JP5591549B2 - 超音波トランスデューサ、超音波プローブ、超音波トランスデューサの製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記の課題を解決するための請求項9に記載の発明は、超音波トランスデューサを有する超音波プローブであって、前記超音波トランスデューサが、超音波の放射方向側の前面および該前面の反対側の面である背面において、それぞれ前面電極および背面電極が設けられるとともに圧電性を有する複数の超音波振動子と、前記超音波振動子の前記背面側に配置され、前記背面電極それぞれに対応する位置において前記放射方向側の面から反対側の面へ貫通する貫通電極が設けられ、かつ前記背面電極と直接または間接に接続された基板と、前記基板における前記背面電極側の面と反対側の面に接続され、かつ前記超音波振動子それぞれから該基板の前記貫通電極を介して電気信号を受け、少なくとも該電気信号に加算処理を行って、該超音波振動子それぞれからの該貫通電極数よりも少ない信号路数に減ずる電子回路と、前記電子回路の前記基板側の面における前記貫通電極に対応する位置に接続された端子電極と、前記超音波振動子の前記反対側に配置されるとともに、該超音波振動子との間に前記基板および前記電子回路を挟むように設けられたバッキング材と、を有し、前記貫通電極と前記端子電極とが導通することによって前記背面電極と前記電子回路とが導通されること、を特徴とする。
図1に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ100は、超音波振動子(圧電素子等)114に隣接して第1音響整合層110が設けられる。さらに第1音響整合層110における超音波振動子114側と反対側の面に隣接して第2音響整合層111が設けられる。また、超音波振動子114における第1音響整合層110側と反対側にはバッキング材118(負荷材相)が設けられ、かつこのバッキング材118と超音波振動子114との間には、当該超音波振動子114からバッキング材118へ向かって順に、フレキシブル配線板120、電子回路(117a、117b)、背面整合層130が設けられている。
次に、本実施形態にかかる超音波トランスデューサ100における超音波振動子114背面とバッキング材118前面との間の構成について、図1〜図3を参照して説明する。図3は、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサ100において、背面電極116、フレキシブル配線板120および電子回路117a、117bが接続された状態を示す、図2の概略部分拡大断面図である。
図1および図2に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ100のバッキング材118は、当該バッキング材118から超音波振動子114へ向かう方向と直交する方向の長さは、超音波振動子114の2次元アレイ全体の一端から他端までの長さより長く形成される。このようにバッキング材118を超音波振動子114より幅広に形成することにより、並列配置された電子回路117a、117bを背面側から支持している。
図1および図2に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ100は、超音波振動子114の前面に隣接して、超音波の放射方向(図1、図2のX方向)へ順に第1音響整合層110、第2音響整合層111が積層されている。この第1音響整合層110、第2音響整合層111は、超音波振動子114それぞれと被検体との音響インピーダンスの整合をとるものである。
次に、図1、図3および図4を参照して本実施形態にかかる超音波トランスデューサ100の製造工程について説明する。図4(A)は、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサ100の製造工程においてフレキシブル配線板120の接続パッド122と、電子回路117の導電接続部119の位置合わせがされた状態を示す概略断面図である。また、図4(B)は、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサ100の製造工程において、図4(A)における位置合わせの後、接続パッド122と導電接続部119が接続された状態を示す概略断面図である。
まず、図4(A)に示すように、超音波振動子114と同じ配列で所定の位置に貫通電極121等が形成されたフレキシブル配線板120の接続パッド122と、電子回路117a、117bの第1端子電極117c、117dおよび第2端子電極117e、117fとの位置合わせをする。電子回路117a、117bの第1端子電極117c、117dおよび第2端子電極117e、117fにはバンプ等の導電接続部119を形成する。
電子回路117a、117bとフレキシブル配線板120との位置が合わせられたら、フリップチップ実装等により、導電接続部119を介して接続パッド122と、電子回路117a、117bの第1端子電極117c、117dおよび第2端子電極117e、117fとを接続する。
また、超音波振動子114となる前段階の圧電材料ブロックの前面に分割されていない前面電極112を、背面に分割されていない背面電極116を形成する。さらに超音波振動子114に対し、超音波の放射方向(図1、図2のX方向)へ順に分割されていない第1音響整合層110、第2音響整合層111を積層する。
超音波振動子114に第1音響整合層110、第2音響整合層111がそれぞれ形成された後、未だ分割されていない超音波振動子114、第1音響整合層110、第2音響整合層111が積層された構造体(ブロック)の背面側に、超音波振動子114の2次元配列に応じた分割切込みを形成する。この分割切込みは、行方向および列方向に形成される。また、分割切込みの深さは、当該構造体を各超音波振動子114に分割してしまわない程度に形成される。
超音波振動子114等による構造体の背面側に、分割切込みが形成されると、次いでフレキシブル配線板120と接続された電子回路117をバッキング材118に接続する。
次いで、分割切込みが形成された超音波振動子114等による構造体の背面側に、超音波振動子114とフレキシブル配線板120とを接着するための接着剤140が設けられる。さらに当該構造体と、電子回路117およびフレキシブル配線板120が接続されたバッキング材118とを接続する。
当該構造体とバッキング材118とが接続された後、第2音響整合層111側から、音響整合層(110、111)と超音波振動子114の積層方向(図1のX方向と反対方向)へ、当該構造体を分割する。この分割にあたっては、あらかじめ形成された分割切込みに沿って分割を行う。
次いで、図2に示すように第2音響整合層111のさらに前面側に配線基板123を配置し、当該配線基板123の背面側に形成された配線パターン(不図示)によって前面電極112を共通接続する。
以上説明した実施形態にかかる超音波トランスデューサ100の作用及び効果について説明する。
110 第1音響整合層
111 第2音響整合層
112 前面電極
114 超音波振動子
116 背面電極
117、117a、117b 電子回路
117c、117d 第1端子電極
117e、117f 第2端子電極
118 バッキング材
119 導電接続部
120 フレキシブル配線板
121 貫通電極
122 接続パッド
123 配線基板
124 導電接着部
130 背面整合層
Claims (10)
- 超音波の放射方向側の前面および該前面の反対側の面である背面において、それぞれ前面電極および背面電極が設けられるとともに圧電性を有する複数の超音波振動子と、
前記超音波振動子の前記背面側に配置され、前記背面電極それぞれに対応する位置において前記放射方向側の面から反対側の面へ貫通する貫通電極が設けられ、かつ前記背面電極と直接または間接に接続された基板と、
前記基板における前記背面電極側の面と反対側の面に接続され、かつ前記超音波振動子それぞれから該基板の前記貫通電極を介して電気信号を受け、少なくとも該電気信号に加算処理を行って、該超音波振動子それぞれからの該貫通電極数よりも少ない信号路数に減ずる電子回路と、
前記電子回路の前記基板側の面における前記貫通電極に対応する位置に接続された端子電極と、
前記超音波振動子の前記反対側に配置されるとともに、該超音波振動子との間に前記基板および前記電子回路を挟むように設けられたバッキング材と、
を備え、
前記貫通電極と前記端子電極とが導通することによって前記背面電極と前記電子回路とが導通されること、
を特徴とする超音波トランスデューサ。 - 前記電子回路はベアチップであり、
前記基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であり、前記背面電極と重なり合わない部分であるとともに、前記電子回路と重なり合う部分において、該電子回路と接続される端子を備えていること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記電子回路における、前記バッキング材から前記超音波振動子へ向かう方向の長さは、およそ0.05mmから0.3mmの範囲であること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記バッキング材は、音響インピーダンスが10MRaylから15MRaylの範囲の材料によって構成されていること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記バッキング材の材料は、多孔質のセラミックにエポキシまたはウレタンまたはシリコーン樹脂を含漬したものであること、
を特徴とする請求項4に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記電子回路と前記バッキング材との間に設けられ、該バッキング材よりも音響インピーダンスが小さく、かつ該バッキング材から前記超音波振動子へ向かう方向の長さが、該電子回路よりも短い背面整合層を備えたこと、
を特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記背面整合層は、ポリイミドまたはポリエステルのフィルムによって構成されていること
を特徴とする請求項6に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記超音波振動子と前記基板との間に該超音波振動子より音響インピーダンスが高く、かつ導電性を有する整合層が設けられていること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 - 超音波トランスデューサを有する超音波プローブであって、
前記超音波トランスデューサが、
超音波の放射方向側の前面および該前面の反対側の面である背面において、それぞれ前面電極および背面電極が設けられるとともに圧電性を有する複数の超音波振動子と、
前記超音波振動子の前記背面側に配置され、前記背面電極それぞれに対応する位置において前記放射方向側の面から反対側の面へ貫通する貫通電極が設けられ、かつ前記背面電極と直接または間接に接続された基板と、
前記基板における前記背面電極側の面と反対側の面に接続され、かつ前記超音波振動子それぞれから該基板の前記貫通電極を介して電気信号を受け、少なくとも該電気信号に加算処理を行って、該超音波振動子それぞれからの該貫通電極数よりも少ない信号路数に減ずる電子回路と、
前記電子回路の前記基板側の面における前記貫通電極に対応する位置に接続された端子電極と、
前記超音波振動子の前記反対側に配置されるとともに、該超音波振動子との間に前記基板および前記電子回路を挟むように設けられたバッキング材と、を有し、
前記貫通電極と前記端子電極とが導通することによって前記背面電極と前記電子回路とが導通されること、
を特徴とする超音波プローブ。 - 超音波の放射方向側の前面にグランド電極が、該前面の反対側の面である背面において、信号電極が設けられ、かつ2次元的に配列される複数の超音波振動子と、該圧電体の音響制動をなすとともに、該超音波振動子に対し背面側に配置されるバッキング材と、前記グランド電極と共通接続される配線パターンが設けられた配線基板と、を有する超音波トランスデューサの製造方法であって、
単一の圧電材料ブロックにおける前記背面側において、縦横かつ略等間隔に、前記前面側までへ至らない長さの切込みを形成する工程と、
前記切込みが形成された前記圧電材料ブロック背面に、前記バッキング材との接着をするための接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が塗布された前記背面と前記バッキング材とを圧着し、前記圧電材料ブロックと該バッキング材とを接着する工程と、
前記バッキング材が接着された前記圧電材料ブロックに対して、前記前面側から、前記切込みに沿って分割溝を形成することにより、単一の前記圧電材料ブロックから前記2次元配列された複数の超音波振動子を形成する工程と、
前記2次元配列の超音波振動子に対し、前記配線基板を接合することにより、前記超音波振動子それぞれにおける前記グランド電極を前記配線パターンに共通接続する工程と、を備えたこと、
を特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
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