JP5134459B2

JP5134459B2 - 超音波振動子及びその製造方法

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Publication number: JP5134459B2
Application number: JP2008180910A
Authority: JP
Inventors: 和裕小林
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010022140A

Description

本発明は超音波振動子及びその製造方法に関し、特に、電子走査方向に直交するエレべーション方向に各振動素子が分割されている超音波振動子及びその製造方法に関する。

１Ｄアレイ振動子は、電子走査方向（例えばＸ方向）に整列した複数の振動素子によって構成される。１Ｄアレイ振動子においては電子走査方向と直交するエレべーション方向（例えばＹ方向）において開口制御やフォーカス制御を行うことができない。そこで、１．２５Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、１．７５Ｄアレイ振動子が提案されている。それらの振動子においては、各振動素子がエレべーション方向つまりＹ方向においても複数の部分に分割されている。これにより、１．２５Ｄアレイ振動子ではＹ方向において開口可変制御を行うことができ、１．５Ｄアレイ振動子においてはＹ方向においてフォーカス制御（電子的な遅延制御）を行うことができ、１．７５Ｄアレイ振動子においてはＹ方向において若干のビーム偏向制御を行うことができる。図１３の（Ａ）−（Ｄ）には各種の超音波振動子についてのエレべーション方向から見た構成が模式的に示されている。（Ａ）は１Ｄアレイ振動子を構成する振動素子１００とそれに接続されたシグナルライン１０２を示すものである。（Ｂ）は１．２５Ｄアレイ振動子を示すものであり、振動素子を構成する複数の部分１０４，１０６，１０８にはそれぞれ共通のシグナルライン１０２が接続されている。但し、スイッチ１１０によって、両側の部分１０６，１０８の動作の有無が切り替えられている。（Ｃ）は１．５Ｄアレイ振動子を示すものであり、振動素子を構成する複数の部分１０４，１０６，１０８の内で中央と両側とでそれぞれ別のシグナルライン１０３，１０４が接続されている。（Ｄ）は１．７５Ｄアレイ振動子を示すものであり、振動素子を構成する複数の部分１１２−１〜１１２−４に対してそれぞれシグナルライン１１４−１〜１１４−４が接続されている。

なお、２Ｄアレイ振動子は、一般に、Ｘ方向及びＹ方向に数百にも及ぶ振動素子を並べて構成されるものであり、両方向にビームの走査を行えるものである。これに対し、１．７５ＤはＹ方向の分割数も１桁程度であり、走査面の煽りを行える程度のものである。いずれにしても、エレべーション方向分割型１Ｄアレイ振動子においては、各部分に個別的に結線を行う必要があるので、その配線方法が問題となる。

特許文献１に開示された配線方法は、両面に配線パターンが形成されたＦＰＣ（フレキシブル回路基板）あるいは多層ＦＰＣ（複数の配線パターンが積層化されたＦＰＣ）を利用する方法である。特許文献２に開示された配線方法はアレイ振動子の背面側に設けられるバッキング内にリードアレイを構成する方法である。

米国特許第６８２２３７６号明細書米国特許第７０５３５３０号明細書

上記特許文献１に記載された手法では、超音波伝搬上の観点から、複数の配線パターンが形成された比較的薄い多層ＦＰＣが利用される。各振動素子をエレべーション方向に分離する分離溝の形成に際しては、配線パターンを保護するために、各分離溝の下端が多層ＦＰＣに到達しないようにしなければならない。このため、分離溝を十分に深く形成できず、隣接する部分間でのクロストークという問題が生じやすい。なお、多層ＦＰＣを漫然と厚く形成すると、超音波伝搬上の問題が生じ、あるいは、屈曲等の加工作業が困難となる。特許文献２に記載された手法では、バッキングの構造が複雑化するという問題が生じる。

本発明の目的は、エレべーション方向分割型１Ｄアレイ振動子において各部分に対する結線を簡単に行うことができ、しかも音響的なクロストークの問題を軽減又は解消できるようにすることにある。

本発明は、電子走査方向であるＸ方向に整列した複数の振動素子からなる振動部を有する超音波振動子において、前記複数の振動素子に対応した第１配線パターンが形成された第１配線シートと、前記第１配線シートの上面側に設けられた背面中間層と、前記背面中間層の上面側と前記振動部の下面側との間に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第２配線パターンが形成された第２配線シートと、を含み、前記各振動素子はエレべーション方向であるＹ方向において複数の部分に分離され、これにより前記振動部がＹ方向に並んだ複数の部分列を構成し、前記各部分列はＸ方向に並んだ複数の部分からなり、前記複数の部分列における第１部分列が前記背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、前記複数の部分列における第２部分列が前記第２配線パターンに電気的に接続された、ことを特徴とする超音波振動子に関する。

上記構成によれば、Ｘ方向に並ぶ複数の振動素子に対して階層的な構造をもって第１配線パターンと第２配線パターンが接続される。具体的には、Ｙ方向に並ぶ複数の部分列の内で、第１部分列が第２配線シート及び第１背面中間層を介して第１配線シート上の第１配線パターンに接続される。また、Ｙ方向に並ぶ複数の部分列の内で、第２部分列が第２配線シート上の第２配線パターンに接続される。第１配線シートと第２配線シートとが別体化されているので、各シートを安価に製作できる。例えば、片面だけに配線パターンが形成されたＦＰＣを利用することが可能となる。つまり、多層基板を格別用いなくても、それと等価な結果を得られる。しかも、第１配線シートと第２配線シートとの間に距離をもたせることができるので、各振動素子を分割するための分離溝によって、各部分を完全に分離することが可能となる。これは音響的クロストークの低減につながるものである。但し、背面中間層は、一般に、切削の便宜を考慮しつつも、超音波の波長との関係で薄く構成するのが望ましい。第１部分列をＹ方向における中央部又はその付近の部分列とし、第２部分列をＹ方向における中央部の両側に存在する一対の部分列とするようにしてもよい。背面中間層とバッキング層の各音響インピーダンスを同等にしてもよいし、背面中間層それ自体にバッキング作用をもたせてもよいし、反射作用をもたせてもよい。上記構成によれば、少なくともエレべーション方向３分割型の１Ｄアレイ振動子を実現できるが、更に、第３配線シート及び第２背面中間層を加えれば、エレべーション方向５分割型の１Ｄアレイ振動子を実現できる。分割数は任意に設定可能であり、それに応じて配線シートの枚数及び背面中間層の個数を定めればよい。なお、Ｘ方向及びＹ方向は直線的方向であってもよいし、湾曲した方向であってもよい。

望ましくは、当該超音波振動子は、前記Ｙ方向において開口可変が可能な１．２５Ｄアレイ振動子、前記Ｙ方向において電子フォーカス制御が可能な１．５Ｄアレイ振動子、又は、前記Ｙ方向においてビーム偏向制御が可能な１．７５Ｄアレイ振動子として機能する。望ましくは、前記第１部分列は前記Ｙ方向における中央部に位置した部分列であり、前記第２部分列は前記Ｙ方向における中央部の両側に位置した一対の部分列である。

望ましくは、前記背面中間層の内で、少なくとも前記第１部分列に電気的に接続される部分が導電性を有し、前記第２配線シートは、前記第１部分列を前記背面中間層に電気的に接続させる中央領域と、前記中央領域に対して電気的に分離され、前記第２部分列を前記第２配線パターンに電気的に接続させる端部領域と、を有する。望ましくは、前記背面中間層はそれ全体として導電性部材で構成される。望ましくは、前記背面中間層は前記第２配線シートの前記中央領域に対して物理的に接する上面形態を有する。望ましくは、前記背面中間層は、前記第１部分列の直下に設けられた導電部と、前記第２部分列の直下に設けられた絶縁部と、を有する。望ましくは、前記背面中間層の音響インピーダンスは前記振動部の音響インピーダンスよりも大きく、前記背面中間層は前記振動部に対して反射板として機能する。

また、本発明は、電子走査が行われるＸ方向に整列した複数の振動素子からなる振動部を有する超音波振動子において、前記複数の振動素子に対応した第１配線パターンが形成された第１配線シートと、前記第１配線シートの上面側に設けられた第１背面中間層と、前記第１背面中間層の上面側に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第２配線パターンが形成された第２配線シートと、前記第２配線シートの上面側に設けられた第２背面中間層と、前記第２背面中間層の上面側と前記振動層の下面側との間に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第３配線パターンが形成された第３配線シートと、を含み、前記各振動素子はエレべーション方向であるＹ方向において複数の部分に分離され、これにより前記振動部がＹ方向に並んだ複数の部分列を構成し、前記各部分列はＸ方向に並んだ複数の部分からなり、前記複数の部分列における第１部分列が前記第２背面中間層及び前記第１背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、前記複数の部分列における第２部分列が前記第２背面中間層を介して前記第２配線パターンに電気的に接続され、前記複数の部分列における第３部分列が前記第３配線パターンに電気的に接続された、ことを特徴とする超音波振動子に関する。

また、本発明は、第１配線パターンを有する第１配線シートと、その上側に設けられた第１背面中間層と、その上側に設けられたシートであって第２配線パターンを有する第２配線シートと、その上側に設けられた振動板と、を有する積層体に対して、その上方から、少なくとも前記振動板を突き抜ける深さで、Ｘ方向に並ぶ複数のＹ方向伸長溝を形成する工程と、前記積層体に対して、その上方から、前記第２配線シートを切断し且つ前記第１配線シートを切断しない深さで、Ｙ方向に並ぶ複数のＸ方向伸長溝を形成する工程と、を含み、前記複数のＹ方向伸長溝の形成及び前記複数のＸ方向伸長溝の形成により、前記振動板がＸ方向に並ぶ複数の振動素子に分割され、且つ、前記各振動素子がＹ方向に並ぶ複数の部分に分割され、これによってＹ方向に並ぶ複数の部分列が構成され、前記複数の部分列における第１部分列が前記背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、前記複数の部分列における第２部分列が前記第２配線パターンに接続された、ことを特徴とする超音波振動子の製造方法に関する。

以上説明したように、本発明によれば、エレべーション方向分割型１Ｄアレイ振動子において各部分に対する結線を簡単に行うことができ、しかも音響的なクロストークの問題を軽減又は解消できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波振動子の好適な実施形態が示されており、図１は超音波振動子の製作過程を説明するための図である。この超音波振動子は、超音波探触子内に設けられ、生体に対して超音波の送受波を行うものである。超音波探触子は生体に対する超音波診断時において生体表面に当接して用いられる。但し、本発明に係る超音波振動子を体腔内に挿入される超音波探触子に設けてもよい。

図１には、振動子アセンブリ１０が示されている。この振動子アセンブリ１０は第１中間体であり、本実施形態における要部構成を成す。振動子アセンブリ１０は、バッキング１２と、第１ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）１４と、第２ＦＰＣ１６と、背面中間層１８と、振動層２０と、第１整合層２２と、第２整合層２４とを有している。

バッキング１２は振動層２０から背面側に放射された超音波を吸収、散乱等させるものである。第１ＦＰＣ１４及び第２ＦＰＣ１６は配線シートとして機能するものであり、第１ＦＰＣ１４は絶縁層３６と電極パターン層３８とを有し、これと同様に、第２ＦＰＣ１６は絶縁層４０と電極パターン層４２とを有する。各ＦＰＣ１４，１６は薄いシート状の部材であり、電極パターン層３８，４２の厚みは、例えば５〜５０μｍである。本実施形態においては、第１ＦＰＣ１４及び第２ＦＰＣ１６として、片面だけに電極パターン層３８，４２が形成されたＦＰＣが用いられている。

２つのＦＰＣ１４，１６における中間部分に着目すると、それらの中間部分の間には背面中間層１８が設けられている。この背面中間層１８は導電部材により構成され、本実施形態においては例えば５０〜１５０μｍの厚さをもったカーボンプレート（導電性部材）によって構成されている。その音響インピーダンスは例えば４〜８MRayls程度であり、その音響インピーダンスとバッキング１２の音響インピーダンスとを実質的に揃えるのが望ましい。すなわち、背面中間層１８の存在によってバッキング作用が低減されないように、あるいは、背面中間層１８において超音波の不要な反射等が生じないように、背面中間層１８の音響インピーダンス及びバッキング１２の音響インピーダンスを設定するのが望ましい。背面中間層１８は、２つのＦＰＣ１４，１６の間に設けられ、後に説明する分離溝２８の形成にあたっては、各分離溝２８の底面レベルが背面中間層１８の途中の高さとなるように設定される。つまり、背面中間層１８にある程度の厚みをもたせることにより、分離溝２８を形成することが容易となり、かつ後述するように複数の部分間における物理的な分離を確実に行えるため、音響的クロストークを効果的に抑制できるという利点が得られる。ただし、背面中間層１８それ自体が音響的に大きな影響を与えないように、背面中間層１８の厚みをできるだけ薄くしておくのが望ましい。各ＦＰＣ１４，１６における積層部分としての中間部の両側に存在する部分は、振動子アセンブリ１０における右側及び左側に垂れ下がっている。

振動層２０は、複数の分離溝２６によって複数の振動素子２１に分割されている。各分離溝２６の底面レベルは本実施形態において第１ＦＰＣ１４よりも深い位置に設定されており、つまり各分離溝２６はバッキング１２の上層内に達している。これは音響的に振動素子間を十分に分離するためである。このように深い分離溝２６を形成しても各ＦＰＣ１４，１６における配線パターンを不必要に切断することにはならない。配線パターンについては後に図４及び図５を用いて説明する。

振動層２０に対しては更に２つの分離溝２８が形成されている。それらの分離溝２８によって、各振動素子２１は３つの部分に分割されている。すなわち個々の振動素子２１は、中央の部分とその両側に存在する２つの部分とに分割されている。このような構成によって、エレベーション方向分割型１Ｄアレイ振動子が構成されている。

図１において、Ｘ方向は振動素子配列方向であるアレイ方向である。Ｙ方向はＸ方向に直交するエレベーション方向である。Ｚ方向は上下方向すなわち積層方向である。上述した振動素子間を分離する分離溝２６は、Ｙ方向に伸長した溝であり、複数の分離溝２６はＸ方向に等間隔で並んでいる。上述した各分離溝２８はＸ方向に伸長した溝であり、複数の分離溝２８はＹ方向に並んでいる。したがって、振動層２０に着目した場合、Ｘ方向においては複数の振動素子が構成され、Ｙ方向には複数のグループあるいは列が構成されることになる。図においては、Ｙ方向における中央部に位置する列が中央列（中央グループ）３２で表されており、その両側に設けられた列（グループ）が左列３０及び右列３４として表されている。各列３０，３２，３４はそれぞれＹ方向に並んだ複数の部分（素子部分）によって構成されるものである。各列３０，３２，３４に対してはそれぞれ独立して結線を行う必要があり、本実施形態においては、多層ＦＰＣを用いることなく、それと等価な構造をもった２つのＦＰＣ１４，１６及び背面中間層１８が利用されている。

第１整合層２２は振動層２０と同様のマトリックス構成を有しており、すなわち第１整合層２２はＸ方向に複数の整合素子によって分割されている。また、各整合素子はＹ方向において複数の部分に分割されている。第２整合層２４も第１整合層２２と同様のマトリックス構成を有する。本実施形態においては、第１整合層２２及び第２整合層２４がいずれも導電性部材により構成されており、すなわち第２整合層２４の上面側にグランド部材を設けることにより、振動層２０の上面側に形成されたグランド層とグランド部材とを電気的に接続することが可能である。これは、複数の分離溝２６及び複数の分離溝２８を形成した後において、グランド部材を設けられるようにするためである。仮に、振動層２０と第１整合層２２との間にグランド部材を設けるならば、溝の形成を２段階で行う必要が生じたり、あるいは整合層を分割できなかったりするという問題が生じるが、本実施形態ではそのような問題が回避されている。

ちなみに、本実施形態においては上記のように各整合層２２，２４が導電部材で構成されていたが、もちろんそれに関しては様々なバリエーションが考えられ、それらを非導電性の部材によって構成してもよい。また、複数の整合層を設けるのではなく、単一の整合層を設けるようにしてもよい。

図１に示す振動子アセンブリ１０において、Ｘ方向に並んだ振動素子２１の個数は例えば１００個あるいは２００個である。Ｙ方向に並んだ複数の部分すなわち複数の列の個数は３であるが、その個数は任意に設定することが可能である。その個数に応じて、ＦＰＣの個数及び背面中間層の個数を適宜定めればよい。これに関しては、後に図９を用いて再び説明する。

図１に示されるように、第２ＦＰＣ１６における中間部分の中央においては絶縁層３６が部分的に除去されており、導通部４４が構成されている。この導通部４４はいわゆるフライングリード構造を成すものである。すなわち、中央列３２から見た場合、その中央列３２は電極パターン層４２（の遊離部分）を介して上記導通部４４により背面中間層１８に接続されており、更にその背面中間層１８を介して電極パターン層３８に接続されている。ただし、左列３０及び右列３４の直下部分においては下層である絶縁層４０がそのまま残留しているため、中央列３２が左列３０や右列３４に電気的に接続されてしまうことはない。よって、各分離溝２８は、導通部４４の左右において絶縁層４０を分断するようにそのＹ方向の位置が定められる。あるいは、各分離溝２８の位置に合わせて導通部４４のＹ方向の幅を設定するのが望ましい。

左列３０及び右列３４は、図示されるように第２ＦＰＣ１６における電極パターン層４２に接続される。具体的には電極パターン層４２における中間部分の両側に設けられた垂れ下がり部分に電気的に接続されることになる。よって、以上の構成によれば、中央列３２と左列３０と右列３４のそれぞれに対して独立にシグナルライン群を接続することが可能となる。従来において、図１に示されるようなエレベーション方向分割型の１Ｄアレイ振動子を構成する場合には、どうしても多層ＦＰＣ等を利用しなければならなかったが、上記構成によれば、そのような高価かつ複雑なＦＰＣを利用することなく、シンプルなＦＰＣを２つ利用して、結果として多層ＦＰＣと同等以上の結果を得ることが可能となる。したがって、本実施形態によれば、超音波振動子の製作にあたってその工期を短くでき、また製造コストを低減できるという利点がある。さらに、構造が単純であり、分離溝の形成にあたっても厳密な条件設定は不要となるので、歩留まりを向上できるという利点がある。

図２には、複数の分離溝を形成する前段階の振動子アセンブリが示されている。図１に示した構成と同一の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。このことは以下に説明する他の図においても同様である。

図２に示される振動子アセンブリにおいては、振動板２０Ａの下方に上記のＦＰＣ１４，１６、背面中間層１８及びバッキング１２が設けられている。振動板２０Ａは例えば圧電材からなるプレートであり、その上面側には整合電極板２２Ａ，２４Ａが設けられている。

図３には図２に示した背面中間層１８の形状が示されており、背面中間層１８はその上面１８Ａの中央部に上方に若干突出した凸部４６を有している。その横幅Ｗ１は図１に示した導通部４４の横幅と同一である。すなわち、図１に示した第２ＦＰＣ１６において、部分的に絶縁層４０を除去することにより形成された導通部４４の横幅と図３に示した凸部４６の横幅Ｗ１とが合致しており、両者が嵌合関係にある。

図４には、上記の第２ＦＰＣ１６が示されている。（Ａ）はその上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示されるＩ−Ｉ´断面を示す図である。（Ｂ）に示すように第２ＦＰＣ１６は、絶縁層４０と電極パターン層４２とで構成される。絶縁層４０はその中央部が除去されており、図１に示した導通部４４に対応する。符号５０は電極パターン層４２の下面露出部分を表している。（Ａ）において、電極パターン層４２は、その中央部が連絡部４２ｂであり、それはベタ電極に相当している。連絡部４２の右側及び左側には、すだれ状部が形成され、各すだれ状部は複数のライン４２ａによって構成される。各ライン４２ａはシグナルラインである。複数のライン４２ａが複数の振動素子に対応する。符号２６Ａは、図１に示した分離溝２６が形成される位置を表しており、符号２８Ａは、図１に示した分離溝２８が形成される位置を表している。複数の分離溝２６は、隣接ライン間を切断するように形成され、一方、２つの分離溝２８は連絡部４２ｂの左右端を横切る位置に設定される。

図５には、第１ＦＰＣ１４が示されている。（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示したII−II´断面を示す図であり、ＦＰＣ１４は（Ｂ）に示すように絶縁層３６と電極パターン層３８とで構成されている。（Ａ）に示すように電極パターン層３８は、中央に形成されたベタ電極としての連絡部３８ｂとその左右側に設けられた２つのすだれ状部とにより構成されている。各すだれ状部は、複数のライン３８ａからなる。符号２６Ａは、図１に示した分離溝２６の形成位置を表している。

図２に戻って、図２に示す中間体としてのアセンブリに対して、複数の分離溝を形成すると、図１に示したアセンブリ１０が得られる。そして、そのアセンブリ１０に対して、グランド部材としてのグランド層５０を設けたものが図６に示されている。すなわち、図６に示されるアセンブリ５２は、図１に示したアセンブリ１０における第２整合層の上面側にグランドフィルムとしてのグランド層５０を設けたものである。グランド層５０の左右端部は垂れ下がっている。図７には、図６に示したアセンブリ５２の断面図が示されている。

図６に示したアセンブリ５２に対して、音響レンズ５４を配置することにより、製作された振動子ユニット５６が図８に示されている。音響レンズ５４の下面側には凹部が形成され、アセンブリ５２の上部がその凹部内に収容配置される。この図８に示される振動子ユニット５６が図示されていない探触子ケース内に配置される。

図９には他の実施形態に係るアセンブリが示されている。この図９に示す実施形態においては、各振動素子がＹ方向に５分割されている。これに対応して、上述したＦＰＣ１４及びＦＰＣ１６に加えて、第３ＦＰＣ６０が設けられている。この第３ＦＰＣ６０は、絶縁層６２と電極パターン層６４により構成されるものである。また、積層部分に着目すると、第２ＦＰＣ１６と第３ＦＰＣ６０との間に２つ目の背面中間層５８が設けられ、第３ＦＰＣ６０の積層部分には導通部６６が設けられている。すなわち、導通部６６はフライングリード構造を成すものである。

したがって、振動層２０に着目すると、そこには中央の第１列とその両側に存在する２つの第２列と、更にその両側に存在する２つの第３列が構成され、つまり５つの部分列が構成される。第１列は図示されるように、第２の背面中間層５８及び第１の背面中間層４４を介して第１ＦＰＣ１４に接続され、２つの第２列は第２の背面中間層５８を介して第２ＦＰＣ１６に接続され、２つの第３列は第３ＦＰＣ６０に接続される。つまり、エレベーション方向に分割数が増大した場合には、振動層の下方側の階層構造を増加させるだけでよく、その場合においても多層ＦＰＣを用いる必要はない。各層における水平方向の電気的な分割は、分離溝２８，６８の深さを適宜設定することにより実現でき、図９に示す例においては分離溝２８は第１の背面中間層４４の途中まで深く達しており、分離溝６８は第２の背面中間層５８の途中にまで達している。

図１０には更に他の実施形態が示されている。図１０に示す実施形態においては、基本的に図１に示した実施形態と同様の構造が採用されているが、図１０に示す実施形態では背面中間層７０がλ／４共振層を成している。すなわち、背面中間層７０は音響インピーダンスが振動層２０よりも高い金属等の部材により構成されており、その音響インピーダンスは例えば５０〜１００MRaylsである。この構成により、各振動素子を共振させることができ、前面側に強い超音波の放射を実現することが可能である。

図１１及び図１２には更に他の実施形態が示されている。この実施形態においては、図１１に示されるように、背面中間層７２が水平方向に複合構造を有している。具体的には図１２に示されるように、中央部が導電部７４であり、その両側が絶縁部７６である。導電部７４と絶縁部７６は互いに実質的に同一の音響インピーダンスを有するものとして構成される。このような構成によれば、図１１に示されるように、第２ＦＰＣ１６における積層化部分の全体にわたって絶縁層を除去することができ、すなわち図１に示したような凹凸構造をもったフライングリードを構成する必要がないという利点がある。よって、図３に示したように、背面中間層の製作にあたって部分的な凸部を形成する必要がなくなるので製作工程を簡易化できるという利点がある。

上記実施形態によれば、多層ＦＰＣを用いることなくそれと等価な構造を利用してエレベーション方向分割型１Ｄアレイ振動子を構成できるという利点がある。特に多層ＦＰＣの場合には中間絶縁層までの溝形成を行うのは極めて困難であるが、本実施形態によれば、背面中間層を一定の厚みで形成しておくことにより水平方向に電気的及び音響的に分離するための溝の形成を極めて簡易に行えるという利点がある。これによって、音響的なクロストークを効果的に防止できるという利点がある。また、上記実施形態においては、背面中間層とバッキングとの間で音響インピーダンスが実質的に揃えられているため、それらの部材間での超音波の多重反射の問題を効果的に抑制することが可能である。また、片面にだけパターンが形成されたＦＰＣを利用するだけでよいので、製造コストを低減できるという利点がある。更に、背面中間層をより活用し、それを共振用の構造体として利用することもできるという利点がある。

なお、上述した各実施形態において、図１に示した複数の分離溝２６と複数の分離溝２８の製作の順序はいずれが先であってもよい。本実施形態に係る技術は、１．５Ｄアレイ振動子だけでなく、１．２５Ｄアレイ振動子、１．７５Ｄアレイ振動子に適用することがもちろん可能である。２Ｄアレイ振動子においては、２つの水平方向のいずれにおいても多数の素子が形成されるため、それに対して本実施形態の手法を適用するのは一般に難しいが、エレベーション方向に数個の分割が行われるタイプの１Ｄアレイ振動子であれば、上記手法を適用して多くの利点を得ることが可能である。

本発明に係る振動子アセンブリの好適な実施形態を示す斜視図である。図１に示した振動子アセンブリを製作する前の状態を示す図である。背面中間層の構造を説明するための側面図である。第２ＦＰＣを示す図である。第１ＦＰＣを示す図である。図１に示した振動子アセンブリに対してグランド層を設けることにより構成されたアセンブリを示す図である。図６に示したアセンブリの断面図である。更に音響レンズを設けることにより構成された振動子ユニットを示す斜視図である。５分割型の実施形態を示す図である。背面中間層を共振用の構造体として利用する実施形態を示す図である。背面中間層を複合体として構成した実施形態を示した図である。図１１に示す背面中間層を示す図である。各種の１Ｄアレイ振動子を示す模式図である。

符号の説明

１０振動子アセンブリ、１２バッキング、１４第１ＦＰＣ、１６第２ＦＰＣ、１８背面中間層、２０振動層、２１振動素子、２２第１整合層、２４第２整合層、２６分離溝、２８分離溝、３０左列、３２中央列、３４右列。

Claims

電子走査方向であるＸ方向に整列した複数の振動素子からなる振動部を有する超音波振動子において、
前記複数の振動素子に対応した第１配線パターンが形成された第１配線シートと、
前記第１配線シートの上面側に設けられた背面中間層と、
前記背面中間層の上面側と前記振動部の下面側との間に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第２配線パターンが形成された第２配線シートと、
を含み、
前記各振動素子はエレべーション方向であるＹ方向において複数の部分に分離され、これにより前記振動部がＹ方向に並んだ複数の部分列を構成し、前記各部分列はＸ方向に並んだ複数の部分からなり、
前記複数の部分列における第１部分列が前記背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、
前記複数の部分列における第２部分列が前記第２配線パターンに電気的に接続された、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項１記載の超音波振動子において、
当該超音波振動子は、前記Ｙ方向において開口可変が可能な１．２５Ｄアレイ振動子、前記Ｙ方向において電子フォーカス制御が可能な１．５Ｄアレイ振動子、又は、前記Ｙ方向においてビーム偏向制御が可能な１．７５Ｄアレイ振動子として機能する、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項１又は２記載の超音波振動子において、
前記第１部分列は前記Ｙ方向における中央部に位置した部分列であり、
前記第２部分列は前記Ｙ方向における中央部の両側に位置した一対の部分列である、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波振動子において、
前記背面中間層の内で、少なくとも前記第１部分列に電気的に接続される部分が導電性を有し、
前記第２配線シートは、
前記第１部分列を前記背面中間層に電気的に接続させる中央領域と、
前記中央領域に対して電気的に分離され、前記第２部分列を前記第２配線パターンに電気的に接続させる端部領域と、
を有する、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項４記載の超音波振動子において、
前記背面中間層はそれ全体として導電性部材で構成された、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項５記載の超音波振動子において、
前記背面中間層は前記第２配線シートの前記中央領域に対して物理的に接する上面形態を有する、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項４記載の超音波振動子において、
前記背面中間層は、
前記第１部分列の直下に設けられた導電部と、
前記第２部分列の直下に設けられた絶縁部と、
を有する、ことを特徴とする超音波振動子。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波振動子において、
前記背面中間層の音響インピーダンスは前記振動部の音響インピーダンスよりも大きく、
前記背面中間層は前記振動部に対して反射板として機能する、ことを特徴とする超音波振動子。
電子走査が行われるＸ方向に整列した複数の振動素子からなる振動部を有する超音波振動子において、
前記複数の振動素子に対応した第１配線パターンが形成された第１配線シートと、
前記第１配線シートの上面側に設けられた第１背面中間層と、
前記第１背面中間層の上面側に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第２配線パターンが形成された第２配線シートと、
前記第２配線シートの上面側に設けられた第２背面中間層と、
前記第２背面中間層の上面側と前記振動層の下面側との間に設けられ、前記複数の振動素子に対応した第３配線パターンが形成された第３配線シートと、
を含み、
前記各振動素子はエレべーション方向であるＹ方向において複数の部分に分離され、これにより前記振動部がＹ方向に並んだ複数の部分列を構成し、前記各部分列はＸ方向に並んだ複数の部分からなり、
前記複数の部分列における第１部分列が前記第２背面中間層及び前記第１背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、
前記複数の部分列における第２部分列が前記第２背面中間層を介して前記第２配線パターンに電気的に接続され、
前記複数の部分列における第３部分列が前記第３配線パターンに電気的に接続された、ことを特徴とする超音波振動子。
第１配線パターンを有する第１配線シートと、その上側に設けられた背面中間層と、その上側に設けられたシートであって第２配線パターンを有する第２配線シートと、その上側に設けられた振動板と、を有する積層体に対して、その上方から、少なくとも前記振動板を突き抜ける深さで、Ｘ方向に並ぶ複数のＹ方向伸長溝を形成する工程と、
前記積層体に対して、その上方から、前記第２配線シートを切断し且つ前記第１配線シートを切断しない深さで、Ｙ方向に並ぶ複数のＸ方向伸長溝を形成する工程と、
を含み、
前記複数のＹ方向伸長溝の形成及び前記複数のＸ方向伸長溝の形成により、前記振動板がＸ方向に並ぶ複数の振動素子に分割され、且つ、前記各振動素子がＹ方向に並ぶ複数の部分に分割され、これによってＹ方向に並ぶ複数の部分列が構成され、
前記複数の部分列における第１部分列が前記背面中間層を介して前記第１配線パターンに電気的に接続され、
前記複数の部分列における第２部分列が前記第２配線パターンに接続された、ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。