JP5146815B2 - Ultrasonic probe, endoscope and method for manufacturing ultrasonic probe - Google Patents

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本発明は、生体局部の精密な診断や治療のために利用可能な超音波プローブとそれを備えた内視鏡及び超音波プローブの製造方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe that can be used for precise diagnosis and treatment of a local part of a living body, an endoscope including the same, and a method of manufacturing the ultrasonic probe.

内視鏡を用いた血管内治療において、血管が狭窄して内腔が偏っている場合や血管が湾曲しているため内視鏡の通り抜けが難しい場合、病変部を傷つけずに血管内でカテーテルの前方の形状を安全に観察することができる前方視超音波内視鏡が開発されている。   In endovascular treatment using an endoscope, if the blood vessel is narrowed and the lumen is biased, or if the blood vessel is curved and it is difficult to pass through the endoscope, the catheter can be used inside the blood vessel without damaging the lesion. A forward-viewing ultrasonic endoscope that can safely observe the shape of the front of the device has been developed.

特に、慢性完全閉塞病変は、血栓やコレステロールなどで血管が完全に閉塞している場合、硬いガイドワイヤーを用いて再開通治療が行われているため、血管を穿孔せずに安全にガイドワイヤーを押し進めるために予めカテーテルを挿入すべき前方の血管構造を三次元でかつリアルタイムで観測可能な血管内前方視超音波内視鏡が求められている。そのため、本発明者らは、既に前方視超音波内視鏡の試作に成功している。例えば、前方視超音波内視鏡を導電性バッキングにより一括作製を可能にし(特許文献1)、指向性を制御可能にした凸型振動子の作製(特許文献2)にも成功している。また、高機能なMEMSデバイスをカテーテル先端に実装する基礎技術として非平面リソグラフィーも開発している(特許文献3)。   In particular, for chronic total occlusion lesions, when the blood vessel is completely occluded due to thrombus or cholesterol, etc., the recanalization treatment is performed using a hard guide wire, so the guide wire can be safely used without puncturing the blood vessel. There is a need for an intravascular front-view ultrasound endoscope capable of observing in front three-dimensional and real-time the blood vessel structure into which a catheter is to be inserted in advance in order to push it forward. For this reason, the present inventors have already succeeded in trial production of a forward-viewing ultrasonic endoscope. For example, a front-view ultrasound endoscope can be manufactured in a lump by using a conductive backing (Patent Document 1), and a convex vibrator that can control directivity (Patent Document 2) has also been successfully produced. In addition, non-planar lithography has also been developed as a basic technique for mounting a high-performance MEMS device on the catheter tip (Patent Document 3).

特許文献4には、微小な圧電素子を手作業で配列しカテーテルに実装する技術が開示され、特許文献5には、素子アレイをフレキシブルシートに形成してカテーテルに巻き付けることで前方視可能な内視鏡が開示され、非特許文献1にはカテーテルの先端部に多素子化した圧電素子を装着した技術が開示されている。   Patent Document 4 discloses a technique in which minute piezoelectric elements are manually arranged and mounted on a catheter, and Patent Document 5 discloses an inner array that can be viewed forward by forming an element array on a flexible sheet and winding it around the catheter. An endoscope is disclosed, and Non-Patent Document 1 discloses a technique in which a multi-element piezoelectric element is attached to the distal end portion of a catheter.

特許第3552923号公報Japanese Patent No. 3552923 特許第3787725号公報Japanese Patent No. 3787725 特開2007−114758号公報JP 2007-114758 A 特開2000−358299号公報JP 2000-358299 A 米国特許第6457365号US Pat. No. 6,457,365 IEEE Trans. Ultrason.,Ferroelect.Freq. Contr.,Vol.51,(2004),pp.800−808IEEE Trans. Ultrason., Ferroselect. Freq. Contr., Vol. 51, (2004), pp. 800-808. IEEE Trans. Ultrason.,Ferroelec.Freq. Contr.,Vol.44,(1997),pp.1140−1147IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec. Freq. Contr., Vol. 44, (1997), pp. 1140-1147.

しかしながら、本発明者等の開発した前方視超音波内視鏡では超音波振動子の素子数が少なく、アーチファクトと呼ばれる虚像の原因となっていた。アーチファクトとは、超音波画像を構成する際に生じる虚像であり、本来あってはならない。また、特許文献4、5及び非特許文献1に開示された技術では、自由なデザインでリングアレイ化や多素子化が難しく、圧電素子毎の配線の取り出しやカテーテルへの実装が難しいという欠点がある。   However, in the forward-viewing ultrasonic endoscope developed by the present inventors, the number of ultrasonic transducers is small, causing a virtual image called an artifact. An artifact is a virtual image generated when an ultrasonic image is constructed, and should not be inherent. In addition, the techniques disclosed in Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Document 1 have a drawback that it is difficult to form a ring array and multiple elements with a free design, and it is difficult to take out wiring for each piezoelectric element and mount it on a catheter. is there.

非特許文献2に開示されているPMN−PTは、従来のPZTに代わりうる圧電特性に優れたものである。しかしながら、PMN−PTは破壊され易く、超音波プローブの作製を容易にすることはできない。   PMN-PT disclosed in Non-Patent Document 2 has excellent piezoelectric characteristics that can replace conventional PZT. However, PMN-PT is easily destroyed, and it is not possible to easily make an ultrasonic probe.

本発明の第1の目的は、圧電素子をリングアレイ状に配置して多素子化した超音波プローブ及びそれを備えた内視鏡を提供することを目的とする。   A first object of the present invention is to provide an ultrasonic probe in which piezoelectric elements are arranged in a ring array to form a multi-element and an endoscope including the same.

本発明の第2の目的は、圧電素子をリングアレイ状に配置して多素子化しても容易に作製することができる、超音波プローブの作製方法を提供することを目的とする。   The second object of the present invention is to provide a method for producing an ultrasonic probe that can be easily produced even if piezoelectric elements are arranged in a ring array to form a multi-element.

上記第1の目的を達成するために、本発明の超音波プローブは、リングアレイ状に配置される超音波振動子と、超音波振動子毎に超音波振動子後側に配置される振動吸収体と、各々の振動吸収体を保持する保持部と、を備え、超音波振動子毎の配線接続部が保持部の後端部に設けられ、保持部内の配線構造により超音波振動子毎の裏側電極と配線接続部とが電気的に接続されている。   In order to achieve the first object, an ultrasonic probe of the present invention includes an ultrasonic transducer arranged in a ring array and vibration absorption arranged on the rear side of the ultrasonic transducer for each ultrasonic transducer. And a holding portion for holding each vibration absorber, and a wiring connection portion for each ultrasonic transducer is provided at the rear end portion of the holding portion. The back side electrode and the wiring connection part are electrically connected.

好ましくは、保持部の後側には接続部材が配設されている。特に、接続部材は、一のチューブ又は同心円状の複数のチューブから構成されていても、フレキシブル基板又はフレキシブルシートをチューブ状に変形して成ってもよい。
好ましくは、接続部材には、配線接続部に接続される接続用電極部を含む配線パターンが設けられ、超音波振動子による超音波の送信及び受信に係る信号を処理する回路部品が搭載されている。
配線接続部は、保持部の後端部の外周縁部に間隔をおいて周状に配置されることができる。
配線接続部は、超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って保持部の後端部に配置されていてよい。
好ましくは、保持部は貫通孔を有し貫通孔を軸とした円錐台形状を成し、配線接続部が保持部の後端面又は側面に間隔をあけて配置されている。或いは、保持部は貫通孔を有し貫通孔を軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、配線接続部が保持部の後端面に間隔を開けて配置されているようにしてもよい。
本発明の内視鏡は、本発明の超音波プローブをカテーテル又は内視鏡ツールの先端部に装着して構成される。
Preferably, a connection member is disposed on the rear side of the holding portion. In particular, the connecting member may be composed of one tube or a plurality of concentric tubes, or may be formed by deforming a flexible substrate or a flexible sheet into a tube shape.
Preferably, the connection member is provided with a wiring pattern including a connection electrode portion connected to the wiring connection portion, and circuit components for processing signals related to transmission and reception of ultrasonic waves by the ultrasonic transducer are mounted. Yes.
The wiring connection part can be circumferentially arranged with an interval between the outer peripheral edge part of the rear end part of the holding part.
The wiring connection portion may be arranged at the rear end portion of the holding portion along the same or similar arrangement pattern as the arrangement pattern of the ultrasonic transducers.
Preferably, the holding portion has a through-hole and has a truncated cone shape with the through-hole as an axis, and the wiring connection portion is arranged at a distance from the rear end surface or the side surface of the holding portion. Alternatively, the holding part has a through hole and has a stepped shape in which the width in the axial direction changes in the radial direction with the through hole as an axis, and the wiring connection part seems to be arranged at an interval on the rear end surface of the holding part. It may be.
The endoscope of the present invention is configured by mounting the ultrasonic probe of the present invention on a distal end portion of a catheter or an endoscopic tool.

上記第2の目的を達成するために、本発明の超音波プローブ作製方法は、圧電体裏面に一又は複数の円周状に間隔を開けて埋込部を所定のパターンで形成し、埋込部毎に金属層を形成し、各々の埋込部内に振動吸収体となるバッキング層を注入し、バッキング層上に配線構造を形成することで、配線構造及びバッキング層を埋設した保持部を形成するステップと、圧電体を一重又は多重のリングアレイ状に分割すると共に、圧電体と保持部とに貫通孔を形成するステップと、を含む。   In order to achieve the second object described above, the ultrasonic probe manufacturing method of the present invention forms an embedded portion in a predetermined pattern on the back surface of the piezoelectric body with one or more circumferential intervals, A metal layer is formed for each part, a backing layer serving as a vibration absorber is injected into each buried part, and a wiring structure is formed on the backing layer, thereby forming a holding part in which the wiring structure and the backing layer are embedded. And dividing the piezoelectric body into a single or multiple ring array and forming a through hole in the piezoelectric body and the holding portion.

さらに、円筒部材に配線パターンを形成するか、又はフレキシブルシート若しくはフレキシブル基板上に配線パターンを形成してチューブ状に変形させることで、接続部材を形成するステップと、保持部の配線構造における各裏側電極と配線パターンの各接続用電極部とを接続するステップと、を含むことができる。
保持部を形成する際、保持部の後端部の外周縁に間隔をおいてバッキング層毎に対応した接続配線部を形成するとよい。保持部を形成する際、保持部の後端部に、バッキング層の配置パターンに沿って接続配線部を形成すると好ましい。配線構造を形成する際に非平面フォトリソフラフィーを用いれば好ましい。
Furthermore, a wiring member is formed on the cylindrical member, or a wiring member is formed on a flexible sheet or flexible substrate and deformed into a tube shape to form a connecting member, and each back side in the wiring structure of the holding unit Connecting the electrode and each connection electrode portion of the wiring pattern.
When forming the holding portion, it is preferable to form a connection wiring portion corresponding to each backing layer at an interval on the outer peripheral edge of the rear end portion of the holding portion. When forming the holding portion, it is preferable to form a connection wiring portion along the arrangement pattern of the backing layer at the rear end portion of the holding portion. It is preferable to use nonplanar photolithography when forming the wiring structure.

本発明による超音波プローブによれば、超音波振動子を多数備えているので、超音波振動を発生させその反射を受信してもアーチファクトが抑えられ、受信した超音波振動からエコー画像を正確に三次元的に得ることが可能となる。また、保持部に配線構造、特に多層配線構造を設けることで、超音波振動子の裏側電極を保持部裏端部に配線で引き出すことができる。これにより、カテーテル先端部への電気的な接続も容易に行うことができる。さらに、保持部には後方に延びる配線が所定の配線パターンで配設され、信号増幅回路や信号切替回路などを集積化したICチップを容易に搭載することができる。   According to the ultrasonic probe of the present invention, since many ultrasonic transducers are provided, even if the ultrasonic vibration is generated and the reflection is received, the artifact is suppressed, and the echo image is accurately obtained from the received ultrasonic vibration. It can be obtained in three dimensions. Further, by providing a wiring structure, particularly a multilayer wiring structure, in the holding part, the back side electrode of the ultrasonic transducer can be drawn out to the back end part of the holding part by wiring. Thereby, electrical connection to the catheter tip can also be easily performed. Further, the holding portion is provided with wiring extending backward in a predetermined wiring pattern, and an IC chip in which a signal amplifier circuit, a signal switching circuit, and the like are integrated can be easily mounted.

本発明による超音波プローブの作製方法によれば、手作業工程が少なく精度の良い超音波プローブを作製することができる。また、保持部内の多層配線構造は本発明者等が開発した非平面フォトファブリケーションを採用することで容易に精密に製造することができる。   According to the method for manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention, it is possible to manufacture an ultrasonic probe with high accuracy with few manual processes. Further, the multilayer wiring structure in the holding part can be easily and precisely manufactured by employing the non-planar photofabrication developed by the present inventors.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態における超音波プローブは、リング状に配置された各超音波振動子のうち一又は複数の超音波振動子から超音波を発生させ、発生した超音波の反射波を各超音波振動子で受信することができる。この超音波プローブは超音波振動子を多素子化しているので、アーチファクトが抑えられ、受信した超音波振動からエコー画像を正確に、かつ三次元的に得ることが可能となる。以下の実施形態では好ましい形態を幾つか説明するが、本発明の主旨に沿って適宜設計変更することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention generates ultrasonic waves from one or a plurality of ultrasonic transducers arranged in a ring shape, and generates reflected waves of the generated ultrasonic waves. It can be received by a vibrator. Since this ultrasonic probe has a multi-element ultrasonic transducer, artifacts are suppressed, and an echo image can be obtained accurately and three-dimensionally from the received ultrasonic vibration. In the following embodiments, some preferred embodiments will be described, but the design can be appropriately changed in accordance with the gist of the present invention.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態として、二重のリング状に超音波振動子を配置することで送受信部が構成され、送受信部の後側に外部に配線取り出し用の接続部材として一重のチューブが設けられた形態について説明する。
(First embodiment)
As a first embodiment of the present invention, a transmission / reception unit is configured by arranging ultrasonic transducers in a double ring shape, and a single tube is provided as a connection member for wiring extraction outside on the rear side of the transmission / reception unit. The provided form will be described.

図1は第1の実施形態に係る超音波プローブが取り付けられている内視鏡を示す概略図である。
第1の実施形態に係る超音波プローブ1はカテーテル2の先端部2Aに装着され、内視鏡3を構成する。超音波プローブ1は、超音波振動の送信及び受信を行う送受信部10と、送受信部10の後側に取り付けられる接続部材20と、を含んで構成される。送受信部10と接続部材20とには貫通した貫通孔1Aを有する。この貫通孔1Aは内視鏡3のワーキングチャネルとして機能し、必要に応じて管部材30が挿通される。この管部材30は例えばグランド配線として機能する。ワーキングチャネルは必要な血管造影剤や薬液注入口となったりガイドワイヤーなどマイクロツールの挿通路となる。
FIG. 1 is a schematic view showing an endoscope to which an ultrasonic probe according to the first embodiment is attached.
The ultrasonic probe 1 according to the first embodiment is attached to the distal end portion 2 </ b> A of the catheter 2 and constitutes an endoscope 3. The ultrasonic probe 1 includes a transmission / reception unit 10 that transmits and receives ultrasonic vibrations, and a connection member 20 that is attached to the rear side of the transmission / reception unit 10. The transmission / reception unit 10 and the connection member 20 have a through hole 1 </ b> A that penetrates. The through hole 1A functions as a working channel of the endoscope 3, and the tube member 30 is inserted as necessary. The tube member 30 functions as a ground wiring, for example. The working channel serves as an inlet for necessary angiographic agents and drug solutions, and as an insertion path for micro tools such as a guide wire.

〔超音波プローブの構成〕
第1の実施形態に係る超音波プローブ1について詳細に説明する。
図2は、第1の実施形態に係る超音波プローブ1に関し、図1のA−A線に沿う断面図、図3は図1のB−B線に沿う断面図、図4は図2のC−C線に沿う断面図、図5は超音波プローブ1における送受信部10を後方から見た図である。
[Configuration of ultrasonic probe]
The ultrasonic probe 1 according to the first embodiment will be described in detail.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC, and FIG. 5 is a view of the transmission / reception unit 10 in the ultrasonic probe 1 as viewed from the rear.

第1の実施形態では、超音波プローブ1の送受信部10は、図2及び図3に示すように、リングアレイ状に配置される複数の超音波振動子11と、各超音波振動子11の振動を吸収する振動吸収体12と、この振動吸収体12を保持する保持部13と、を含んで構成される。保持部13は、超音波振動子11に対して電気的な接続を行う多層配線構造体13Aを有する。   In the first embodiment, the transmission / reception unit 10 of the ultrasonic probe 1 includes a plurality of ultrasonic transducers 11 arranged in a ring array and each ultrasonic transducer 11 as shown in FIGS. A vibration absorber 12 that absorbs vibration and a holding portion 13 that holds the vibration absorber 12 are included. The holding unit 13 includes a multilayer wiring structure 13 </ b> A that makes electrical connection to the ultrasonic transducer 11.

各超音波振動子11はリングアレイ状に配置され、分離部11Aとしての空隙又は棒部により分離されている。超音波振動子11は、例えば図4に示すように、貫通孔1Aの周りに二重のリングアレイをなすよう配置される。図示した例では、内側のリングアレイに八個、外側のリングアレイに十六個の超音波振動子11を配置している。これにより、一つの超音波振動子11から超音波を送出し、送出した振動の反射波を24個という複数の超音波振動子11で受信することができる。また、任意の複数又は全部の超音波振動子11から超音波を送出して、全部又は一部の超音波振動子11で超音波を受信することもできる。   Each ultrasonic transducer | vibrator 11 is arrange | positioned at the ring array shape, and is isolate | separated by the space | gap or rod part as the isolation | separation part 11A. For example, as shown in FIG. 4, the ultrasonic transducer 11 is arranged so as to form a double ring array around the through hole 1 </ b> A. In the illustrated example, eight ultrasonic transducers 11 are arranged in the inner ring array and sixteen ultrasonic transducers 11 are arranged in the outer ring array. As a result, ultrasonic waves can be transmitted from one ultrasonic transducer 11, and the reflected waves of the transmitted vibrations can be received by a plurality of ultrasonic transducers 11, that is, 24 pieces. Further, ultrasonic waves can be transmitted from any plural or all of the ultrasonic transducers 11 and received by all or some of the ultrasonic transducers 11.

超音波振動子11は、細分化された圧電体11Bを表側電極11Cと裏側電極11Dとで挟んで構成されている。圧電体11BにはPZTのほか、圧電特性に優れ音響インピーダンスが生体の値に近い圧電単結晶のPMN−PT(マグネシウムニオブ酸チタン酸亜鉛)を用いることが好ましい。表側電極11Cは、図示した例では超音波振動子毎に分断されておらず共通電極となっているが、超音波振動子毎に細分化されてもよい。表側電極11C上には整合層14が形成されている。この整合層14は、超音波プローブ1が使用される空間に存在する液体などの媒体と超音波振動子11とのインピーダンス整合をとるためのものである。   The ultrasonic transducer 11 is configured by sandwiching a segmented piezoelectric body 11B between a front side electrode 11C and a back side electrode 11D. In addition to PZT, it is preferable to use piezoelectric single crystal PMN-PT (magnesium magnesium niobate titanate), which has excellent piezoelectric characteristics and an acoustic impedance close to that of a living body, in addition to PZT. In the illustrated example, the front electrode 11C is not divided for each ultrasonic transducer but is a common electrode, but may be subdivided for each ultrasonic transducer. A matching layer 14 is formed on the front electrode 11C. The matching layer 14 is for impedance matching between the ultrasonic transducer 11 and a medium such as a liquid existing in a space where the ultrasonic probe 1 is used.

保持部13は、超音波振動子11と同数の振動吸収体12が埋め込まれる埋込部13Bと、多層配線構造体13Aとで構成される。保持部13裏面には超音波振動子11と同数の配線接続部16が設けられる。多層配線構造体13Aは、裏側電極11Dと配線接続部16とがそれぞれ電気的に接続される。   The holding unit 13 includes an embedded unit 13B in which the same number of vibration absorbers 12 as the ultrasonic transducers 11 are embedded, and a multilayer wiring structure 13A. The same number of wiring connection portions 16 as the ultrasonic transducers 11 are provided on the rear surface of the holding portion 13. In the multilayer wiring structure 13A, the back electrode 11D and the wiring connection portion 16 are electrically connected to each other.

埋込部13Bは、超音波振動子11の裏側に超音波振動子11の配置に倣って複数の埋込部を有している。保持部13に設ける埋込部13Bは超音波振動子11と同数である。埋込部13Bの素材としては立体形状が容易に形成できる厚膜フォトレジストを採用することができる。埋込部13Bにはそれぞれ振動吸収体12が埋設されて保持している。この埋込部13Bは複数のリング部を半径方向に延びる枝部で連結して構成される。振動吸収体12には、タングステンパウダーを混合したエポキシ樹脂を用いることができる。振動吸収体12は、超音波振動子11からの超音波の送信に伴う超音波振動子11の振動を瞬時に吸収することで、超音波振動子11が受信する超音波の信号にノイズを生じさせない。   The embedding part 13 </ b> B has a plurality of embedding parts on the back side of the ultrasonic transducer 11 following the arrangement of the ultrasonic transducer 11. The number of embedding parts 13 </ b> B provided in the holding part 13 is the same as that of the ultrasonic transducers 11. As the material of the embedded portion 13B, a thick film photoresist that can be easily formed in a three-dimensional shape can be employed. The vibration absorbers 12 are embedded and held in the embedded portions 13B. The embedded portion 13B is configured by connecting a plurality of ring portions with branch portions extending in the radial direction. An epoxy resin mixed with tungsten powder can be used for the vibration absorber 12. The vibration absorber 12 instantaneously absorbs the vibration of the ultrasonic vibrator 11 accompanying the transmission of the ultrasonic wave from the ultrasonic vibrator 11, thereby generating noise in the ultrasonic signal received by the ultrasonic vibrator 11. I won't let you.

多層配線構造体13Aは、各超音波振動子11の裏面に設けた裏側電極11Dと配線接続部16とをそれぞれ電気的に接続する。埋込部13Bの前側は超音波振動子11の裏面に対応している。多層配線構造体13Aは、超音波振動子11の裏側電極11Dと、各埋込部13Bの少なくとも一方の側壁部に付着した金属層13Cと、振動吸収体12の裏側電極11Dと逆側に付着した金属層13Dと、金属層13Dと配線接続部16とを接続する層間絶縁膜13E,13G及び埋込電極部13F,13Hで構成されている。この多層配線構造体13Aは、各裏側電極11Dと各配線接続部16とを配線接続している。   The multilayer wiring structure 13A electrically connects the back-side electrode 11D provided on the back surface of each ultrasonic transducer 11 and the wiring connection portion 16 respectively. The front side of the embedded portion 13B corresponds to the back surface of the ultrasonic transducer 11. The multilayer wiring structure 13A is attached to the back side electrode 11D of the ultrasonic transducer 11, the metal layer 13C attached to at least one side wall of each embedded part 13B, and the back side electrode 11D of the vibration absorber 12 on the opposite side. The metal layer 13D, the interlayer insulating films 13E and 13G that connect the metal layer 13D and the wiring connection portion 16, and the buried electrode portions 13F and 13H. In this multilayer wiring structure 13A, each back-side electrode 11D and each wiring connection portion 16 are connected by wiring.

配線接続部16は、例えば図5に示すように、円筒状をなす保持部13の円周縁部に間隔を開けて、超音波振動子11と同数配置されている。配線接続部16は、外側リングアレイ状の各超音波振動子11に配線接続される第1の配線接続部16Aと、内側リングアレイ状の各超音波振動子11に配線接続される第2の配線接続部16Bと、で構成されている。図4及び図5に示す例では、外側に十六個の超音波振動子11を配置し、内側に八個の超音波振動子11を配置しているので、24個の配線接続部16の配置パターンは、第1の配線接続部16A二個おきに第2の配線接続部16Bが一個配置されている。   For example, as shown in FIG. 5, the wiring connection portions 16 are arranged in the same number as the ultrasonic transducers 11 with a gap in the circumferential edge of the cylindrical holding portion 13. The wiring connection portion 16 includes a first wiring connection portion 16A that is wired to each of the ultrasonic transducers 11 in the outer ring array shape, and a second wiring connection that is connected to each of the ultrasonic transducers 11 in the inner ring array shape. Wiring connection portion 16B. In the example shown in FIGS. 4 and 5, sixteen ultrasonic transducers 11 are arranged on the outer side, and eight ultrasonic transducers 11 are arranged on the inner side. In the arrangement pattern, one second wiring connection portion 16B is arranged every two first wiring connection portions 16A.

次に、接続部材20について説明する。
図6は接続部材20を模式的に示す図、図7は図1のD−D線に沿う断面図、図8は図1のE−E線に沿う断面図である。
接続部材20は、例えばガラス管などの絶縁管21の外周部に、樹脂からなる絶縁層22とCuなどの電極層23とで図8に示すように多層配線を構成している。樹脂としては、パラキシリレン系樹脂を用いることができる。電極層23には送受信部10に接続される側に接続用電極部23Aを形成し、この接続用電極部23Aが配線接続部16と電気的に接続している。多層配線は、絶縁管21上に所定のパターン形成された電極層23と絶縁層22との積層構造で形成されている。接続部材20の多層配線の電極層23上には、回路部品としてのICチップ24が接続されている。図7に示すように、ICチップ24は多層配線上に複数、例えば、接続部材20の中心軸からみて等間隔に接続部材20の外周部に配置される。これは超音波プローブ1が血管に挿入しうるだけの微小なサイズとするためである。多層配線には、カテーテル2の後端部からカテーテル2の先端部2Aまで配設される同軸ケーブルなどの配線が電気的に接続されている。
Next, the connection member 20 will be described.
6 is a diagram schematically showing the connecting member 20, FIG. 7 is a sectional view taken along the line DD in FIG. 1, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line EE in FIG.
As shown in FIG. 8, the connection member 20 forms a multilayer wiring as shown in FIG. 8 with an insulating layer 22 made of resin and an electrode layer 23 made of Cu on the outer peripheral portion of an insulating tube 21 such as a glass tube. As the resin, a paraxylylene resin can be used. In the electrode layer 23, a connection electrode portion 23 </ b> A is formed on the side connected to the transmission / reception unit 10, and the connection electrode portion 23 </ b> A is electrically connected to the wiring connection portion 16. The multilayer wiring is formed in a laminated structure of an electrode layer 23 and an insulating layer 22 having a predetermined pattern formed on the insulating tube 21. An IC chip 24 as a circuit component is connected on the electrode layer 23 of the multilayer wiring of the connection member 20. As shown in FIG. 7, a plurality of IC chips 24 are arranged on the multilayer wiring, for example, at the outer peripheral portion of the connection member 20 at equal intervals when viewed from the central axis of the connection member 20. This is because the ultrasonic probe 1 has a minute size that can be inserted into a blood vessel. A wiring such as a coaxial cable disposed from the rear end portion of the catheter 2 to the distal end portion 2A of the catheter 2 is electrically connected to the multilayer wiring.

図9は接続部材20に形成される配線パターンの一例を示す展開図である。図9に示すように、接続部材20に形成される配線パターンは、送受信部10側で絶縁管21の外周に配置される第1の接続用電極部23Aと、接続部材20の軸方向に並べられる第2の接続用電極部23Bと、第1の接続用電極部23Aと第2の接続用電極部23Bとを接続する配線連結部23Cと、で構成されている。第1の接続用電極部23Aは配線接続部16と接続可能な面積を有し、第2の接続用電極部23BはICチップ24やワイヤーと接続可能な面積を有する。配線連結部23Cは線状に形成されている。   FIG. 9 is a development view showing an example of a wiring pattern formed on the connection member 20. As shown in FIG. 9, the wiring pattern formed on the connecting member 20 is arranged in the axial direction of the first connecting electrode portion 23 </ b> A disposed on the outer periphery of the insulating tube 21 on the transmission / reception unit 10 side. The second connection electrode portion 23B, and the wiring connection portion 23C that connects the first connection electrode portion 23A and the second connection electrode portion 23B. The first connecting electrode portion 23A has an area connectable with the wiring connecting portion 16, and the second connecting electrode portion 23B has an area connectable with the IC chip 24 and the wire. The wiring connecting portion 23C is formed in a linear shape.

第1の実施形態に係る超音波プローブ1は、同軸ケーブルなどの配線を介してICチップ24に対して電気信号が入力されると、ICチップ24がその入力に基いて送受信部10における超音波振動子群の少なくとも一つ以上の特定の超音波振動子11に対して電圧を印加する。すると、特定の超音波振動子11が超音波を発生する。その後ICチップ24は、送受信部10における超音波振動子群の各超音波振動子11による受信した超音波振動を変換した電気信号を受け、所定の信号処理を行って同軸ケーブルに信号処理の結果を出力する。   In the ultrasonic probe 1 according to the first embodiment, when an electrical signal is input to the IC chip 24 via a wiring such as a coaxial cable, the ultrasonic wave in the transmission / reception unit 10 is received by the IC chip 24 based on the input. A voltage is applied to at least one specific ultrasonic transducer 11 in the transducer group. Then, the specific ultrasonic transducer 11 generates ultrasonic waves. Thereafter, the IC chip 24 receives an electrical signal obtained by converting the ultrasonic vibration received by each ultrasonic transducer 11 of the ultrasonic transducer group in the transmission / reception unit 10, performs predetermined signal processing, and performs signal processing on the coaxial cable. Is output.

第1の実施形態に係る超音波プローブ1は、送受信部10における超音波振動子群の全てを位相駆動し、被測定物からの超音波エコーの受信も位相駆動する方式、所謂フェーズドアレイ方式により送受信してもよい。   The ultrasonic probe 1 according to the first embodiment employs a so-called phased array method in which all of the ultrasonic transducer groups in the transmission / reception unit 10 are phase-driven and reception of ultrasonic echoes from the object to be measured is also phase-driven. You may send and receive.

なお、超音波プローブ1による超音波の送信及び受信形態は上述以外に、ワーキングチャネルから光を超音波振動の周波数でパルス的に照射し、超音波プローブ1により反射を受信するようにしてもよい。   In addition to the above-described transmission and reception modes of ultrasonic waves by the ultrasonic probe 1, light may be emitted from the working channel in a pulse manner at a frequency of ultrasonic vibration, and reflection may be received by the ultrasonic probe 1. .

その際、超音波プローブ1の超音波振動子11を多素子化し、かつ超音波振動の周波数を高周波化することで、アーチファクトを低減することができる。また、超音波振動子11の直下においてICチップ24で信号処理を行うようにしたことから、同軸ケーブルを経由して外部と送受信することによる信号の劣化が生じない。よって、小型の超音波プローブ1でも、画像の解像度を高めることができる。   At that time, the number of ultrasonic transducers 11 of the ultrasonic probe 1 is increased, and the frequency of ultrasonic vibration is increased, thereby reducing artifacts. In addition, since the signal processing is performed by the IC chip 24 directly below the ultrasonic transducer 11, signal deterioration due to transmission / reception with the outside via the coaxial cable does not occur. Therefore, even with the small ultrasonic probe 1, the resolution of the image can be increased.

〔超音波プローブの作製方法〕
以下、実施形態1に係る超音波プローブ1の作製方法について説明する。
超音波プローブ1は、送受信部10と接続部材20とをそれぞれ作製し、送受信部10における配線接続部16と接続部材20における第1の接続用電極部23Aとをボンディングや半田等により接続することで、作製することができる。
[Method of manufacturing ultrasonic probe]
Hereinafter, a method for manufacturing the ultrasonic probe 1 according to Embodiment 1 will be described.
In the ultrasonic probe 1, the transmitting / receiving unit 10 and the connecting member 20 are respectively produced, and the wiring connecting unit 16 in the transmitting / receiving unit 10 and the first connecting electrode unit 23A in the connecting member 20 are connected by bonding, soldering, or the like. Thus, it can be manufactured.

送受信部10の作製工程は、以下の通りである。図10は超音波プローブ1における送受信部10の作製工程の前半を示す図、図11は超音波プローブ1における送受信部10の作製工程の中盤を示す図である。図12は、超音波プローブにおける送受信部の作製工程の後半を示す図である。この工程は、1枚の基板として圧電体40に複数のパターンを形成し、複数の送受信部10を一括して作製してもよい。
先ず、用意した圧電体40の一方の面、例えばマイナス面を研磨し(図10(A))、レジスト41を塗布してフォトリソグラフィーによりパターンを形成して埋込部41Aを形成する(図10(B))。なお、レジストは塗布の代わりにドライフィルム状のレジストを貼り付けてパターンを形成してもよい。
The manufacturing process of the transmission / reception unit 10 is as follows. FIG. 10 is a diagram showing the first half of the manufacturing process of the transmitting / receiving unit 10 in the ultrasonic probe 1, and FIG. 11 is a diagram showing the middle stage of the manufacturing process of the transmitting / receiving unit 10 in the ultrasonic probe 1. FIG. 12 is a diagram illustrating the latter half of the manufacturing process of the transmission / reception unit in the ultrasonic probe. In this step, a plurality of patterns may be formed on the piezoelectric body 40 as a single substrate, and a plurality of transmission / reception units 10 may be manufactured collectively.
First, one surface, for example, the negative surface of the prepared piezoelectric body 40 is polished (FIG. 10A), a resist 41 is applied, and a pattern is formed by photolithography to form an embedded portion 41A (FIG. 10). (B)). The resist may be formed by attaching a dry film resist instead of coating.

次に、埋込部41Aの底部と側壁部とに金属層42を形成する。その際、予め圧電体40に直接金属層42を構成するAu(金)などの層を形成しても剥離し易いので、図10(C)に示すように、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)などの下地層42Aを形成し、その後その上に種となる金属層を形成して電解めっきにより金属層42Bを厚くする(図10(D))。下地層42Aの形成には、スパッタリング、真空蒸着法などの薄膜成形方法を採用することができる。なお、埋込部41Aの底部及び側壁部に形成した金属層42は超音波振動子11の裏側電極11D及び金属層13Cの一部となる。   Next, a metal layer 42 is formed on the bottom and side walls of the embedded portion 41A. At this time, even if a layer such as Au (gold) that directly forms the metal layer 42 is formed on the piezoelectric body 40 in advance, it is easy to peel off. Therefore, as shown in FIG. 10C, Ti (titanium), Mo (molybdenum) ), A base layer 42A such as Cr (chromium) is formed, and then a seed metal layer is formed thereon, and the metal layer 42B is thickened by electrolytic plating (FIG. 10D). For the formation of the underlayer 42A, a thin film forming method such as sputtering or vacuum vapor deposition can be employed. Note that the metal layer 42 formed on the bottom and side walls of the embedded portion 41A becomes part of the back electrode 11D and the metal layer 13C of the ultrasonic transducer 11.

次に、埋込部41Aに振動吸収体となるバッキング材43Aを充填し(図10(E))、不要なバッキング材を除去してバッキング層43を形成する(図10(F))。その際、埋込部間の金属層を研磨等で除去する。このバッキング層43が振動吸収体12となる。   Next, the embedded portion 41A is filled with a backing material 43A serving as a vibration absorber (FIG. 10E), and the unnecessary backing material is removed to form the backing layer 43 (FIG. 10F). At this time, the metal layer between the embedded portions is removed by polishing or the like. This backing layer 43 becomes the vibration absorber 12.

次に、研磨面に対して全面に金属層44を形成し(図10(G))、金属層44のエッチングマスク45としてレジストをフォトグラフィーにより形成した後に(図11(A))、金属層44のエッチングを行って電極層44Aのパターニングを行い(図11(B))、完了後にエッチングマスク45としてのレジストをアセトンなどの有機溶剤により除去する(図11(C))。
次に、感光性のポリイミドを絶縁層46として形成し、フォトリソグラフィーによってパターニングを行い(図11(D))、研磨面に金属層47を形成した後に(図11(E))、金属層47のエッチングマスク48としてレジストのフォトリソグラフィーにより作製する(図11(F))。
次に、金属層47のエッチングを行って電極47Aのパターニングを行った後に(図11(G))、エッチングマスク48としてのレジストをアセトンなどの有機溶剤で除去する(図12(A))。
Next, a metal layer 44 is formed on the entire surface with respect to the polished surface (FIG. 10G), and a resist is formed by photolithography as an etching mask 45 for the metal layer 44 (FIG. 11A). The electrode layer 44A is patterned by etching 44 (FIG. 11B), and after completion, the resist as the etching mask 45 is removed with an organic solvent such as acetone (FIG. 11C).
Next, photosensitive polyimide is formed as the insulating layer 46, and patterning is performed by photolithography (FIG. 11D). After forming the metal layer 47 on the polished surface (FIG. 11E), the metal layer 47 is formed. The etching mask 48 is formed by resist photolithography (FIG. 11F).
Next, after etching the metal layer 47 and patterning the electrode 47A (FIG. 11G), the resist as the etching mask 48 is removed with an organic solvent such as acetone (FIG. 12A).

次に、圧電体40を所定の厚さに研磨して圧電体40Aとする(図12(B))。これにより、数十、例えば20MHzというモード共振が可能となる。
次に、サンドブラスト用のエッチングレジストをフォトリソグラフィーすることでサンドブラストのエッチングマスク49を作製する(図12(C))。
サンドブラストを用いて圧電体40Aに溝部50を形成して複数の素子となるようリングアレイ状にパターニングを行うと共に貫通孔51の作製(図12(D))を行い、レジストを除去する(図12(E))。
次に、圧電体40Aにパターニングで形成した溝部50に充填材を充填して分離部52を形成し(図12(F))、圧電体40A上に表側電極53を形成し(図12(G))、さらに必要に応じて整合層14を形成することで、送受信部10が完成する。なお、表側電極53と整合層14の形成及びグランドの取り出しと送受信部10の分離は適宜工程を変更して行える。
Next, the piezoelectric body 40 is polished to a predetermined thickness to obtain a piezoelectric body 40A (FIG. 12B). Thereby, mode resonance of several tens, for example, 20 MHz becomes possible.
Next, a sandblast etching mask 49 is produced by photolithography of an etching resist for sandblasting (FIG. 12C).
The groove 50 is formed in the piezoelectric body 40A using sandblasting, and patterning is performed in a ring array shape so as to form a plurality of elements, and the through holes 51 are formed (FIG. 12D), and the resist is removed (FIG. 12). (E)).
Next, the groove 50 formed by patterning in the piezoelectric body 40A is filled with a filler to form a separation portion 52 (FIG. 12F), and the front electrode 53 is formed on the piezoelectric body 40A (FIG. 12G). )), And the matching layer 14 is further formed as necessary to complete the transmission / reception unit 10. The formation of the front electrode 53 and the matching layer 14, the extraction of the ground, and the separation of the transmission / reception unit 10 can be performed by appropriately changing processes.

接続部材20の作製方法について説明する。
図13は、接続部材20の作製工程を示す図である。接続部材20の基板としてガラスチューブなどの絶縁管60又は金属チューブなどの表面に絶縁処理を施した絶縁管60を用意する(図13(A))。
次に、絶縁管60の側面全体にTi(チタン)とAu(金)を順に積層した下地層61Aを形成する(図13(B))。Ti層は、絶縁管60との密着性を高めるために挿入した層である。Ti層の代わりにMo(モリブデン)層やCr(クロム)層で密着性を高めても良い。下地層61Aの形成には、スパッタリングなどの薄膜成形方法を用いることができる。
下地層61Aの表面全体にレジスト62を塗布し(図13(C))、レーザなどを用いてマスク露光を行い、現像してレジスト62Aをパターニングする(図13(D))。
電解めっき法などを用いて下地層61A上にめっき層を形成して全体の厚みを増して金属層61Bとし(図13(E))、レジスト62Aを有機溶剤で除去し(図13(F))、下地層61Aの露出部分をエッチングにより除去して配線部61Cのみが絶縁管60に形成されている(図13(G))。
その後、点線で示すようにダイジングしてICチップやワイヤーを接続する接続用電極部のエッジを形成し(図13(H))、接続部材20を得る。
以上の作製工程において、非平面にリソグラフィーを行う場合には非平面フォトリソグラフィー、即ちレジストの高さ位置及び膜厚分布を2次元のマトリックスに分解し、フォトマスクを用いずにマトリックス毎の露光高さに合わせた焦点高さとレジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行う方法を使用することができる(特許文献3参照)。
A method for producing the connection member 20 will be described.
FIG. 13 is a diagram illustrating a manufacturing process of the connection member 20. An insulating tube 60 such as a glass tube or an insulating tube 60 obtained by subjecting the surface of a metal tube or the like to insulation treatment is prepared as a substrate for the connecting member 20 (FIG. 13A).
Next, a base layer 61A in which Ti (titanium) and Au (gold) are sequentially laminated is formed on the entire side surface of the insulating tube 60 (FIG. 13B). The Ti layer is a layer inserted in order to improve adhesion with the insulating tube 60. The adhesion may be enhanced by a Mo (molybdenum) layer or a Cr (chromium) layer instead of the Ti layer. For the formation of the underlying layer 61A, a thin film forming method such as sputtering can be used.
A resist 62 is applied to the entire surface of the base layer 61A (FIG. 13C), mask exposure is performed using a laser or the like, and development is performed to pattern the resist 62A (FIG. 13D).
A plating layer is formed on the base layer 61A using an electrolytic plating method or the like to increase the overall thickness to form a metal layer 61B (FIG. 13E), and the resist 62A is removed with an organic solvent (FIG. 13F). ), The exposed portion of the base layer 61A is removed by etching, and only the wiring portion 61C is formed in the insulating tube 60 (FIG. 13G).
Thereafter, the edge of the connection electrode part for connecting the IC chip and the wire is formed by dicing as shown by a dotted line (FIG. 13H), and the connection member 20 is obtained.
In the above manufacturing process, when lithography is performed on a non-planar surface, non-planar photolithography, that is, the resist height position and film thickness distribution are decomposed into a two-dimensional matrix, and the exposure height for each matrix without using a photomask. It is possible to use a method of performing exposure using an exposure dose amount that matches the height of the focus and the resist thickness (see Patent Document 3).

図14は、別の接続部材20’を示す模式図である。接続部材20は断面が円筒形であっても、中空を有する楕円形でも、中空を有する扁平であってもよく、図14に示すように中空の三角形状でも、その他中空を有する四角形などの多角形でもよい。図14に示す接続部材20’には符号61Cで示すような配線パターンが形成されている。このように、絶縁管60の代わりに、各種の断面形状の基体に配線パターンを形成しても良い。   FIG. 14 is a schematic view showing another connecting member 20 ′. The connecting member 20 may have a cylindrical cross section, an elliptical shape having a hollow shape, or a flat shape having a hollow shape, and may have a hollow triangular shape as shown in FIG. It may be square. A wiring pattern as indicated by reference numeral 61C is formed on the connecting member 20 'shown in FIG. Thus, instead of the insulating tube 60, wiring patterns may be formed on a substrate having various cross-sectional shapes.

図15は、図13とは異なる接続部材20の作製工程を示す図である。図13に示す工程とは異なり、フレキシブル基板20A上に配線パターンを形成し(図15(A))、その後フレキシブル基板20Aをチューブ状に変形して接続部材20Bとしてもよい(図15(B))。なお、接続部材20Bの断面は円形でも楕円でも扁平でもよく又は三角形状や四角形状などの多角形状でもよい。フレキシブル基板20Aを丸めて筒状をなしていれば、図15(B)に示すように軸に平行な端面同士が接合している場合であっても、軸に平行な端面同士が接合されていない場合であってもよい。なお、フレキシブル基板20Aの代わりにフレキシブルシートを用いても良い。   FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of the connection member 20 different from that in FIG. 13. Unlike the process shown in FIG. 13, a wiring pattern may be formed on the flexible substrate 20A (FIG. 15A), and then the flexible substrate 20A may be deformed into a tube shape to form the connection member 20B (FIG. 15B). ). The connection member 20B may have a circular, elliptical, or flat cross section, or a polygonal shape such as a triangular shape or a rectangular shape. If the flexible substrate 20A is rounded to form a cylindrical shape, even if the end faces parallel to the axis are joined as shown in FIG. 15B, the end faces parallel to the axis are joined together. There may be no case. A flexible sheet may be used instead of the flexible substrate 20A.

送受信部10と接続部材20との接続方法について説明する。
図16は送受信部10と接続部材20との接続工程を示す図である。
接続部材20には、円筒形状の絶縁管表面、即ち外周部に電極層23による多層配線が形成されている(図16(A)参照)。絶縁管21は、その中心部に送受信部10の貫通孔1Aと連通する軸部21Aを有している。絶縁管21には筒状のガラス管の他に、金属チューブに絶縁膜を形成したものを用いてもよい。なお、絶縁管21の軸部の表面に導電性材料を被覆して、接地領域(グラウンド)としてもよい。
A connection method between the transmission / reception unit 10 and the connection member 20 will be described.
FIG. 16 is a diagram illustrating a connection process between the transmission / reception unit 10 and the connection member 20.
The connecting member 20 is formed with a multilayer wiring by the electrode layer 23 on the surface of the cylindrical insulating tube, that is, the outer peripheral portion (see FIG. 16A). The insulating tube 21 has a shaft portion 21 </ b> A that communicates with the through hole 1 </ b> A of the transmission / reception unit 10 at the center thereof. In addition to the cylindrical glass tube, the insulating tube 21 may be a metal tube formed with an insulating film. The surface of the shaft portion of the insulating tube 21 may be covered with a conductive material to form a ground region (ground).

前述した要領で作製した送受信部10の貫通孔1Aに対して管部材30を挿通し、その管部材30を絶縁管21の軸部21Aに挿通する(図16(B))。この場合、管部材30の外周面に導電性材料を被覆して、接地領域、即ちグラウンドとしてもよい。
次に、多層配線構造体13Aの配線接続部16と絶縁管21上の配線部23とをそれぞれ接続部23Dで接続する。この接続工程では、配線接続部16(図16では示さず)と配線部23の一部とを半田や導電性樹脂により接続する。半田で接続する場合には、レーザ照射により半田を溶解して固化させてもよい(図16(C)及び(D))。
その後、配線部23にICチップ24(図16では示さず)を接続して超音波プローブ1が完成する。
The tube member 30 is inserted into the through-hole 1A of the transmission / reception unit 10 manufactured as described above, and the tube member 30 is inserted into the shaft portion 21A of the insulating tube 21 (FIG. 16B). In this case, the outer peripheral surface of the tube member 30 may be covered with a conductive material to form a grounding region, that is, a ground.
Next, the wiring connection part 16 of the multilayer wiring structure 13A and the wiring part 23 on the insulating tube 21 are connected by the connection part 23D. In this connection step, the wiring connection portion 16 (not shown in FIG. 16) and a part of the wiring portion 23 are connected by solder or conductive resin. When connecting with solder, the solder may be melted and solidified by laser irradiation (FIGS. 16C and 16D).
Thereafter, an IC chip 24 (not shown in FIG. 16) is connected to the wiring portion 23 to complete the ultrasonic probe 1.

以上の工程を経ることで、超音波プローブ1が作製できるので、この超音波プローブ1を図1に示すようにカテーテル2の先端部2Aに装着することで内視鏡3が完成する。カテーテル2の代わりに各種の内視鏡ツールの先端部に装着してもよい。ここで、内視鏡ツールとは、ファイバースコープや電子内視鏡などの光学内視鏡の鉗子口に挿通される細長いツールであり、体内における各種診断・治療に用いられる。
なお、第1の実施形態では、超音波振動子が二重のリングアレイ状に配置され、送受信部の配線接続部が保持部の外周縁部に周状に配置されている。超音波振動子のリングアレイが二重である必要はなく、超音波振動子の寸法に応じて、一重でも三重以上であってもよい。
Since the ultrasonic probe 1 can be manufactured through the above steps, the endoscope 3 is completed by attaching the ultrasonic probe 1 to the distal end portion 2A of the catheter 2 as shown in FIG. Instead of the catheter 2, it may be attached to the tip of various endoscope tools. Here, the endoscope tool is an elongated tool that is inserted into a forceps port of an optical endoscope such as a fiberscope or an electronic endoscope, and is used for various diagnoses and treatments in the body.
In the first embodiment, the ultrasonic transducers are arranged in a double ring array, and the wiring connection portion of the transmission / reception unit is arranged circumferentially on the outer peripheral edge of the holding unit. The ring array of the ultrasonic transducer does not need to be double, and may be single or triple depending on the size of the ultrasonic transducer.

(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態では、送受信部の配線接続部が、第1の実施形態のように外周縁部に周状に配置されるのではなく、超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って保持部の後端部に配置されている。
以下の説明では、超音波振動子が三重のリングアレイ状に配置され、その裏側に各超音波振動子の配置パターンに沿って三重のリングアレイ状に配置されている場合について説明するが、超音波振動子及び配線接続部の配置が三重である必要はなく、二重でも四重でもよい。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described.
In the second embodiment, the wiring connection portion of the transmission / reception unit is not arranged circumferentially on the outer peripheral edge as in the first embodiment, but is the same or similar to the arrangement pattern of the ultrasonic transducers. It arrange | positions at the rear-end part of a holding | maintenance part along the pattern.
In the following explanation, a case where ultrasonic transducers are arranged in a triple ring array and arranged in a triple ring array along the arrangement pattern of each ultrasonic transducer on the back side will be described. The arrangement of the acoustic wave vibrator and the wiring connection portion is not necessarily triple, and may be double or quadruple.

図17は、第2の実施形態に係る超音波プローブ5における送受信部70と接続部材80との接続の仕方を示す図である。
第2の実施形態では、三重のリングアレイ状に超音波振動子が送受信部70に配置されている。この配置に対応して送受信部70の裏側には三重のリングアレイ状に配線接続部71が配置されている。超音波振動子が例えば外側のリングアレイに十二個、中間のリングアレイに八個、内側のリングアレイに四個それぞれ配置されている場合には、図8(A)に示すように、配線接続部71が、外側のリングアレイに十二個、中間のリングアレイに八個、内側のリングアレイに四個それぞれ配置されている。各配線接続部71は、第1の実施形態での作製方法において振動吸収体をなすバッキング層43の直後に金属層44Aを設ける工程まで行い(図10(A)〜図11(C))、その後第1の実施形態で図12(B)に示すように圧電体40を所定の厚さに研磨して圧電体40Aとする工程以降の各工程を同様に行うことで、送受信部を作製することができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating a connection method between the transmission / reception unit 70 and the connection member 80 in the ultrasonic probe 5 according to the second embodiment.
In the second embodiment, ultrasonic transducers are arranged in the transmitter / receiver 70 in a triple ring array. Corresponding to this arrangement, wiring connection portions 71 are arranged in a triple ring array on the back side of the transmission / reception unit 70. For example, when twelve ultrasonic transducers are arranged in the outer ring array, eight in the middle ring array, and four in the inner ring array, as shown in FIG. Twelve connection portions 71 are arranged in the outer ring array, eight in the middle ring array, and four in the inner ring array. Each wiring connection portion 71 is performed up to the step of providing the metal layer 44A immediately after the backing layer 43 forming the vibration absorber in the manufacturing method in the first embodiment (FIGS. 10A to 11C), After that, as shown in FIG. 12B in the first embodiment, the piezoelectric body 40 is polished to a predetermined thickness to obtain the piezoelectric body 40A, and the subsequent steps are performed in the same manner, so that the transmission / reception unit is manufactured. be able to.

第2の実施形態では、接続部材80は、径の異なる複数のチューブ81,82,83が同軸状に配置されて構成される。図17に示す場合では、配線接続部71が三重のリングアレイ状に配置されているので、接続部材80も配線接続部71のアレイと同数の三本のチューブ81,82,83が同軸状に配置されて構成される。チューブ81,82,83の外周表面には、第1の実施形態と同様に所定の配線パターンが形成されている。ここで、薄肉のチューブ81,82,83としてポリマーチューブそのものを用いたりフレキシブルシートを変形して用いることができる。ポリマーチューブでは例えばポリイミドチューブを用いることができる。フレキシブルシートを丸めて変形させる場合には、チューブ81,82,83の各断面は円形でも楕円でも扁平でもよく又は三角形状や四角形状などの多角形状でもよい。フレキシブルシートを丸めて筒状をなしていれば、軸に平行な端面同士が接合している場合のみならず、軸に平行な端面同士が接合されていなくてもよい。   In the second embodiment, the connection member 80 is configured by coaxially arranging a plurality of tubes 81, 82, 83 having different diameters. In the case shown in FIG. 17, since the wiring connection portions 71 are arranged in a triple ring array, the connection member 80 has three tubes 81, 82, 83 of the same number as the array of the wiring connection portions 71 coaxially. Arranged and configured. A predetermined wiring pattern is formed on the outer peripheral surfaces of the tubes 81, 82, and 83 as in the first embodiment. Here, the polymer tube itself can be used as the thin-walled tubes 81, 82, 83, or the flexible sheet can be deformed. As the polymer tube, for example, a polyimide tube can be used. When the flexible sheet is rolled and deformed, the cross sections of the tubes 81, 82, and 83 may be circular, elliptical, flat, or polygonal shapes such as a triangular shape and a rectangular shape. As long as the flexible sheet is rolled up to have a cylindrical shape, not only the end faces parallel to the axis are joined but the end faces parallel to the axis may not be joined.

送受信部70と接続部材80との接続について図17を参照しながら説明する。
先ず、図17(A)に示すように、送受信部70の貫通孔と同軸状に第1のチューブ81を送受信部70の裏側に配置する。その後、第1のチューブ81の先端部外周に設けた接続用電極部81Aのそれぞれと、送受信部70の裏側の最も内側に配置されている四個の配線接続部71Aのそれぞれとを接続する。この接続は、第1の実施形態と同様に行うことができる。
The connection between the transmission / reception unit 70 and the connection member 80 will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 17A, the first tube 81 is arranged behind the transmission / reception unit 70 so as to be coaxial with the through hole of the transmission / reception unit 70. Thereafter, each of the connection electrode portions 81 </ b> A provided on the outer periphery of the distal end portion of the first tube 81 is connected to each of the four wiring connection portions 71 </ b> A disposed on the innermost side on the back side of the transmission / reception unit 70. This connection can be performed in the same manner as in the first embodiment.

次に、図17(B)に示すように、第1のチューブ81の外側に第2のチューブ82を同軸状に配置する。その後、第2のチューブ82の先端部外周に設けた接続用電極部82Aのそれぞれと、送受信部70の裏側略中間位置に設けた8個の配線接続部71Bのそれぞれとを接続する。第2のチューブ82の外周側面には接続用電極部82Aから後方に配線が形成されているので、IC接続用電極部82Bに回路部品としてのICチップ82Cを実装する。さらに、第2のチューブ82の外周表面にパターン形成した配線部の各後端電極部82Dに各ケーブル82Eを接続する。なお、配線パターンは一部しか図示していない。チューブ82へのケーブル82Eの接続及びICチップ82Cの実装は、送受信部70とチューブ82との接続の前に行っても後に行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 17B, the second tube 82 is coaxially disposed outside the first tube 81. Thereafter, each of the connection electrode portions 82A provided on the outer periphery of the distal end portion of the second tube 82 is connected to each of the eight wiring connection portions 71B provided at a substantially intermediate position on the back side of the transmission / reception portion 70. Since wiring is formed behind the connection electrode portion 82A on the outer peripheral side surface of the second tube 82, an IC chip 82C as a circuit component is mounted on the IC connection electrode portion 82B. Further, each cable 82E is connected to each rear end electrode portion 82D of the wiring portion patterned on the outer peripheral surface of the second tube 82. Only a part of the wiring pattern is shown. The connection of the cable 82E to the tube 82 and the mounting of the IC chip 82C may be performed before or after the connection between the transmission / reception unit 70 and the tube 82.

次に、図17(C)に示すように、第2のチューブ82の外側に第3のチューブ83を同軸状に配置する。その後、第3のチューブ83の先端部外周に設けた接続用電極部83Aのそれぞれと、送受信部70の外周近傍に設けた十二個の配線接続部71Cのそれぞれと、を接続する。第3のチューブ83の外周面には、接続用電極部83Aから後方に配線がパターン形成されているので、IC接続用電極部83Bに回路部品としてのICチップ83Cを実装する。さらに、第3のチューブ83の外周表面にパターン形成した配線部の各後端電極部83Dに各ケーブル83Eを接続する。   Next, as shown in FIG. 17C, the third tube 83 is coaxially disposed outside the second tube 82. Thereafter, each of the connection electrode portions 83 </ b> A provided on the outer periphery of the distal end portion of the third tube 83 is connected to each of the twelve wiring connection portions 71 </ b> C provided in the vicinity of the outer periphery of the transmission / reception unit 70. Since a wiring pattern is formed on the outer peripheral surface of the third tube 83 behind the connection electrode portion 83A, an IC chip 83C as a circuit component is mounted on the IC connection electrode portion 83B. Further, each cable 83E is connected to each rear end electrode portion 83D of the wiring portion patterned on the outer peripheral surface of the third tube 83.

次に、図17(D)に示すように、第1のチューブ81の外周面にパターン形成した配線部の後端電極部81Dにケーブル81Eを接続する。その際、図示のように、ICチップ81Fを介在させてもよい。   Next, as shown in FIG. 17D, the cable 81E is connected to the rear end electrode portion 81D of the wiring portion patterned on the outer peripheral surface of the first tube 81. At that time, an IC chip 81F may be interposed as shown.

以上の工程を経ることで、送受信部70と接続部材80とを接続し、かつ送受信部70における配線接続部71A,71B,71Cを接続部材80の後端部に向けて電気的な配線を行い、ICチップ82C,83C,81Fを搭載することができる。なお、接続部材80をなす第1〜第3のチューブ81,82,83にそれぞれ搭載されるICチップ81F,82C,83Cには、例えば信号切替回路、信号増幅器及びパルス発生器が分散して配置される。これにより、超音波プローブ5に対して外部から入力される操作信号に応じて各超音波振動子を順に短時間振動させることができる。また、超音波プローブ5から送信された超音波は被検体で反射するので、超音波プローブ5がその反射波を受けることになる。すると、各超音波振動子が反射波を受信して電気信号に変換する。各超音波振動子で変換された電気信号をICチップ81F,82C,83Cで増幅し、各超音波信号を外部にスイッチングしながら出力することができる。なお、図17(A)に示す工程において、第1のチューブ81にグランド配線用のケーブル(図示せず)を予め挿入してもよい。   Through the above steps, the transmission / reception unit 70 and the connection member 80 are connected, and the wiring connection units 71A, 71B, 71C in the transmission / reception unit 70 are electrically wired toward the rear end of the connection member 80. IC chips 82C, 83C and 81F can be mounted. For example, signal switching circuits, signal amplifiers, and pulse generators are dispersedly arranged in the IC chips 81F, 82C, and 83C mounted on the first to third tubes 81, 82, and 83 forming the connection member 80, respectively. Is done. Thereby, each ultrasonic transducer | vibrator can be vibrated in order for a short time according to the operation signal input with respect to the ultrasonic probe 5 from the outside. Further, since the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 5 is reflected by the subject, the ultrasonic probe 5 receives the reflected wave. Then, each ultrasonic transducer receives the reflected wave and converts it into an electrical signal. The electric signals converted by the respective ultrasonic transducers can be amplified by the IC chips 81F, 82C, 83C, and the respective ultrasonic signals can be output while being switched to the outside. Note that a ground wiring cable (not shown) may be inserted into the first tube 81 in advance in the step shown in FIG.

(第3の実施形態)
次に第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態は、第1の実施形態と比べ保持部の構成が異なる。図18は第3の実施形態における保持部33を示す模式的な斜視図である。保持部33は、その中心軸に貫通孔33Aを有し、図示しないバッキング層を直接保持する円筒部33Bとその後側の円錐台形状部35とを有する。円錐台形状部35の側面部35A又は後端部35Bには、配線接続部36が配置されている。図示の場合には、側面部35Aの軸の沿った方向に配線接続部36が2列に配置されている。なお、図示の場合には、保持部33は円筒部33Bと円錐台形状部35とで2段で構成されているが、段差が3段以上であってもよい。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the holding unit. FIG. 18 is a schematic perspective view showing the holding portion 33 in the third embodiment. The holding part 33 has a through-hole 33A at its central axis, and has a cylindrical part 33B that directly holds a backing layer (not shown) and a frustoconical part 35 on the rear side. A wiring connection portion 36 is disposed on the side surface portion 35 </ b> A or the rear end portion 35 </ b> B of the truncated cone shape portion 35. In the illustrated case, the wiring connection portions 36 are arranged in two rows in the direction along the axis of the side surface portion 35A. In the case shown in the figure, the holding portion 33 is configured by two steps of the cylindrical portion 33B and the truncated cone-shaped portion 35, but may have three or more steps.

図19は第3の実施形態における保持部33の変形例を示す模式的な斜視図である。図19に示すように、保持部33は、その中心軸上に貫通孔33Aを有し、貫通孔33Aを軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、配線接続部36が保持部33の各後端面37A,37B,37Cに間隔を開けて配置されている。即ち、保持部33が段差円筒部で構成されている。この段差円筒部を成す保持部33は、図示では、貫通孔33A側の方が径外方向側に比べて軸方向幅が長いが、逆に、貫通孔33A側の方が径外方向側に比べて軸方向幅が短くてもよい。段差円筒部の後端面37A,37B,37Cにはそれぞれ間隔を開けて配線接続部36が配置されている。   FIG. 19 is a schematic perspective view showing a modified example of the holding portion 33 in the third embodiment. As shown in FIG. 19, the holding portion 33 has a through hole 33A on the central axis thereof, has a step shape in which the width in the axial direction changes along the radial direction with the through hole 33A as an axis, and the wiring connecting portion 36 Are arranged on the respective rear end surfaces 37A, 37B, 37C of the holding portion 33 with a space therebetween. That is, the holding part 33 is configured by a stepped cylindrical part. In the drawing, the holding portion 33 constituting the step cylindrical portion has a longer axial width on the through hole 33A side than on the radially outer side, but conversely, the through hole 33A side is on the radially outer side. The axial width may be shorter than that. Wiring connection portions 36 are arranged on the rear end surfaces 37A, 37B, and 37C of the step cylindrical portion at intervals.

第3の実施形態において、第1の実施形態における作製方法と同様、圧電体40にレジスト41を塗布又は積層してフォトリソグラフィーによりパターン形成して埋込部41Aを形成し、埋込部41Aの底部と側壁部とに金属層42を形成し、埋込部41Aにバッキング材43Aを充填してバッキング層43を形成する(図10(A)乃至(F))。必要に応じて圧電体40を所定の厚さに研磨する。   In the third embodiment, similarly to the manufacturing method in the first embodiment, a resist 41 is applied or laminated on the piezoelectric body 40, and a pattern is formed by photolithography to form an embedded portion 41A. A metal layer 42 is formed on the bottom and side walls, and a backing material 43A is filled in the embedded portion 41A to form the backing layer 43 (FIGS. 10A to 10F). The piezoelectric body 40 is polished to a predetermined thickness as necessary.

埋込部41Aの裏面側には、多層レジスト膜形成及びフォトリソグラフィーによるパターンニングと金属層形成とフォトリソグラフィーによるパターンニングとにより円錐台形状部35や段差円筒部を形成して、配線接続部36となる多層配線構造を形成する。その際、必要に応じて、レジストの高さ位置及び膜厚分布を2次元のマトリックスに分解し、フォトマスクを用いずにマトリックス毎の露光高さに合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行う方法を使用することができる(特許文献3参照)。この露光方法を非平面フォトリソグラフィーと呼ぶ。   A frustoconical portion 35 and a stepped cylindrical portion are formed on the back surface side of the embedded portion 41A by multilayer resist film formation, patterning by photolithography, metal layer formation, and patterning by photolithography. A multilayer wiring structure is formed. At that time, if necessary, the resist height position and film thickness distribution are decomposed into a two-dimensional matrix, and the focus height and the resist thickness are adjusted to match the exposure height for each matrix without using a photomask. It is possible to use a method of performing exposure using the exposure dose amount (see Patent Document 3). This exposure method is called non-planar photolithography.

以下、本発明の超音波プローブ及びその製造方法の具体例について、例えば外径2.5mmで内径0.5mmの24素子の前方視超音波プローブを例にとって説明する。
先ず、厚さ300μmの圧電体40(JFEミネラル株式会社、PMN−PT)にフォトレジスト41(化薬マイクロケム株式会社、SU-8)を圧膜となるよう厚さ300μm塗布し、フォトリソグラフィーでパターン形成を経て埋込部41Aを形成する(図10(A),(B))。
埋込部41Aの底部及び側壁部にAu及びCrをスパッタリングしさらに電解めっきにより、金属層42を形成する(図10(C),(D))。
次に、タングステンパウダーを体積比で8%混入したエポキシ(メーカ名:EpoxyTechnology社、EPO−TEK 301)をバッキング層43として埋込部41Aに充填する(図10(E),(F))。
バッキング層43の裏側に厚膜フォトレジストを用いて多層配線構造の保持部13を形成する(図10(G)、図11(A)乃至(G)及び図12(A))。
次に、圧電体40としてのPMN−PT基板の表側を、厚さが90μmとなるまで研磨する(図12(B))。
その後、圧電体40AとしてのPMN−PT基板に対して、内直径0.5mmの貫通孔51と、バッキング材を注入形成した間を分割するように半径1.0mmの円周状の溝部50と、貫通孔51から半径1.0mmの円周状の溝部50に向けて放射状の溝部50と、半径1.0mmの円周上の溝部50から外方向に向けて放射線状の半径外方向の溝部50と、を形成する(図12(D))。
Hereinafter, specific examples of the ultrasonic probe and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described by taking, for example, a 24-element front-view ultrasonic probe having an outer diameter of 2.5 mm and an inner diameter of 0.5 mm as an example.
First, a photoresist 41 (Kayaku Microchem Co., Ltd., SU-8) is applied to a piezoelectric film 40 (JFE Mineral Co., Ltd., PMN-PT) having a thickness of 300 μm so as to form a pressure film, and photolithography is performed. An embedded portion 41A is formed through pattern formation (FIGS. 10A and 10B).
Au and Cr are sputtered on the bottom and side walls of the embedded portion 41A, and further, the metal layer 42 is formed by electrolytic plating (FIGS. 10C and 10D).
Next, an epoxy (manufacturer name: Epoxy Technology, EPO-TEK 301) mixed with 8% by volume of tungsten powder is filled into the embedded portion 41A as a backing layer 43 (FIGS. 10E and 10F).
A holding portion 13 having a multilayer wiring structure is formed on the back side of the backing layer 43 using a thick film photoresist (FIGS. 10G, 11A to 11G, and 12A).
Next, the front side of the PMN-PT substrate as the piezoelectric body 40 is polished until the thickness becomes 90 μm (FIG. 12B).
Thereafter, with respect to the PMN-PT substrate as the piezoelectric body 40A, a through hole 51 having an inner diameter of 0.5 mm, and a circumferential groove portion 50 having a radius of 1.0 mm so as to divide the space between the injection and formation of the backing material, The radial groove 50 from the through hole 51 toward the circumferential groove 50 having a radius of 1.0 mm, and the radial radially outward groove from the groove 50 on the circumference having a radius of 1.0 mm. 50 (FIG. 12D).

図20は実際に試作した例に係り、溝部50が形成された圧電体40Aの表側から観察したSEM像を示す図である。この図から、圧電体40AとしてのPMN−PT基板がリングアレイとなっていることが分かる。   FIG. 20 is a diagram showing an SEM image observed from the front side of the piezoelectric body 40 </ b> A in which the groove 50 is formed, in connection with an actual prototype. From this figure, it can be seen that the PMN-PT substrate as the piezoelectric body 40A is a ring array.

次に、圧電体40AとしてのPMN−PT基板の表面に表側電極11Cを形成し、その上に整合層14を形成することで、24分割された超音波振動子11を形成する。
次に、非平面フォトリソグラフィーを用いて直径3mmの絶縁管21としてのガラス管の外側表面上に配線部23を形成する。配線部23での配線材料としてCu(銅)を用いることができる。
Next, the front-side electrode 11C is formed on the surface of the PMN-PT substrate as the piezoelectric body 40A, and the matching layer 14 is formed thereon, whereby the ultrasonic transducer 11 divided into 24 parts is formed.
Next, the wiring part 23 is formed on the outer surface of the glass tube as the insulating tube 21 having a diameter of 3 mm by using non-planar photolithography. Cu (copper) can be used as a wiring material in the wiring part 23.

次いで、絶縁管21としてのガラス管上の配線部23と、送受信部10の保持部13とを半田又は導電性樹脂を用いて電気的機械的に接続する(図15)。
最後に、絶縁管21上の配線部23に高速オペアンプからなる表面実装用のICチップ24及びチップ抵抗を接続する。その際、絶縁管21に搭載した3つのICチップ24は、絶縁管21の中心軸に対して対称となるように配置する(図7)。
Next, the wiring part 23 on the glass tube as the insulating tube 21 and the holding part 13 of the transmission / reception part 10 are electrically and mechanically connected using solder or conductive resin (FIG. 15).
Finally, an IC chip 24 for surface mounting made of a high-speed operational amplifier and a chip resistor are connected to the wiring portion 23 on the insulating tube 21. At that time, the three IC chips 24 mounted on the insulating tube 21 are arranged so as to be symmetric with respect to the central axis of the insulating tube 21 (FIG. 7).

図21は、実際に試作した例に係り、配線部23が形成された絶縁管21のSEM像を示す図である。この図から、絶縁管21の表面に配線部23が良好に形成されていることが分かる。   FIG. 21 is a diagram showing an SEM image of the insulating tube 21 in which the wiring part 23 is formed in an example of actual trial manufacture. From this figure, it can be seen that the wiring portion 23 is well formed on the surface of the insulating tube 21.

図22は、実際に試作した例に係り、配線部23にICチップを搭載したSEM像を示す図である。この図から、配線部23に、ICチップ24としての高速オペアンプ及びチップ抵抗が接続されたことが分かる。   FIG. 22 is a diagram showing an SEM image in which an IC chip is mounted on the wiring portion 23 in an example of actual trial manufacture. From this figure, it can be seen that a high-speed operational amplifier and a chip resistor as the IC chip 24 are connected to the wiring portion 23.

実際に作製した超音波プローブ1の送受信性能について説明する。
作製した超音波プローブ1を水中に置き、超音波プローブ1の前側に反射体として鉄板を配置した。超音波プローブ1をパルスジェネレータ(Panametrics model−5900PR)を用いて駆動して、超音波プローブによる受信エコーをモニターした。
The transmission / reception performance of the actually produced ultrasonic probe 1 will be described.
The produced ultrasonic probe 1 was placed in water, and an iron plate was disposed as a reflector on the front side of the ultrasonic probe 1. The ultrasonic probe 1 was driven using a pulse generator (Panametrics model-5900PR), and the reception echo by the ultrasonic probe was monitored.

図23(a)は実際に試作した超音波プローブ1の一次元シミュレーションの結果を示す図であり、(b)は実際に試作した超音波プローブ1の測定結果を示す図である。図22(a)、(b)何れも左縦軸は受信電圧(相対値)であり、右縦軸は周波数スペクトル強度(相対値,dB表示)である。横軸は、時間軸(μ秒)と周波数スペクトル(MHz)である。一次元シミュレーション及び測定値は、受信エコーの振動回数が異なるものの、周波数スペクトルの中心周波数が20MHzであり、測定結果はシミュレーションとよく一致していることが分かる。   FIG. 23A is a diagram showing a result of a one-dimensional simulation of the actually manufactured ultrasonic probe 1, and FIG. 23B is a diagram showing a measurement result of the actually manufactured ultrasonic probe 1. FIG. 22A and 22B, the left vertical axis represents the received voltage (relative value), and the right vertical axis represents the frequency spectrum intensity (relative value, expressed in dB). The horizontal axis is the time axis (μ seconds) and the frequency spectrum (MHz). Although the one-dimensional simulation and the measured value differ in the number of vibrations of the received echo, the center frequency of the frequency spectrum is 20 MHz, and it can be seen that the measurement result is in good agreement with the simulation.

第1の実施形態に係る超音波プローブが取り付けられた内視鏡を示す概略図である。It is the schematic which shows the endoscope with which the ultrasonic probe which concerns on 1st Embodiment was attached. 図1のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 図1のB−B線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the BB line of FIG. 図2のC−C線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the CC line of FIG. 超音波プローブにおける送受信部を後方から見た図である。It is the figure which looked at the transceiver part in an ultrasonic probe from back. 接続部材を模式的に示す図である。It is a figure which shows a connection member typically. 図1のD−D線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the DD line | wire of FIG. 図1のE−E線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the EE line | wire of FIG. 接続部材に形成される配線パターンの一例を示す展開図である。It is an expanded view which shows an example of the wiring pattern formed in a connection member. 超音波プローブにおける送受信部の作製工程の前半を示す図である。It is a figure which shows the first half of the production process of the transmission / reception part in an ultrasonic probe. 超音波プローブにおける送受信部の作製工程の中盤を示す図である。It is a figure which shows the middle stage of the production process of the transmission / reception part in an ultrasonic probe. 超音波プローブにおける送受信部の作製工程の後半を示す図である。It is a figure which shows the latter half of the production process of the transmission / reception part in an ultrasonic probe. 接続部材の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of a connection member. 別の接続部材20を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing another connection member 20. 図13とは異なる接続部材の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of the connection member different from FIG. 送受信部と接続部材との接続工程を示す図である。It is a figure which shows the connection process of a transmission / reception part and a connection member. 第2の実施形態に係る超音波プローブにおける送受信部と接続部材との接続の仕方を示す図である。It is a figure which shows the connection method of the transmission / reception part and connection member in the ultrasonic probe which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態における保持部を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the holding | maintenance part in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における保持部の変形例を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the modification of the holding | maintenance part in 3rd Embodiment. 実際に試作した例に係り、溝部が形成された圧電体の表側から観察したSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image observed from the front side of the piezoelectric material in which the groove part was formed in the example actually manufactured. 実際に試作した例に係り、配線部が形成されたガラス管のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the glass tube in which the wiring part was formed in the example actually prototyped. 実際に試作した例に係り、配線部にICチップを搭載したSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image which concerns on the example actually produced as a trial and mounts the IC chip in the wiring part. (a)は実際に試作した超音波プローブ1の一次元シミュレーションの結果を示す図で、(b)は実際に試作した超音波プローブ1の測定結果を示す図である。(A) is a figure which shows the result of the one-dimensional simulation of the actually manufactured ultrasonic probe 1, and (b) is a figure which shows the measurement result of the actually manufactured ultrasonic probe 1.

符号の説明Explanation of symbols

1,5:超音波プローブ
1A,33A,51:貫通孔
2:カテーテル
2A:先端部
3:内視鏡
10:送受信部
11:超音波振動子
11A:分離部
11B,40,40’:圧電体
11C,53:表側電極
11D:裏側電極
12:振動吸収体
13,33:保持部
13A:多層配線構造体
13B,41A:埋込部
13C,13D:金属層
13E:層間絶縁膜
13F:埋込電極部
14:整合層
16,36:配線接続部
16A:第1の配線接続部
16B:第2の配線接続部
20,20’,20B,80:接続部材
20A:フレキシブル基板
21:絶縁管
21A:軸部
22,46:絶縁層
23:配線部(電極層)
23A:第1の接続用電極部
23B:第2の接続用電極部
23C:配線連結部
23D:接続部
24,81F,82C,83C:ICチップ
30:管部材
33B:円筒部
35:円錐台形状部
35A:側面部
35B:後端部
37A:後端面
41,62,62A:レジスト(フォトレジスト)
42,42B,44,44A,47,61B:金属層(電極層)
42A,61A:下地層
43:バッキング層
43A:バッキング材
45,48,49:エッチングマスク
47A:電極
50:溝部
52:分離部
60:絶縁管
61C:配線部
70:送受信部
71,71A,71B,71C:配線接続部
81,82,83:チューブ
81A,82A,83A:接続用電極部
81D,82D,83D:後端電極部
81E,82E,83E:ケーブル
82B,83B:IC接続用電極部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,5: Ultrasonic probe 1A, 33A, 51: Through-hole 2: Catheter 2A: Tip part 3: Endoscope 10: Transmission / reception part 11: Ultrasonic transducer 11A: Separation part 11B, 40, 40 ': Piezoelectric body 11C, 53: Front side electrode 11D: Back side electrode 12: Vibration absorber 13, 33: Holding part 13A: Multilayer wiring structure 13B, 41A: Buried part 13C, 13D: Metal layer 13E: Interlayer insulating film 13F: Buried electrode Part 14: Matching layer 16, 36: Wiring connecting part 16A: First wiring connecting part 16B: Second wiring connecting part 20, 20 ', 20B, 80: Connecting member 20A: Flexible substrate 21: Insulating tube 21A: Shaft Portions 22 and 46: Insulating layer 23: Wiring portion (electrode layer)
23A: 1st connection electrode part 23B: 2nd connection electrode part 23C: Wiring connection part 23D: Connection part 24, 81F, 82C, 83C: IC chip 30: Tube member 33B: Cylindrical part 35: Frustum shape Part 35A: Side part 35B: Rear end part 37A: Rear end face 41, 62, 62A: Resist (photoresist)
42, 42B, 44, 44A, 47, 61B: Metal layer (electrode layer)
42A, 61A: Underlayer 43: Backing layer 43A: Backing material 45, 48, 49: Etching mask 47A: Electrode 50: Groove part 52: Separation part 60: Insulating tube 61C: Wiring part 70: Transmission / reception part 71, 71A, 71B, 71C: Wiring connection portion 81, 82, 83: Tube 81A, 82A, 83A: Connection electrode portion 81D, 82D, 83D: Rear end electrode portion 81E, 82E, 83E: Cable 82B, 83B: IC connection electrode portion

Claims (15)

リングアレイ状に配置される超音波振動子と、該超音波振動子毎に該超音波振動子後側に配置される振動吸収体と、各々の上記振動吸収体を保持する保持部と、を備え、
上記超音波振動子毎の配線接続部が上記保持部の後端部に設けられ、
上記保持部内の配線構造により上記超音波振動子毎の裏側電極と上記配線接続部とが電気的に接続されている、超音波プローブ。
An ultrasonic transducer disposed in a ring array, a vibration absorber disposed on the rear side of the ultrasonic transducer for each ultrasonic transducer, and a holding unit that holds each of the vibration absorbers. Prepared,
A wiring connection part for each ultrasonic transducer is provided at the rear end of the holding part,
An ultrasonic probe in which a back electrode for each ultrasonic transducer and the wiring connection part are electrically connected by a wiring structure in the holding part.
前記保持部の後側には接続部材が配設されている、請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a connection member is disposed on the rear side of the holding portion. 前記接続部材は、一のチューブ又は同心円状の複数のチューブから構成されている、請求項2に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the connection member is configured by one tube or a plurality of concentric tubes. 前記接続部材は、フレキシブル基板又はフレキシブルシートをチューブ状に変形して成る、請求項2に記載の著音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the connection member is formed by deforming a flexible substrate or a flexible sheet into a tube shape. 前記接続部材には、前記配線接続部に接続される接続用電極部を含む配線パターンが設けられ、前記超音波振動子による超音波の送信及び受信に係る信号を処理する回路部品が搭載されている、請求項2に記載の超音波プローブ。   The connection member is provided with a wiring pattern including a connection electrode portion connected to the wiring connection portion, and circuit components for processing signals related to transmission and reception of ultrasonic waves by the ultrasonic transducer are mounted. The ultrasonic probe according to claim 2. 前記配線接続部は、前記保持部の後端部の外周縁部に間隔をおいて周状に配置される、請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the wiring connection portion is circumferentially arranged with an interval around an outer peripheral edge portion of a rear end portion of the holding portion. 前記配線接続部は、前記超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って前記保持部の後端部に配置されている、請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the wiring connection portion is disposed at a rear end portion of the holding portion along the same or similar arrangement pattern as the arrangement pattern of the ultrasonic transducers. 前記保持部は貫通孔を有し該貫通孔を軸とした円錐台形状を成し、
前記配線接続部が上記保持部の後端面又は側面に間隔をあけて配置されている、請求項1に記載の超音波プローブ。
The holding portion has a through hole and has a truncated cone shape with the through hole as an axis,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the wiring connection portion is disposed on the rear end surface or the side surface of the holding portion with a space therebetween.
前記保持部は貫通孔を有し該貫通孔を軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、
前記配線接続部が上記保持部の後端面に間隔を開けて配置されている、請求項1に記載の超音波プローブ。
The holding portion has a through hole and has a step shape in which the width in the axial direction changes according to the radial direction with the through hole as an axis,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the wiring connection portion is disposed with a gap on a rear end surface of the holding portion.
請求項1乃至9の何れかに記載の超音波プローブをカテーテル又は内視鏡ツールの先端部に装着して構成される、内視鏡。   An endoscope configured by mounting the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 9 on a distal end portion of a catheter or an endoscope tool. 圧電体裏面に一又は複数の円周状に間隔を開けて埋込部を所定のパターンで形成し、該埋込部毎に金属層を形成し、各々の上記埋込部内に振動吸収体となるバッキング層を注入し、上記バッキング層上に配線構造を形成することで、配線構造及びバッキング層を埋設した保持部を形成するステップと、
上記圧電体を一重又は多重のリングアレイ状に分割すると共に、該圧電体と上記保持部とに貫通孔を形成するステップと、
を含む、超音波プローブの作製方法。
One or a plurality of circumferentially spaced intervals are formed on the back surface of the piezoelectric body, embedded portions are formed in a predetermined pattern, a metal layer is formed for each embedded portion, and a vibration absorber and each of the embedded portions Injecting a backing layer to form a wiring structure on the backing layer, thereby forming a holding portion in which the wiring structure and the backing layer are embedded;
Dividing the piezoelectric body into a single or multiple ring array, and forming a through hole in the piezoelectric body and the holding portion;
A method for producing an ultrasonic probe, comprising:
さらに、円筒部材に配線パターンを形成するか、又はフレキシブルシート若しくはフレキシブル基板上に配線パターンを形成してチューブ状に変形させることで、接続部材を形成するステップと、
前記保持部の配線構造における各裏側電極と上記配線パターンの各接続用電極部とを接続するステップと、
を含む、請求項11に記載の超音波プローブの作製方法。
Furthermore, forming a connection pattern by forming a wiring pattern on a cylindrical member or forming a wiring pattern on a flexible sheet or flexible substrate and deforming it into a tube shape;
Connecting each back side electrode in the wiring structure of the holding portion and each connection electrode portion of the wiring pattern;
The manufacturing method of the ultrasonic probe of Claim 11 containing this.
前記保持部を形成する際、該保持部の後端部の外周縁に間隔をおいて前記バッキング層毎に対応した接続配線部を形成する、請求項11に記載の超音波プローブの作製方法。   The method for producing an ultrasonic probe according to claim 11, wherein when forming the holding portion, a connection wiring portion corresponding to each backing layer is formed at an interval on an outer peripheral edge of a rear end portion of the holding portion. 前記保持部を形成する際、該保持部の後端部に、前記バッキング層の配置パターンに沿って接続配線部を形成する、請求項11に記載の超音波プローブの作製方法。   The method of manufacturing an ultrasonic probe according to claim 11, wherein when forming the holding portion, a connection wiring portion is formed along the arrangement pattern of the backing layer at a rear end portion of the holding portion. 前記配線構造を形成する際に非平面フォトリソフラフィーを用いる、請求項11に記載の超音波プローブの製造方法。   The method of manufacturing an ultrasonic probe according to claim 11, wherein non-planar photolithography is used when forming the wiring structure.
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