JP5259762B2 - 超音波プローブ及び超音波プローブ製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば圧電素子を二次元アレイ状に配列した振動子を使用して超音波を出力し、その反射した超音波を受信する超音波プローブ及びその製造方法に関する。

エコー画像診断に用いるための超音波診断装置では、近年、三次元動画像によるリアルタイム診断が可能な二次元アレイ超音波プローブが用いられている。二次元アレイ超音波プローブは、ヘッドに二次元アレイ状に配列した振動子から超音波を出力し、その反射した超音波を受信する装置であり、検出された信号は、ケーブルを介して検査装置本体等に送られ、画像処理されて診断等に用いられる。

コンベックス型二次元アレイ超音波プローブでは、数千チャンネルに及ぶ振動子が凸曲面二次元アレイ状に配列しており、この振動子と回路基板とを接続するために、フレキシブル配線基板が用いられる。フレキシブル配線基板は、振動子から回路基板の両面に対し最短、かつ、高密度で配線を引き出すため、電極部が回路基板の平面視で表面と裏面とで互い違いになるように配置される（図３Ａ参照）。

基板の端子にフレキシブル配線基板を接続する場合、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）を用いる。この際、基板の表面の端子の上にＡＣＦを配置し、その上にフレキシブル配線基板を並べ、さらにその上に例えば樹脂シート（耐熱・離型性が良いシート材）を配置し、その上から圧着ツールにより熱圧着する。これにより、ＡＣＦを介して、フレキシブル配線基板の端子と基板の端子とが導通する。同様にして、基板の裏面の端子の上にもフレキシブル配線基板を接続する。

特開平５−１０３３９７号公報

上述した超音波プローブでは、次のような問題があった。すなわち、表面側に接続されたフレキシブル配線基板は、隣接するフレキシブル配線基板との間に一定の隙間が生ずる。この隙間に対応する位置に裏面側のフレキシブル配線基板が配置されると、圧着ツールを用いて熱圧着する際、基板の剛性が足りず、フレキシブル配線基板が基板の変形に追従できずに熱圧着面の平坦性が悪くなる。このため、加圧力が不足し、接合不良が生じる虞がある。

そこで、本発明では熱圧着面の平坦性を十分に確保することで、加圧力不足を解消し、接合を確実に行うことができる超音波プローブ及び超音波プローブ製造方法を提供することを目的としている。

振動子と、上記振動子から得られる信号情報を処理する電子部品と表面及び裏面に形成された端子とを有する基板と、一端が上記振動子に、他端が上記基板の表面側の端子に接合部材を介して接続された複数の第１のフレキシブル配線基板と、一端が上記振動子に、他端が上記基板の裏面側の端子に接合部材を介して接続された複数の第２のフレキシブル配線基板と、上記基板の表面側の端子に隣接する部位であって、上記第２のフレキシブル配線基板の他端に対応する部位に、上記第１のフレキシブル配線基板と同等の剛性及び厚さを有するダミー部材が配置されている。

本実施の形態に係る超音波プローブを示す斜視図。 同超音波プローブの要部を示す断面図。 同超音波プローブに組み込まれた基板を示す平面図。 同基板に接続された第１のフレキシブル配線基板の他端を示す平面図。 同他端の変形例を示す平面図。 同他端の変形例を示す平面図。 同超音波プローブの基板とフレキシブル配線基板との接合部を模式的に示す断面図。 図４Ａにおける二点鎖線Ｋ部を拡大して示す断面図。 同超音波プローブの製造工程を示す要部断面図。 同超音波プローブの製造工程を示す平面図。 同超音波プローブの製造工程を示す要部断面図。 同超音波プローブの製造工程を示す要部断面図。 同超音波プローブに組み込まれたダミー部材の変形例を示す平面図。 同超音波プローブに組み込まれたダミー部材の変形例を示す平面図。 同超音波プローブに組み込まれたダミー部材の変形例を示す平面図。

図１は第１の実施の形態に係る超音波プローブ１０を示す斜視図、図２は超音波プローブ１０の要部を示す断面図、図３Ａは超音波プローブ１０に組み込まれた基板３０を示す平面図、図３Ｂ〜図３Ｄは基板３０に接続された第１のフレキシブル配線基板４０の他端４２を示す平面図、図４Ａは超音波プローブ１０の基板３０とフレキシブル配線基板４０との接合部を模式的に示す断面図、図４Ｂは図４Ａにおける二点鎖線Ｋ部を拡大して示す断面図である。なお、図中Ｒは超音波照射方向を示している。

超音波プローブ１０は、超音波診断装置からケーブル１１を介して取り付けられているコンベックス型二次元アレイ超音波プローブである。超音波プローブ１０は、作業者が掴む持ち手部１２と、検出部２０を収容するヘッド１３とを備えている。なお、ヘッド１３は、超音波照射方向（図１中矢印Ｒ）が凸面を形成している。

図２に示すように、検出部２０は、少なくとも、送受信用の信号を処理する回路基板３０と、この回路基板３０の凸側の表面３１側の端子３１ａにそれぞれ接合された第１のフレキシブル配線基板４０と、裏面３２側の端子３２ａにそれぞれ接合された第２のフレキシブル配線基板５０と、回路基板３０の外側に配置された４枚の回路基板６０と、これら回路基板６０にそれぞれ接合された第３のフレキシブル配線基板７０と、第１のフレキシブル配線基板４０、第２のフレキシブル配線基板５０、第３のフキシブル配線基板７０とに接続された凸曲面（コンベックス型）二次元アレイ状に配列する振動子８０とを備えている。

第１のフレキシブル配線基板４０は、一端４１が振動子８０、他端４２が回路基板３０に接合されている。第２のフレキシブル配線基板５０は、一端４１が振動子８０、他端４２が回路基板３０に接合されている。なお、他端４２には電極４２ａが設けられている。

回路基板３０及び回路基板６０には、スイッチＩＣ等の電子部品９０が実装され、第１のフレキシブル配線基板４０、第２のフレキシブル配線基板５０、第３のフレキシブル配線基板７０と、ケーブル１１とに接続されている。

図３Ａに示すように、回路基板３０には、平面視で第１のフレキシブル配線基板４０と第２のフレキシブル配線基板５０とが交互に配置されている。これは、振動子８０に対し最短、かつ、高密度で接続するためである。なお、図３Ｂに示すように他端４２には端子３１ａに接続される電極４２ａが形成されている。また、電極４２ａについては、図３Ｃ，図３Ｄに示すように端子３１ａに合わせて適宜配置してもよい。

また、回路基板３０の表面３１の端子３１ａと第１のフレキシブル配線基板４０とは、図４Ａ及び図４Ｂに示すように接続されている。なお、図４Ｂは図４Ａにおける二点鎖線Ｋ部を拡大して示す断面図である。すなわち、端子３１ａに隣接するとともに、第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２に対応する部位３１ｂに、第１のフレキシブル配線基板４０と同等の剛性を有するダミー部材３３が配置されている。なお、端子３１ａと第１のフレキシブル配線基板４０の他端４２、端子３２ａと第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２との接合にはＡＣＦ（接合材）１００が用いられている。

ダミー部材３３は、第１のフレキシブル配線基板４０のベース材、すなわち樹脂フィルムで形成されており、第１のフレキシブル配線基板４０とほぼ同じ剛性及び同じ厚さを有している。なお、ダミー部材３３には金属製のダミー端子３３ａを設けることで、より第１のフレキシブル配線基板４０と同等の剛性を実現できる。同様な理由で、基板３０の表面３１ｂにダミー端子等を設けても良い。

このように構成された超音波プローブ１０は、次のようにして製造される。すなわち、第１のフレキシブル配線基板４０の一端４１に設けられた電極を、振動子８０の電極に接合する。

次に、図５及び図６に示すように、ＡＣＦ１００を端子３１ａ及び端子３１ａに隣接する部位３１ｂに貼り付ける。次に、第１のフレキシブル配線基板４０の他端４２の電極４２ａを、回路基板３０の表面３１に形成された端子３１ａ上に配置する。また、回路基板３０の端子３１ａに隣接する部位３１ｂに、第１のフレキシブル配線基板４０と同等の剛性を有するダミー部材３３を配置する。

図５に示すように、樹脂シートＳを介し、第１のフレキシブル配線基板４０の他端４２、ダミー部材３３、ＡＣＦ１００を回路基板３０側に向けて、圧着ツールＴを用いて熱圧着する。

ＡＣＦ１００は熱により一時的に軟化し、図７に示すように、第１のフレキシブル配線基板４０の他端４２、ダミー部材３３、端子３１ａ、部位３１ｂ間を行き渡った後に硬化し、ほぼ平滑な表面となる。

次に、回路基板３０を裏返し、図８に示すように、回路基板３０の裏面３２に形成された端子３２ａを含む圧着面にＡＣＦ１００を貼り付ける。次に、第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２の電極を、回路基板３０の裏面３２に形成された端子３２ａ上に配置し、圧着ツールＴを用いて熱圧着する。

このとき、回路基板３０の表面３１における第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２に対応する位置には、ダミー部材３３が設けられているため、十分な平坦が確保されている。したがって、第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２が圧着ツールＴに押圧されて逃げることがない。このため、十分な加圧力を付与することができ、第２のフレキシブル配線基板５０の他端５２がと端子３２ａとの接合を確実に行うことができる。

このように構成された超音波プローブ１０では、第１のフレキシブル配線基板４０と同等の剛性及び厚さのダミー部材３３を回路基板３０の反対側の第２のフレキシブル配線基板５０に対応する位置に配置することで、第２のフレキシブル配線基板５０を熱圧着する際に、圧着ツールＴによって加圧しても基板側に逃げず、確実な熱圧着を行うことができる。

すなわち、第２のフレキシブル配線基板５０をどの位置に配置した場合であっても、均等に圧力を加えることができ、確実な接合を行うことができる。このため、第２のフレキシブル配線基板５０の配置の自由度が向上する。例えば、振動子８０との距離を短くし、かつ、高密度の配線を行うことで、振動子８０のチャンネル数を増やすことができ、画像の高精細化が可能となる。

なお、ダミー部材３３は、上述した第１のフレキシブル配線基板４０、第２のフレキシブル配線基板５０、第３のフレキシブル配線基板７０をベースとなる樹脂材から切り抜いた後に生ずる廃棄物を利用してもよい。

図９Ａは、ダミー部材３３の代わりにダミー部材３４を用いた変形例を示す図である。ダミー部材３４は、ダミー電極３４ａ及び回路基板３０の表面３１に平行な方向に通流部３４ｂを備えている。通流部３４ａが設けられていると、熱圧着時に軟化したＡＣＦ１００が流れやすくなり、均等に第１のフレキシブル配線基板４０及びダミー部材３４の隙間を埋めることが可能となり、平坦度が大きくなる。このため、第２のフレキシブル配線基板５０の接合をより確実に行うことができる。

図９Ｂ及び図９Ｃも同様に、変形例に係るダミー部材３４を示す平面図である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…超音波プローブ、２０…検出部、３０…回路基板、３１…表面、３１ａ…端子、３１ｂ…部位、３２…裏面、３２ａ…端子、４０…第１のフレキシブル配線基板、５０…第２のフレキシブル配線基板、６０…回路基板、７０…第３のフレキシブル配線基板、８０…振動子、９０…電子部品、１００…ＡＣＦ（接合材）。

Claims (5)

1. 振動子と、
   上記振動子から得られる信号情報を処理する電子部品と表面及び裏面に形成された端子とを有する基板と、
   一端が上記振動子に、他端が上記基板の表面側の端子に接合部材を介して接続された複数の第１のフレキシブル配線基板と、
   一端が上記振動子に、他端が上記基板の裏面側の端子に接合部材を介して接続された複数の第２のフレキシブル配線基板と、
   上記基板の表面側の端子に隣接する部位であって、上記第２のフレキシブル配線基板の他端に対応する部位に、上記第１のフレキシブル配線基板と同等の剛性及び厚さを有するダミー部材が配置されていることを特徴とする超音波プローブ。
2. 上記接合部材は、異方性導電フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 上記ダミー部材は、上記フレキシブル配線基板のベース材と同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 上記ダミー部材は、上記基板の面に平行な通流部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 振動子から得られる信号情報を処理する電子部品が搭載された基板の表面・裏面にそれぞれ形成された端子に第１のフレキシブル配線基板・第２のフレキシブル配線基板を接続する超音波プローブ製造方法において、
   上記第１のフレキシブル配線基板の一端を、振動子に接合し、
   上記第２のフレキシブル配線基板の一端を、上記振動子に接合し、
   上記基板の表面に形成された端子及びこの端子に隣接する部位に接合材を重ねて配置し、
   上記第１のフレキシブル配線基板の他端を、上記基板の表面に形成された端子上に配置し、
   上記基板の表面に形成された端子に隣接する部位に、上記第１のフレキシブル配線基板と同等の剛性を有するダミー部材を配置し、
   上記第１のフレキシブル配線基板、上記ダミー部材、上記接合材を上記基板側に向けて熱圧着し、
   上記基板の裏面に形成された端子上に接合材を重ねて配置し、
   上記第２のフレキシブル配線基板の他端を、上記基板の裏面に形成された端子上に配置し、
   上記第２のフレキシブル配線基板、上記接合材を基板側に向けて熱圧着することを特徴とする超音波プローブ製造方法。

Images