoustic radiation surface side and the back surface side, and generates ultrasonic waves by applying an impulse voltage between the electrodes. The back support 2 attenuates the ultrasonic wave emitted from the back side of the piezoelectric vibrator 1, eliminates the acoustic influence on the front side (radiation surface side) of the piezoelectric vibrator 1, and It is for damping. The acoustic matching layer 3 is used for matching the acoustic impedance between the two because the acoustic impedance of the piezoelectric vibrator 1 is extremely large relative to the acoustic impedance of the subject (for example, biological tissue). The acoustic impedance is set to an intermediate value between the two. Further, the thickness of the matching layer is set to be ¼ of the wavelength λ of the center frequency in the frequency range of the ultrasonic wave emitted from the piezoelectric vibrator 1. The acoustic lens 4 is made of a soft material such as silicon rubber, and is provided for focusing the ultrasonic beam emitted from the piezoelectric vibrator 1 to the front side. For example, a 12.5 μm polyimide film 5 is attached in advance to the surface of the acoustic lens 4 on the acoustic matching layer 3 side in order to ensure chemical resistance.
[0005]
In the piezoelectric vibrator 1, a planar piezoelectric diaphragm 11 is fixed on a back support 2, and an acoustic matching layer (undivided acoustic matching layer) 3 is formed on the piezoelectric diaphragm 11 in a planar shape. In this state, for example, the acoustic matching layer 3 is diced from above, and the piezoelectric diaphragm 11 is separated into strips together with the acoustic matching layer 3 so as to be arranged in a certain direction. The grooves 11a between the piezoelectric vibrators 1 are divided grooves (called dicing grooves) when cutting by dicing, and

grooves

13a and 13b having the same width are also formed between the divided acoustic matching layers 3 at the same time. . These

grooves

11a, 13a, and 13b are usually filled with a rubber-based or urethane-based filler 6 for the purpose of maintaining the strength of the small piece-like piezoelectric vibrator 1 or suppressing unnecessary vibration.
[0006]
The acoustic matching layer 3 has, for example, a two-layer structure in order to increase the transmission / reception efficiency of ultrasonic waves. The first acoustic matching layer 3a close to the piezoelectric vibrator 1 is made of a ceramic material, and is an acoustic lens. The second acoustic matching layer 3b close to 4 is made of an epoxy-based material. The acoustic impedance layer 3 (3a, 3b) is set so that the acoustic impedance gradually changes from the piezoelectric vibrator 1 side to the acoustic lens 5 side.
[0007]
The acoustic matching layer 3 having such a two-layer structure is roughly divided into the following three types (a), (b), and (c).
(A) The type shown in FIG. 11 is a type in which the first acoustic matching layer 3a and the second acoustic matching layer 3b are provided with

grooves

13a and 13b having the same groove width as the piezoelectric vibrator 1. belongs to. In this type, two undivided acoustic

matching layers

3a and 3b are formed on the piezoelectric diaphragm 11 and then diced.
[0008]
(B) The type shown in FIG. 12 is a type in which neither the first acoustic matching layer 3a nor the second acoustic matching layer 3b is cut. In this type, the piezoelectric diaphragm 11 is diced and separated into a plurality of piezoelectric vibrators 1 and then formed by stacking two acoustic

matching layers

3a and 3b.
[0009]
(C) In FIG. 13, the first acoustic matching layer 3a is cut together with the piezoelectric diaphragm 11, and the second acoustic matching layer 3b is not cut. In this type, the first acoustic matching layer 3a is formed on the piezoelectric diaphragm 11, and then dicing is performed, and then the second acoustic layer 3a is formed on the first acoustic matching layer 3a. It is created by forming the matching layer 3b.
[0010]
The type (a) is known in Patent Document 1, for example. The type (c) is known, for example, in Patent Document 2.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-258880 A (FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2002-165793 A (FIG. 1)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case where the two acoustic

matching layers

3a and 3b are formed with

grooves

13a and 13b having the same groove width as the groove 11a between the piezoelectric vibrators 1 as in the type (a) above, Since the independence of the portion is high, the acoustic characteristics have a wide directivity, but the ultrasonic wave transmitting / receiving surface determined by the area of the second acoustic matching layer 3b is narrowed by the amount of the groove, There is a problem that the transmission / reception gain is small.
[0013]
Further, in the above types (b) and (c), since the upper acoustic matching layer 3b has no groove, the transmission / reception area is wider than the type (a). For this reason, the transmission / reception gain is increased, but the second acoustic matching layer 3b is not divided, so that there is a problem that the piezoelectric vibrator 1 is not independent and the directivity is narrowed.
[0014]
Incidentally, the directional characteristics are better for suppressing the virtual image when the signal is image-processed, and it is an element of how far the image can be seen in the sector scan. This is one of the important characteristics in acoustic probes.
[0015]
Note that if all of the piezoelectric diaphragm 11 (piezoelectric vibrator 1) to the acoustic

matching layers

3a and 3b can be cut with a narrow groove width, the directivity characteristics can be broadened as compared with the case where the acoustic matching layer is not divided. In addition to ensuring a large transmission / reception gain, when cutting with a narrow groove width, the blade thickness of the cutting device (dicing saw, etc.) becomes extremely thin, so that all of the acoustic

matching layers

3a and 3b of the piezoelectric diaphragm 11 + 2 layers are formed. It is difficult to cut the layers. Particularly, in the case of an ultrasonic probe having a low frequency with a center frequency of 2 to 3 MHz, the thickness of the piezoelectric diaphragm 11 + acoustic matching layer 3a + acoustic matching layer 3b is as thick as about 1.5 mm. It is practically difficult to stably cut the two acoustic

matching layers

3a and 3b together with a groove having a narrow width of 20 to 30 μm, and there is a limit to narrowing the entire groove width.
[0016]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an array type ultrasonic probe having a wide directivity characteristic and a manufacturing method thereof without reducing transmission / reception gain.
[0017]
The invention of claim 1 includes a plurality of piezoelectric vibrators arranged with a groove between adjacent ones, and a plurality of acoustic matching layers stacked on the acoustic radiation surfaces of the plurality of piezoelectric vibrators. An acoustic lens formed on the uppermost acoustic matching layer, wherein the acoustic matching layer includes a first layer close to the piezoelectric vibrator and the acoustic lens. two layers of the second layer is provided near, the acoustic matching layer of the two layers the grooves corresponding to the grooves between the piezoelectric vibrator is provided, the width of the groove of the acoustic matching layer of the first layer is the piezoelectric The dimension G is set equal to the width of the groove of the vibrator, and the width g of the groove of the acoustic matching layer of the second layer is set smaller than G.
[0019]
A second aspect of the present invention, an ultrasonic probe according to claim 1, wherein the polyimide film on the side in contact with the acoustic matching layer of the acoustic lens are integrated.
[0020]
The manufacturing method of the array type ultrasonic probe of the invention of claim 3
(A) providing a first acoustic matching layer on an acoustic radiation surface of a piezoelectric diaphragm having a back support disposed on the back surface;
(B) By forming a first groove on the piezoelectric diaphragm from above the first acoustic matching layer after the step, the piezoelectric diaphragm and the first acoustic matching layer are associated with a plurality of piezoelectric vibrators. Separating the first acoustic matching layer,
(C) filling the first groove with a filler after the step;
(D) laminating a second acoustic matching layer on the first acoustic matching layer after the step;
(E) A second groove having a groove width smaller than the first groove is formed in the second acoustic matching layer after the step so as to correspond to the position of the first groove. Separating the layer corresponding to the separated piezoelectric vibrator and the first acoustic matching layer underneath,
(F) filling the second groove with a filler after the step;
(G) providing an acoustic lens on the second acoustic matching layer after the step;
It is characterized by providing.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
The ultrasonic probe includes a plurality of piezoelectric vibrators 1 arranged with a groove (gap) 11a between adjacent ones, and a back support 2 arranged on the back side of the piezoelectric vibrators 1. And an acoustic matching layer 3 stacked on the acoustic radiation surfaces of the plurality of piezoelectric vibrators 1, and an acoustic lens 4 formed on the acoustic matching layer 3. A polyimide film 5 is integrated in advance on the side of the acoustic lens 4 in contact with the acoustic matching layer 3.
[0022]
The acoustic matching layer 3 has a two-layer structure of a first layer 3a closer to the piezoelectric vibrator 1 and a second layer 3b closer to the acoustic lens 4, and the first acoustic matching layer 3a and Both of the two acoustic matching layers 3b are provided with

grooves

13a and 13b corresponding to the grooves 11a between the piezoelectric vibrators 1. The

grooves

11a, 13a and 13b maintain the strength of the small piece of the piezoelectric vibrator 1. For the purpose of suppressing unnecessary vibrations, it is filled with a rubber-based or urethane-based filler 6.
[0023]
The configuration so far is the same as that of the conventional example shown in FIGS. 10 and 11, but differs in the following points. That is, the width of the groove 13a of the acoustic matching layer 3a of the first layer is set to a dimension G equal to the width of the groove 11a between the piezoelectric vibrators 1, but the width of the groove 13b of the acoustic matching layer 3b of the second layer is set. The width g is set to be smaller than the groove width G of the piezoelectric vibrator 1 and the first acoustic matching layer 3a.
[0024]
In this way, while the two acoustic matching layers 3a and 3b are divided together, the second on the acoustic lens 4 side due to the width G of the groove 13a of the first acoustic matching layer 3a on the piezoelectric vibrator 1 side. By reducing the width g of the groove 13b of the acoustic matching layer 3b, the ultrasonic transmission / reception surface can be ensured as wide as possible without reducing the area of directivity, and the transmission / reception gain can be increased. Stable characteristics can be exhibited. In addition, since the polyimide film 5 is integrated with the acoustic lens 4, it is possible to prevent chemicals from entering.
[0025]
Next, a manufacturing method for obtaining this ultrasonic probe will be described.
When obtaining the ultrasonic probe having the structure shown in FIG. 1, first, as shown in FIG. 2, a piezoelectric diaphragm 11 having surface electrodes attached to the front and back surfaces is fixed on the back support 2, and the piezoelectric vibration is obtained. A first acoustic matching layer 3a that is not divided is provided on the upper surface (ultrasonic radiation surface) of the plate 11. As the acoustic matching layer 3a, for example, a ceramic plate processed into a sheet shape is fixed.
[0026]
Next, as shown in FIG. 3, by cutting the first acoustic matching layer 3a together with the piezoelectric diaphragm 11, for example, the

first grooves

11a and 13a having a groove width G = 50 μm from above the acoustic matching layer 3a. It divides | segments into plurality and the filler 6 is filled in the 1st groove |

channels

11a and 13a. Then, the thickness of the acoustic matching layer 3a is adjusted by polishing or the like while confirming an electric signal or the like.
[0027]
Next, as shown in FIG. 4, a second acoustic matching layer 3b made of an epoxy material is laminated on the first acoustic matching layer 3a.
[0028]
Next, as shown in FIG. 5, the second acoustic matching layer 3b is made to correspond to the positions of the

first grooves

11a and 13a, and the groove width g (which is smaller than the groove width G of the

first grooves

11a and 13a is used. By forming the second groove 13b (for example, g = 30 μm), the second acoustic matching layer 3b is separated corresponding to the piezoelectric vibrator 1 and the first acoustic matching layer 3a on the lower side. The depth of the second groove 13b at this time is only required to be obtained by dividing the second acoustic matching layer 3b. For example, the depth is about 0.4 mm. When the second acoustic matching layer 13b is divided by the second groove 13b, the filler 6 is filled into the groove 13b.
[0029]
Then, the thickness of the second acoustic matching layer 3b is adjusted by polishing or the like while confirming an electric signal or the like in the same manner as the first acoustic matching layer 3a. Finally, as shown in FIG. Is fixed to the upper surface of the second acoustic matching layer 3b. As a result, the array type ultrasonic probe shown in FIG. 1 is completed.
[0030]
FIG. 7 is a diagram illustrating a measurement result of directivity characteristics of each sample before attaching the acoustic lens.
(A) In the first sample (no division), the second acoustic matching layer 3b is not provided with a dividing groove (that is, the second acoustic matching layer 3b is not divided), and the piezoelectric diaphragm 11 (piezoelectric vibrator) This is an example in which 1) and the first acoustic matching layer 3a are divided by a groove having a width of 50 μm.
(B) The second sample (divided 50 μm) is an example in which the second acoustic matching layer 3b to the piezoelectric diaphragm 11 are divided by the same 50 μm wide groove.
(C) The third sample (divided 60 μm) is an example in which the second acoustic matching layer 3b to the piezoelectric diaphragm 11 are divided by the same 60 μm wide groove.
(D) The fourth sample (divided 75 μm) is an example in which the second acoustic matching layer 3b to the piezoelectric diaphragm 11 are divided by the same groove having a width of 75 μm.
[0031]
From the data of FIG. 7, it can be seen that the wider the division width, the wider the directivity.
[0032]
FIG. 8 shows measurement results of directivity when each acoustic lens having a polyimide film attached thereto is fixed to each sample of FIG. From the data of FIG. 8, it can be seen that the undivided samples are clearly different, but the divided samples have the same level of directivity regardless of the width of the dividing grooves. . In other words, it can be seen that when the acoustic lens with polyimide film is attached, the change in directivity due to the increase or decrease in the groove width is almost eliminated. In other words, it can be said that it is not the size of the groove width but the presence or absence of the groove that influences the directivity. This means that the groove width may be appropriately selected while maintaining the directivity.
[0033]
FIG. 9 shows the directivity characteristics of the sample manufactured as in the embodiment focusing on this, as compared with the non-divided sample. From the data shown in FIG. 9, the sample of the embodiment of the present invention (where the groove width of the second acoustic matching layer is 30 μm) is oriented as compared with the product in which the second acoustic matching layer is not divided. It can be seen that the characteristics are wide.
[0034]
As described above, the width of the groove (second groove) 13b of the second acoustic matching layer 3b is made smaller than the width of the groove (first groove) 13a of the first acoustic matching layer 3a. It turned out that the directivity does not fall. Next, we examined the transmission / reception gain. The results are shown in Table 1. Table 1 is a comparison table of transmission / reception gains according to differences in structure.
[0035]
[Table 1]

[0036]
As can be seen from this table, the sample of the embodiment of the present invention is based on a sample obtained by dividing the piezoelectric vibrator, the first acoustic matching layer, and the second acoustic matching layer with the same groove width (50 μm, 60 μm, 75 μm), respectively. Also, the transmission / reception gain increases. The sample that does not divide the second acoustic matching layer (no division) has the largest transmission / reception gain, but the sample (invention) in which the second acoustic matching layer is divided by a narrow groove, It was found that the transmission / reception gain close to that of the non-divided sample was shown only by showing a value slightly smaller than that of the non-divided sample.
[0037]
In the above embodiment, a flat array type ultrasonic probe has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this, and a convex ultrasonic probe with a curvature is also applicable. Can be applied.
[0038]
In the above-described embodiment, the case where the width of the groove 13a of the lower acoustic matching layer 3a of the two acoustic matching layers 3a and 3b is equal to the width of the groove 11a between the piezoelectric vibrators 1 is shown. The width of the groove 13a of the lower acoustic matching layer 3a can be set equal to the width of the groove 13b of the upper acoustic matching layer 3b. Alternatively, the width of the groove 13a of the lower acoustic matching layer 3a can be set to an intermediate dimension between the width of the groove 11a between the piezoelectric vibrators 1 and the width of the groove 13b of the upper acoustic matching layer 3b.
[0039]
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where an acoustic matching layer was a two-layer structure, this invention is applicable also when providing the acoustic matching layer of a multilayer structure of three or more layers. In that case, the width of the dividing groove of the uppermost acoustic matching layer may be at least smaller than the width of the dividing groove of the piezoelectric vibrator.
[0040]
Further, the present invention can also be applied when the acoustic matching layer is a single layer (single layer). In that case, the width of the dividing groove of the single acoustic matching layer may be smaller than the width of the dividing groove of the piezoelectric vibrator.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an ultrasonic probe having a stable characteristic with a wide directivity and a large transmission / reception gain. Moreover, chemical resistance can be improved by integrating the polyimide film with the acoustic lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the ultrasonic probe and an initial process explanatory diagram;
3 is an explanatory diagram of the next step of FIG. 2. FIG.
4 is a process explanatory diagram of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a process explanatory diagram of FIG. 4;
6 is a process explanatory diagram of FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics of a sample of an ultrasonic probe before an acoustic lens is attached.
FIG. 8 is a diagram showing directivity characteristics of a sample of an ultrasonic probe after an acoustic lens is attached.
FIG. 9 is a diagram showing directivity characteristics of a sample according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
FIG. 10 is an external perspective view of a conventional ultrasonic probe.
11 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of another type of conventional example.
FIG. 13 is a cross-sectional view of still another type of conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2 Back

surface support body

3,3a, 3b Acoustic matching layer 4 Acoustic lens 5 Polyimide film 11 Piezoelectric diaphragm 11a Groove (first groove)
13a Groove (first groove)
13b Groove (second groove)

Claims

A plurality of piezoelectric vibrators arranged with a groove between adjacent ones, a plurality of acoustic matching layers stacked on the acoustic radiation surfaces of the plurality of piezoelectric vibrators, and an uppermost acoustic matching layer In an array type ultrasonic probe provided with an acoustic lens formed on
The acoustic matching layer is provided with two layers, a first layer close to the piezoelectric vibrator and a second layer close to the acoustic lens,
Wherein the acoustic matching layer of the two layers grooves corresponding to grooves between the piezoelectric vibrator is provided,
The groove width of the first acoustic matching layer is set to a dimension G equal to the groove width of the piezoelectric vibrator, and the groove width g of the second acoustic matching layer is set to be smaller than G. and array type ultrasound probe, characterized in that are.

The ultrasonic probe according to claim 1 ,
An array type ultrasonic probe, wherein a polyimide film is integrated on a side of the acoustic lens in contact with the acoustic matching layer.

(A) providing a first acoustic matching layer on an acoustic radiation surface of a piezoelectric diaphragm having a back support disposed on the back surface;
(B) By forming a first groove on the piezoelectric diaphragm from above the first acoustic matching layer after the step, the piezoelectric diaphragm and the first acoustic matching layer are associated with a plurality of piezoelectric vibrators. Separating the first acoustic matching layer,
(C) filling the first groove with a filler after the step;
(D) laminating a second acoustic matching layer on the first acoustic matching layer after the step;
(E) A second groove having a groove width smaller than the first groove is formed in the second acoustic matching layer after the step so as to correspond to the position of the first groove. Separating the layer corresponding to the separated piezoelectric vibrator and the first acoustic matching layer underneath,
(F) filling the second groove with a filler after the step;
(G) providing an acoustic lens on the second acoustic matching layer after the step;
A method of manufacturing an array-type ultrasonic probe, comprising: