JP6170242B2 - 高周波超音波プローブ - Google Patents

Description

（関連出願に対する相互参照）
本願は、「ＨＩＧＨ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＰＲＯＢＥ」というタイトルの２０１３年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／８２７，５２４号の利益およびこの出願に対する優先権を主張し、この出願は、参照により、その全体が本明細書に援用される。

（技術分野）
開示される技術は、概して、超音波トランスデューサおよび医療用画像診断の分野に関する。より具体的には、開示される技術は、高周波超音波トランスデューサと、アセンブリの対応する方法とに関する。

（背景）
超音波トランスデューサは、電気エネルギーを音響エネルギーにおよびその逆に変換する手段を提供する。電気エネルギーがＲＦ信号の形態であるとき、正確に設計されたトランスデューサは、駆動電気ＲＦ信号と同じ周波数特性を有する超音波信号を生成することができる。診断用超音波は、伝統的に１ＭＨｚ未満から約１０ＭＨｚまでの範囲の中心周波数で使用されてきた。当業者は、この周波数スペクトルが、数ｍｍから略３００ｕｍ超の範囲の解像度で、数ｍｍから数十ｃｍまでの深さにおいて、生体組織を画像化する手段を提供することを理解する。

高周波超音波トランスデューサは、概して、１５ＭＨｚを上回り６０ＭＨｚ超までの範囲の中心周波数を有する超音波トランスデューサである。高周波超音波トランスデューサは、浸透の最大深さを限定する一方でより高い解像度を提供し、それにより、２０ｕｍから３００ｕｍ超までの範囲の解像度で、１ｍｍたらずから３ｃｍ超までの深さにおける生体組織を画像化する手段を提供する。

約１０ＭＨｚを下回る周波数において動作する従来の臨床超音波トランスデューサを用いて作業するときには生じない高周波超音波トランスデューサの製作に関係する多くの課題がある。当業者は、構造が、概して、周波数の逆数に従って縮小し、その結果、５０ＭＨｚトランスデューサが５ＭＨｚトランスデューサより約１０倍小さい構造を有することを理解する。いくつかの場合において、材料または技法は、要求される大きさまたは形状に縮小されることができないか、または材料または技法は、縮小されることでそれらの機能を失う。高周波超音波トランスデューサが実現されることを可能にする新技術が、開発または適用される必要がある。他の場合において、ＨＦＵＳトランスデューサに関連するより高い無線周波数の電気信号および音響信号を扱うときに全く新しい要件が存在する。

ＲＦ電気相互接続は、信号およびグランド導体を取り囲む磁界を有効に含めるようにいくつかの形態の伝送線を用いることを要求する。当業者は、最適な性能のために、伝送されている周波数および導体の長さに応じて、電気インピーダンス整合および遮蔽技法を採用する必要があることがわかる。当業者は、低い臨床周波数において、そのような相互接続が、高度に開発され、かつ超音波システムおよびトランスデューサ設計者に対する多種多様な選択肢において利用可能であることと、そのような相互接続が、典型的には、次のようないくつかの構成要素から成ることとをさらに認識する。第１に、典型的にゼロ挿入力（ＺＩＦ）型または他の大判接続子から成る超音波システムへの接続；第２に、システム接続子からトランスデューサの方へ伸びる電気ケーブル（典型的には、マイクロ同軸伝送線）；第３に、接続子および／またはプリント回路基板を通常は含む、ケーブルとトランスデューサとの間のインタフェース；ならびに最後に、接続子または回路基板からトランスデューサ素子のそれぞれへのインタフェース。構成要素のこの典型的なセットは、業界で容易に入手可能であり、多くの変形が、伝統的な臨床周波数ＵＳトランスデューサに対してうまく用いられている。

当業者は、これらの構成要素の一部が、ＨＦＵＳに関連するより高い周波数に容易に拡大縮小され、その他のものは容易に拡大縮小されないことがわかる。マイクロ同軸伝送線は、ＨＦＵＳに関連するより高い周波数によく適しており、多くの業界標準の接続子ソリューションが、システムエンドにおいても適用可能である。さらに、当業者は、プリント回路基板が、ＨＦＵＳのために要求される周波数よりも数桁高い周波数で機能するように設計されることが可能であることを知っている。超音波システムにＨＦＵＳトランスデューサを電気的に相互接続するための課題は、主として、ＨＦＵＳアレイの実際の素子への電気的接続を行う手段にある。これらの素子は、非常に小さく脆弱であり、これらの素子は、厳密な熱予算に限定される場合があり、その結果、伝統的なマイクロ電気相互接続技法は、ＨＦＵＳトランスデューサに適さない。例えば、ワイヤボンディング、低温はんだおよびＡＣＦ接着剤は、従来の臨床周波数トランスデューサへの相互接続を行うために広く使用されている技術である。しかしながら、これらの技法には制限があり、これらの制限は、従来の臨床周波数トランスデューサを、ＨＦＵＳトランスデューサに対して使用するのに概して不適にさせる。例えば、当業者は、約１００ｕｍを下回るピッチの相互接続のワイヤボンディングは課題が多く、５０ｕｍを下回るピッチではほとんど不可能となる可能性があることがわかる。プロセス温度が約１００℃を下回って限定されるとき、ワイヤボンディングは、なお一層困難である。加えて、ワイヤボンディングに伴う機械的な力は、基板の厚さが約１００ｕｍを下回るときに問題となる。ＨＦＵＳトランスデューサを製造するのに適した典型的な圧電材料は、中心周波数範囲が１５ＭＨｚから５０ＭＨｚにわたるトランスデューサでは、約１００ｕｍから３０ｕｍ未満に至るまで薄くされる必要がある。これらの薄い基板は、ワイヤボンディングが試みられたときに割れる傾向がある。ＡＣＦテープおよび他の非対称伝導性接着剤システムは、約２００ｕｍを下回るピッチでの高信頼性接続に適しておらず、概して１２０℃を超える熱予算を要求するが、当業者は、このことがＨＦＵＳトランスデューサ材料の製作に関連するいくつかの材料には問題であり得ることを理解するであろう。

一部のＨＦＵＳトランスデューサは、薄い伝導性箔から作られた銅電極に依存するグラウンディングシステムを現在採用しており、銅電極は、トランスデューサの前側（レンズ側）グラウンド面に電気的に取り付けられ、次いで、スタックの側面を出てフレックス回路のグラウンド面の方へ巻付く。

このアプローチの主な課題は、レンズから圧電材料のグラウンド面までの間隔に関する。伝導性箔の設計では、この空間は、圧電基板とレンズとの間の整合層（例えば、３整合層装置では、４分の３波長整合層）の厚さ、または５０ＭＨｚで約３０ｕｍから２０ＭＨｚについては約７０ｕｍまで（参考のために、典型的なプリンタ用紙は、１００ｕｍの厚さである）に等しい。このことは、伝導性エポキシの非常に薄い結合線のついたアレイグラウンド面に取り付けられる非常に薄い箔の使用を必要とする。後に続くラッピングおよび接着／洗浄手順の間に、箔の機械的完全性を保持することは非常に困難である。他の方法は、より厚い箔の使用を可能にするように用いられ得るが、箔の２次的制約は、箔が厚くなるつれ増加する伝導性箔の曲げに伴う力がレンズの剥離を引き起こす危険性がある。

最後に、当業者は、伝導性箔の技法が、グラウンド電極がエッジに沿ってスタック構造から出ることを要求し、特にＢＦまたはＣＦ医療機器等級が要求されるときに、機器の電気的絶縁を困難にすることを認識するであろう。これらの問題を考慮すると、高周波超音波トランスデューサ素子へ接続を形成する改良された技法が必要とされる。

（要旨）
以下に議論され例示されるように、開示される技術は、高周波超音波信号を送信および受信するための高周波超音波プローブと、このようなプローブを組み立てる方法とに関する。プローブは、トランスデューサの外面上にあるグラウンド電極と、トランスデューサのそれぞれの反対側の内面上にある個別に接続された信号電極とを有する複数の高周波トランスデューサのついた基板を含む。プローブはまた、トランスデューサ基板材料の周囲に作られる複数のビアを含み、この複数のビアは、アレイ型トランスデューサを含む基板の前面外側のグラウンド電極に電気的に接続される。プローブはさらに、少なくとも一部が電気的伝導性を有する支持構造体を含み、この支持構造体は、トランスデューサ基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）に密接に整合する熱膨張係数を示す。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
トランスデューサ基板に密接に整合された熱膨張係数を有する伝導性フレームと、
前記伝導性フレーム内に支持された複数のトランスデューサ素子を上に有する基板と、
１つ以上のビアによって前記伝導性フレームに電気的に結合された前記基板上のグラウンド面と
を含む、高周波超音波プローブ。
（項目２）
前記トランスデューサ素子に結合された導体およびグラウンド面を有する１つ以上のプリント回路をさらに含み、前記プリント回路の前記グラウンド面は前記伝導性フレームに電気的に結合される、項目１に記載の高周波超音波プローブ。
（項目３）
前記プリント回路の前記グラウンド面は、伝導性接着剤で前記伝導性フレームに電気的に結合される、項目２に記載の高周波超音波プローブ。
（項目４）
前記プリント回路と前記伝導性フレームとの間に配置された非伝導性バリアストリップをさらに含む、項目２に記載の高周波超音波プローブ。
（項目５）
前記伝導性フレームは、前記伝導性フレームと前記基板との間に配置された絶縁性インサートを含む、項目１に記載の高周波超音波プローブ。
（項目６）
前記伝導性フレームおよび前記基板は、同様な熱膨張係数を有する、項目１に記載の高周波超音波プローブ。
（項目７）
複数のトランスデューサ素子が内部に形成された基板であって、前記基板は、共通グラウンド電極と、伝導性材料で充填された複数のビアとを有する、基板と、
前記基板が篏合される伝導性フレームであって、前記伝導性フレームは、前記ビアを通して前記基板上の前記グラウンド電極に電気的に接続される、伝導性フレームと
を含む、超音波トランスデューサ。
（項目８）
前記基板および前記伝導性フレームは、同様な熱膨張係数を有する、項目７に記載の超音波トランスデューサ。
（項目９）
前記ビアは、前記基板の周囲に配置される、項目７に記載の超音波トランスデューサ。
（項目１０）
前記伝導性フレームは、前記トランスデューサ素子への導体を支持するように構成された傾斜壁を有する、超音波トランスデューサ。

本発明は、本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面を考慮することで、より完全に理解され得、添付の図面は、説明とあわせて、開示された技術を例示するのに役立つ。
図１は、開示される技術の実施形態に従った、グラウンディングシステムの構成要素を図示するように標記されたアレイ型トランスデューサの完成したアセンブリの等角図である。 図２は、開示される技術の実施形態に従った、伝導性複合支持構造体の上部の斜視図である。 図３は、開示される技術の実施形態に従った、伝導性複合支持構造体の底部の斜視図である。 図４は、開示される技術の実施形態に従った、ビアを後に形成するポケットおよび金属膜を示す、トランスデューサ基板の斜視図である。 図５は、開示される技術の実施形態に従った、ビアポケットの近接拡大斜視図である。 図６は、開示される技術の実施形態に従った、伝導性エポキシで充填されたビアポケットの斜視図である。 図７は、最終厚さまで薄くされたトランスデューサ基板の信号側を見下ろす斜視図であり、開示される技術の実施形態に従った、基板の信号側から露出した、最終めっきされ充填されたビアを示す。 図８は、開示される技術の実施形態に従った、伝導性支持構造体に未だ接続されていないフレックスのグラウンド面を示すアレイ型トランスデューサの組み立てられた構成要素を図示する。 図９は、開示される技術の実施形態に従った、フレックス回路のグラウンド面と伝導性の支持構造体との間で伝導性接着剤によって接続されたグラウンド経路を示す完全に組み立てられたアレイ型トランスデューサを図示する。 図１０は、開示される技術の実施形態に従った、アレイトランスデューサおよびグラウンディングシステムの機能部品を図示するように完全に標記された断面斜視図である。 図１１は、開示される技術の実施形態に従った、アレイ型トランスデューサの共通のグラウンド面からプリント回路基板のグラウンド面までのグラウンド導体の直接経路を示すグラウンドシステムの断面である。 図１２は、開示される技術の実施形態に従った、アレイトランスデューサ内の所定の場所における、レーザエッチレーザプロセスを使用して作られた信号相互接続を示す斜視図である。 図１３は、開示される技術の実施形態に従った、フレックスのグラウンド面にグラウンド電流を伝導させるために使用される支持構造体の伝導部から信号電極を分離する必要性を示すアレイの一端における信号電極の近接拡大斜視図である。 図１４は、開示される技術の実施形態に従った、アレイおよび信号電極の断面の斜視図を示す。 図１５は、所定の場所に信号電極とグラウンドシステムとの両方を有するアレイ型トランスデューサの部分断面を示し、伝導性複合支持構造体の絶縁機能を図示する。

特許または出願ファイルは、少なくとも１つのカラー図面を含む。カラー図面（単数または複数）を含む本特許または特許出願公報のコピーは、請求および手数料の支払いにより庁により提供される。

（詳細な説明）
上記の課題に対処するため、本明細書に開示される技術は、高周波超音波トランスデューサに関する。以下にさらに詳細に説明されるように、開示される技術に従った超音波プローブの１つの実施形態は、トランスデューサ素子のアレイを製造するために使用される基板材料の熱膨張係数に密接に整合された全体的な熱膨張係数を有する複合支持構造体を含む。これは、超音波トランスデューサで日常的に見られる熱サイクルにあっても顕著な応力または歪みを誘起せずに、支持構造体がトランスデューサ基板に接合されることを可能にする。

図１に示す実施形態では、高周波超音波トランスデューサ１００は、トランスデューサ素子１０２の線形（または他形状の）アレイと、超音波システム（図示せず）とアレイ型超音波トランスデューサ素子との間でＲＦ電気信号を伝送するための複数のＲＦ伝送線を含むケーブル束１０４と、ＲＦ伝送線とアレイ型トランスデューサ素子との間にある複数の電気的相互接続とを含む。機械的なハウジング（図示せず）は、超音波プローブアセンブリ内に含まれる構成要素（アレイ型トランスデューサ素子、音響スタックおよびレンズ等）のうちの一部または全てと、ケーブル束への電気的相互接続とを収容する。

１つの実施形態では、トランスデューサ素子１０２とケーブル束１０４との伝送線の間に形成される電気的相互接続は、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許第８，３１６，５１８号および米国特許出願第１３／６５７，７８３号に記載されているレーザエッチレーザ（ＬＥＬ）プロセスによって形成される。

’５１８号特許に記載されているように、粒子（例えば、シリカ）が充填されたエポキシで導体およびトランスデューサ素子をコーティングすることにより、電気的接続が、トランスデューサ素子とフレキシブル回路もしくはケーブル束内の導体との間に形成される。トランスデューサ素子上の領域は、露出され、導体が所望される場合には、エポキシ内にトレンチを形成するように低フルエンスレーザが使用される。レーザパルスの数は、フレックス回路の部分に対し、フレックス回路の銅導体を掘り下げるために増大させられる。チャネルの付いたエポキシおよびトランスデューサ素子は、その後、金等の導体でスパッタコーティングされる。レジストが、その後、金の上に置かれる。レジストは、その後、金が除去される領域において低フルエンスレーザを用いて除去される。湿式エッチングプロセスが、その後、金の導体が望まれない領域でその大部分を除去するために使用される。より高いフルエンスレーザが、残りの任意の金を除去するために使用される。導体が望まれる領域の上に位置するレジストは、その後、化学的に溶解される。

ＦＵＪＩＦＩＬＭ Ｓｏｎｏｓｉｔｅ， Ｉｎｃ．（本出願の譲受人）は、１０ｕｍを下回るピッチおよび＜８０℃の熱予算内で、標準フレキシブルＰＣＢを超音波アレイのスタックに接続することが可能なレーザエッチレーザプロセス（ＬＥＬと呼ばれる）を開発した。ＬＥＬベースの技術は、ピッチが９０ｕｍから下は３８ｕｍまでの範囲の全てのＶＳＩ設計のアレイにおいて現在使用されており、当分野で非常に信頼性が高いことが証明された。

１つの実施形態では、２つのフレックス回路１０４は、トランスデューサアレイのどちらかの側面に接続される。１つの回路は、奇数番号のトランスデューサ素子用の導体を有する一方、他のプリント回路は、偶数番号のトランスデューサ素子用の導体を有する。各プリント回路は、アレイのピッチの２倍のピッチの導体を有する。

’７８３号出願に記載されている技法は、フレックス回路の異なる層内の導体が、隣接する電極素子間の距離よりも遠く離れている場合に、段差のついたフレックス回路が使用されることを除いて同様である。フレックス回路の導体は、全ての導体をプリント回路の同一の層上に有し、接続がよりタイトなピッチで行われることが可能であるようにインターリーブされる。

トランスデューサプローブの開示された実施形態は、ＬＥＬ技法を用いて作られる電気的相互接続を含むが、当業者は、アレイの信号電極と導体束の伝送線との間の電気的相互接続が、空間および熱予算が許す限り代替的方法で行われ得ることを認識する。

本明細書に記載の例示的な高周波超音波プローブは、少なくとも約１５ＭＨｚから約５０ＭＨｚまたはそれよりも高い周波数までの範囲の中心周波数を有する高周波超音波トランスデューサを使用して診断画像を作ることに特に関連する技術的課題のうちの１つに対処するように特別に設計されている。当業者は、約１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの中心周波数を有する従来の超音波プローブを作るために使用される最新の技法がより高い周波数に拡大縮小する一方、他の技法はそうではないことを理解する。当業者はまた、ＲＦ伝送線およびグラウンディング技法が、最適な機能（不要な電気反射の最小化、ＳＮＲの最大化、およびＲＦ遮蔽の提供等）を提供するように、周波数および機器の物理的寸法に対して正しく設計されなければならないことを理解する。

トランスデューサに駆動信号を伝送する導体に各素子を電気的に接続することに伴う課題に加え、良好なＲＦグラウンドと十分な遮蔽とをアレイに提供する必要がある。当業者は、多くの要素（アレイ型ＨＦＵＳトランスデューサ等）を含むＲＦ機器の電気的グラウンドが、素子間の低クロストークと、高ＳＮＲおよび優れたノイズ耐性と、良好なシグナルインテグリティを確保する広い帯域性能とを確実にするよう、グラウンド導体の特定の特性を要求することを理解する。グラウンド電流は、インダクタンスが予期しない動作の原因となる可能性があり、グラウンドバウンスがチャネル間に不要なクロストークを生成する可能性があるため、配線よりむしろ低インピーダンス伝導面を通して、隣接する素子から運び去される必要がある。加えて、当業者は、いずれもが良好なＲＦグラウンド設計に影響を及ぼす、制御されたインピーダンスの伝送線およびインピーダンス整合、ならびにＥＭＩ遮蔽を考慮する必要性を認識する。

本明細書に記載の例示的実施形態では、マイクロ加工されたビアおよびグラウンド面は、ＨＦ超音波トランスデューサ内に低インピーダンス、高品質のＲＦグラウンドを作るために使用される。開示された技術に従って構成される高周波超音波プローブは、電気的にも空間的にも効率的で、機械的にも熱的にも堅牢な、高品質、低インピーダンスＲＦグラウンド面を有する。当業者は、走査ヘッド内の各トランスデューサは、誘電性電気機械ドライバ（圧電セラミックまたは強誘電リラクサ材料等であるが、これらに限定されない）と、ドライバの一方の面に隣接するグラウンド電極と、反対側の面に隣接する信号電極とからなる基板材料を含むことが可能であり、したがって、電気機械ドライバの厚さにわたって電界がかけられるかまたは測定されることを可能にすることを認識する。当業者はまた、トランスデューサ基板が、ドライバとマトリクス材料との複合体である特質を有する音響トランスデューサを作るように、ポリマー（例えば、エポキシ）などの受動的な誘電材料のマトリクス内に有利なパターンで配置された適切な電気機械ドライバ材料に基づく複合材料からも成り得ることを理解する。当業者はさらに、この方法が、任意の適切なトランスデューサ基板に容易に適用されることが可能であり、そのトランスデューサ基板は、誘電材料から成りかつビア作成用の境界領域を有するか、または、ビアを作成することができるような誘電材料もしくは絶縁材料によって囲まれていることを理解する。

１つの好まれる実施形態では、グラウンド電極は、アレイ内の全てのトランスデューサ素子に共通であり、トランスデューサおよび基板の遠位面上に位置し、トランスデューサは、基板から形成される。図４および図５は、トランスデューサ基板１２０を図示しており、トランスデューサ基板１２０において、トランスデューサ素子１０２が形成されている。基板の１つの表面（例えば、外面）は、金等の伝導性材料１２２で被覆されている。基板１２０は、基板の外周を囲む複数のビア１２４を有する。ビアは、基板の外面上の伝導性材料１２２が、トランスデューサ素子を駆動するように伝送線を保持するフレックス（または他の）回路上のグラウンド面と電気接触を行うことを可能にするために貫通めっきされる。

伝導性材料１２２は、典型的に１つ以上の整合層およびレンズから成る音響スタックによりオーバーレイされた共通グラウンド電極を形成する。図１５は、組み立てられた超音波プローブの断面を示し、組み立てられた超音波プローブは、基板１２０と、ビア１２４と、基板上に配置された整合層１２６と、整合層１２６上に配置されたレンズ１２８とを含み、これらが全て伝導性フレーム１３０に固定される。当業者は、様々な音響スタックおよび／またはレンズの構成が可能であることを理解する。

例示的実施形態では、伝導性材料１２２によって形成されたグラウンド面は、アレイ型トランスデューサの遠位面上にあり、トランスデューサの完成したアレイの全てに共通のグラウンド面であることが示される（図４および図１０参照）。共通の平坦電極は、グラウンドへの低インピーダンス経路を提供し、アレイの近位面上に位置する信号電極用のＲＦ遮蔽を提供する。トランスデューサ基板の遠位面上に位置するグラウンド面は、図４から図７に示されているように基板１２０の周囲に沿って位置する複数の伝導性ビア１２４によって伝導性フレーム１３０（図３）に電気的に接続される。

図４および図５に示されているように、伝導性ビア１２４は、トランスデューサ基板１２０内にポケットを作り、その後、アレイ型トランスデューサの外面全体に電極材料を堆積し、そしてビアポケット１２４の内面をコンフォーマルコーティングすることによって、作成される。ポケットは、反応性イオンエッチング、レーザアブレーション、または従来のマイクロ加工等、セラミックをマイクロ加工できる任意の手段によって作成されることが可能である。例示的実施形態では、レーザ加工されたビア１２４は、ポケットの壁上に金属電極を堆積する際のシャドーイングを防ぐように、わずかにテーパ状の壁をポケット内に有する。ビア１２４のポケットは、その後、伝導性材料（例えば、伝導性エポキシ）、またはポケットの内面に付着する任意の伝導性マトリクスで充填される（図６参照）。最後に、アレイ型トランスデューサの処理中に、トランスデューサ基板１２０は、要求される超音波共振をトランスデューサ内で達成するために要求される寸法、例えば、５０ＭＨｚトランスデューサについては約３０ｕｍに薄くされる。

ポケットがトランスデューサ基板の最終厚さよりも深いことを確実にすることにより、ビア１２４は、図７に示すようにトランスデューサ基板が最終寸法に薄くされたときに完全に実現される。ビアを伝導性材料で充填する前にビアをメタライズすることにより、伝導性充填材の膨張／収縮がビア１２４の周囲にマイクロクラックを生じさせないことを確実にする。

伝導性フレーム１３０は、その後、テーパ付き複合支持体の露出した伝導性の底面が伝導性ビア１２４の露出した上面をオーバーレイするように、伝導性接着剤を使用して、トランスデューサ基板の近位面に取り付けられる（図１０、図１１、および図１５参照）。図８、図９および図１１に見られるように、ビア１２４は、基板１２０のグラウンド面から伝導性フレーム１３０への伝導性経路を提供する。伝導性接着剤１５０は、その後、伝導性フレームをフレキシブルプリント回路１０４のグラウンド面１０７に電気的に結合するために使用される。このことは、フレキシブルプリント回路上のグラウンド面とテーパ付き複合支持体の伝導性フレーム１３０との間の超低インダクタンス接続を確実にする。またこのことは、トランスデューサ基板の内面に位置する信号電極、テーパ付き複合支持体、およびＰＣＢが、優れた遮蔽を提供するグラウンド電極によって完全に囲まれることを確実にする。

伝導性フレーム１３０は、本明細書でテーパ付き複合支持体と呼称される複合支持構造体の一部である。図２に示されているように、テーパ付き複合支持体は、伝導性外側フレーム１３０と、オーバーモールディング、接着剤、または他の技法によって外側フレームに固定された絶縁性インサート１４０とから成る。絶縁性インサート１４０は、フレキシブルプリント回路をアレイ型トランスデューサに整列させるのに役立つ案内ポケット１４２を含む（図２、図３、および図１３参照）。伝導性フレーム１３０は、トランスデューサ基板１２０の熱膨張係数と密接に整合する熱膨張係数を有するように設計される。例示的な実施形態では、ＰＺＴまたはＰＭＮ−ＰＴ等のセラミック基板の場合、ＰＺＴの４．７ｐｐｍ／℃に対し約４．８ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するモリブデンが伝導性フレームに選択される。アレイ型トランスデューサが受けるであろうと予想される熱的摂動に応じて、ＣＴＥのより密接した整合は、多かれ少なかれ重要となり得、異なる材料の選択を可能にする。例えば、インバー等のエンジニアードニッケル鉄合金、および特定の材料のＣＴＥと整合するように設計された、それの変種を選択してもよい。黒鉛系材料またはめっきされたセラミックス等の他の伝導性材料は、フレームのＣＴＥが予想される熱範囲にわたってトランスデューサ基板に密接に整合する限り好適である可能性がある。

図１０に最もよく示されるように、グラウンド電極１２２は、伝導性支持フレーム１３０を通してフレキシブルプリント回路基板１０４のグラウンド面１０７までさらに延在される。グラウンド面への接続は、グラウンド面への低インピーダンス接続を確実にするために大きな表面にわたって行われる。例示的実施形態では、伝導性接着剤は、伝導性支持フレーム１３０をトランスデューサ基板１２０のグラウンド面１２２に接続するために使用される（図８〜図１０参照）が、当業者は、はんだ付け、伝導性テープ、メタライゼーション等、伝導性フレームをグラウンド面に接続する代替的方法が使用される可能性があることを理解する。

上述したように、複数の信号電極は、各トランスデューサの近位面上に互いに分離されて堆積され、アレイ内の各個別のトランスデューサが独立して送信器／受信器に接続されることが可能であるようにする。各信号電極は、トランスデューサ電極と超音波システムへおよび超音波システムから電気信号を運ぶ伝送線ケーブルとの間の電気的相互接続を提供する手段として、フレキシブルプリント回路基板の信号層上に位置する信号トレースに接続される。上述したように、伝導性フレーム１３０に固定される絶縁性インサート１４０は、トランスデューサ素子１０２と伝導性フレーム１３０との間に非伝導性バリアを提供する。

さらに、信号電極のレーザマイクロ加工が、電極のレーザ区分け中にＰＣＢを介して伝導性フレームの部分を露出する危険性なしに可能であることを確実にするために、アルミナ等のセラミック絶縁体１６０で形成されたバリアストリップの薄い層は、ＰＣＢ１０４をテーパ付き複合支持体上のポケット内に付着させる前に、ＰＣＢ１０４の背面に付着させられる（図１０および図１１参照）。この絶縁体１６０は、テーパ付き支持体への整列に先立ってフレキシブルＰＣＢを硬く平らにするのに役立ち、ＰＣＢ内の信号電極のアレイ型トランスデューサへの整列をより効率的かつ正確にする。加えて、セラミック絶縁体は、プリントフレックス回路のトレースと伝導性フレーム１３０との間での短絡の形成を防止する。

当業者は、アレイ型トランスデューサ構造体の全周を囲む伝導性フレームが追加的なＲＦ遮蔽を提供することを理解する。さらに、体積に対し大きな表面積比を有する伝導性グラウンド構造の使用は、低インダクタンスを確実にし、その伝導性グラウンド構造がアレイ信号導体の全てに近接して設置されたとき、グラウンド電流に対する最小インピーダンス、したがって、トランスデューサからプリント回路のグラウンドへの接続にワイヤを使用する場合に比べより良好なノイズ除去を確実にする。

以上のことから、本発明の特定の実施形態は、例示の目的で本明細書に記載されており、様々な改変が本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることがわかる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による限定を除いて限定されない。

Claims (10)

1. トランスデューサ基板に密接に整合された熱膨張係数を有する伝導性フレームと、
   前記伝導性フレーム内に支持された、複数のトランスデューサ素子を上に有する基板と、
   １つ以上のビアによって前記伝導性フレームに電気的に結合された前記基板上のグラウンド面と
   を含む、高周波超音波プローブ。
2. 前記トランスデューサ素子に結合された導体およびグラウンド面を有する１つ以上のプリント回路をさらに含み、前記プリント回路の前記グラウンド面は前記伝導性フレームに電気的に結合される、請求項１に記載の高周波超音波プローブ。
3. 前記プリント回路の前記グラウンド面は、伝導性接着剤で前記伝導性フレームに電気的に結合される、請求項２に記載の高周波超音波プローブ。
4. 前記プリント回路と前記伝導性フレームとの間に配置された非伝導性バリアストリップをさらに含む、請求項２に記載の高周波超音波プローブ。
5. 前記伝導性フレームは、前記伝導性フレームと前記基板との間に配置された絶縁性インサートを含む、請求項１に記載の高周波超音波プローブ。
6. 前記伝導性フレームおよび前記基板は、同様な熱膨張係数を有する、請求項１に記載の高周波超音波プローブ。
7. 複数のトランスデューサ素子が内部に形成された基板であって、前記基板は、共通グラウンド電極と、伝導性材料で充填された複数のビアとを有する、基板と、
   前記基板が篏合される伝導性フレームであって、前記伝導性フレームは、前記ビアを通して前記基板上の前記グラウンド電極に電気的に接続される、伝導性フレームと
   を含む、超音波トランスデューサ。
8. 前記基板および前記伝導性フレームは、同様な熱膨張係数を有する、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
9. 前記ビアは、前記基板の周囲に配置される、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
10. 前記伝導性フレームは、前記トランスデューサ素子への導体を支持するように構成された傾斜壁を有する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
    
    

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