JP4468599B2

JP4468599B2 - Ultrasonic probe

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Publication number: JP4468599B2
Application number: JP2001043785A
Authority: JP
Inventors: 勝裕若林; 之彦沢田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2002247696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用もしくは非破壊検査用の超音波診断に用いる超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波の反射を利用して体腔内の各組織の界面を診断したり、非破壊検査に用いて被測定物内部の傷等の非連続部を診断したりする超音波探触子の改良が進んでいる。超音波探触子の典型的な構成は「改訂医用超音波機器ハンドブック」（（社）日本電子機械工業会編、コロナ社、１９９７．１．２０、ｐ．６８〜７４）に示されている。図１１の（Ａ）はこの超音波探触子の斜視図である。図１１の（Ｂ）はこの超音波探触子を側面から見た図である。図１１の（Ａ）では超音波探触子の一部が取り除かれて示されている。尚、図１１の（Ａ）及び図１１の（Ｂ）では個々の部材の識別を明確にするためにハッチングが施されている。超音波探触子は、背面負荷材１１２と、背面負荷材１１２の上に順に積層されている圧電素子１１４、第１音響整合層１１６及び第２音響整合層１１８とを備えている。圧電素子１１４は圧電セラミックからなる。圧電素子１１４と第１音響整合層１１６とには、第１音響整合層１１６の面に沿って直線状に延びている複数の溝（例えば溝１１５）が形成されている。これらの溝は一列に並んでいる。これらの溝により、圧電素子１１４と第１音響整合層１１６とは、夫々複数の部分に分割されている。第２音響整合層の上には音響レンズ１１１０が積層されている。圧電素子１１４の下面の電極にはフレキシブルプリント基板１１１２が接続されている。フレキシブルプリント基板１１１２は圧電素子１１４の下面から背面負荷材の側面に沿って延びている。フレキシブルプリント基板１１１２はポリイミド等の絶縁樹脂から形成されている絶縁部１１１２ａと、この絶縁部の上に配線されている複数の導線１１１２ｂとを有している。各導線１１１２ｂには分割された圧電素子１１４の部分の少なくとも１つが接続されている。導線１１１２ｂは銅箔により形成されている。フレキシブルプリント基板は、数百ボルト程度のパルス波形の電圧（駆動信号）を圧電素子１１４に供給するためのパルサと、超音波を受けた圧電素子１１４が発生する電圧（受信信号）を受信するための観測装置とに接続されている（ともに図示せず）。フレキシブルプリント基板１１１２は駆動信号と受信信号とを伝送するための信号線として用いられる。圧電素子１１４の上面において、フレキシブルプリント基板１１１２が接続されている側と反対側の端には１本のアース線１１１４が配線されている（図１１の（Ｂ））。アース線１１１４には導電性のワイヤーや箔が用いられている。アース線１１１４は半田付けを利用したり、導電性樹脂を用いたりして接続されている。アース線１１１４は分割された圧電素子の部分の全てに接続されており、保護樹脂１１１６で覆われている。アース線１１１４は図示しないアースに接続されている。
【０００３】
超音波探触子の動作を説明する。音響レンズ１１１０を被検体の表面に接触させ、パルサを用いて駆動信号を圧電素子１１４に供給すると、圧電素子１１４が逆圧電効果により急速に変形し、超音波パルスが励起される。このとき、背面負荷材１１２は不要な振動を抑制する。この超音波パルスは第１音響整合層１１６、第２音響整合層１１８及び音響レンズ１１１０を介して被検体に入射する。
【０００４】
一般に、圧電セラミックからなる圧電素子を生体に直接接触させて圧電素子から生体に超音波を伝播させると、一部は透過するが大部分は反射される。圧電素子と生体との間に適切な音響インピーダンスをもつ音響整合層を設けると、音響整合層を設けない場合と比べて透過する超音波の量が増加する。これを利用すると、超音波パルスは圧電素子から被検体に効率良く伝達される。
【０００５】
音響レンズ１１１０は屈折を利用して超音波パルスを被検体内部の対象物（体内の各組織の界面や被測定物内部の傷等の非連続部）に集束させる。この超音波パルスは対象物で反射し、音響レンズ１１１０、第２音響整合層１１８及び第１音響整合層１１６を介して圧電素子１１４に入射する。この超音波パルスは圧電素子１１４に機械的振動を発生させる。この振動は圧電効果により電気信号（受信信号）に変換されたのち、フレキシブルプリント基板１１１２（信号線）を介して観測装置に送られて画像化される。
【０００６】
特開平９−１３９９９８号には、背面負荷材と、圧電素子と、導電性材料であるカーボンからなる音響整合層と、音響レンズとを有しており、図１１の超音波探触子と同様に、これらがこの順に積層されている超音波探触子が開示されている。音響整合層は圧電素子の上面に形成された電極に導電性を確保して接合されている。音響整合層はアースのための電極を兼ねている。
【０００７】
また、特公平１−６１０６２号には、背面負荷材と、圧電素子と、導電性材料である導電性樹脂からなる音響整合層とを有しており、これらがこの順に積層されている超音波探触子が開示されている。導電性樹脂は、基質（マトリクス）である樹脂材料に、充填剤（フィラー）として金属粉を混入させて形成されている。特開平９−１３９９９８号と同様に、音響整合層はアースのための電極として用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、音響整合層にカーボンを用いた、特開平９−１３９９９８号の超音波探触子では、音響整合層は導電性を有し、かつ切削性も良い一方で、音響整合層の厚さが典型的に用いられる１／４λの場合、機械的な強度が低く、薄板化する加工中にわれや欠けが発生する。また、カーボン単体により音響整合層が形成されている場合において、超音波探触子を人体に用いるとき、音響整合層の音響インピーダンスが最適な値からずれる。この結果、超音波は効率よく伝達されないので、感度が低下し、画像精度が悪化する。
【０００９】
また、音響整合層に導電性樹脂を用いた、特公平１−６１０６２号の超音波探触子では、フィラーの材質、マトリックスである樹脂材料を適切に選択することにより導電性は得られるが、経時変化はもちろんのこと、消毒や滅菌といった工程の際に消毒液や滅菌液が樹脂内に進入し樹脂の劣化、膨潤そして、フィラーである金属の酸化等により、導電性が悪くなり、抵抗値が大きくなる。そのため、Ｓ／Ｎ比の低下や、導通不良、画質劣化が生じる。また、導電性樹脂は超音波減衰率が大きい材料であるので、送受信感度及び画質が低下する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、導電性を有し、加工中にわれ欠けの発生が少なく、加工が容易であり、かつ最適な音響インピーダンスをもつ音響整合層を備えた超音波探触子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる超音波探触子は、圧電素子と音響整合層とを有している超音波探触子において、前記音響整合層の少なくとも１つはカーボンと炭化物とを含有した炭素複合材料からなることを特徴としている。
【００１２】
炭素複合材料は加工中にわれ欠けの発生が少なく、加工が容易である。また、炭素に炭化物を配合して炭素複合材料を形成する際、炭化物の配合比を変化させることにより、炭素複合材料の音響インピーダンスを変化させることができる。このような材料を音響整合層に用いることにより、導電性を有し、加工中にわれ欠けの発生が少なく、加工が容易であり、かつ最適な音響インピーダンスをもつ音響整合層を備えた超音波探触子を提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる超音波探触子では、前記炭化物は、ＳｉＣ又はＢ _４Ｃを含んでいることを特徴とする。
本発明の請求項３に係わる超音波探触子では、前記炭素複合材料は、炭化物のセラミック微粉とホウ化物のセラミック微粉とを含んでいることを特徴とする。
本発明の請求項４に係わる超音波探触子では、前記炭素複合材料は、焼成体で形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項５に係わる超音波探触子では、前記圧電素子は、音響放射面を有しており、前記炭素複合材料からなる前記音響整合層は、この音響放射面に対向し、この音響放射面より大きい対向領域を有しており、この対向領域は、前記圧電素子の音響放射面に接合されている接合領域と、前記圧電素子を配線する配線領域とを有していることを特徴としている。
【００１４】
音響整合層に配線する場合、音響整合層の側面に配線することが考えられるが、通常音響整合層の側面の面積は小さい。本発明の請求項５に係わる超音波探触子では、音響整合層の対向領域に配線領域が設けられていることにより、配線される面積を大きくできる。
【００１５】
本発明の請求項６に係わる超音波探触子は、前記炭素複合材料からなる前記音響整合層には、音響整合層の表面に沿って延びている、複数の配列された配列溝が形成されており、夫々の配列溝の深さは、音響整合層が分割されるように配列溝の全ての部分で音響整合層の厚さと等しいか、配列溝の全ての部分で音響整合層の厚さ未満であるか、又は少なくとも配列溝の一部で音響整合層の厚さ未満であることを特徴としている。
【００１６】
配列溝の深さが音響整合層の厚さと等しい場合、音響整合層は配列溝により分割される。一方、厚さ未満の場合、音響整合層は分割されないので、導電性を有する音響整合層の一部に配線すれば音響整合層の全ての部分に導通する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図１０を参照して、本発明の実施の形態に係わる超音波探触子を説明する。
【００１８】
先ず、本発明の第１の実施の形態の超音波探触子を図１乃至図３を用いて説明する。図１は超音波探触子の側面図である。尚、図１では個々の部材の識別を明確にするためにハッチングが施されている。超音波探触子は背面負荷材２を有している。背面負荷材２は柔軟性があるウレタン樹脂により形成されており、フィラーとしてアルミナが用いられている。ウレタン樹脂の硬度はショアーＡ９０程度である。図１では背面負荷材２の４つの側面の内の１面である前面が紙面に向けられている。背面負荷材２の上面には、圧電素子４と第１音響整合層６と第２音響整合層８とがこの順に積層されている。圧電素子４は一般的な焼結工程等により製造される圧電セラミックで形成されている。圧電素子４の下面（背面負荷材２の上面と対向する面）と上面には電極が形成されている。第１音響整合層６は炭素複合材料からなり、導電性をもつ。第１音響整合層６の厚さは２００μｍであり、５ＭＨｚの超音波を利用するときに超音波は効率良く伝達される。第２音響整合層８はエポキシ樹脂により形成されており、その厚さは１００μｍである。圧電素子４、第１音響整合層６及び第２音響整合層８は積層体を構成している。
【００１９】
図２は図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断した積層体の断面図であり、図３は積層体の側面図である。図３では積層体の前面（図１で紙面に向いている面）が紙面に向いており、図１とは上下が逆にされている。積層体の下面は圧電素子４の下面である。積層体には、積層体の下面に沿って延びている、複数の配列された配列溝５が形成されている。これらの配列溝５は積層体の前面にほぼ平行に略直線的に延びており、所定間隔をおいて配列されている。
【００２０】
図３に示されるように、配列溝５は圧電素子４の下面（背面負荷材２と接している面）と、第２音響整合層８を貫く線３２との間に形成されている。配列溝５が形成されていることで、圧電素子４と第１音響整合層６とは夫々複数の部分に分割されている。第１音響整合層６に注目すると、配列溝５は第１音響整合層６の表面に沿って延びており、夫々の配列溝５の深さは第１音響整合層６が分割されるように配列溝５の全ての部分で第１音響整合層６の厚さと等しい。第２音響整合層８の上には音響レンズ１０が設けられている（図１）。音響レンズ１０はシリコーン樹脂により形成されている。音響レンズ１０の上面は凸形状に成形されている。
【００２１】
背面負荷材２において、前面に隣接している側面に沿って、略平板状のフレキシブルプリント基板１２が上下方向に延びている。フレキシブルプリント基板１２の上端は背面負荷材２の上面と圧電素子４の下面との間に挟まれている。他方の端は図１１の超音波探触子と同様の、図示されないパルサと観測装置とに接続されている。フレキシブルプリント基板１２には複数の導線が配線されている。これらの導線は半田を介して分割された圧電素子４の対応する部分の下面の電極に接続されている。フレキシブルプリント基板１２は駆動信号と受信信号とを伝送するための信号線として用いられる。
【００２２】
超音波探触子において、フレキシブルプリント基板１２が設けられている側面と対向する側面には、ベタ電極を有している略平板状のフレキシブルプリント基板１４が導電性接着剤を用いて接着されている。圧電素子４と第１音響整合層６とは導通しており、第１音響整合層６にフレキシブルプリント基板１４を接着することで、第１音響整合層６は分割された圧電素子４の夫々の部分の共通電極を形成している。フレキシブルプリント基板１４において圧電素子４と隣接する部分には、絶縁体であるポリイミドが配設されている。これにより、圧電素子４の下面の電極とフレキシブルプリント基板１４とは絶縁されている。フレキシブルプリント基板１４は図示しないアースに接続されており、アース線として用いられる。以上のようにして、圧電素子４の上面の電極は第１音響整合層６とアース線とを介してアースに接続されている。超音波探触子の動作は図１１の超音波探触子と同様である。
【００２３】
第１音響整合層６を形成している材料について説明する。上述したように、第１音響整合層６は炭素複合材料からなる。この炭素複合材料はカーボンと炭化物とを含有している。この炭化物は炭化珪素ＳｉＣと炭化ホウ素Ｂ_４Ｃとを含んでいる。上記炭素複合材料は、この炭化物のセラミック微粉とホウ化物のセラミック微粉とを含んでいる。この炭素複合材料は焼成体で形成されている。
【００２４】
炭素複合材料からなる第１音響整合層６の強度は、カーボンのみからなる場合と比較して高い。これは、以下に示す理由に由来すると考えられている。炭素複合材料は主に粒子状のカーボンと、これらの粒子間に存在するセラミック微粉とから形成されている。セラミック微粉はこれに接しているカーボンの粒子にくさびのように埋め込まれている。これにより、セラミック微粉を介して隣接しているカーボンの粒子は互いに離れにくくなるので、マイクロクラックの成長が抑制されると考えられている。特に、セラミック微粉の形状が球形ではなく、凹凸を有した多角形（多角形の組み合わせ）のときには、カーボンの粒子を繋ぎ止める働きが強く、強度が向上することが期待される。
【００２５】
以上のように、炭素複合材料は加工中にわれ欠けの発生が少ないので、加工が比較的容易である。特に、１０ＭＨｚ以上の高周波の超音波を利用する場合、音響整合層を１００μｍ以下の厚さに加工する必要があるが、このような薄物加工も容易に行うことができる。
【００２６】
炭素複合材料は、カーボンに平均粒径０．５μｍのＳｉＣと平均粒径５μｍのＢ_４Ｃとを配合して形成されている。ＳｉＣとＢ_４Ｃの重量比は夫々６ｗｔ％（重量百分率），９ｗｔ％である。カーボンにはこれらの他に４ｗｔ％のホウ化ジルコニウムが配合されている。音響インピーダンスは約８．５×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ（８．５ＭＲａｙｌ）である。炭素複合材料はカーボンよりも大きい密度をもつセラミック微粉を含んでいるので、カーボン単体と比較してより大きい密度をもつ。このため、炭素複合材料の音響インピーダンスはカーボン単体のそれより大きい。炭素複合材料に配合される炭化物の配合比（即ち重量比）を変化させたり、平均粒径を変化させたりすると、音響インピーダンスは変化する。典型的には、約７．５×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ（７．５ＭＲａｙｌ）〜約１０×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ（１０ＭＲａｙｌ）の音響インピーダンスを得ることができる。これを利用することにより、超音波が効率良く伝達されるのに最適な音響インピーダンスをもつ音響整合層を用意することができる。
【００２７】
ところで、樹脂材料にフィラーを混入させて形成した樹脂においても、混入されるフィラーを変更すると、音響インピーダンスが変化する。しかしながら、このような樹脂は大きな超音波減衰率をもつので、このような樹脂からなる音響整合層を用いると、超音波は効率良く伝達されない。特に、特公平１−６１０６２号で開示されているような導電性樹脂は導電性を確保するために独特の形状をもつフィラーを含んでいることにより、さらに大きな減衰率をもつので、このような欠点がより顕著である。このような樹脂と比較して、炭素複合材料は比較的小さな超音波減衰率をもつので、超音波は比較的効率良く伝達される。以上のように炭素複合材料からなる音響整合層を用いれば、より大きな強度の駆動信号を対象物に導くことができるとともに、より大きな強度の受信信号を圧電素子に入射させることができる。従って、超音波探触子の感度を向上させることができる。
【００２８】
本実施の形態ではカーボンにＳｉＣ、Ｂ_４Ｃ及びホウ化ジルコニウムを配合して炭素複合材料を形成しているが、カーボンにこれらを配合する代わりに炭化アルミＡｌ_４Ｃ_３等の炭化物やホウ化タングステンＷＢ等を配合した炭素複合材料も本実施の形態の炭素複合材料と同様の作用効果が得られる。また、ＳｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ホウ化ジルコニウム、Ａｌ_４Ｃ_３及びＷＢの少なくとも１つを配合しても本実施の形態の炭素複合材料と同様の作用効果が得られる。
【００２９】
以上詳述した如く構成されている本発明の第１の実施の形態に従った超音波探触子においては、ＳｉＣ及びＢ_４Ｃの配合比を変化させることにより、炭素複合材料の音響インピーダンスを変化させることができるので、最適な音響インピーダンスをもつ音響整合層を備えた超音波探触子を提供することができる。
【００３０】
ところで、本実施の形態とは異なり、第１音響整合層６が導電性をもたない超音波探触子では、アース線として用いられているフレキシブルプリント基板１４は圧電素子４の上面の電極から延びており、圧電素子４の側面と第１音響整合層６の側面との間から外部に露出している小さな電極に接続される。これに対して、本実施の形態のように第１音響整合層６が導電性をもつ超音波探触子では、フレキシブルプリント基板１４は第１音響整合層６の側面に接着されており、この側面の面積は上記の外部に出ている電極の面積と比較して大きい。従って、導通不良に対する信頼性を高くすることができる。
【００３１】
また、図１１の従来の超音波探触子では、アース線１１１４は半田付け等を利用して圧電素子１１４に接続されている。加熱された半田を圧電素子に接触させると、圧電素子が消極することがある。これに対して、本実施の形態では、フレキシブルプリント基板１４は導電性接着剤を用いて第１音響整合層６に接続されているので、圧電素子４が消極することはない。
【００３２】
また、図１１の従来の超音波探触子では、超音波を放射する圧電素子１１４の上面にはアース線１１１４が配線されている。アース線１１１４が配線されている領域からは超音波が有効に放射されない。ところで、超音波探触子が体腔内の診断に利用される場合、微小な圧電素子が用いられる。このような場合、圧電素子の上面の多くの部分が、アース線が配線されている領域で覆われるので、有効に放射されないことが顕著になる。これに対して、本実施の形態では、アース線を圧電素子４の上面に配線する必要がないので、圧電素子４から放射される超音波の音場を容易に制御することができる。
【００３３】
また、特公平１−６１０６２号のように音響整合層に導電性樹脂を用いた従来の超音波探触子では、樹脂の経時変化や、消毒工程や滅菌工程の際の樹脂の劣化等により、導電性が悪化するので、感度が低下したり導通不良が生じたりする。これに対して、本実施の形態では音響整合層に炭素複合材料を用いているので、このようなことは起こらない。特に、第２音響整合層８に耐薬品性の高いポリイミド等を用いれば、滅菌及び消毒時の薬剤に対して特性の劣化がない超音波探触子を提供できる。
【００３４】
本実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。５ＭＨｚの超音波を利用するときには、第１音響整合層６の厚さは２００μｍであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば１０ＭＨｚの超音波を利用するために、厚さは１００μｍであってもよい。また、任意の周波数の超音波を利用するために、この周波数に対応した厚さをもつことができることは言うまでもない。
【００３５】
また、本実施の形態では、フレキシブルプリント基板１４において圧電素子４に対向する面に絶縁体を設けることにより、フレキシブルプリント基板１４と圧電素子４の下面の電極とを絶縁しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば圧電素子４の下面の電極が圧電素子４の側面と第１音響整合層６の側面との間から外部に露出しないように、圧電素子４の下面の電極を形成することにより絶縁してもよい。また、圧電素子４の下面の電極において外部に露出している部分を樹脂で封止することにより絶縁してもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では半田を介して圧電素子４の電極にフレキシブルプリント基板１２を接続しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば異方性導電膜（ＡＣＦ）を介して接続されていてもよい。この場合、加熱された半田が圧電素子４に接触することにより生じる圧電素子４の消極を防止することができる。
【００３７】
また、圧電素子４は配列溝５が延びている方向と交差する方向に凸形状に湾曲していてもよい。このような超音波探触子をコンベックスアレイ探触子という。
【００３８】
次に、第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例について説明する。先ず、第１工程について説明する。所定の炭化物を含有した炭素複合材料を用意し、この炭素複合材料に研削加工を施して略平板状の第１音響整合層６を形成する。上述したように第１音響整合層６の厚さは２００μｍである。厚さ２００μｍに炭素複合材料を形成するには、両面ラップ盤を使用したり、ワックスや水溶性接着剤を用いて炭素複合材料を基材に貼り付け、研削及び研磨を行ったりして炭素複合材料を加工する。
【００３９】
第２工程（第２音響整合層形成工程）について説明する。第１音響整合層６の側面を覆うように枠を取り付け、容器を形成するとともに、第１音響整合層６の一方の面をテープ等でマスキングする。マスキングには水溶性樹脂やレジストを用いてもよい。この容器の底面は第１音響整合層６であり、側面は枠である。マスキングした面は容器の外部に向いた面である。次に、容器の中にエポキシ樹脂を流し込み、樹脂を固化させて第２音響整合層８を形成する。流し込む樹脂の量は第２音響整合層８の厚さが１００μｍとなるように調節する。この後に枠とマスキングを取り除く。
【００４０】
第３工程（積層体形成工程）について説明する。略平板上であり、上下の面に電極が形成された圧電素子４を用意する。圧電素子４の上面を第１音響整合層６のマスキングが取り除かれた面に接着剤を用いて接着し、圧電素子４、第１音響整合層６及び第２音響整合層８からなる積層体を形成する。
【００４１】
第４工程（信号線接続工程）について説明する。信号線となるフレキシブルプリント基板１２を圧電素子４の下面（第１音響整合層６と接する面の反対側の面）の電極に半田を用いて接続する。
【００４２】
第５工程（配列溝形成工程）について図３を参照して説明する。図３の矢印の方向に線３２に沿って精密裁断器の刃３３を積層体の前面に隣接している２つの側面の一方から他方まで移動させる。上述したように、線３２は第２音響整合層８を貫く線である。この移動を繰り返すことにより、図２で示されている配列溝５を形成する。
【００４３】
第６工程について説明する。第２工程と同様に枠を利用して、圧電素子４の下面にウレタン樹脂で背面負荷材２を形成する。次に、アース線となるフレキシブルプリント基板１４を第１音響整合層６の側面に導電性接着剤を用いて接着する。この後、第２音響整合層８の上面（第１音響整合層６と接する面と反対側の面）にシリコーン樹脂を用いて音響レンズ１０を形成する。
【００４４】
以上詳述した、第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例においては、加工中にわれ欠けの発生が少なく、第１音響整合層６として、加工が容易な炭素複合材料を用いることにより、容易に製造することができる。
【００４５】
製造方法の第１の例では、第１工程において５ＭＨｚの超音波を利用するために、炭素複合材料に研削加工を施して２００μｍの厚さの第１音響整合層６を形成したが、さらに高周波の超音波を利用するために、炭素複合材料をより薄く加工してもよい。この場合、炭素複合材料は加工中にわれ欠けの発生が少ない材料なので、特開平９−１３９９９８号の音響整合層に用いられているようなカーボン単体を薄く加工するよりも容易に加工することができる。
【００４６】
また、本発明の音響整合層として用いる炭素複合材料中の炭化物を含めたセラミック微粉の含有量は１０〜５０ｗｔ％が好ましい。５０wt％以上混入すると導電性が悪くなるとともに、ＳｉＣやＢ_４Ｃといったマイクロクラックを抑制するために混入させる炭化物は硬度が高く、加工時の研磨治具の寿命を短くしてしまい結果的に探触子の低コスト化は困難になる。また、１０ｗｔ％以下では、マイクロクラックの抑制効果が低下してしまう。尚、炭素複合材料は焼成をして焼き固めたものが好ましい。
【００４７】
また、コンベックスアレイ探触子を製造するために、積層体を凸形状に湾曲させてもよい。第２音響整合層８はエポキシ樹脂により形成されており、可撓性をもつ。これを利用して、図２の積層体を形成した後に第２音響整合層８において配列溝５の近傍を変形させることにより、コンベックスアレイ探触子が製造できる。
【００４８】
次に、第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第２の例について説明する。上記第１の例とこの例とは基本的に同じである。上記第１の例とこの例とが異なる点は、第１の例の第３工程（積層体形成工程）と第４工程（信号線接続工程）の間に積層体を裁断する工程が設けられていることである。図７には積層体の裁断する部分を指示する格子状の線７０が示されている。先ず、上記第１の例の第１乃至第３工程（積層体形成工程）に従って形成され、精密裁断器の刃３３で加工されていない積層体（親積層体）を線７０に沿って切断する。親積層体の面の大きさは第１の例に従って形成された積層体の面の大きさの４倍より大きい。親積層体は第１の例で形成された圧電素子、第１音響整合層及び第２音響整合層と実質的に同様な圧電素子４Ａ、第１音響整合層及６Ａ及び第２音響整合層８Ａを有している。格子状の線７０には４つの窓が存在する。線７０に沿って親積層体を切断すると、格子の４つの窓に対応して４つの積層体（子積層体）７１，７２，７３，７４が得られる。親積層体の残りの部分は取り除かれる。この後、上記第１の例の第４工程（信号線接続工程）以降を行うと、第１の実施の形態の超音波探触子が得られる。
【００４９】
上記第１の例では、第３工程（積層体形成工程）以前で形成された積層体の側面は、第２工程（第２音響整合層形成工程）で枠から漏れたエポキシ樹脂又は、第３工程（積層体形成工程）で用いられた接着剤で汚れることがある。しかしながら、この例では、親積層体の側面に接していた部分は裁断後に取り除かれるので、子積層体の側面は汚れない。従って、第６工程においてフレキシブルプリント基板１４を汚れのない子積層体の側面に接着することができるので、接着剤等の絶縁体が介在しない。従って、炭素複合材料の側面で導通を確保する際には信頼性が向上する。また、密着強度と接着の耐久性を高くすることもできる。
【００５０】
また、この例に従って４つの子積層体を形成するのに費やす時間は、上記第１の例に従って４つの積層体を形成するのに費やす時間の約１／４である。この例に従えば迅速にかつ低コストで超音波探触子を製造することができる。
【００５１】
本実施の形態では、４つの窓をもつ格子状の線７０に沿って積層体を切断しているが、本発明はこれに限定されるものではない。窓の数は２又は３つであってもよく、また５以上のであってもよい。また、窓の形は４角形に限らず、例えば６角形であってもよい。また、積層体の裁断の仕方は格子に限らない。
【００５２】
次に、超音波探触子の第２の実施の形態を図１、図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第１の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態の超音波探触子を前面から見た構成は第１の実施の形態のそれと同じなので、図１を本実施の形態の超音波探触子の側面図として、図３を本実施の形態の積層体の側面図として引き続き参照する。尚、本実施の形態において、第１の実施の形態を説明するときに図１及び図３を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異なる点は、第１音響整合層と第２音響整合層の構成であるので、図１及び図３においては、第１音響整合層を符号６の代わりに符号６ａで指示し、第２音響整合層を符号８の代わりに符号８ａで指示している。図４は図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断した積層体の断面図である。図２で示された第１の実施の形態の積層体では、配列溝５は圧電素子４の下面から第２音響整合層８まで形成されているが、図４で示された本実施の形態の積層体では、第１音響整合層６ａまでしか配列溝５ａが形成されていない。図３を用いて説明すると、配列溝５ａは圧電素子４の下面と第１音響整合層６ａを貫く線３４との間で形成されている。第１音響整合層６ａに注目すると、配列溝５ａの深さは配列溝５ａの全ての部分で第１音響整合層６ａの厚さ未満である。
【００５４】
以上詳述した如く構成されている超音波探触子の第２の実施の形態においては、第１音響整合層６ａは配列溝５ａにより分割されないので、導電性の第１音響整合層６ａの一部に配線すれば分割された第１音響整合層６ａの部分の全てに導通する。従って、アース線として用いられているフレキシブルプリント基板１４は第１音響整合層６ａの分割された部分の全てに接着されている必要がない。少なくとも第１音響整合層６ａの一部に接着されていればよいので、構成が単純で信頼性が高い超音波探触子を提供できる。
【００５５】
本実施の形態の超音波探触子は、基本的に上記第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例又は第２の例に従って製造できる。但し、第５工程（配列溝形成工程）では精密裁断器の刃３３を線３２ではなく線３４に沿って移動させる。
【００５６】
次に、第３の実施の形態を図１、図３及び図５を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第１の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態の超音波探触子を前面から見た構成は第１の実施の形態のそれと同じなので、図１を本実施の形態の超音波探触子の側面図として引き続き参照する。尚、本実施の形態において、第１の実施の形態を説明するときに図１を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異なる点は、第１音響整合層と第２音響整合層の構成であるので、図１においては、第１音響整合層を符号６の代わりに符号６ｂで指示し、第２音響整合層を符号８の代わりに符号８ｂで指示している。図５は図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断した積層体の断面図である。図２及び図３で示された第１の実施の形態の配列溝５は、第２音響整合層８を貫く線３２まで形成されている。ところで、図３及び図４で示された第２の実施の形態の配列溝５ａは、第１音響整合層６ａを貫く線３４まで形成されている。第１の実施の形態の積層体と異なり、第３の実施の形態の積層体では、配列溝５と同様な深さをもつ溝であるメインダイス５２と、配列溝５ａと同様な深さをもつ溝であるサブダイス５４とが周期的に混在して並んでいる。メインダイス５２を（深）、サブダイス５４を（浅）と略すと、（浅）（浅）（深）（浅）（浅）（深）（浅）（浅）の順に並んでおり、２つのサブダイス５４がメインダイス５２で孤立させられている。この結果、メインダイス５２で分割された圧電素子４の部分はさらに２つのサブダイス５４で３つの部分（例えば、部分５５，５６，５７）に分割されている。一方、メインダイス５２で分割された第１音響整合層６ｂの部分５８にはサブダイス５４が形成されているが、この部分５８は分割されておらず、連続している。圧電素子４の部分５５，５６，５７は第１音響整合層６ｂの部分５８を介して互いに導通している。部分５５，５６，５７と部分５８とは１つの駆動単位を形成している。積層体はこのような駆動単位を複数有している。
【００５８】
第１の実施の形態では分割された第１音響整合層６の全ての部分にフレキシブルプリント基板１４を接着する必要がある。以上詳述した如く構成されている超音波探触子の第３の実施の形態においては、各駆動単位の一部にだけ接着するだけでよいので、導通不良に対する信頼性を高くすることができる。
【００５９】
また、駆動単位を形成する圧電素子４の部分がサブダイス５４でさらに小さく分割されているので、超音波探触子の特性を高くすることができる。
【００６０】
本実施の形態では、２つのサブダイス５４がメインダイス５２で孤立させられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば１つのサブダイスがメインダイスで孤立させられてもよい。また、３以上のサブダイスが孤立させられてもよい。
【００６１】
圧電素子４はメインダイス５２が延びている方向と交差する方向に湾曲していてもよい。第２音響整合層８ｂが可撓性を持つことを利用して、第２音響整合層８ｂにおいてメインダイス５２の近傍を変形させ、夫々の駆動単位を凸形状に配列させることにより、コンベックスアレイ探触子を形作ることができる。
【００６２】
本実施の形態の超音波探触子は、基本的に上記第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例又は第２の例に従って製造できる。但し、第５工程（配列溝形成工程）では、メインダイス５２、サブダイス５４を形成するためには精密裁断器の刃３３を夫々線３２、線３４に沿って移動させる。
【００６３】
次に、第４の実施の形態を図１、図２及び図６を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第１の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態の超音波探触子を前面から見た構成は第１の実施の形態のそれと同じなので、図１を引き続き本実施の形態の超音波探触子の側面図として参照する。また、本実施の形態の積層体を図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断して見た構成は第１の実施の形態のそれと同じなので、図２を引き続き本実施の形態の積層体の断面図として参照する。尚、本実施の形態において、第１の実施の形態を説明するときに図１及び図２を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異なる点は、第１音響整合層及び第２音響整合層の構成であるので、図１及び図２においては、第１音響整合層、第２音響整合層、配列溝を夫々符号６，８，５の代わりに符号６ｃ，８ｃ，５ｃで指示している。図６は積層体の側面図である。図６では、図３と同様に、積層体の前面が紙面に向いており、図１とは上下が逆にされている。第１の実施の形態では配列溝５の底面は図３で示されているように、第２音響整合層８を貫く線３２に沿っているが、本実施の形態では配列溝５ｃの底面は図６の線６４に沿っている。即ち、配列溝５ｃの底面は、線３２と同様に、第２音響整合層８ｃの一方の側面から第２音響整合層８ｃ内部の点Ｂまで直線状に延び、点Ｂから上記一方の側面と反対側の第１音響整合層６ｃの側面まで延びている。このため、第１音響整合層６ｃに注目すると、配列溝５ｃの深さは前記第１音響整合層６ｃの側面の付近で第１音響整合層６ｃの厚さ未満である。配列溝５ｃの厚さはその他の部分では音響整合層６ｃの厚さに等しい。深さが第１音響整合層６ｃの厚さ未満であるような配列溝５ｃの部分の底面と、第２音響整合層８ｃとの間に位置している第１音響整合層６ｃの部分６２を介して、第１音響整合層６ｃは連続している。圧電素子４は配列溝５ｃにより分割されている。圧電素子４の分割された部分の夫々は導電性の第１音響整合層６ｃの部分６２を介して導通する。
【００６５】
以上詳述した如く構成されている超音波探触子の第４の実施の形態においては、図４を用いて説明した第２の実施の形態と同様に、アース線として用いられているフレキシブルプリント基板１４は第１音響整合層６ｃの少なくとも一部に接着されていればよいので、構成が単純で信頼性が高い超音波探触子を提供できる。
【００６６】
本実施の形態の超音波探触子は、基本的に上記第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例又は第２の例に従って製造できる。但し、第５工程（配列溝形成工程）では、配列溝５ｃを形成するために、例えば図６の矢印の方向に点Ａから線６４に沿って精密裁断器の刃３３の先端を移動させ、点Ｂで停止させ、点Ｂから遠ざけるように線６４に垂直に移動させて取り除く。
【００６７】
次に、超音波探触子の第５の実施の形態を図８を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第１の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態において、第１の実施の形態を説明するときに図１乃至図３を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異なる点は、圧電素子と信号線とアース線の構成である。図８は超音波探触子を前面（図１で紙面に向いている面と同様な面）に平行な面で切断した超音波探触子の断面図である。第１音響整合層６の下面８０（圧電素子４ｄと対向する面）は、圧電素子４ｄの上面（第１音響整合層６に対向する面）より大きい。圧電素子４ｄの上面は超音波を放射するための音響放射面となっている。第１音響整合層６の下面８０は対向領域８０として用いられている。対向領域８０は圧電素子４ｄの音響放射面に接合されている接合領域８２と、音響放射面に接合されていない領域８４とからなる。領域８４にはアース線として用いられている銅製のワイヤー１４ｄが配線されている。領域８４は配線領域８４として用いられている。ワイヤー１４ｄは導電性樹脂８６を用いて配線領域８４に接続されている。配線領域８４はアース線１４ｄとともに超音波探触子の側面に沿って超音波探触子の前面から後面（前面と反対側の面）まで延びており、配列溝５により分割された第１音響整合層６の部分の全てに接続されている。
【００６９】
積層体をＣ８−Ｃ８線に沿って切断した断面は図２で示された第１の実施の形態の積層体の断面と実質的に同一である。圧電素子４ｄの下には略平板状のガラスエポキシ基板８８が、配列溝５が延びている方向と直交する方向（図８の紙面に垂直な方向）に超音波探触子の前面から後面（前面と反対側の面）まで延びている。ガラスエポキシ樹脂８８の両面には複数の導線が配線されている。ガラスエポキシ樹脂８８の両面において圧電素子４ｄに近い部分にはこれらの導線に対応する電極が夫々長手方向に配列されている。これらの電極は夫々１つのワイヤー８９を介して、分割された圧電素子４ｄの対応する部分の下面の電極に接続されている。ワイヤー８９は圧電素子４ｄに半田を用いて接続されている。ガラスエポキシ樹脂８８とワイヤー８９とは信号線１２ｄとして用いられている。ガラスエポキシ樹脂８８の一部とワイヤー８９とは背面負荷材２の中に配設されている。
【００７０】
高周波の超音波を利用する場合、第１音響整合層６は薄くなる。従って、第１の実施の形態のように第１音響整合層６の側面にアース線を接続すると、第１音響整合層６がアース線に接する面積（接触面積）が小さくなるので、導通不良に対する信頼性を確保することが難しくなる。しかしながら、以上詳述した如く構成されている超音波探触子の第５の実施の形態においては、第１音響整合層６の下面（圧電素子４ｄと対向する面）の一部にアース線を接続することにより、接触面積が第１音響整合層６の厚さに影響されることがないので、利用する周波数に左右されずに導通不良に対する信頼性を安定して確保できる。
【００７１】
本実施の形態の積層体の構成は図２で示された第１の実施の形態の積層体の構成と実質的に同一であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図４又は図５で示された第２又は第３の実施の形態の構成と実質的に同一であってもよい。また、図２及び図６で示された第４の実施の形態の構成と実質的に同一であってもよい。
【００７２】
本実施の形態の超音波探触子の製造方法の例について説明する。本実施の形態の超音波探触子は、基本的に上記第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第１の例に従って製造できる。先ず、第１工程乃至第３工程（積層体形成工程）に従って積層体を形成する。このとき、第３工程では第１音響整合層６の下面よりも小さな音響放射面を有している圧電素子４ｄを用意する（図８）。圧電素子４ｄを第１音響整合層６に接着するときは、上記配線領域が形成されるように、第１音響整合層６に対して圧電素子４ｄを位置させる。次に、第５工程（配列溝形成工程）に従って配列溝５を形成する。この後、ワイヤー１４ｄと信号線１２ｄとを接続し、背面負荷材２と音響レンズ１０とを形成する。
【００７３】
高周波の超音波を利用する場合、上述した如く、第１の実施の形態のように第１音響整合層６の側面にアース線を接続すると、第１音響整合層６がアース線に接する面積（接触面積）が小さくなるので、アース線を第１音響整合層６に取り付けることが困難になる。一方、以上詳述した、第５の実施の形態の超音波探触子の製造方法の例においては、アース線は比較的大きい接触面積に取り付けられるので、作業性がよい。また、アース線を確実に取り付けることができるので、歩留まりが向上する。
【００７４】
次に、超音波探触子の第６の実施の形態を図９を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第５の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態において、第５の実施の形態を説明するときに図８を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第５の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態の構成が第５の実施の形態の構成と異なる点は、第１音響整合層の構成である。図９は超音波探触子を前面（図８で紙面に向いている面と同様な面）に平行な面で切断した超音波探触子の断面図である。第５の実施の形態の第１音響整合層６では、接合領域８２と配線領域８４とは同一の平面上に存在している。しかしながら、本実施の形態の第１音響整合層６ｅでは、配線領域８４ｅは接合領域８２に対して陥没している。このように構成しても第５の実施の形態の超音波探触子と同様の作用効果がある。
【００７６】
本実施の形態の超音波探触子の製造方法の例について説明する。基本的に上記第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法の第２の例に従って製造できる。先ず、図７に示されている親積層体を形成する。次に、陥没した配線領域８４ｅを形成するために、親積層体の下面（圧電素子４Ａにおいて第１音響整合層６Ａと接する面と反対側の面）に、格子状の線７０の縦線と横線のいずれか一方に沿って延びる溝（以下、配線溝）を形成する。配線溝の幅は配線領域８４ｅの幅の２倍より大きい。配線溝は深さ方向に第１音響整合層６ｅの内部まで達している。次に、上記第２の例の親積層体を裁断する工程を行う。但し、配線溝に沿って裁断するとき、配線溝の幅方向の中心を通り、配線溝の長手方向に延びる中心線に沿って切断する。この後、第５の実施の形態の超音波探触子の製造方法の例と同様にして、信号線１２ｄとワイヤー１４ｄとを接続し、背面負荷材２と音響レンズ１０とを形成する。
【００７７】
第５の実施の形態の超音波探触子の製造方法において、圧電素子４ｄを第１音響整合層６に接着するとき、接着剤が配線領域８４に付着することがある。このとき、導通不良に対する信頼性は低くなる。以上詳述した、第６の実施の形態の超音波探触子の製造方法の例においては、積層体を裁断する工程を行う前に配線溝を形成することにより、配線領域８４ｅ上の接着剤が取り除かれるので、迅速にかつ低コストで超音波探触子を製造することができるとともに、導通不良に対する信頼性をより高くすることができる。
【００７８】
第４の実施の形態及び本実施の形態では、ガラスエポキシ樹脂８８の両面から夫々延びている２列のワイヤー８９を用いて信頼性向上を図っているが、一方の面から延びる１列のワイヤーを用いても同様な作用効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
次に、超音波探触子の第７の実施の形態を図１０を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子の構成は基本的に第５の実施の形態の超音波探触子の構成と同じである。本実施の形態において、第５の実施の形態を説明するときに図８を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第５の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８０】
本実施の形態の構成が第５の実施の形態の構成と異なる点は、音響整合層と信号線とアース線の構成である。図１０の（Ａ）は超音波探触子を前面（図１で紙面に向いている面と同様な面）に平行な面で切断した超音波探触子の断面図である。本実施の形態の第１音響整合層６ｆの接合領域８２と、配線されている配線領域８４ｆ、８４ｇとの間には夫々溝１０１が形成されている。図１０の（Ｂ）では一方の配線領域８４ｆと溝１０１とが拡大して示されている。配線領域８４ｆは第１音響整合層６ｆの側面１０２（前面に隣接している側面）に接する部分に形成されている。配線領域８４ｆは側面１０２に直交し、側面１０２と連続し、側面１０２に沿って延びている配線領域上面１０４と、配線領域上面１０４と連続し、側面１０２と平行に延びている配線領域側面１０５とで規定されている。
【００８１】
超音波探触子の側面（前面と隣接する面）には略平板状のガラスエポキシ基板１０６がこの側面に沿って背面負荷材２から第１音響整合層６ｆに向かって延びている。ガラスエポキシ基板１０６の一端は配線領域８４ｆに嵌合している。ガラスエポキシ基板１０６において、配線領域上面１０４に対向する部分１０７と、配線領域側面１０５に対向する部分１０８とには配線領域８４ｆに沿って延びているアース電極が形成されている。即ち、第１音響整合層６ｆは配線領域８４ｆにおいて２つの面でアース電極と接している。第１音響整合層６ｆとアース電極との接触面積が大きいので、導通不良に対する信頼性が高い。この電極には、ガラスエポキシ基板１０６の外側に向いた面に配線されており、アース線として用いられている１本の導線１４ｆが接続されている。
【００８２】
配線領域８４ｇ及びこれに接続されているガラスエポキシ基板１０６ｆの構成は夫々配線領域８４ｆ及びガラスエポキシ基板１０６の構成と実質的に同一である。前者と後者とで異なる点は、ガラスエポキシ基板１０６の部分１０８には電極が形成されているが、ガラスエポキシ基板１０６ｆにおいて部分１０８に対応する部分には電極が形成されていないことである。即ち、第１音響整合層６ｆは配線領域８４ｇにおいて１つの面でアース電極と接している。
【００８３】
ガラスエポキシ基板１０６，１０６ｆの内側に向いた面には夫々信号線として用いられている複数の導線１２ｆが配線されている。これらの導線はワイヤー１０９を介して分割された圧電素子４ｄの対応する部分の下面の電極に半田を用いて夫々接続されている。
【００８４】
図１１の従来の超音波探触子のように、分割された第１音響整合層６ｆの複数の部分の内、互いに隣り合う２つの部分にアース線１１１４が架橋されていると、アース線１１１４を介してこれらの部分間に振動が伝搬するので、機械的なクロストークが生じることがある。これに対して、第７の実施の形態においては、溝１０１が形成されていることにより、振動がガラスエポキシ基板１０６，１０６ｆに伝わりにくくなるので、機械的なクロストークを防止することができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、信号線として用いられている導線１２ｆはワイヤー１０９を介して半田を用いて圧電素子４ｄの下面の電極に接続されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばワイヤーボンディングを用いてもよい。半田を用いた場合には夫々のワイヤー１０９で半田の量にばらつきが生じることがあるので、夫々のワイヤー１０９で負荷の差異が発生することがある。ワイヤーボンディングを用いれば、負荷の差異を小さくすることができるので、超音波探触子の特性を安定させることができる。また、ワイヤーと異なる導電体を介して半田を用いて接続してもよい。
【００８６】
本実施の形態の超音波探触子の製造方法の例について説明する。本実施の形態の超音波探触子は、基本的に上記第５の実施の形態の超音波探触子の製造方法の例に従って製造できる。第５の実施の形態と同様にして、小さな圧電素子４ｄを有する積層体を形成する。次に、配列溝５と配線領域８４ｆ，８４ｇと溝１０１を形成する。この後、ガラスエポキシ基板１０６，１０６ｆとワイヤー１０９とを取り付け、背面負荷材２と音響レンズ１０とを形成する。
【００８７】
本実施の形態では、アース線として用いられている導線１４ｆが接続されているアース電極を音響整合層６ｆに導電性接着剤を用いて直接接着しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば信号線として用いられている導線１２ｆと同様にワイヤーボンディングを用いてもよい。この場合、第１音響整合層６ｆのワイヤーボンディングされる部分にはスパッタ等により金もしくはアルミ等の金属が設けられる。ワイヤーボンディングを用いれば、導電性接着剤を使用する場合と比較してより製造に要する時間を短くできるので、ワイヤーボンディングは量産性に適している。
【００８８】
尚、本実施の形態では第１音響整合層６ｆ側の圧電素子４ｄの電極をアースとして利用したが、音響レンズ１０や、第２音響整合層８等で十分な耐圧が確保される場合は、ガラスエポキシ基板１０６，１０６ｆのパターニングを変更し、信号線とアース線とを入れ替えても構わない。
【００８９】
以上の実施の形態では、圧電素子に一般的な焼結により得られる圧電セラミックを用いているが、これの代わりに圧電単結晶を用いてもよい。
【００９０】
また、以上の実施の形態では、特に分割された圧電素子の部分が一列に１次元的に配列された超音波探触子について詳細に説明したが、材料自体の超音波の減衰が小さく、最適な音響インピーダンスを持ち、加工性が良く薄板化が可能な炭化物を含んだ炭素複合材料は、配列溝により分割されていない圧電素子を用いている超音波探触子や、分割された圧電素子の部分が２次元的に配列された超音波探触子に適用できることは言うまでもない。
【００９１】
本発明は、以下の各項に示す発明を開示している。
第１項．圧電素子と音響整合層とを有している超音波探触子において、前記音響整合層の少なくとも１つは炭化物を含有した炭素複合材料からなることを特徴とする超音波探触子。
第２項．前記炭化物は、ＳｉＣ又はＢ_４Ｃを含んでいることを特徴とする第１項に記載の超音波探触子。
第３項．前記炭素複合材料は、炭化物のセラミック微粉とホウ化物のセラミック微粉とを含んでいることを特徴とする第１項又は第２項に記載の超音波探触子。
第４項．前記炭素複合材料は、焼成体で形成されていることを特徴とする第１項乃至第３項に記載の超音波探触子。
第５項．前記圧電素子は音響放射面を有しており、前記炭素複合材料からなる前記音響整合層は、この音響放射面に対向し、この音響放射面より大きい対向領域を有しており、この対向領域は、前記圧電素子の音響放射面に接合されている接合領域と、前記圧電素子を配線する配線領域とを有していることを特徴とする第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の超音波探触子。
第６項．前記配線領域は、前記接合領域に対して陥没していることを特徴とする第５項に記載の超音波探触子。
第７項．前記対向領域において、前記接合領域と前記配線領域との間には溝が設けられていることを特徴とする第５項又は第６項に記載の超音波探触子。
第８項．前記炭素複合材料からなる前記音響整合層には、音響整合層の表面に沿って延びている、複数の配列された配列溝が形成されていることを特徴とする第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の超音波探触子。
第９項．前記配列溝の夫々の深さは、音響整合層が分割されるように、配列溝の全ての部分で音響整合層の厚さと等しいことを特徴とする第８項に記載の超音波探触子。
第１０項．前記配列溝の夫々の深さは、配列溝の全ての部分で音響整合層の厚さ未満であることを特徴とする第８項に記載の超音波探触子。
第１１項．前記配列溝の夫々の深さは、少なくとも配列溝の一部で音響整合層の厚さ未満であることを特徴とする第８項に記載の超音波探触子。
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、音響整合層に炭化物を含有した炭素複合材料を用いたことで、機械加工に耐えかつ実用的な音響整合層を得ることができるとともに、機械加工性が良いために、配列溝を形成するための裁断時の加工速度を向上させることができるので、設備費の圧縮、しいては超音波探触子のコストを抑制することができる。
【００９３】
また、最適な音響インピーダンス（約７．５×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ（７．５ＭＲａｙｌ）〜約１０×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ（１０ＭＲａｙｌ））をもつ音響整合層を用意することができるので、高感度で信頼性が高くかつ安価な超音波探触子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１乃至第４の実施の形態の超音波探触子の側面図である。
【図２】図１のＣ１−Ｃ１線で切断した第１及び第４の実施の形態の超音波探触子の断面図である。
【図３】本発明における第１及び第２の実施の形態の超音波探触子の積層体の側面図であり、精密裁断器で加工する様子を示している。
【図４】第２の実施の形態の超音波探触子の断面図である。
【図５】第３の実施の形態の超音波探触子の断面図である。
【図６】本発明における第４の実施の形態の超音波探触子の積層体の側面図であり、精密裁断器で加工する様子を示している。
【図７】本発明における実施の形態の超音波探触子の製造方法に係わる親積層体の斜視図であり、裁断される部分が一点鎖線で示されている。
【図８】本発明における第５の実施の形態の超音波探触子の前面に平行に切断した断面図である。
【図９】本発明における第６の実施の形態の超音波探触子の前面に平行に切断した断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明における第７の実施の形態の超音波探触子の前面に平行に切断した断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の超音波探触子の配線領域と溝とを拡大して示した図である。
【図１１】（Ａ）は従来の典型的な構成の超音波探触子の斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の超音波探触子の側面図であり、超音波探触子の一部が取り除かれて示されている。
【符号の説明】
２背面負荷材
４圧電素子
４ａ圧電素子
４ｄ圧電素子
４Ａ圧電素子
５配列溝
５ａ配列溝
５ｃ配列溝
６第１音響整合層
６ａ第１音響整合層
６ｂ第１音響整合層
６ｃ第１音響整合層
６ｅ第１音響整合層
６ｆ第１音響整合層
６Ａ第１音響整合層
８第２音響整合層
８ａ第２音響整合層
８ｂ第２音響整合層
８ｃ第２音響整合層
８Ａ第２音響整合層
１０音響レンズ
１２フレキシブルプリント基板（信号線）
１２ｄ信号線
１２ｆ導線（信号線）
１４フレキシブルプリント基板（アース線）
１４ｄワイヤー（アース線）
１４ｆ導線（アース線）
５２メインダイス
５４サブダイス
８０対向領域
８２接合領域
８４配線領域
８４ｅ配線領域
８４ｆ配線領域
８４ｇ配線領域
１０１溝
１０６ガラスエポキシ基板（アース線、信号線）
１０６ｆガラスエポキシ基板（アース線、信号線）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe used for ultrasonic diagnosis for medical use or nondestructive inspection.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ultrasonic probes that use ultrasound reflection to diagnose the interface of each tissue in a body cavity or to diagnose non-continuous parts such as scratches inside the object to be measured are used for nondestructive inspection. Improvement is progressing. A typical configuration of the ultrasonic probe is shown in "Revised Medical Ultrasound Equipment Handbook" (edited by the Japan Electronic Machinery Manufacturers Association, Corona, 1997.1.20, pages 68-74). . FIG. 11A is a perspective view of this ultrasonic probe. FIG. 11B is a view of the ultrasonic probe as viewed from the side. In FIG. 11A, a part of the ultrasonic probe is removed and shown. In FIGS. 11A and 11B, hatching is applied to clarify the identification of individual members. The ultrasonic probe includes a back load material 112, a piezoelectric element 114, a first acoustic matching layer 116, and a second acoustic matching layer 118 that are sequentially stacked on the back load material 112. The piezoelectric element 114 is made of piezoelectric ceramic. In the piezoelectric element 114 and the first acoustic matching layer 116, a plurality of grooves (for example, grooves 115) extending linearly along the surface of the first acoustic matching layer 116 are formed. These grooves are arranged in a line. The piezoelectric element 114 and the first acoustic matching layer 116 are divided into a plurality of portions by these grooves. An acoustic lens 1110 is laminated on the second acoustic matching layer. A flexible printed circuit board 1112 is connected to the electrode on the lower surface of the piezoelectric element 114. The flexible printed board 1112 extends from the lower surface of the piezoelectric element 114 along the side surface of the back load material. The flexible printed circuit board 1112 has an insulating portion 1112a formed of an insulating resin such as polyimide, and a plurality of conductive wires 1112b wired on the insulating portion. At least one of the divided piezoelectric elements 114 is connected to each conducting wire 1112b. The conducting wire 1112b is formed of a copper foil. The flexible printed circuit board receives a pulser for supplying a voltage (driving signal) having a pulse waveform of about several hundred volts to the piezoelectric element 114 and a voltage (reception signal) generated by the piezoelectric element 114 that has received the ultrasonic wave. Connected to the observation device (both not shown). The flexible printed board 1112 is used as a signal line for transmitting a drive signal and a reception signal. On the upper surface of the piezoelectric element 114, one ground wire 1114 is wired at the end opposite to the side to which the flexible printed circuit board 1112 is connected ((B) of FIG. 11). A conductive wire or foil is used for the ground wire 1114. The ground wire 1114 is connected using soldering or using conductive resin. The ground wire 1114 is connected to all of the divided piezoelectric element portions and is covered with a protective resin 1116. The ground wire 1114 is connected to a ground (not shown).
[0003]
The operation of the ultrasonic probe will be described. When the acoustic lens 1110 is brought into contact with the surface of the subject and a driving signal is supplied to the piezoelectric element 114 using a pulser, the piezoelectric element 114 is rapidly deformed by the inverse piezoelectric effect, and an ultrasonic pulse is excited. At this time, the back surface load material 112 suppresses unnecessary vibration. This ultrasonic pulse enters the subject via the first acoustic matching layer 116, the second acoustic matching layer 118, and the acoustic lens 1110.
[0004]
In general, when a piezoelectric element made of piezoelectric ceramic is brought into direct contact with a living body and ultrasonic waves are propagated from the piezoelectric element to the living body, part of the ultrasonic wave is transmitted but most of it is reflected. When an acoustic matching layer having an appropriate acoustic impedance is provided between the piezoelectric element and the living body, the amount of ultrasonic waves that are transmitted increases compared to the case where the acoustic matching layer is not provided. By utilizing this, the ultrasonic pulse is efficiently transmitted from the piezoelectric element to the subject.
[0005]
The acoustic lens 1110 uses refraction to focus an ultrasonic pulse on an object inside the subject (an interface between each tissue in the body or a discontinuous part such as a wound inside the object to be measured). The ultrasonic pulse is reflected by the object and enters the piezoelectric element 114 via the acoustic lens 1110, the second acoustic matching layer 118, and the first acoustic matching layer 116. This ultrasonic pulse causes the piezoelectric element 114 to generate mechanical vibration. This vibration is converted into an electrical signal (reception signal) by the piezoelectric effect, and then sent to the observation apparatus via the flexible printed circuit board 1112 (signal line) to be imaged.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-139998 has a back load material, a piezoelectric element, an acoustic matching layer made of carbon as a conductive material, and an acoustic lens, and is similar to the ultrasonic probe of FIG. An ultrasonic probe in which these are laminated in this order is disclosed. The acoustic matching layer is bonded to an electrode formed on the upper surface of the piezoelectric element while ensuring conductivity. The acoustic matching layer also serves as an electrode for grounding.
[0007]
Japanese Patent Publication No. 1-61062 has a back load material, a piezoelectric element, and an acoustic matching layer made of a conductive resin as a conductive material, and these are laminated in this order. A probe is disclosed. The conductive resin is formed by mixing metal powder as a filler (filler) into a resin material that is a substrate (matrix). As in JP-A-9-139998, the acoustic matching layer is used as an electrode for grounding.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ultrasonic probe disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-139998 using carbon for the acoustic matching layer, the acoustic matching layer has conductivity and good machinability, but the thickness of the acoustic matching layer is small. In the case of 1 / 4λ typically used, the mechanical strength is low, and cracks and chipping occur during processing to make a thin plate. Further, when the acoustic matching layer is formed of carbon alone, when the ultrasonic probe is used for a human body, the acoustic impedance of the acoustic matching layer deviates from an optimum value. As a result, since ultrasonic waves are not transmitted efficiently, sensitivity decreases and image accuracy deteriorates.
[0009]
Moreover, in the ultrasonic probe of Japanese Patent Publication No. 1-61062 using a conductive resin for the acoustic matching layer, conductivity can be obtained by appropriately selecting a filler material and a resin material as a matrix. Not only changes over time, but also disinfection and sterilization solutions enter the resin during processes such as sterilization and sterilization, and the conductivity deteriorates due to deterioration, swelling, and oxidation of the metal filler metal. Becomes larger. For this reason, a decrease in S / N ratio, poor conduction, and image quality degradation occur. In addition, since the conductive resin is a material having a large ultrasonic attenuation rate, transmission / reception sensitivity and image quality are deteriorated.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe having an acoustic matching layer that is conductive, has little chipping during processing, is easy to process, and has an optimal acoustic impedance. It is to be.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an ultrasonic probe according to claim 1 of the present invention is an ultrasonic probe having a piezoelectric element and an acoustic matching layer, wherein at least one of the acoustic matching layers is provided. IsWith carboncarbideWhenIt is characterized by comprising a carbon composite material containing.
[0012]
The carbon composite material is easy to process because there is little occurrence of chipping during processing. Further, when a carbon composite is formed by mixing carbide with carbon, the acoustic impedance of the carbon composite material can be changed by changing the mixing ratio of the carbide. By using such a material for the acoustic matching layer, the ultrasonic wave is provided with an acoustic matching layer that has conductivity, is less prone to chipping during processing, is easy to process, and has an optimal acoustic impedance. A probe can be provided.
[0013]
  In the ultrasonic probe according to claim 2 of the present invention, the carbide is SiC or B. ₄ It is characterized by containing C.
  The ultrasonic probe according to claim 3 of the present invention is characterized in that the carbon composite material includes carbide ceramic fine powder and boride ceramic fine powder.
  In the ultrasonic probe according to claim 4 of the present invention, the carbon composite material is formed of a fired body.
  Claims of the invention5In the ultrasonic probe according to claim 1, the piezoelectric element has an acoustic radiation surface, and the acoustic matching layer made of the carbon composite material faces the acoustic radiation surface and faces larger than the acoustic radiation surface. The counter area has a bonding area bonded to the acoustic radiation surface of the piezoelectric element and a wiring area for wiring the piezoelectric element.
[0014]
  When wiring to the acoustic matching layer, it is conceivable to wire the side surface of the acoustic matching layer, but the area of the side surface of the acoustic matching layer is usually small. Claims of the invention5In the ultrasonic probe according to the above, the wiring area can be increased by providing the wiring area in the area facing the acoustic matching layer.
[0015]
  Claims of the invention6In the ultrasonic probe according to the present invention, the acoustic matching layer made of the carbon composite material is formed with a plurality of arrayed grooves extending along the surface of the acoustic matching layer. The depth of the groove is equal to the thickness of the acoustic matching layer in all parts of the array groove so that the acoustic matching layer is divided, or less than the thickness of the acoustic matching layer in all parts of the array groove, or It is characterized in that at least a part of the array groove is less than the thickness of the acoustic matching layer.
[0016]
When the depth of the alignment groove is equal to the thickness of the acoustic matching layer, the acoustic matching layer is divided by the alignment groove. On the other hand, if the thickness is less than the thickness, the acoustic matching layer is not divided. Therefore, if wiring is performed on a part of the acoustic matching layer having conductivity, the acoustic matching layer is electrically connected to all parts.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 10, the ultrasonic probe concerning embodiment of this invention is demonstrated.
[0018]
First, an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view of an ultrasonic probe. In FIG. 1, hatching is performed to clarify the identification of individual members. The ultrasonic probe has a back load material 2. The back load material 2 is formed of a flexible urethane resin, and alumina is used as a filler. The hardness of the urethane resin is about Shore A90. In FIG. 1, the front surface, which is one of the four side surfaces of the back load material 2, is directed to the paper surface. A piezoelectric element 4, a first acoustic matching layer 6, and a second acoustic matching layer 8 are laminated in this order on the upper surface of the back load material 2. The piezoelectric element 4 is formed of a piezoelectric ceramic manufactured by a general sintering process or the like. Electrodes are formed on the lower surface (the surface facing the upper surface of the back load material 2) and the upper surface of the piezoelectric element 4. The first acoustic matching layer 6 is made of a carbon composite material and has conductivity. The thickness of the first acoustic matching layer 6 is 200 μm, and ultrasonic waves are efficiently transmitted when using ultrasonic waves of 5 MHz. The second acoustic matching layer 8 is made of an epoxy resin and has a thickness of 100 μm. The piezoelectric element 4, the first acoustic matching layer 6, and the second acoustic matching layer 8 constitute a laminated body.
[0019]
2 is a cross-sectional view of the laminate cut along the line C1-C1 in FIG. 1, and FIG. 3 is a side view of the laminate. In FIG. 3, the front surface of the laminate (the surface facing the paper surface in FIG. 1) faces the paper surface, and is upside down from FIG. The lower surface of the laminate is the lower surface of the piezoelectric element 4. The laminated body is formed with a plurality of arrayed grooves 5 extending along the lower surface of the laminated body. These array grooves 5 extend substantially linearly in parallel with the front surface of the laminate, and are arranged at a predetermined interval.
[0020]
As shown in FIG. 3, the array groove 5 is formed between the lower surface of the piezoelectric element 4 (the surface in contact with the back load material 2) and the line 32 that penetrates the second acoustic matching layer 8. By forming the array groove 5, the piezoelectric element 4 and the first acoustic matching layer 6 are each divided into a plurality of portions. When attention is paid to the first acoustic matching layer 6, the alignment grooves 5 extend along the surface of the first acoustic matching layer 6, and the depth of each of the alignment grooves 5 is such that the first acoustic matching layer 6 is divided. It is equal to the thickness of the first acoustic matching layer 6 in all portions of the array groove 5. An acoustic lens 10 is provided on the second acoustic matching layer 8 (FIG. 1). The acoustic lens 10 is made of silicone resin. The upper surface of the acoustic lens 10 is formed in a convex shape.
[0021]
In the back load material 2, a substantially flat flexible printed circuit board 12 extends in the vertical direction along the side surface adjacent to the front surface. The upper end of the flexible printed circuit board 12 is sandwiched between the upper surface of the back load material 2 and the lower surface of the piezoelectric element 4. The other end is connected to a pulsar and an observation device (not shown) similar to the ultrasonic probe of FIG. A plurality of conductive wires are wired on the flexible printed circuit board 12. These conducting wires are connected to the electrodes on the lower surface of the corresponding portion of the piezoelectric element 4 divided through solder. The flexible printed circuit board 12 is used as a signal line for transmitting a drive signal and a reception signal.
[0022]
In the ultrasonic probe, a substantially flat flexible printed circuit board 14 having a solid electrode is adhered to a side surface opposite to the side surface on which the flexible printed circuit board 12 is provided using a conductive adhesive. Yes. The piezoelectric element 4 and the first acoustic matching layer 6 are electrically connected, and the first acoustic matching layer 6 is bonded to the first acoustic matching layer 6 so that the first acoustic matching layer 6 is separated from each of the divided piezoelectric elements 4. The common electrode of the part is formed. Polyimide, which is an insulator, is disposed on a portion of the flexible printed board 14 adjacent to the piezoelectric element 4. Thereby, the electrode of the lower surface of the piezoelectric element 4 and the flexible printed circuit board 14 are insulated. The flexible printed circuit board 14 is connected to a ground (not shown) and is used as a ground wire. As described above, the electrode on the upper surface of the piezoelectric element 4 is connected to the ground via the first acoustic matching layer 6 and the ground wire. The operation of the ultrasonic probe is the same as that of the ultrasonic probe of FIG.
[0023]
The material forming the first acoustic matching layer 6 will be described. As described above, the first acoustic matching layer 6 is made of a carbon composite material. This carbon composite material contains carbon and carbide. This carbide is silicon carbide SiC and boron carbide B₄C is included. The carbon composite material includes the carbide ceramic fine powder and the boride ceramic fine powder. This carbon composite material is formed of a fired body.
[0024]
The intensity | strength of the 1st acoustic matching layer 6 which consists of carbon composite materials is high compared with the case where it consists only of carbon. This is considered to be derived from the following reasons. The carbon composite material is mainly formed from particulate carbon and ceramic fine powder existing between these particles. The ceramic fine powder is embedded like a wedge in the carbon particles in contact therewith. Thereby, the carbon particles adjacent to each other through the ceramic fine powder are hardly separated from each other, and it is considered that the growth of the microcracks is suppressed. In particular, when the shape of the ceramic fine powder is not a sphere but a polygon having irregularities (a combination of polygons), it has a strong function of anchoring carbon particles and is expected to improve the strength.
[0025]
As described above, the carbon composite material is relatively easy to process because there is little cracking during the processing. In particular, when using high frequency ultrasonic waves of 10 MHz or more, it is necessary to process the acoustic matching layer to a thickness of 100 μm or less, and such thin object processing can be easily performed.
[0026]
Carbon composite material is composed of carbon with SiC having an average particle size of 0.5 μm and B having an average particle size of 5 μm.₄It is formed by blending with C. SiC and B₄The weight ratios of C are 6 wt% (weight percentage) and 9 wt%, respectively. In addition to these, 4 wt% zirconium boride is blended in the carbon. The acoustic impedance is about 8.5 × 10⁶kg / m²s (8.5 MRayl). Since the carbon composite material contains ceramic fine powder having a density higher than that of carbon, the carbon composite material has a density higher than that of carbon alone. For this reason, the acoustic impedance of the carbon composite material is larger than that of carbon alone. The acoustic impedance changes when the compounding ratio (namely, weight ratio) of the carbide compounded in the carbon composite material is changed or the average particle diameter is changed. Typically about 7.5 × 10⁶kg / m²s (7.5 MRayl) to about 10 × 10⁶kg / m²An acoustic impedance of s (10 MRayl) can be obtained. By utilizing this, it is possible to prepare an acoustic matching layer having an optimal acoustic impedance for efficiently transmitting ultrasonic waves.
[0027]
By the way, even in a resin formed by mixing a filler in a resin material, the acoustic impedance changes when the mixed filler is changed. However, since such a resin has a large ultrasonic attenuation rate, if an acoustic matching layer made of such a resin is used, ultrasonic waves are not efficiently transmitted. In particular, a conductive resin as disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-61062 has a larger attenuation factor by including a filler having a unique shape in order to ensure conductivity. The drawback is more pronounced. Compared to such a resin, the carbon composite material has a relatively small ultrasonic attenuation rate, so that ultrasonic waves are transmitted relatively efficiently. As described above, when an acoustic matching layer made of a carbon composite material is used, a drive signal having a greater intensity can be guided to an object, and a received signal having a greater intensity can be incident on the piezoelectric element. Therefore, the sensitivity of the ultrasonic probe can be improved.
[0028]
In the present embodiment, SiC and B are used as carbon.₄C and zirconium boride are blended to form a carbon composite material, but instead of blending these with carbon, aluminum carbide Al₄C₃A carbon composite material containing a carbide such as tungsten boride WB can obtain the same effects as the carbon composite material of the present embodiment. SiC, B₄C, zirconium boride, Al₄C₃Even when at least one of WB and WB is blended, the same effect as the carbon composite material of the present embodiment can be obtained.
[0029]
In the ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention configured as described above in detail, SiC and B₄Since the acoustic impedance of the carbon composite material can be changed by changing the compounding ratio of C, it is possible to provide an ultrasonic probe including an acoustic matching layer having an optimal acoustic impedance.
[0030]
By the way, unlike the present embodiment, in the ultrasonic probe in which the first acoustic matching layer 6 does not have conductivity, the flexible printed board 14 used as the ground wire is connected to the electrode on the upper surface of the piezoelectric element 4. It extends and is connected to a small electrode exposed to the outside from between the side surface of the piezoelectric element 4 and the side surface of the first acoustic matching layer 6. On the other hand, in the ultrasonic probe in which the first acoustic matching layer 6 is conductive as in the present embodiment, the flexible printed circuit board 14 is bonded to the side surface of the first acoustic matching layer 6. The area of the side surface is larger than the area of the electrode that is exposed to the outside. Therefore, the reliability with respect to poor conduction can be increased.
[0031]
In the conventional ultrasonic probe shown in FIG. 11, the ground wire 1114 is connected to the piezoelectric element 114 using soldering or the like. When the heated solder is brought into contact with the piezoelectric element, the piezoelectric element may be depolarized. In contrast, in the present embodiment, since the flexible printed board 14 is connected to the first acoustic matching layer 6 using a conductive adhesive, the piezoelectric element 4 is not depolarized.
[0032]
In the conventional ultrasonic probe shown in FIG. 11, a ground wire 1114 is wired on the upper surface of the piezoelectric element 114 that emits ultrasonic waves. Ultrasonic waves are not effectively radiated from the region where the ground wire 1114 is wired. By the way, when the ultrasonic probe is used for diagnosis in a body cavity, a minute piezoelectric element is used. In such a case, since many parts of the upper surface of the piezoelectric element are covered with the region where the ground wire is wired, it is remarkable that the piezoelectric element is not radiated effectively. On the other hand, in the present embodiment, since it is not necessary to wire the ground wire on the upper surface of the piezoelectric element 4, the sound field of the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric element 4 can be easily controlled.
[0033]
In addition, in the conventional ultrasonic probe using a conductive resin for the acoustic matching layer as in Japanese Patent Publication No. 1-61062, due to the change of the resin over time, the deterioration of the resin during the disinfection process and the sterilization process, etc. Since the conductivity deteriorates, the sensitivity is lowered and poor conduction occurs. On the other hand, in the present embodiment, since a carbon composite material is used for the acoustic matching layer, this does not occur. In particular, if polyimide or the like having high chemical resistance is used for the second acoustic matching layer 8, it is possible to provide an ultrasonic probe that does not deteriorate in characteristics with respect to chemicals during sterilization and disinfection.
[0034]
Naturally, each configuration of the present embodiment can be variously modified and changed. When 5 MHz ultrasonic waves are used, the thickness of the first acoustic matching layer 6 is 200 μm, but the present invention is not limited to this. For example, in order to use 10 MHz ultrasonic waves, the thickness may be 100 μm. Needless to say, in order to use an ultrasonic wave having an arbitrary frequency, it can have a thickness corresponding to this frequency.
[0035]
In the present embodiment, the flexible printed circuit board 14 and the electrodes on the lower surface of the piezoelectric element 4 are insulated by providing an insulator on the surface of the flexible printed circuit board 14 facing the piezoelectric element 4. Is not limited to this. For example, the electrodes on the lower surface of the piezoelectric element 4 may be insulated by forming electrodes on the lower surface of the piezoelectric element 4 so that the electrode on the lower surface of the piezoelectric element 4 is not exposed to the outside from between the side surface of the piezoelectric element 4 and the side surface of the first acoustic matching layer 6. Good. Moreover, you may insulate by sealing the part exposed to the outside in the electrode of the lower surface of the piezoelectric element 4 with resin.
[0036]
In the present embodiment, the flexible printed circuit board 12 is connected to the electrodes of the piezoelectric element 4 via solder, but the present invention is not limited to this. For example, they may be connected via an anisotropic conductive film (ACF). In this case, it is possible to prevent the depolarization of the piezoelectric element 4 caused by the heated solder coming into contact with the piezoelectric element 4.
[0037]
The piezoelectric element 4 may be curved in a convex shape in a direction intersecting with the direction in which the array groove 5 extends. Such an ultrasonic probe is called a convex array probe.
[0038]
Next, a first example of the ultrasonic probe manufacturing method according to the first embodiment will be described. First, the first step will be described. A carbon composite material containing a predetermined carbide is prepared, and the carbon composite material is ground to form a substantially flat first acoustic matching layer 6. As described above, the thickness of the first acoustic matching layer 6 is 200 μm. To form a carbon composite material with a thickness of 200 μm, use a double-sided lapping machine, or attach a carbon composite material to a substrate using wax or a water-soluble adhesive, and perform grinding and polishing. Process the material.
[0039]
The second step (second acoustic matching layer forming step) will be described. A frame is attached to cover the side surface of the first acoustic matching layer 6 to form a container, and one surface of the first acoustic matching layer 6 is masked with a tape or the like. For masking, a water-soluble resin or a resist may be used. The bottom surface of the container is the first acoustic matching layer 6 and the side surface is a frame. The masked surface is the surface facing the outside of the container. Next, an epoxy resin is poured into the container and the resin is solidified to form the second acoustic matching layer 8. The amount of resin to be poured is adjusted so that the thickness of the second acoustic matching layer 8 is 100 μm. After this, remove the frame and masking.
[0040]
The third step (laminated body forming step) will be described. A piezoelectric element 4 having a substantially flat plate and electrodes formed on upper and lower surfaces is prepared. The upper surface of the piezoelectric element 4 is bonded to the surface of the first acoustic matching layer 6 from which the masking has been removed by using an adhesive, and a laminate composed of the piezoelectric element 4, the first acoustic matching layer 6 and the second acoustic matching layer 8 is formed. Form.
[0041]
The fourth step (signal line connecting step) will be described. A flexible printed circuit board 12 serving as a signal line is connected to the electrode on the lower surface of the piezoelectric element 4 (the surface opposite to the surface in contact with the first acoustic matching layer 6) using solder.
[0042]
The fifth step (arrangement groove forming step) will be described with reference to FIG. The blade 33 of the precision cutter is moved from one of the two side surfaces adjacent to the front surface of the laminate to the other along the line 32 in the direction of the arrow in FIG. As described above, the line 32 is a line that penetrates the second acoustic matching layer 8. By repeating this movement, the array groove 5 shown in FIG. 2 is formed.
[0043]
The sixth step will be described. Similarly to the second step, the back load material 2 is formed of urethane resin on the lower surface of the piezoelectric element 4 using a frame. Next, the flexible printed circuit board 14 to be a ground wire is bonded to the side surface of the first acoustic matching layer 6 using a conductive adhesive. Thereafter, the acoustic lens 10 is formed on the upper surface of the second acoustic matching layer 8 (the surface opposite to the surface in contact with the first acoustic matching layer 6) using a silicone resin.
[0044]
In the first example of the ultrasonic probe manufacturing method according to the first embodiment described in detail above, the generation of cracks is small during processing, and the first acoustic matching layer 6 is easy to process. By using a carbon composite material, it can be easily manufactured.
[0045]
In the first example of the manufacturing method, the first acoustic matching layer 6 having a thickness of 200 μm is formed by grinding the carbon composite material in order to use 5 MHz ultrasonic waves in the first step. The carbon composite material may be processed to be thinner in order to use the ultrasonic wave. In this case, since the carbon composite material is a material that is less likely to be chipped during processing, it can be processed more easily than thinly processing a single carbon as used in the acoustic matching layer of JP-A-9-139998. it can.
[0046]
Further, the content of the ceramic fine powder including the carbide in the carbon composite material used as the acoustic matching layer of the present invention is preferably 10 to 50 wt%. If mixed with 50wt% or more, conductivity deteriorates and SiC and B₄The carbide mixed to suppress microcracks such as C has a high hardness, shortens the life of the polishing jig during processing, and consequently makes it difficult to reduce the cost of the probe. Moreover, if it is 10 wt% or less, the effect of suppressing microcracks will be reduced. Note that the carbon composite material is preferably fired and hardened.
[0047]
Moreover, in order to manufacture a convex array probe, the laminate may be curved into a convex shape. The second acoustic matching layer 8 is made of an epoxy resin and has flexibility. By utilizing this, a convex array probe can be manufactured by deforming the vicinity of the array groove 5 in the second acoustic matching layer 8 after forming the laminate of FIG.
[0048]
Next, a second example of the method for manufacturing the ultrasonic probe according to the first embodiment will be described. The first example and this example are basically the same. The difference between the first example and this example is that a step of cutting the laminate is provided between the third step (laminated body forming step) and the fourth step (signal line connecting step) of the first example. It is that. FIG. 7 shows a grid-like line 70 that indicates a portion to be cut of the laminated body. First, a laminate (parent laminate) formed in accordance with the first to third steps (laminate formation step) of the first example and not processed with the blade 33 of the precision cutter is cut along the line 70. . The size of the surface of the parent laminate is greater than four times the size of the surface of the laminate formed according to the first example. The parent laminate is a piezoelectric element 4A, a first acoustic matching layer 6A, and a second acoustic matching layer 8A that are substantially similar to the piezoelectric element, the first acoustic matching layer, and the second acoustic matching layer formed in the first example. have. There are four windows in the grid line 70. When the parent laminate is cut along the line 70, four laminates (child laminates) 71, 72, 73, 74 are obtained corresponding to the four windows of the lattice. The remaining part of the parent stack is removed. Thereafter, when the fourth step (signal line connecting step) in the first example is performed, the ultrasonic probe according to the first embodiment is obtained.
[0049]
In the first example, the side surface of the laminate formed before the third step (laminate formation step) is the epoxy resin leaked from the frame in the second step (second acoustic matching layer formation step), or the third It may become dirty with the adhesive used in the process (laminated body forming process). However, in this example, the portion that was in contact with the side surface of the parent laminate is removed after cutting, so the side surface of the child laminate is not soiled. Therefore, in the sixth step, the flexible printed circuit board 14 can be adhered to the side surface of the clean child laminate, so that an insulator such as an adhesive does not intervene. Accordingly, reliability is improved when electrical conduction is ensured on the side surface of the carbon composite material. In addition, the adhesion strength and the durability of adhesion can be increased.
[0050]
Further, the time spent to form the four stacked bodies according to this example is about ¼ of the time spent to form the four stacked bodies according to the first example. If this example is followed, an ultrasonic probe can be manufactured quickly and at low cost.
[0051]
In the present embodiment, the stacked body is cut along a lattice-like line 70 having four windows, but the present invention is not limited to this. The number of windows may be two or three, and may be five or more. Further, the shape of the window is not limited to a quadrangle, and may be a hexagon, for example. Further, the method of cutting the laminated body is not limited to the lattice.
[0052]
Next, a second embodiment of the ultrasonic probe will be described with reference to FIGS. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the first embodiment. Since the configuration of the ultrasonic probe of this embodiment viewed from the front is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is a side view of the ultrasonic probe of this embodiment, and FIG. Continuing to refer to the side view of the laminate of the embodiment. In the present embodiment, the structural members that are substantially the same as the structural members described with reference to FIGS. 1 and 3 when the first embodiment is described correspond to the first embodiment. The same reference numerals as those used for designating the constituent members to be used are attached and detailed description thereof is omitted.
[0053]
Since the configuration of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer, the first acoustic matching layer is shown in FIGS. Is indicated by reference numeral 6 a instead of reference numeral 6, and the second acoustic matching layer is indicated by reference numeral 8 a instead of reference numeral 8. FIG. 4 is a cross-sectional view of the laminate cut along the line C1-C1 in FIG. In the laminated body of the first embodiment shown in FIG. 2, the array groove 5 is formed from the lower surface of the piezoelectric element 4 to the second acoustic matching layer 8, but this embodiment shown in FIG. In the laminated body, the alignment groove 5a is formed only up to the first acoustic matching layer 6a. If it demonstrates using FIG. 3, the arrangement | sequence groove | channel 5a is formed between the lower surface of the piezoelectric element 4, and the line 34 which penetrates the 1st acoustic matching layer 6a. When paying attention to the first acoustic matching layer 6a, the depth of the array groove 5a is less than the thickness of the first acoustic matching layer 6a in all portions of the array groove 5a.
[0054]
In the second embodiment of the ultrasonic probe configured as described in detail above, the first acoustic matching layer 6a is not divided by the array groove 5a, so that one of the conductive first acoustic matching layers 6a. If it is wired to the part, it is electrically connected to all the parts of the divided first acoustic matching layer 6a. Therefore, the flexible printed circuit board 14 used as the ground wire does not need to be adhered to all the divided portions of the first acoustic matching layer 6a. Since it is only necessary to adhere to at least a part of the first acoustic matching layer 6a, an ultrasonic probe with a simple configuration and high reliability can be provided.
[0055]
The ultrasonic probe of the present embodiment can be basically manufactured according to the first example or the second example of the method of manufacturing the ultrasonic probe of the first embodiment. However, in the fifth step (array groove forming step), the blade 33 of the precision cutter is moved along the line 34 instead of the line 32.
[0056]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the first embodiment. Since the configuration of the ultrasonic probe of this embodiment viewed from the front is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 will be continuously referred to as a side view of the ultrasonic probe of this embodiment. In the present embodiment, the structural members that are substantially the same as the structural members described with reference to FIG. 1 when describing the first embodiment are the corresponding structural members of the first embodiment. The same reference numerals as those instructing are used, and detailed description thereof is omitted.
[0057]
Since the configuration of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer, in FIG. The second acoustic matching layer is indicated by the reference numeral 8b instead of the reference numeral 8 instead of the reference numeral 6b. FIG. 5 is a cross-sectional view of the stacked body taken along line C1-C1 in FIG. The array groove 5 of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is formed up to a line 32 that penetrates the second acoustic matching layer 8. By the way, the arrangement | sequence groove | channel 5a of 2nd Embodiment shown by FIG.3 and FIG.4 is formed to the line 34 which penetrates the 1st acoustic matching layer 6a. Unlike the laminated body of the first embodiment, the laminated body of the third embodiment has a main die 52 that is a groove having the same depth as the array groove 5 and a depth similar to that of the array groove 5a. The sub-dies 54 that are grooves are periodically mixed and arranged. When the main die 52 is abbreviated as (deep) and the sub die 54 is abbreviated as (shallow), they are arranged in the order of (shallow) (shallow) (deep) (shallow) (shallow) (deep) (shallow) (shallow). The sub die 54 is isolated by the main die 52. As a result, the portion of the piezoelectric element 4 divided by the main die 52 is further divided into three portions (for example, portions 55, 56, and 57) by two sub-dies 54. On the other hand, although the sub die 54 is formed in the portion 58 of the first acoustic matching layer 6b divided by the main die 52, this portion 58 is not divided and is continuous. The portions 55, 56, and 57 of the piezoelectric element 4 are electrically connected to each other via the portion 58 of the first acoustic matching layer 6b. The portions 55, 56, 57 and the portion 58 form one drive unit. The laminate has a plurality of such drive units.
[0058]
In the first embodiment, it is necessary to adhere the flexible printed circuit board 14 to all parts of the divided first acoustic matching layer 6. In the third embodiment of the ultrasonic probe configured as described in detail above, it is only necessary to adhere to only a part of each drive unit, so that the reliability with respect to conduction failure can be increased. .
[0059]
Further, since the portion of the piezoelectric element 4 forming the drive unit is further divided by the sub-die 54, the characteristics of the ultrasonic probe can be enhanced.
[0060]
In the present embodiment, the two sub-dies 54 are isolated by the main die 52, but the present invention is not limited to this. For example, one sub die may be isolated by the main die. Further, three or more sub-dies may be isolated.
[0061]
The piezoelectric element 4 may be curved in a direction intersecting with the direction in which the main die 52 extends. By utilizing the flexibility of the second acoustic matching layer 8b, the vicinity of the main die 52 is deformed in the second acoustic matching layer 8b, and the respective drive units are arranged in a convex shape, thereby detecting the convex array probe. Can form a tentacle.
[0062]
The ultrasonic probe of the present embodiment can be basically manufactured according to the first example or the second example of the method of manufacturing the ultrasonic probe of the first embodiment. However, in the fifth step (arrangement groove forming step), in order to form the main die 52 and the sub-die 54, the blade 33 of the precision cutter is moved along the line 32 and the line 34, respectively.
[0063]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the first embodiment. Since the configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment viewed from the front is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 will be continuously referred to as a side view of the ultrasonic probe of the present embodiment. Moreover, since the structure which cut | disconnected and looked at the laminated body of this Embodiment along the C1-C1 line | wire of FIG. 1 is the same as that of 1st Embodiment, it continues FIG. 2 of the laminated body of this Embodiment. Reference as a cross-sectional view. In the present embodiment, the structural members that are substantially the same as the structural members described with reference to FIGS. 1 and 2 when the first embodiment is described correspond to the first embodiment. The same reference numerals as those used for designating the constituent members to be used are attached and detailed description thereof is omitted.
[0064]
Since the configuration of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer, the first acoustic matching layer is shown in FIGS. The second acoustic matching layer and the array groove are indicated by reference numerals 6c, 8c, and 5c instead of reference numerals 6, 8, and 5, respectively. FIG. 6 is a side view of the laminate. In FIG. 6, as in FIG. 3, the front surface of the laminated body faces the paper surface, and is upside down from FIG. 1. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the bottom surface of the array groove 5 is along the line 32 that penetrates the second acoustic matching layer 8. In this embodiment, the bottom surface of the array groove 5 c is It is along the line 64 of FIG. That is, similarly to the line 32, the bottom surface of the alignment groove 5c extends linearly from one side surface of the second acoustic matching layer 8c to the point B inside the second acoustic matching layer 8c, and from the point B to the one side surface. It extends to the side surface of the opposite first acoustic matching layer 6c. For this reason, paying attention to the first acoustic matching layer 6c, the depth of the array groove 5c is less than the thickness of the first acoustic matching layer 6c in the vicinity of the side surface of the first acoustic matching layer 6c. The thickness of the array groove 5c is equal to the thickness of the acoustic matching layer 6c in other portions. A portion 62 of the first acoustic matching layer 6c located between the bottom surface of the portion of the array groove 5c whose depth is less than the thickness of the first acoustic matching layer 6c and the second acoustic matching layer 8c. Thus, the first acoustic matching layer 6c is continuous. The piezoelectric element 4 is divided by the array groove 5c. Each of the divided portions of the piezoelectric element 4 is conducted through the portion 62 of the conductive first acoustic matching layer 6c.
[0065]
In the fourth embodiment of the ultrasonic probe configured as described above in detail, as in the second embodiment described with reference to FIG. Since the substrate 14 only needs to be bonded to at least a part of the first acoustic matching layer 6c, an ultrasonic probe having a simple configuration and high reliability can be provided.
[0066]
The ultrasonic probe of the present embodiment can be basically manufactured according to the first example or the second example of the method of manufacturing the ultrasonic probe of the first embodiment. However, in the fifth step (array groove forming step), in order to form the array groove 5c, for example, the tip of the precision cutter blade 33 is moved along the line 64 from the point A in the direction of the arrow in FIG. Stop at point B and move away from point B to move perpendicular to line 64 and remove.
[0067]
Next, a fifth embodiment of the ultrasonic probe will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the first embodiment. In the present embodiment, the structural members that are substantially the same as the structural members described with reference to FIGS. 1 to 3 when describing the first embodiment are the corresponding configurations of the first embodiment. The same reference numerals as those used to designate the members are attached, and detailed description thereof is omitted.
[0068]
The configuration of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of the piezoelectric element, the signal line, and the ground wire. FIG. 8 is a cross-sectional view of the ultrasonic probe obtained by cutting the ultrasonic probe along a plane parallel to the front surface (the same surface as the surface facing the paper in FIG. 1). The lower surface 80 (surface facing the piezoelectric element 4d) of the first acoustic matching layer 6 is larger than the upper surface (surface facing the first acoustic matching layer 6) of the piezoelectric element 4d. The upper surface of the piezoelectric element 4d is an acoustic radiation surface for emitting ultrasonic waves. The lower surface 80 of the first acoustic matching layer 6 is used as the facing region 80. The facing region 80 includes a joining region 82 that is joined to the acoustic radiation surface of the piezoelectric element 4d and a region 84 that is not joined to the acoustic radiation surface. In the region 84, a copper wire 14d used as a ground wire is wired. The region 84 is used as a wiring region 84. The wire 14 d is connected to the wiring region 84 using a conductive resin 86. The wiring region 84 extends from the front surface of the ultrasonic probe to the rear surface (surface opposite to the front surface) along the side surface of the ultrasonic probe together with the ground wire 14 d, and is divided by the array groove 5. The matching layer 6 is connected to all of the portions.
[0069]
The cross section of the laminate taken along line C8-C8 is substantially the same as the cross section of the laminate of the first embodiment shown in FIG. Under the piezoelectric element 4d, a substantially flat glass epoxy substrate 88 is disposed from the front surface to the rear surface of the ultrasonic probe in a direction orthogonal to the direction in which the array grooves 5 extend (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8). It extends to the surface opposite to the front surface). A plurality of conductive wires are wired on both surfaces of the glass epoxy resin 88. On both sides of the glass epoxy resin 88, electrodes corresponding to these conducting wires are arranged in the longitudinal direction at portions close to the piezoelectric element 4d. Each of these electrodes is connected to an electrode on the lower surface of the corresponding portion of the divided piezoelectric element 4d through one wire 89. The wire 89 is connected to the piezoelectric element 4d using solder. Glass epoxy resin 88 and wire 89 are used as signal line 12d. A part of the glass epoxy resin 88 and the wire 89 are disposed in the back load material 2.
[0070]
When using high frequency ultrasonic waves, the first acoustic matching layer 6 becomes thin. Therefore, when the ground wire is connected to the side surface of the first acoustic matching layer 6 as in the first embodiment, the area (contact area) where the first acoustic matching layer 6 is in contact with the ground wire is reduced. It becomes difficult to ensure reliability. However, in the fifth embodiment of the ultrasonic probe configured as described in detail above, a ground wire is provided on a part of the lower surface of the first acoustic matching layer 6 (the surface facing the piezoelectric element 4d). By connecting, since the contact area is not affected by the thickness of the first acoustic matching layer 6, it is possible to stably ensure reliability against conduction failure regardless of the frequency to be used.
[0071]
The configuration of the laminate of this embodiment is substantially the same as the configuration of the laminate of the first embodiment shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. For example, it may be substantially the same as the configuration of the second or third embodiment shown in FIG. 4 or FIG. Further, it may be substantially the same as the configuration of the fourth embodiment shown in FIGS.
[0072]
An example of a method for manufacturing the ultrasonic probe of the present embodiment will be described. The ultrasonic probe of the present embodiment can be manufactured basically according to the first example of the method of manufacturing the ultrasonic probe of the first embodiment. First, a laminated body is formed according to the 1st process thru / or the 3rd process (laminated body formation process). At this time, in the third step, a piezoelectric element 4d having an acoustic radiation surface smaller than the lower surface of the first acoustic matching layer 6 is prepared (FIG. 8). When bonding the piezoelectric element 4d to the first acoustic matching layer 6, the piezoelectric element 4d is positioned with respect to the first acoustic matching layer 6 so that the wiring region is formed. Next, the array groove 5 is formed according to the fifth step (array groove forming step). Thereafter, the wire 14 d and the signal line 12 d are connected to form the back load material 2 and the acoustic lens 10.
[0073]
When using high-frequency ultrasonic waves, as described above, when the ground wire is connected to the side surface of the first acoustic matching layer 6 as in the first embodiment, the area where the first acoustic matching layer 6 is in contact with the ground wire ( Since the contact area is small, it is difficult to attach the ground wire to the first acoustic matching layer 6. On the other hand, in the example of the ultrasonic probe manufacturing method of the fifth embodiment described in detail above, the ground wire is attached to a relatively large contact area, so that workability is good. In addition, since the ground wire can be securely attached, the yield is improved.
[0074]
Next, a sixth embodiment of the ultrasonic probe will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the fifth embodiment. In the present embodiment, substantially the same components as those described with reference to FIG. 8 when describing the fifth embodiment indicate the corresponding components of the fifth embodiment. The same reference numerals as those used are attached and detailed description is omitted.
[0075]
The configuration of the present embodiment is different from the configuration of the fifth embodiment in the configuration of the first acoustic matching layer. FIG. 9 is a cross-sectional view of the ultrasonic probe obtained by cutting the ultrasonic probe along a plane parallel to the front surface (the same surface as the surface facing the paper in FIG. 8). In the first acoustic matching layer 6 of the fifth embodiment, the bonding region 82 and the wiring region 84 exist on the same plane. However, in the first acoustic matching layer 6e of the present embodiment, the wiring region 84e is depressed with respect to the bonding region 82. Even if comprised in this way, there exists an effect similar to the ultrasonic probe of 5th Embodiment.
[0076]
An example of a method for manufacturing the ultrasonic probe of the present embodiment will be described. Basically, the ultrasonic probe can be manufactured according to the second example of the manufacturing method of the ultrasonic probe of the first embodiment. First, the parent laminate shown in FIG. 7 is formed. Next, in order to form the depressed wiring region 84e, the vertical lines of the grid-like lines 70 are formed on the lower surface of the parent laminated body (the surface opposite to the surface in contact with the first acoustic matching layer 6A in the piezoelectric element 4A). A groove (hereinafter referred to as a wiring groove) extending along one of the horizontal lines is formed. The width of the wiring groove is larger than twice the width of the wiring region 84e. The wiring groove reaches the inside of the first acoustic matching layer 6e in the depth direction. Next, a step of cutting the parent laminated body of the second example is performed. However, when cutting along the wiring groove, it is cut along a center line extending in the longitudinal direction of the wiring groove through the center in the width direction of the wiring groove. Thereafter, in the same manner as in the example of the ultrasonic probe manufacturing method of the fifth embodiment, the signal line 12d and the wire 14d are connected, and the back load member 2 and the acoustic lens 10 are formed.
[0077]
In the ultrasonic probe manufacturing method according to the fifth embodiment, when the piezoelectric element 4 d is bonded to the first acoustic matching layer 6, an adhesive may adhere to the wiring region 84. At this time, the reliability with respect to poor conduction is lowered. In the example of the ultrasonic probe manufacturing method according to the sixth embodiment described in detail above, the adhesive on the wiring region 84e is formed by forming a wiring groove before the step of cutting the laminate. Therefore, the ultrasonic probe can be manufactured quickly and at a low cost, and the reliability against the conduction failure can be further increased.
[0078]
In the fourth embodiment and the present embodiment, two rows of wires 89 extending from both sides of the glass epoxy resin 88 are used to improve the reliability, but one row of wires extending from one surface is used. It goes without saying that the same effect can be obtained even when using.
[0079]
Next, a seventh embodiment of the ultrasonic probe will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic probe of the present embodiment is basically the same as the configuration of the ultrasonic probe of the fifth embodiment. In the present embodiment, substantially the same components as those described with reference to FIG. 8 when describing the fifth embodiment indicate the corresponding components of the fifth embodiment. The same reference numerals as those used are attached and detailed description is omitted.
[0080]
The configuration of the present embodiment is different from the configuration of the fifth embodiment in the configuration of an acoustic matching layer, a signal line, and a ground line. FIG. 10A is a cross-sectional view of the ultrasonic probe obtained by cutting the ultrasonic probe along a plane parallel to the front surface (the same surface as the surface facing the paper in FIG. 1). Grooves 101 are respectively formed between the bonding region 82 of the first acoustic matching layer 6f of the present embodiment and the wired wiring regions 84f and 84g. In FIG. 10B, one wiring region 84f and the groove 101 are enlarged. The wiring region 84f is formed in a portion in contact with the side surface 102 (side surface adjacent to the front surface) of the first acoustic matching layer 6f. The wiring region 84 f is orthogonal to the side surface 102, is continuous with the side surface 102, and extends along the side surface 102, and the wiring region side surface 105 is continuous with the wiring region upper surface 104 and extends in parallel with the side surface 102. It is prescribed by.
[0081]
On the side surface (surface adjacent to the front surface) of the ultrasonic probe, a substantially flat glass epoxy substrate 106 extends from the back load material 2 toward the first acoustic matching layer 6f along this side surface. One end of the glass epoxy substrate 106 is fitted in the wiring region 84f. In the glass epoxy substrate 106, a ground electrode extending along the wiring region 84 f is formed on a portion 107 facing the wiring region upper surface 104 and a portion 108 facing the wiring region side surface 105. That is, the first acoustic matching layer 6f is in contact with the ground electrode on two surfaces in the wiring region 84f. Since the contact area between the first acoustic matching layer 6f and the ground electrode is large, the reliability against conduction failure is high. This electrode is wired on the surface facing the outside of the glass epoxy substrate 106, and is connected to one conductive wire 14f used as a ground wire.
[0082]
The configurations of the wiring region 84g and the glass epoxy substrate 106f connected thereto are substantially the same as the configurations of the wiring region 84f and the glass epoxy substrate 106, respectively. The difference between the former and the latter is that an electrode is formed on the portion 108 of the glass epoxy substrate 106, but no electrode is formed on the portion corresponding to the portion 108 in the glass epoxy substrate 106f. That is, the first acoustic matching layer 6f is in contact with the ground electrode on one surface in the wiring region 84g.
[0083]
A plurality of conducting wires 12f used as signal lines are wired on the surfaces facing the inside of the glass epoxy substrates 106 and 106f. These conducting wires are connected to the electrodes on the lower surface of the corresponding portion of the piezoelectric element 4d divided through the wire 109, using solder.
[0084]
When the ground wire 1114 is bridged to two portions adjacent to each other among the plurality of portions of the divided first acoustic matching layer 6f as in the conventional ultrasonic probe of FIG. 11, the ground wire 1114 Since vibration propagates between these parts via the mechanical crosstalk, mechanical crosstalk may occur. On the other hand, in the seventh embodiment, since the groove 101 is formed, vibration is hardly transmitted to the glass epoxy substrates 106 and 106f, so that mechanical crosstalk can be prevented.
[0085]
In the present embodiment, the lead wire 12f used as the signal line is connected to the electrode on the lower surface of the piezoelectric element 4d using the solder via the wire 109, but the present invention is not limited to this. is not. For example, wire bonding may be used. When solder is used, the amount of solder may vary in each wire 109, and thus a load difference may occur in each wire 109. Since the difference in load can be reduced by using wire bonding, the characteristics of the ultrasonic probe can be stabilized. Moreover, you may connect using solder via the conductor different from a wire.
[0086]
An example of a method for manufacturing the ultrasonic probe of the present embodiment will be described. The ultrasonic probe of the present embodiment can be manufactured basically in accordance with the example of the method of manufacturing the ultrasonic probe of the fifth embodiment. Similar to the fifth embodiment, a laminated body having small piezoelectric elements 4d is formed. Next, the array groove 5, the wiring regions 84f and 84g, and the groove 101 are formed. Thereafter, the glass epoxy substrates 106 and 106f and the wire 109 are attached, and the back load material 2 and the acoustic lens 10 are formed.
[0087]
In the present embodiment, the ground electrode to which the conductive wire 14f used as the ground wire is connected is directly bonded to the acoustic matching layer 6f using a conductive adhesive, but the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, wire bonding may be used similarly to the conductive wire 12f used as the signal line. In this case, the wire bonding portion of the first acoustic matching layer 6f is provided with a metal such as gold or aluminum by sputtering or the like. If wire bonding is used, the time required for production can be shortened as compared with the case where a conductive adhesive is used, so that wire bonding is suitable for mass productivity.
[0088]
In the present embodiment, the electrode of the piezoelectric element 4d on the first acoustic matching layer 6f side is used as a ground. However, when a sufficient withstand voltage is secured by the acoustic lens 10, the second acoustic matching layer 8, or the like, The patterning of the glass epoxy substrates 106 and 106f may be changed to replace the signal line and the ground line.
[0089]
In the above embodiment, a piezoelectric ceramic obtained by general sintering is used for the piezoelectric element, but a piezoelectric single crystal may be used instead.
[0090]
Further, in the above-described embodiment, the ultrasonic probe in which the divided piezoelectric element portions are arranged one-dimensionally in a row has been described in detail. However, the attenuation of the ultrasonic wave of the material itself is small and optimal. Carbon composites with carbides that have excellent acoustic impedance, good workability, and can be thinned are used for ultrasonic probes that use piezoelectric elements that are not divided by array grooves, or for divided piezoelectric elements. It goes without saying that the present invention can be applied to an ultrasonic probe in which the portions are two-dimensionally arranged.
[0091]
The present invention discloses the invention shown in the following items.
Item 1. An ultrasonic probe having a piezoelectric element and an acoustic matching layer, wherein at least one of the acoustic matching layers is made of a carbon composite material containing carbide.
Section 2. The carbide is SiC or B₄The ultrasonic probe according to Item 1, which contains C.
Section 3. The ultrasonic probe according to Item 1 or 2, wherein the carbon composite material includes carbide ceramic fine powder and boride ceramic fine powder.
Item 4. The ultrasonic probe according to any one of Items 1 to 3, wherein the carbon composite material is formed of a fired body.
Item 5. The piezoelectric element has an acoustic radiation surface, and the acoustic matching layer made of the carbon composite material is opposed to the acoustic radiation surface and has a facing region larger than the acoustic radiation surface. The method according to any one of Items 1 to 4, further comprising: a bonding region bonded to an acoustic radiation surface of the piezoelectric element; and a wiring region for wiring the piezoelectric element. The described ultrasonic probe.
Item 6. 6. The ultrasonic probe according to claim 5, wherein the wiring region is depressed with respect to the bonding region.
Item 7. The ultrasonic probe according to claim 5 or 6, wherein a groove is provided between the bonding region and the wiring region in the facing region.
Item 8. 8. The acoustic matching layer made of the carbon composite material is formed with a plurality of arrayed grooves extending along the surface of the acoustic matching layer. The ultrasonic probe according to any one of the above items.
Item 9. 9. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the depth of each of the array grooves is equal to the thickness of the acoustic matching layer in all portions of the array grooves so that the acoustic matching layer is divided. .
Item 10. 9. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the depth of each of the array grooves is less than the thickness of the acoustic matching layer in all portions of the array grooves.
Item 11. 9. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the depth of each of the array grooves is less than the thickness of the acoustic matching layer in at least a part of the array grooves.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications and applications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0092]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by using a carbon composite material containing carbide in the acoustic matching layer, it is possible to obtain a practical acoustic matching layer that can withstand machining and is machined. Since the processability is good, the processing speed at the time of cutting for forming the array groove can be improved, so that the equipment cost can be reduced and the cost of the ultrasonic probe can be suppressed.
[0093]
In addition, the optimum acoustic impedance (about 7.5 × 10⁶kg / m²s (7.5 MRayl) to about 10 × 10⁶kg / m²Since an acoustic matching layer having s (10 MRayl) can be prepared, a highly sensitive, reliable, and inexpensive ultrasonic probe can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of an ultrasonic probe according to first to fourth embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ultrasonic probe of the first and fourth embodiments cut along line C1-C1 in FIG.
FIG. 3 is a side view of a laminated body of ultrasonic probes according to the first and second embodiments of the present invention, and shows a state of processing with a precision cutter.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an ultrasonic probe according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an ultrasonic probe according to a third embodiment.
FIG. 6 is a side view of a laminated body of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention, showing a state of processing with a precision cutter.
FIG. 7 is a perspective view of a parent laminated body according to an ultrasonic probe manufacturing method of an embodiment of the present invention, and a portion to be cut is indicated by a one-dot chain line.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken in parallel with the front surface of an ultrasonic probe according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view taken in parallel with the front surface of an ultrasonic probe according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10A is a cross-sectional view taken in parallel with the front surface of an ultrasonic probe according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a wiring diagram of the ultrasonic probe of FIG. It is the figure which expanded and showed the area | region and the groove | channel.
11A is a perspective view of an ultrasonic probe having a typical conventional configuration, and FIG. 11B is a side view of the ultrasonic probe of FIG. Part of is shown removed.
[Explanation of symbols]
2 Back load material
4 Piezoelectric elements
4a Piezoelectric element
4d piezoelectric element
4A Piezoelectric element
5 Array groove
5a Array groove
5c Array groove
6 First acoustic matching layer
6a First acoustic matching layer
6b First acoustic matching layer
6c 1st acoustic matching layer
6e First acoustic matching layer
6f 1st acoustic matching layer
6A First acoustic matching layer
8 Second acoustic matching layer
8a Second acoustic matching layer
8b Second acoustic matching layer
8c Second acoustic matching layer
8A Second acoustic matching layer
10 Acoustic lens
12 Flexible printed circuit boards (signal lines)
12d signal line
12f Lead wire (signal wire)
14 Flexible printed circuit board (ground wire)
14d wire (ground wire)
14f Conductor (ground wire)
52 Main Dice
54 Sub Dice
80 opposite area
82 Bonding area
84 Wiring area
84e Wiring area
84f Wiring area
84g Wiring area
101 groove
106 Glass epoxy board (ground wire, signal wire)
106f Glass epoxy board (ground wire, signal wire)

Claims

In the ultrasonic probe having a piezoelectric element and the acoustic matching layer, at least one of the acoustic matching layer is ultrasonic probe characterized by comprising the carbon composite material containing carbon and carbide .

The carbide is SiC or B _４4 The ultrasonic probe according to claim 1, wherein C is included.

3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the carbon composite material includes carbide ceramic fine powder and boride ceramic fine powder. 4.

The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the carbon composite material is formed of a fired body.

The piezoelectric element has an acoustic radiation surface, and the acoustic matching layer made of the carbon composite material is opposed to the acoustic radiation surface and has a facing region larger than the acoustic radiation surface. region, a junction region is joined to the acoustic radiation surface of the piezoelectric element, ultrasonic feeler according to claim 1 to 4, characterized in that and a wiring area for wiring the piezoelectric element Child.

The acoustic matching layer made of the carbon composite material is formed with a plurality of arrayed array grooves extending along the surface of the acoustic matching layer, and the depth of each array groove is the acoustic matching layer. Is equal to the thickness of the acoustic matching layer in all parts of the array groove, or less than the thickness of the acoustic matching layer in all parts of the array groove, or at least part of the array groove so that an ultrasonic probe according to claim 1, wherein less than the thickness of the layer.