JP6186696B2 - 超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び診断装置 - Google Patents

超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び診断装置 Download PDF

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Description

本発明は、超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び診断装置等に関する。
例えば特許文献１には、バルクの圧電部材の後面電極の一部から圧電部材の側面にかけて絶縁体層が設けられ、圧電部材の前面電極に連続し後面電極側まで回り込むように導電体層が設けられ、圧電部材の後面側において導電体層及び後面電極には、フレキシブル基板に形成された配線が接続される超音波プローブが、開示されている。
特開２００５−３４１０８５号公報
さて、従来より超音波を送受信する超音波素子としてバルクの圧電部材が用いられてきた。しかしながら、バルクの圧電部材を駆動するためには例えば１００Ｖ程度の高電圧が必要であるため、高耐圧の駆動ＩＣを用いる必要がある。高耐圧のＩＣは一般的に実装面積が大きくなったり、ＩＣの個数が多くなるため、そのＩＣを搭載した装置の小型化が困難であるという課題がある。
本発明の幾つかの態様によれば、装置の小型化が可能な超音波測定装置、ヘッドユニット、プローブ及び診断装置等を提供できる。
本発明の一態様は、基板と、前記基板上に配置された複数の超音波素子を有する超音波素子アレイと、前記基板上に形成され、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数の信号電極線と、前記基板上に配置された複数の信号端子と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、複数の信号線が第１の方向に沿って形成されたフレキシブル基板と、前記超音波素子アレイに対して送信信号を出力するための複数の端子を有する集積回路装置と、を含み、前記複数の信号電極線の各信号電極線は、前記複数の超音波素子のうちの一部の超音波素子の少なくとも１つの信号電極が前記基板上に延在形成されている電極層を有し、前記複数の信号電極線の各信号電極線の一端には、前記複数の信号端子のいずれかが接続され、前記複数の信号端子の各信号端子には、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかが接続され、前記第１の方向に交差する第２の方向に前記集積回路装置の長辺方向が沿うように、前記集積回路装置が前記フレキシブル基板に実装され、前記集積回路装置の前記複数の端子の各端子が、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかに接続されている超音波測定装置に関係する。
本発明の一態様によれば、フレキシブル基板に第１の方向に沿って形成された複数の信号線の各信号線が、超音波トランスデューサーデバイスの複数の信号端子のいずれかに接続され、その第１の方向に交差する第２の方向に集積回路装置の長辺方向が沿うように、集積回路装置がフレキシブル基板に実装され、集積回路装置の複数の端子の各端子がフレキシブル基板の複数の信号線のいずれかに接続される。これにより、超音波測定装置の小型化を実現することが可能になる。
また本発明の一態様では、前記複数の超音波素子の各超音波素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部とを有し、前記第１の電極又は前記第２の電極が前記少なくとも１つの信号電極として前記基板上に延在形成されていてもよい。
このようにすれば、基板上に延在形成された信号電極線によってトランスデューサー部の電極から超音波トランスデューサーデバイスの信号端子までを他の配線部材を介在させることなく接続することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記集積回路装置の前記複数の端子は、突起電極により構成され、前記集積回路装置は、前記フレキシブル基板に対してフリップチップ実装されていてもよい。
このようにすれば、集積回路装置をフリップチップ実装することで、例えばフラットパッケージなどによってフレキシブル基板に実装する場合よりも実装面積を削減でき、超音波測定装置をより小型化することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記集積回路装置は、前記送信信号を出力するための送信回路を前記複数の端子ごとに有し、複数の前記送信回路は、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記第２の方向に沿って配置されていてもよい。
このようにすれば、複数の送信回路が第２の方向に沿って配列されることにより、長細い集積回路装置を形成し、その長辺方向を第２の方向に沿って配置できる。これにより、集積回路装置の長辺を、超音波トランスデューサーデバイスの複数の信号端子に対向するように配置できるため、配置や配線が簡素となり、超音波測定装置を小型化できる。
また本発明の一態様では、前記集積回路装置は、前記複数の端子ごとに、当該端子に接続される送受信切り替えスイッチを有し、複数の前記送受信切り替えスイッチは、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記第２の方向に沿って配置されていてもよい。
このようにすれば、集積回路装置が複数の送受信切り替えスイッチを有することにより、送信回路からの送信信号が受信回路へ入力されることを抑制し、受信回路を電気的な破壊から保護することが可能となる。また、複数の送受信切り替えスイッチを第２の方向に沿って配列することで、長細い集積回路装置に対して効率よくレイアウト配置できる。
また本発明の一態様では、前記集積回路装置は、制御信号を入力するための制御端子を有し、前記制御端子は、前記集積回路装置の対向する短辺を第１の短辺及び第２の短辺とした場合に、前記第１の短辺及び前記第２の短辺の少なくとも一方に配置されていてもよい。
このようにすれば、長辺に沿って複数の送受信端子や複数の受信信号出力端子を配列し、それらの端子が配置されない短辺に制御端子を配置することで、集積回路装置の短辺を有効に活用することができる。
また本発明の一態様では、第２の複数の信号線が第３の方向に沿って形成された第２のフレキシブル基板と、前記超音波素子アレイに対して第２の送信信号を出力するための第２の複数の端子を有する第２の集積回路装置と、を含み、前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記基板上に配置された第２の複数の信号端子を有し、前記複数の信号電極線の各信号電極線の他端には、前記第２の複数の信号端子のいずれかが接続され、前記第２の複数の信号端子の各信号端子には、前記第２のフレキシブル基板の前記第２の複数の信号線のいずれかが接続され、前記第３の方向に交差する第４の方向に前記第２の集積回路装置の長辺方向が沿うように、前記第２の集積回路装置は前記第２のフレキシブル基板に実装され、前記第２の集積回路装置の前記第２の複数の端子の各端子が、前記第２の複数の信号線のいずれかに接続されていてもよい。
このようにすれば、超音波素子アレイを構成する複数の超音波素子列の両端から送信信号を印加することができる。これにより、例えば超音波素子列に接続された信号電極線が高抵抗である等の理由により送信信号が減衰する場合であっても、超音波素子列の両端から送信信号を印加することで、対称な超音波ビームを形成することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、前記複数の超音波素子の各超音波素子は、前記複数の開口のうちの対応する開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部と、を有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、を有してもよい。
このようにすれば、開口を塞ぐ振動膜を圧電素子により振動させる超音波素子によって超音波素子アレイの各超音波素子を構成することができる。これにより、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧の駆動信号で超音波素子を駆動することが可能になり、集積回路装置を低耐圧のプロセスで製造できるため、集積回路装置をコンパクトに形成することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記複数の信号端子は、前記超音波トランスデューサーデバイスの超音波出射方向側の面に配置され、前記複数の信号線の前記一端は、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線が形成された面と、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記超音波出射方向側の面とが対向するように、前記複数の信号端子に接続され、前記フレキシブル基板は、前記超音波出射方向の反対方向側に屈曲され、前記集積回路装置は、前記屈曲された前記フレキシブル基板の前記複数の信号線が形成された面に実装されていてもよい。
このようにすれば、超音波出射方向の反対方向側に屈曲されたフレキシブル基板の内側に集積回路装置を実装することができるため、超音波測定装置をより小型化することが期待できる。
また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数のコモン端子を有し、前記フレキシブル基板には、前記複数のコモン端子に共通接続されたコモン電極線が形成されていてもよい。
また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数のコモン端子を有し、前記フレキシブル基板には、複数のコモン電極線が形成され、前記複数のコモン端子の各コモン端子には、前記フレキシブル基板の前記複数のコモン電極線のいずれかが接続され、前記集積回路装置は、複数のコモン出力端子を有し、前記複数のコモン出力端子の各コモン出力端子は、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記複数のコモン電極線のいずれかに接続されてもよい。
また本発明の他の態様は、プローブのヘッドユニットであって、上記のいずれかに記載された超音波測定装置を含み、前記プローブのプローブ本体に対して着脱可能であるヘッドユニットに関係する。
また本発明の更に他の態様は、上記に記載された超音波測定装置と、リジッド基板である主基板と、を含み、前記主基板には、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記複数の信号端子からの受信信号を処理する受信回路が少なくとも配置されるプローブに関係する。
また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された超音波測定装置と、表示用画像データを表示する表示部と、を含む診断装置に関係する。
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、本実施形態の超音波素子の構成例。 本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 本実施形態の超音波測定装置の基本構成例。 本実施形態の超音波測定装置の基本構成例。 本実施形態の超音波測定装置の基本構成例。 本実施形態の超音波測定装置の基本構成例の動作説明図。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、ダミー端子についての説明図。 本実施形態の超音波測定装置の構成例の回路ブロック図。 本実施形態の超音波測定装置の詳細な構成例。 超音波プローブの構成例。 本実施形態の集積回路装置のレイアウト構成例。 超音波トランスデューサーデバイスにおけるコモン電極性の配線構成例。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、超音波トランスデューサーデバイスにおけるコモン電極性の配線構成例。 本実施形態の超音波測定装置の第２の基本構成例。 本実施形態の超音波測定装置の第２の詳細な構成例。 本実施形態の集積回路装置の第２のレイアウト構成例。 ヘッドユニットの構成例。 図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、ヘッドユニットの詳細な構成例。 図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）は、超音波プローブの構成例。 超音波診断装置の構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
１．超音波素子
上述したように、バルクの超音波素子を用いると、高耐圧の駆動ＩＣが必要となるため、装置の小型化が困難であるという課題がある。例えば、ポータブル式の超音波測定装置等では、そのプローブや装置本体を小型化するニーズがあるが、高耐圧の駆動ＩＣを搭載すると小型化が妨げられてしまう。
また上述した特許文献１では、超音波素子であるバルク圧電部材の電極がフレキシブル基板を介して送受信部に接続される。フレキシブル基板には、電極と送受信部を接続する配線のみが形成されているため、部品点数やコストが増加するという課題がある。
また、超音波素子を駆動するＩＣ（集積回路装置）のほぼ全てがリジッド基板である主基板に実装されることになるため、ＩＣはフラットパッケージで構成されることが想定され、主基板上でＩＣが大きな面積を占めてしまう。またバルク圧電部材を駆動するために１００Ｖ程度の高電圧に耐える半導体プロセスを用いる必要があるため、ＩＣの実装面積が大きくなる。このように特許文献１の手法では、例えばポータブル式の超音波測定装置等に適用した場合に装置の小型化が困難であるという課題がある。
また、上述のように実装面積が大きなＩＣを用いて装置を小型化しようとすると、駆動チャンネル数を減らすことで駆動ＩＣの面積や個数を減らすことになるため、超音波素子アレイのチャンネル数が減少するという課題がある。チャンネル数が減少すると超音波ビームの収束性が低下するため、超音波診断装置の重要な特性である分解能が低減してしまう。
以下では、このような課題を解決できる本実施形態の超音波測定装置について説明する。まず本実施形態の超音波測定装置に適用される超音波素子について説明する。
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に、本実施形態の超音波測定装置に適用される超音波素子１０の構成例を示す。この超音波素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極（第１電極層）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、上部電極（第２電極層）２２を有する。
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波素子１０の、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。
第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
開口（空洞領域）４０は、シリコン基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の開口部４５のサイズによって超音波の共鳴周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図１（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。
超音波素子１０の第１の電極は、第１電極層２１により形成され、第２の電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。
圧電体層３０は、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波素子１０は、薄手の圧電素子（圧電体層３０）と金属板（振動膜５０）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電体層３０が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜５０の寸法はそのままであるため反りが生じる。圧電体層３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。
この圧電体層３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。即ち、バルクの圧電素子を用いる場合に比べて低電圧で駆動することができ、駆動ＩＣを低耐圧の半導体プロセスで製造することが可能となる。これにより、超音波診断装置のコンパクト化や多チャンネル化を図ることが可能となる。
２．超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）
図２に、本実施形態の超音波測定装置に含まれる超音波トランスデューサーデバイス２００の構成例を示す。この超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波素子アレイ１００、第１〜第ｎの信号端子ＸＡ１〜ＸＡｎ（複数の信号端子）、第ｎ＋１〜第２ｎの信号端子ＸＢ１〜ＸＢｎ（第２の複数の信号端子）、第１のコモン端子ＸＡＣ、第２のコモン端子ＸＢＣを含む。
超音波素子アレイ１００は、ｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状に配置される複数の超音波素子１０、第１〜第ｎの信号電極線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍのコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍ、コモン電極線ＬＸＣを含む。超音波素子１０は、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した構成とすることができる。なお以下では、ｍ＝８、ｎ＝６４の場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、ｍ、ｎはこれ以外の値であってもよい。
図２に示すように、スライス方向ＤＬに向かって第１行〜第８行の超音波素子１０が配置され、スライス方向ＤＬに交差するスキャン方向ＤＳに向かって第１列〜第６４列の超音波素子１０が配置される。
第１〜第６４の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４は、超音波素子アレイ１００においてスライス方向ＤＬに沿って配線され、超音波素子アレイ１００の複数の超音波素子に駆動電圧を供給する。第１〜第６４の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４の一端には、第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４がそれぞれ接続され、第１〜第６４の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４の他端には、第６５〜第１２８の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４がそれぞれ接続される。この信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の第１電極層２１又は第２電極層２２が基板６０上に信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４まで延在形成されることにより、形成される。ここで、「基板６０上に延在形成される」とは、例えばＭＥＭＳプロセスや半導体プロセス等によって基板に導電層（配線層）が積層され、その導電層により少なくとも２点間（例えば超音波素子から信号端子まで）が接続されていることである。
第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、スライス方向ＤＬに交差するスキャン方向ＤＳに沿って配線され、超音波素子アレイ１００の複数の超音波素子にコモン電圧を供給する。第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、スライス方向ＤＬに沿って配線されたコモン電極線ＬＸＣに接続され、コモン電極線ＬＸＣの一端には第１のコモン端子ＸＡＣが接続され、コモン電極線ＬＸＣの他端には第２のコモン端子ＸＢＣが接続される。
上記の第１〜第６４の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４の各線は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）で説明した第１電極層２１及び第２電極層２２の一方に対応しており、第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８の各線は、第１電極層２１及び第２電極層２２の他方に対応する。
なお図２では、スライス方向ＤＬに並ぶ１列の超音波素子に対して１つの信号端子が対応する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、スライス方向ＤＬに並ぶ超音波素子の複数列に対して１つの信号端子が対応してもよい。即ち、同一の駆動信号が供給される１チャンネルに、１列の超音波素子が接続される場合に限らず、１チャンネルに、複数列の超音波素子が接続されてもよい。例えば、１チャンネルに６列の超音波素子が接続される場合、超音波素子アレイ１００はｍ行６ｎ列のマトリックスアレイ状となる。
また図２では、超音波素子アレイ１００がｍ行ｎ列のマトリックス状の配置である場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、複数の単位要素（超音波素子）が２次元的に規則性を持って配置されたアレイ状の配置であればよい。例えば、超音波素子アレイ１００は千鳥状の配置であってもよい。ここでマトリックス状の配置とは、ｍ行ｎ列の格子状配置であり、格子が矩形状の場合だけでなく、格子が平行四辺形状に変形した場合を含む。千鳥状の配置とは、超音波素子ｍ個の列と超音波素子ｍ−１個の列が交互に並び、ｍ個の列の超音波素子が、（２ｍ−１）行の中の奇数行に配置され、ｍ−１個の列の超音波素子が、（２ｍ−１）行の中の偶数行に配置される配置である。
３．超音波測定装置の基本構成
図３〜図５に、本実施形態の超音波測定装置の基本構成例を示す。この超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、第１のフレキシブル基板１３０と、第２のフレキシブル基板１４０と、第１のフレキシブル基板１３０に実装される第１の集積回路装置１１０と、第２のフレキシブル基板１４０に実装される第２の集積回路装置１２０を含む。なお以下では適宜、超音波トランスデューサーデバイス２００を素子チップとも呼ぶ。
図３に示すように、フレキシブル基板１３０には、第１の方向Ｄ１に沿って第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４（複数の信号線）が配線される。その第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、図２で説明した素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続される。図３に示すように、第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４は、素子チップ２００の超音波出射方向側の面ＳＹＭに形成されている。即ち、図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０が形成される側の基板６０の面に形成されている。
図３の例では、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、フレキシブル基板１３０の外側（紙面に向かって手前側）からスルーホールＶＩ１〜ＶＩ６４を介してフレキシブル基板１３０の内側（紙面に向かって奥側）に延長され、超音波出射方向側の面ＳＹＭで第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続されている。この場合、集積回路装置１１０は、フレキシブル基板１３０の外側に実装されることになる。
図４の例では、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、フレキシブル基板１３０の内側（紙面に向かって右側）に形成されており、そのまま素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続されている。即ち、フレキシブル基板１３０の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４が形成された面が、素子チップ２００の超音波出射方向側の面ＳＹＭに対向するように、信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４が信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続される。そして、フレキシブル基板１３０は、超音波出射方向の反対方向側（素子チップ２００の裏面ＲＩＭ側）に屈曲され、集積回路装置１１０は、フレキシブル基板１３０の内側に実装される。このように集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０の内側に実装することで、プローブヘッドをよりコンパクトに構成できる。
ここで、「超音波出射方向の反対方向側に屈曲される」とは、フレキシブル基板１３０の端部（素子チップ２００に接続されない側の端部）が、少なくとも素子チップ２００の裏面ＲＩＭ側にくるようにフレキシブル基板１３０が湾曲していることである。例えば、図１０や図１８（Ｃ）等に示すように、フレキシブル基板１３０の端部が素子チップ２００の裏面ＲＩＭに回り込むようにフレキシブル基板１３０を湾曲させることである。この例では、その裏面ＲＩＭに回り込んだレキシブル基板１３０の端部は、コネクター４２１に接続される。
図５に示すように、集積回路装置１１０には、集積回路装置１１０の第１の長辺ＨＬ１に沿って第１〜第６４の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４（複数の送信端子）が配列され、集積回路装置１１０の第２の長辺ＨＬ２に沿って第１〜第６４のダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４（複数のダミー端子）が配列される。また集積回路装置１１０には、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１、第２の短辺ＨＳ２に沿って制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４を配列することができる。これらの端子はバンプ端子であり、例えば集積回路装置１１０のパッド端子に対して金属メッキを施すことにより形成する。あるいは、集積回路装置１１０の素子形成面に対して、絶縁層となる樹脂層と、金属配線と、その金属配線に接続されるバンプ端子と、を形成してもよい。
ここで、「ダミー端子」とは、例えば送信信号や受信信号、制御信号等の信号を入出力しない端子であり、例えばバンプ端子のみが形成され、そのバンプ端子に回路が接続されていない端子である。なお、ダミー端子は、製造プロセスのテスト工程において信号入出力を行うテスト端子を含んでもよい。また、ダミー端子には、静電保護回路が接続されていてもよい。
集積回路装置１１０は、その長辺が第２の方向Ｄ２に沿うようにフレキシブル基板１３０に対して実装される。ここで第２の方向Ｄ２は、第１の方向Ｄ１に交差する方向であり、具体的には第１の方向Ｄ１に直交する方向である。実装時において、集積回路装置１１０の第１〜第６４の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と第１〜第６４のダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４は、フレキシブル基板１３０の第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４に接続される。第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、フレキシブル基板１３０の一端側で素子チップ２００に接続され、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の他端は、フレキシブル基板１３０の他端まで延伸され、例えば後段の回路基板に接続するためのコネクター端子等に接続されている。集積回路装置１１０の実装側からフレキシブル基板１３０を見た平面視において、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４は、集積回路装置１１０の下を通ることとなる。
図６に、本実施形態の超音波測定装置の基本構成例の動作説明図を示す。図６に示すように、超音波の送信時には、複数の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信信号が、複数の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４とを介して超音波トランスデューサーデバイス２００の複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対して入力される。即ち、集積回路装置１１０は、第１〜第６４の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４を介して素子チップ２００に送信信号（以下、駆動信号とも呼ぶ）を出力する。素子チップ２００は、その送信信号により超音波を出射し、その超音波が観察対象から反射され、その反射波が素子チップ２００により受信される。この超音波の受信時には、超音波トランスデューサーデバイス２００の複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４からの受信信号が、複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の他端から出力される。即ち、反射波の受信により発生した受信信号は、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４を介して、後段の受信回路（例えば図８（Ａ）のアナログフロントエンド回路５５０）に出力される。このような動作を実現する集積回路装置１１０の回路構成については、後述する。
図５に示すように、実装時において集積回路装置１１０の制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４は、フレキシブル基板１３０の制御信号線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ４に接続される。制御信号線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ４には、例えば図８（Ａ）の送受信制御回路５６０から送信パルス信号や送受信制御信号が供給され、集積回路装置１１０は、その送信パルス信号や送受信制御信号に基づいて送信信号を生成する。また、図示を省略しているが、集積回路装置１１０にはコモン出力端子を設けることができる。コモン出力端子は、フレキシブル基板１３０上の配線を介して図２の素子チップ２００のコモン端子ＸＡＣに対してコモン電圧を供給する。
上記のような集積回路装置１１０の実装は、図４に示すように、異方性導電フィルム１１５（ACF: Anisotropic Conductive Film）を用いたフリップチップ実装（ベアチップ実装）により実現される。具体的には、異方性導電フィルム１１５は、金属微粒子等の導電粒子を含んだ樹脂フィルムである。この異方性導電フィルム１１５を間に挟んで集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に接着し、異方性導電フィルム１１５を熱硬化させると、異方性導電フィルム１１５が硬化収縮し、その硬化収縮によって集積回路装置１１０とフレキシブル基板１３０が引き合う。そして、集積回路装置１１０の突起端子（バンプ）が導電粒子を押しつぶすことによりフレキシブル基板１３０の配線に対して導通し、その突起端子が硬化収縮の力に対抗することにより集積回路装置１１０を支える。端子に圧迫されていない部分のフィルムは、樹脂によって導電粒子間が絶縁状態に保たれており、端子のショートは生じないようになっている。
このように異方性導電フィルム１１５を用いてフレキシブル基板１３０に対してフリップチップ実装を行うことで、フラットパッケージの集積回路装置をリジッド基板に対して実装する場合に比べて実装面積を削減できる。また、本実施形態の素子チップ２００は上述のように１０〜３０Ｖ程度で駆動可能であるため集積回路装置１１０を小型化できる。そのため、高耐圧の集積回路装置が必要なバルク圧電素子では困難な、フリップチップ実装による小型化を容易に実現できる。なお、フリップチップ実装は、例えば、素子形成面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースダウン実装である。或は、素子形成面の裏面をフレキシブル基板１３０側にして実装するフェースアップ実装であってもよい。
さて、図７（Ａ）に、ダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４を設けない場合の集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に実装した部分の断面図を示す。図７（Ａ）に示すように、集積回路装置１１０の片側（長辺の一方）のみに送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が存在すると、異方性導電フィルム１１５の硬化収縮の力が、端子が無い側と有る側とで不均衡を生じる。この不均衡により、端子が無い側には、集積回路装置１１０とフレキシブル基板１３０が引き合う力ＦＡが生じる。一方、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が存在する側には、力ＦＡにより送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を持ち上げる力ＦＢが生じるため、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４から浮いてしまう可能性がある。
この点、本実施形態では、集積回路装置１１０の第１の長辺に送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を設け、第２の長辺にダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４を設けている。これにより、図７（Ｂ）に示すように、異方性導電フィルム１１５の硬化収縮の力ＦＣに対して、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が対抗する力ＦＥとダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４が対抗する力ＦＤとが釣り合うため、力が均衡し、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４との導通を保つことができる。
なお、本実施形態では異方性導電フィルム１１０（ＡＣＦ）による実装に限定されず、例えばＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）やＮＣＦ（Non-Conductive Film）、ＮＣＰ（Non-Conductive Paste）等を用いて集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に実装してもよい。
フレキシブル基板１４０及び集積回路装置１２０についても、上記と同様にして構成される。即ち、図４に示すように、フレキシブル基板１４０には第３の方向Ｄ３に沿って信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４（第２の複数の信号線）が形成される。その信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４の一端は、図２に示す素子チップ２００の信号端子ＸＢ１〜ＸＢ６４に接続される。集積回路装置１２０は、第３の方向Ｄ３に交差（例えば直交）する第４の方向Ｄ４に集積回路装置１２０の長辺方向が沿うように、異方性導電フィルム１２５によりフレキシブル基板１４０に実装される。実装時において集積回路装置１２０の送信端子ＴＴＢ１〜ＴＴＢ６４（第２の複数の送信端子）とダミー端子ＴＤＢ１〜ＴＤＢ６４（第２の複数のダミー端子）は、フレキシブル基板１４０の信号線ＬＴＢ１〜ＬＴＢ６４に接続される。なお、第３の方向Ｄ３は第１の方向Ｄ１に平行であることが望ましく、第４の方向は第２の方向に平行であることが望ましい。
このように２つの集積回路装置１１０、１２０を設け、図２の超音波素子アレイ１００を端子ＸＡ１〜ＸＡ６４側と端子ＸＢ１〜ＸＢ６４側の両方から駆動することで、対称な超音波ビーム形状を実現できる。即ち、信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４が高抵抗の場合には、駆動信号の減衰によってスライス方向ＤＬでの超音波ビーム形状が非対称となる可能性があるが、本実施形態のように両側駆動を行うことでスライス方向ＤＬでの超音波ビーム形状を対称にできる。
なお本実施形態では、上記のような両側駆動に限定されず、片側駆動を行ってもよい。即ち、フレキシブル基板１３０及び集積回路装置１１０のみを設け、素子チップ２００の片側の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４のみから駆動信号を供給してもよい。
４．超音波測定装置の詳細構成
図８に、超音波測定装置の構成例の回路ブロック図を示す。この超音波測定装置は、素子チップ２００、集積回路装置５００、アナログフロントエンド回路５５０、送受信制御回路５６０を含む。なお以下では集積回路装置５００が図３〜図６の集積回路装置１１０に対応する場合を例に説明するが、集積回路装置５００は集積回路装置１２０に対応してもよいし、集積回路装置１１０及び１２０の両方を含んでもよい。
送受信制御回路５６０は、集積回路装置５００に対して、超音波の送信制御や受信制御を行う。送受信制御回路５６０は、その制御信号を、図５の制御信号線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ４と制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４を介して集積回路装置５００へ供給する。
アナログフロントエンド回路５５０には、素子チップ２００からフレキシブル基板１３０を介して受信信号が入力され、アナログフロントエンド回路５５０は、その受信信号に対して例えば増幅処理やＡ／Ｄ変換処理等の受信処理を行う。またアナログフロントエンド回路５５０は、集積回路装置５００が出力する高電圧の送信信号を制限するリミッター回路５７０を含む。素子チップ２００を駆動する集積回路装置５００は１０〜３０Ｖ程度で動作しており、アナログフロントエンド回路５５０は数Ｖで動作するため、送信信号がそのままアナログフロントエンド回路５５０に入力されるとアナログフロントエンド回路５５０が破壊（静電破壊）される可能性がある。そのため、リミッター回路５７０を設け、送信信号がアナログフロントエンド回路５５０に入力されないようにしている。なお、リミッター回路５７０ではなく、超音波の送信期間にオフになるスイッチ素子を設けてもよい。
集積回路装置５００は、送受信制御回路５６０からの送信パルス信号を増幅する送信回路５２０を含む。図９に、集積回路装置５００に対応する集積回路装置１１０の詳細な構成例を示す。この集積回路装置１１０は、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４を含む。第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は図８の送信回路５２０に対応する。なお集積回路装置１２０についても同様に構成できる。
超音波の送信期間において、送受信制御回路５６０は、端子群ＴＰを介して第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４へ送信パルス信号を供給する。ここで端子群ＴＰは、図５の制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４に含まれる端子である。第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、供給された送信パルス信号を増幅し、その送信パルス信号を第１〜第６４の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介して超音波素子アレイ１００へ出力する。
超音波の受信期間において、超音波素子アレイ１００は観察対象からの超音波の反射波を受信し、その受信信号が第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ入力される。受信信号は、送信信号に比べて微弱（電圧振幅が小さい）ため、リミッター回路５７０で制限されずに通過し、アナログフロントエンド回路５５０の受信回路等に入力される。
位相走査を行う場合には、送受信制御回路５６０は、送信信号や受信信号の位相制御を行う不図示の位相制御回路（遅延回路）を含むことができる。具体的には、位相制御回路は、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信パルス信号を遅延させ、超音波ビームの位相走査を行う。ここで位相走査とは、送信信号の間の位相差を制御することで、超音波の放射方向（ビーム方向）を走査することである。そして、受信期間では、アナログフロントエンド回路５５０が、送信時の位相差に応じて受信信号を遅延させ、受信信号間の位相を揃え、受信処理を行う。
またリニアスキャンを行う場合には、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて、送信信号を出力する送信回路が選択される。具体的には、１度に８チャンネルを駆動するリニアスキャンを例にとると、第１の送信期間において第１〜第８の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８が送信パルス信号を出力し、次に第２の送信期間には第２〜第９の送信回路ＴＸ２〜ＴＸ９が送信信号を出力する。このように、駆動する超音波素子列を順次ずらしながら超音波素子アレイ１００を駆動する。
受信時には、まず第１の受信期間には第１〜第８の信号線ＬＴ１〜ＴＬ８からの受信信号をアナログフロントエンド回路５５０が受信し、次に第２の受信期間には第２〜第９の信号線ＬＴ２〜ＬＴ９からの受信信号をアナログフロントエンド回路５５０が受信する。このように、受信する超音波素子列を順次ずらしながら超音波を受信する。
なお、本実施形態の超音波測定装置は上記の構成に限定されず、例えばリニアスキャンを行わず位相走査のみを行う構成としてもよいし、或は位相走査を行わずリニアスキャンのみを行う構成としてもよい。
５．超音波プローブ
図１０に、本実施形態の超音波測定装置を含む超音波プローブの構成例を示す。この超音波プローブは、筐体６００、音響部材６１０、素子チップ２００（超音波トランスデューサーデバイス）、集積回路装置１１０、１２０、フレキシブル基板１３０、１４０、コネクター４２１〜４２４、リジッド基板４３１〜４３３、集積回路装置４４１〜４４８、回路素子４５１〜４５５を含む。
音響部材６１０は、例えば音響整合層や音響レンズなどで構成され、素子チップ２００と観察対象との間の音響インピーダンスの整合や、超音波ビームの収束などを行う。集積回路装置１１０、１２０を実装したフレキシブル基板１３０、１４０は、コネクター４２１、４２２によりリジッド基板４３２に接続される。リジッド基板４３１〜４３３はコネクター４２３、４２４により接続されており、リジッド基板４３１〜４３３には集積回路装置４４１〜４４８と回路素子４５１〜４５５が実装されている。
集積回路装置４４１〜４４８には、図８（Ａ）等で説明したアナログフロントエンド回路５５０や送受信制御回路５６０が含まれている。また、集積回路装置４４１〜４４８は、例えば超音波プローブを接続する超音波診断装置の本体部との通信処理を行う通信処理回路や、画像処理を行う画像処理回路などを含むことができる。回路素子４５１〜４５５としては、例えば抵抗素子やキャパシター、コイル、電子ボタン、スイッチ等の種々の回路素子を用いることができる。
６．集積回路装置のレイアウト構成
図１１に、図９等で説明した本実施形態の集積回路装置のレイアウト構成例を示す。この集積回路装置１１０は、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、第１の制御回路ＣＴＳ１、第２の制御回路ＣＴＳ２を含む。なお図１１では、第１の集積回路装置１１０を例にレイアウト構成例を説明するが、第２の集積回路装置１２０についても同様にレイアウト構成できる。
第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、集積回路装置１１０の長辺方向に沿って配列される。ここで集積回路装置１１０の長辺は、第１の長辺ＨＬ１と第２の長辺ＨＬ２である。第１の長辺ＨＬ１は、実装時において素子チップ２００の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対向する辺であり、送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が配列される辺である。第２の長辺ＨＬ２は第１の長辺ＨＬ１に対向する辺であり、ダミー端子ＴＤ１〜ＴＤ６４が配列される辺である。このような配置にすることで、集積回路装置１１０が長辺方向に長細い矩形状に構成されるため、素子チップ２００の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対して集積回路装置１１０の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を対向させることができる。これにより、端子間の配線が簡素になり、フレキシブル基板１３０に対してコンパクトに実装することが可能となる。
第１の制御回路ＣＴＳ１は、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１側に配置される。また第２の制御回路ＣＴＳ２は、集積回路装置１１０の第２の短辺ＨＳ２側に配置される。制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、送受信制御回路５６０からの制御信号に基づいて、超音波の送信制御を行う。また制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、コモン電圧を生成して素子チップ２００に供給してもよい。このように制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を短辺側に配置することで、短辺に制御端子を配置でき、長辺方向に長細い形状を保ったまま短辺を有効に活用できる。
さて上述のように、例えばポータブル式の超音波測定装置等では、そのプローブや装置本体を小型化するニーズがあるという課題がある。また、フレキシブル基板に配線のみを形成すると部品点数やコストが増加するという課題や、駆動ＩＣの面積や個数を減らすことにより超音波素子アレイのチャンネル数が減少するという課題がある。
この点、本実施形態では、超音波測定装置は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、フレキシブル基板１３０と、集積回路装置１１０と、を含む。超音波トランスデューサーデバイス２００は、基板６０と、基板６０上に配置された複数の超音波素子１０を有する超音波素子アレイ１００と、基板６０上に形成され、超音波素子アレイ１００と電気的に接続される複数の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４と、基板６０上に配置された複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４と、を有する。図３等で説明したように、フレキシブル基板１３０には、複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４が第１の方向Ｄ１に沿って形成される。集積回路装置１１０は、超音波素子アレイ１００に対して送信信号を出力するための複数の端子（複数の信号端子ＴＴ１〜ＴＴ６４）を有する。
そして、図１（Ｃ）、図２で説明したように、複数の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４の各信号電極線は、複数の超音波素子１０のうちの一部の超音波素子の少なくとも１つの信号電極（電極層２１又は電極層２２）が基板６０上に延在形成されている電極層を有する。複数の信号電極線ＬＸ１〜ＬＸ６４の各信号電極線の一端には、複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４のいずれかが接続される。複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４の各信号端子には、フレキシブル基板１３０の複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４のいずれかが接続される。第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に集積回路装置１１０の長辺方向が沿うように、集積回路装置１１０がフレキシブル基板１３０に実装される。集積回路装置１１０の複数の端子（ＴＴ１〜ＴＴ６４）の各端子が、フレキシブル基板１３０の複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４のいずれかに接続されている。
例えば本実施形態では、集積回路装置１１０の信号端子ＴＴ１は、フレキシブル基板１３０の信号線ＬＴ１を介して超音波トランスデューサーデバイス２００の信号端子ＸＡ１に接続される。即ち、集積回路装置１１０の複数の端子（ＴＴ１〜ＴＴ６４）の各端子は、フレキシブル基板１３０の複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４のうち対応する信号線を介して、複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４の少なくとも一つと電気的に接続されている。
このような本実施形態によれば、フレキシブル基板１３０が第１の方向Ｄ１側で超音波トランスデューサーデバイス２００に接続され、第２の方向Ｄ２に長辺方向が沿うように集積回路装置１１０がフレキシブル基板１３０に実装される。これにより、複数の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が超音波トランスデューサーデバイス２００の複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対して対向するように、集積回路装置１１０を基板１３０に実装することが可能となる。そして、その対向する複数の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と複数の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４を基板１３０上の配線で接続することで、超音波プローブや超音波診断装置の小型化を実現できる。
また、駆動ＩＣである集積回路装置１１０を超音波トランスデューサーデバイス２００に近いフレキシブル基板１３０上に配置できるため、リジッド基板上にフラットパッケージの駆動ＩＣを実装する場合に比べて、部品点数やコストを削減できる。また、駆動チャンネル数を減らすことなく小型化を実現できるため、分解能を低下させることなく装置の小型化を実現できる。
なお上記では、複数の送信端子、複数の信号線、複数の送信回路が、それぞれ６４個である場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、任意のｎ個（ｎは２以上の自然数）であってもよい。ｎ個は、例えば超音波素子アレイ１００のチャンネル数に合わせて設定すればよい。
さて、バルクタイプの超音波プローブヘッドでは、圧電素子の電極は基板から離れており、基板上の端子や配線と圧電素子の電極を接続するためには、何らかの配線部材が必要である。
この点、本実施形態では、図１（Ａ）等で説明したように、複数の超音波素子の各超音波素子１０は、第１の電極（第１電極層２１）と、第２の電極（第２電極層２２）と、第１の電極と第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部（圧電体膜３０）とを有する。そして、第１の電極又は第２の電極が、上述した少なくとも１つの信号電極として基板６０上に延在形成されている。
このようにすれば、超音波素子の電極形成工程において同時に信号電極線を形成することが可能となり、その基板６０上に延在形成された信号電極線によってトランスデューサー部の電極から素子チップ２００の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４までを他の配線部材を介在させることなく接続できる。これにより、プローブヘッドの構成を簡素化し、プローブヘッドを小型化できる。また、超音波トランスデューサーデバイス２００の製造工程を簡素化できる。
なお、本実施形態ではトランスデューサー部が圧電体膜３０である場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、第１の電極と第２の電極の間にトランスデューサー部として真空層を設け、第１の電極と第２の電極が電気的に引力・反発力を生じることで超音波を発生させてもよい。
また本実施形態では、図５等で説明したように、基板１３０に対する平面視において、集積回路装置１１０の下方に複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４が配線された状態で、集積回路装置１１０が上方向から基板１３０に実装される。
このようにすれば、複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４により受信信号を後段の受信回路等へ出力し、集積回路装置１１０から複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４へ送信信号を出力できる。また、複数の送信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が第２の方向Ｄ２に沿って配列されていることで、第１の方向に沿って配線された複数の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４に対して上方から集積回路装置１１０を実装することが可能となる。これにより、コンパクトな実装が可能となる。
７．コモン電極線の配線構成
図１２に、図２等で説明した超音波トランスデューサーデバイス２００におけるコモン電極性の配線構成例を示す。図１２には、超音波素子アレイ１００の構成の一部を模式的に示す。
図１２に示すように、超音波素子を構成する圧電体層の各々（例えばＰＥ１）に対して、一組の信号電極線（ＬＸ１）とコモン電極線（ＬＸＣ１）が対応して形成される。より具体的には、この一組の信号電極線とコモン電極線は、図２におけるスライス方向ＤＬの１列（又は１チャンネル）の超音波素子に対応して形成されている。コモン電極線ＬＸＣ１〜ＬＸＣ４は、素子チップ２００上では１つに接続されず、超音波素子列の各々に対応して個別に形成される。この場合、例えばフレキシブル基板１３０（又は１４０）上でコモン電極線を１つの共通配線に接続し、その共通配線に対して集積回路装置１１０（又は１２０）がコモン電圧を供給すればよい。
このようにすれば、素子チップ２００上の配線よりもフレキシブル基板１３０上の配線の方が一般的に低抵抗であるため、フレキシブル基板１３０上でコモン電極線を１つに接続することで、安定した（配線抵抗による電圧ドロップ等が小さい）コモン電圧を供給できる。
また図１２では、超音波トランスデューサーデバイス２００が、複数のコモン電極線ＬＸＣ１〜ＬＸＣ４に各々対応する複数のコモン端子を有し、フレキシブル基板１３０には、その複数のコモン端子に接続される複数のコモン電極線が形成され、集積回路装置１１０は、複数のコモン出力端子を有し、その複数のコモン出力端子の各コモン出力端子は、集積回路装置１１０をフレキシブル基板１３０に対して実装した時に複数のコモン電極線のいずれかに接続されてもよい。
このようにすれば、個々のコモン電極線に対して種々の信号を入力することが可能となる。例えば、個々のコモン電極線の電圧を細かく制御してもよいし、あるいは、信号電極線に対して正極性の駆動信号を入力し、コモン電極線に対して負極性の駆動信号を入力してもよい。
なお、本実施形態のコモン電極性の配線構成はこれに限定されず、コモン電極線を素子チップ２００上で１つの共通配線で形成してもよい。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に、コモン電極線を素子チップ２００上で１つの共通配線で形成する場合のコモン電極性の配線構成例を示す。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示すＣＣ’断面における断面図である。
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、超音波素子を構成する圧電体層の各々（例えばＰＥ１）に対して、１つの信号電極線（ＬＸ１）が形成される。より具体的には、スライス方向ＤＬの１列（又は１チャンネル）の超音波素子に対応して１つの信号電極線が形成されている。コモン電極線ＬＸＣは、圧電体層ＰＥ１〜ＰＥ４（の少なくとも一部）を覆うように、共通配線として形成される。この場合、フレキシブル基板１３０（又は１４０）上には例えば１つのコモン電極線のみが配線され、そのコモン電極線に対して集積回路装置１１０（又は１２０）がコモン電圧を供給すればよい。
このようにすれば、素子チップ２００上でコモン電極線を共通化することで、フレキシブル基板１３０上のコモン電極線を減らすことができ、フレキシブル基板１３０上の配線パターンを簡素化できる。
８．超音波測定装置の第２基本構成
上記では、集積回路装置１１０が送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４のみを含む場合を例に説明したが、本実施形態ではこれに限定されず、集積回路装置１１０は更にスイッチ素子やマルチプレクサーを含んでもよい。以下では、この場合の超音波測定装置の構成例について説明する。なお以下では第１のフレキシブル基板１３０に実装される第１の集積回路装置１１０を例に説明するが、第２のフレキシブル基板１４０に実装される第２の集積回路装置１２０についても同様に構成できる。
図１４に、超音波測定装置の第２の基本構成例を示す。図１４に示すように、フレキシブル基板１３０には、第１の方向Ｄ１に沿って第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４（複数の信号線）が配線される。また、フレキシブル基板１３０には、第１の方向Ｄ１に沿って第１〜第６４の受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４（複数の受信信号線）が配線される。
フレキシブル基板１３０に形成された第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の一端は、図２で説明した素子チップ２００の第１〜第６４の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に接続される。
図１４に示すように、集積回路装置１１０には、集積回路装置１１０の第１の長辺ＨＬ１に沿って第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４（複数の送受信端子）が配列され、集積回路装置１１０の第２の長辺ＨＬ２に沿って第１〜第６４の受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４（複数の受信信号出力端子）が配列される。また集積回路装置１１０には、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１、第２の短辺ＨＳ２に沿って制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４を配列することができる。これらの端子はバンプ端子であり、例えば集積回路装置１１０のパッド端子に対して金属メッキを施すことにより形成する。あるいは、集積回路装置１１０の素子形成面に対して、絶縁層となる樹脂層と、金属配線と、その金属配線に接続されるバンプ端子と、を形成してもよい。
この集積回路装置１１０は、その長辺が第２の方向Ｄ２に沿うようにフレキシブル基板１３０に対して実装される。実装時において、集積回路装置１１０の第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４は、フレキシブル基板１３０の第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４の他端に接続される。また集積回路装置１１０の第１〜第６４の受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４は、フレキシブル基板１３０の第１〜第６４の受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４の一端に接続される。
次に、上記第２の基本構成例の動作について説明する。集積回路装置１１０は、第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４と第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４を介して素子チップ２００に送信信号を出力する。素子チップ２００は、その送信信号により超音波を出射し、その超音波が観察対象から反射され、その反射波が素子チップ２００により受信される。反射波の受信により発生した受信信号は、第１〜第６４の信号線ＬＴ１〜ＬＴ６４と第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介して集積回路装置１１０に入力され、第１〜第６４の受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４と第１〜第６４の受信信号線ＬＲ１〜ＬＲ６４を介して、後段の受信回路（例えば図８のアナログフロントエンド回路５５０）に出力される。
図１４に示すように、実装時において集積回路装置１１０の制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４は、フレキシブル基板１３０の制御信号線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ４に接続される。制御信号線ＬＣＡ１〜ＬＣＡ４、ＬＣＢ１〜ＬＣＢ４には、例えば図８の送受信制御回路５６０から送信パルス信号や送受信制御信号が供給され、集積回路装置１１０は、その送信パルス信号や送受信制御信号に基づいて送信信号を生成したり、送受信の切り替え制御を行う。また、図示を省略しているが、集積回路装置１１０にはコモン出力端子を設けることができる。コモン出力端子は、フレキシブル基板１３０上の配線を介して図２の素子チップ２００のコモン端子ＸＡＣに対してコモン電圧を供給する。
９．超音波測定装置の第２詳細構成
図１５に、上記第２の基本構成例における集積回路装置１１０の詳細な構成例を示す。この集積回路装置１１０は、マルチプレクサー５１０、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４（複数の送受信切り替えスイッチ）を含む。なお、この構成例を図８に適用した場合、リミッター回路５７０は不要である。
超音波の送信期間において、送受信制御回路５６０は、端子群ＴＰを介して第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４へ送信パルス信号を供給する。ここで端子群ＴＰは、図１４の制御端子ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４に含まれる端子である。第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、供給された送信パルス信号を増幅してマルチプレクサー５１０へ出力する。マルチプレクサー５１０は、増幅された送信パルス信号を第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介して超音波素子アレイ１００へ出力する。
超音波の送信期間では、第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、送受信制御回路５６０からの指示に基づいてオフになっており、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信パルス信号がアナログフロントエンド回路５５０へ出力されないようになっている。アナログフロントエンド回路５５０は、一般的に数Ｖ程度の電圧で動作しており、１０〜３０Ｖ程度の振幅を持つ送信パルス信号によって破壊されないように送信パルス信号を遮断している。
超音波の受信期間において、超音波素子アレイ１００は観察対象からの超音波の反射波を受信し、その受信信号が第１〜第６４の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４を介してマルチプレクサー５１０に入力される。マルチプレクサー５１０は、その受信信号を第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４へ出力する。第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、超音波素子アレイ１００音波の受信期間ではオンになっており、第１〜第６４の受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４を介してアナログフロントエンド回路５５０へ受信信号を出力する。
位相走査を行う場合には、マルチプレクサー５１０は、送信信号や受信信号の位相制御を行う位相制御回路（遅延回路）を含むことができる。具体的には、位相制御回路は、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４からの送信パルス信号を遅延させ、超音波ビームの位相走査を行う。ここで位相走査とは、送信信号の間の位相差を制御することで、超音波の放射方向（ビーム方向）を走査することである。そして、受信期間では、位相制御回路は、送信時の位相差に応じて受信信号を遅延させ、受信信号間の位相を揃えてアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。
またリニアスキャンを行う場合には、マルチプレクサー５１０は、送受信制御回路５６０からの指示に基づいて送信信号や受信信号のスイッチング制御を行う。具体的には、１度に８チャンネルを駆動するリニアスキャンを例にとると、送信期間において第１〜第８の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８が送信パルス信号を出力する。第９〜第６４の送信回路ＴＸ９〜ＴＸ６４は、非動作モード（例えばパワーセーブモードやパワーダウンモード）に設定される。そして、マルチプレクサー５１０は、８つの送信パルス信号を、まず第１の送信期間には第１〜第８の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ８へ出力し、次に第２の送信期間には第２〜第９の送受信端子ＴＴ２〜ＴＴ９へ出力し、というように、駆動する超音波素子列を順次ずらしながら超音波素子アレイ１００を駆動する。
受信時には、まず第１の受信期間には第１〜第８の送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ８から受信信号が入力され、次に第２の受信期間には第２〜第９の送受信端子ＴＴ２〜ＴＴ９から受信信号が入力され、というように、受信する超音波素子列を順次ずらしながら超音波を受信する。そして、マルチプレクサー５１０は、その８つの受信信号を第１〜第８のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８へ出力する。第１〜第８のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８はオンになっており、第９〜第６４のスイッチ素子ＳＷ９〜ＳＷ６４はオフになっている。
なお、本実施形態では超音波測定装置がリニアスキャンのみを行ってもよい。この場合、集積回路装置１１０は、送信回路ＴＸとして第１〜第８の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８を含み、送受信切替回路５３０として第１〜第８のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８を含む。そして、送信時には第１〜第８の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８が送信信号を出力し、マルチプレクサー５１０が送信チャンネルをスキャンする。受信時にはマルチプレクサー５１０が受信チャンネルをスキャンし、第１〜第８のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８が受信信号をアナログフロントエンド回路５５０へ出力する。
また、本実施形態ではマルチプレクサー５１０を省略して構成してもよい。この場合、位相走査を行う際には、送受信制御回路５６０が送信パルス信号の遅延を制御し、その位相差を持った送信パルス信号を第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４へ供給する。受信時には、アナログフロントエンド回路５５０が受信信号の位相差に応じた遅延制御を行う。またリニアスキャンを行う際には、まず第１の送信期間には第１〜第８の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ８が送信し、次に第２の送信期間には第２〜第９の送信回路ＴＸ２〜ＴＸ９が送信し、というように、送信信号を出力する送信回路を順次切り替える。そして、受信時には、まず第１の受信期間には第１〜第８のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８がオンになり、次に第２の受信期間には第２〜第９のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８がオンになり、というように、オンするスイッチ素子を順次切り替える。
１０．集積回路装置の第２レイアウト構成
図１６に、上記第２の詳細な構成例における集積回路装置１１０のレイアウト構成例を示す。この集積回路装置１１０は、第１〜第６４のマルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４、第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４、第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４、第１の制御回路ＣＴＳ１、第２の制御回路ＣＴＳ２を含む。
第１〜第６４のマルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４は、集積回路装置１１０の第１の長辺ＨＬ１に沿って配列される。第１の長辺ＨＬ１は、実装時において素子チップ２００の信号端子ＸＡ１〜ＸＡ６４に対向する辺であり、送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４が配列される辺である。なお第１〜第６４のマルチプレクサーＭＵＸは、図１６のようにセル化して配置されてもよいし、あるいは一体の回路ブロックとして形成してもよい。一体の回路ブロックとして形成する場合には、その回路ブロックの長辺が第１の長辺ＨＬ１に沿うように配置する。このような配置にすることで、第１〜第６４のマルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４を送受信端子ＴＴ１〜ＴＴ６４に対応して近い位置に配置できるため、効率の良いレイアウトを実現できる。
第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、集積回路装置１１０の第２の長辺ＨＬ２に沿って配列される。第２の長辺ＨＬ２は、受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４が配列される辺である。第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４は、図１６のようにセル化して配置される。このような配置にすることで、第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４を受信信号出力端子ＴＲ１〜ＴＲ６４に対応して近い位置に配置できるため、効率の良いレイアウトを実現できる。
第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、第１〜第６４のマルチプレクサーＭＵＸ１〜ＭＵＸ６４と第１〜第６４のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６４との間に、長辺方向に沿って配列される。第１〜第６４の送信回路ＴＸ１〜ＴＸ６４は、図１６のようにセル化して配置される。
第１の制御回路ＣＴＳ１は、集積回路装置１１０の第１の短辺ＨＳ１側に配置される。また第２の制御回路ＣＴＳ２は、集積回路装置１１０の第２の短辺ＨＳ２側に配置される。制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、送受信制御回路５６０からの制御信号に基づく送受信制御を行う。また制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２は、コモン電圧を生成して素子チップ２００に供給してもよい。このように制御回路ＣＴＳ１、ＣＴＳ２を短辺側に配置することで、短辺に制御端子を配置でき、長辺方向に長細い形状を保ったまま短辺を有効に活用できる。
１１．ヘッドユニット
図１７に、本実施形態の超音波測定装置が搭載されるヘッドユニット２２０の構成例を示す。図１７に示すヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０、支持部材２５０を含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図１７の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
素子チップ２００は、図２で説明した超音波トランスデューサーデバイスに対応する。素子チップ２００は、超音波素子アレイ１００、第１のチップ端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４（複数の信号端子）、第２のチップ端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４（第２の複数の信号端子）、コモン端子ＸＡＣ、ＸＢＣを含む。また素子チップ２００は、コモン端子ＸＡＣ’、ＸＢＣ’を含むことができる。図２で説明したように、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８の一端にコモン電極線ＬＸＣが接続され、そのコモン電極線ＬＸＣの両端にコモン端子ＸＡＣ、ＸＢＣが接続される。コモン端子ＸＡＣ’、ＸＢＣ’は、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８の他端に接続されたコモン電極線の両端に接続される。素子チップ２００は、接続部２１０を介してプローブ本体が有する処理装置（例えば図２０の処理装置３３０）と電気的に接続される。
接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、複数の接続端子を有するコネクターと、コネクターと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板とを有する。具体的には、接続部２１０は、コネクターとして第１のコネクター４２１及び第２のコネクター４２２を有し、フレキシブル基板として第１のフレキシブル基板１３０及び第２のフレキシブル基板１４０を有する。
第１のフレキシブル基板１３０には、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる第１のチップ端子群ＸＡ１〜ＸＡ６４とコネクター４２１の端子群とを接続する第１の配線群（複数の信号線）が形成される。第１の配線群には、集積回路装置１１０の送信端子群（複数の送信端子）が接続される。
第２のフレキシブル基板１４０には、素子チップ２００の第２の辺側に設けられる第２のチップ端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４（第２の複数の信号端子）とコネクター４２２の端子群とを接続する第２の配線群（第２の複数の信号線）が形成される。第２の配線群には、集積回路装置１２０の送信端子群（第２の複数の送信端子）が接続される。
コネクター４２１は、フレキシブル基板１３０に形成された第１の配線群を介して、第１のチップ端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４からの受信信号が出力される複数の接続端子を有する。コネクター４２２は、フレキシブル基板１４０に形成された第２の配線群を介して、第２のチップ端子群ＸＢ１〜ＸＢ６４からの受信信号が出力される複数の接続端子を有する。
なお接続部２１０は、図１７に示す構成に限定されるものではない。接続部２１０は、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる第１のチップ端子群からの受信信号が出力される第１の接続端子群と、素子チップ２００の第２の辺側に設けられる第２のチップ端子群からの受信信号が出力される第２の接続端子群とを有してもよい。
接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。
支持部材２５０は、素子チップ２００を支持する部材であって、後述するように、支持部材２５０の第１の面側に複数の接続端子が設けられ、支持部材２５０の第１の面の裏面である第２の面側に素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材２５０の具体的な構造については後述する。
図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）に、ヘッドユニット２２０の詳細な構成例を示す。図１８（Ａ）は支持部材２５０の第２の面ＳＦ２側を示し、図１８（Ｂ）は支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側を示し、図１８（Ｃ）は支持部材２５０の側面側を示す。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は、図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
支持部材２５０の第１の面ＳＦ１側には、コネクター４２１、４２２（広義には複数の接続端子）が設けられる。コネクター４２１、４２２には、フレキシブル基板１３０、１４０の一端がそれぞれ接続される。フレキシブル基板１３０、１４０には、集積回路装置１１０、１２０が設けられる。コネクター４２１、４２２は、プローブ本体側の対応するコネクターに脱着可能である。
支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２側には、素子チップ２００が支持される。素子チップ２００の端子にはフレキシブル基板１３０、１４０の他端が接続される。固定用部材２６０は、支持部材２５０の各コーナー部に設けられ、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体に固定するために用いられる。
ここで支持部材２５０の第１の面側とは、支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の法線方向側であり、支持部材２５０の第２の面側とは、支持部材２５０の第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２の法線方向側である。
図１８（Ｃ）に示すように、素子チップ２００の表面（図１（Ｂ）において圧電体層３０が形成される面）には、素子チップ２００を保護する保護部材（保護膜）２７０が設けられる。
１２．超音波プローブ
図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）に、上記のヘッドユニット２２０が適用される超音波プローブ３００の構成例を示す。図１９（Ａ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図１９（Ｂ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。
プローブヘッド３１０は、ヘッドユニット２２０、被検体と接触する接触部材２３０及びヘッドユニット２２０を格納するプローブ筐体２４０を含む。素子チップ２００は、接触部材２３０と支持部材２５０との間に設けられる。
プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクター４２６を含む。処理装置３３０は、受信部３３５（アナログフロントエンド部）、送受信制御部３３４を含む。受信部３３５は、超音波トランスデューサー素子からの超音波エコー信号（受信信号）の受信処理を行う。送受信制御部３３４は、集積回路装置１１０、１２０や受信部３３５の制御を行う。プローブ本体側コネクター４２６は、ヘッドユニット（又はプローブヘッド）側コネクター４２５と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により電子機器（例えば超音波診断装置）本体に接続される。
ヘッドユニット２２０は、プローブ筐体２４０に格納されているが、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体２４０から取り外すことができる。こうすることで、ヘッドユニット２２０だけを交換することができる。或いは、プローブ筐体２４０に格納された状態で、即ちプローブヘッド３１０として交換することもできる。
１３．超音波診断装置
図２０に、超音波診断装置の構成例を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ３００、電子機器本体４００を含む。超音波プローブ３００は、超音波ヘッドユニット２２０、処理装置３３０を含む。電子機器本体４００は、制御部４１０、処理部４２０、ユーザーインターフェース部４３０、表示部４４０を含む。
処理装置３３０は、送受信制御部３３４、受信部３３５（アナログフロントエンド部）を含む。超音波ヘッドユニット２２０は、素子チップ２００（超音波トランスデューサーデバイス）と、素子チップ２００を回路基板（例えばリジッド基板）に接続する接続部２１０（コネクター部）と、を含む。回路基板には、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。接続部２１０は、集積回路装置５００を含む。集積回路装置５００は、送信部３３２を含む。
超音波を送信する場合には、送受信制御部３３４が送信部３３２に対して送信指示を行い、送信部３３２がその送信指示を受けて駆動信号を高電圧に増幅して駆動電圧を出力する。受信部３３５は不図示のリミッター回路を有しており、そのリミッター回路が駆動電圧を遮断する。超音波の反射波を受信する場合には、素子チップ２００により検出された反射波の信号を受信部３３５が受信する。受信部３３５は、送受信制御部３３４からの受信指示に基づいて、反射波の信号を処理（例えば増幅処理や、Ａ／Ｄ変換処理等）し、処理後の信号を処理部４２０に送信する。処理部４２０は、その信号を映像化して表示部４４０に表示させる。
なお、本実施形態の超音波測定装置は、上記のような医療用の超音波診断装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。例えば、超音波トランスデューサーデバイスが適用された電子機器として、建築物等の内部を非破壊検査する診断機器や、ユーザーの指の動きを超音波の反射により検出するユーザーインターフェース機器等が想定される。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また集積回路装置、超音波素子、超音波トランスデューサーデバイス、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ、超音波診断装置の構成・動作や、集積回路装置の実装手法、超音波ビームのスキャン手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
１０ 超音波素子、２１ 下部電極、２２ 上部電極、３０ 圧電体層、
４０ 空洞領域、４５ 開口部、５０ 振動膜、６０ シリコン基板、
１００ 超音波素子アレイ、１１０ 第１の集積回路装置、
１１５ 異方性導電フィルム、１２０ 第２の集積回路装置、
１２５ 異方性導電フィルム、１３０ 第１のフレキシブル基板、
１４０ 第２のフレキシブル基板、２００ 超音波トランスデューサーデバイス、
２１０ 接続部、２２０ ヘッドユニット、２３０ 接触部材、
２４０ プローブ筐体、２５０ 支持部材、２６０ 固定用部材、
３００ 超音波プローブ、３１０ プローブヘッド、３２０ プローブ本体、
３３０ 処理装置、３３２ 送信部、３３４ 送受信制御部、
３３５ 受信部、３５０ ケーブル、４００ 電子機器本体、
４１０ 制御部、４２０ 処理部、
４２１〜４２４ コネクター、４２５ ヘッドユニット側コネクター、
４２６ プローブ本体側コネクター、４３０ ユーザーインターフェース部、
４３１〜４３３ リジッド基板、４４０ 表示部、５００ 集積回路装置、
５２０ 送信回路、５５０ アナログフロントエンド回路、５６０ 送受信制御回路、
６００ 筐体、６１０ 音響部材、
ＣＴＳ１ 第１の制御回路、ＣＴＳ２ 第２の制御回路、
Ｄ１ 第１の方向、Ｄ２ 第２の方向、ＤＬ スライス方向、ＤＳ スキャン方向、
ＨＬ１ 第１の長辺、ＨＬ２ 第２の長辺、ＨＳ１ 第１の短辺、ＨＳ２ 第２の短辺、
ＬＴ１〜ＬＴ６４ 第１〜第６４の信号線、
ＬＸ１〜ＬＸ６４ 第１〜第６４の信号電極線、
ＬＸＣ コモン電極線、ＬＹ１〜ＬＹ８ 第１〜第８のコモン電極線、
ＴＣＡ１〜ＴＣＡ４、ＴＣＢ１〜ＴＣＢ４ 制御端子、
ＴＴ１〜ＴＴ６４ 第１〜第６４の送信端子、
ＴＸ１〜ＴＸ６４ 第１〜第６４の送信回路、
ＸＡ１〜ＸＡ６４ 第１〜第６４の信号端子、
ＸＡＣ，ＸＢＣ コモン端子

Claims (13)

  1. 基板と、前記基板上に配置された複数の超音波素子を有する超音波素子アレイと、前記基板上に形成され、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数の信号電極線と、前記基板上に配置された複数の信号端子と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、
    複数の信号線が第１の方向に沿って形成されたフレキシブル基板と、
    前記超音波素子アレイに対して送信信号を出力するための前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配置された複数の端子を有する集積回路装置と、
    を含み、
    前記複数の信号電極線の各信号電極線の一端には、前記複数の信号端子のいずれかが接続され、
    前記第２の方向に沿って配置された前記複数の信号端子の各信号端子には、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかが接続され、
    前記第２の方向に前記集積回路装置の長辺方向が沿うように、前記集積回路装置が前記フレキシブル基板に実装され、前記集積回路装置の前記複数の端子の各端子が、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかに接続され、
    前記集積回路装置は、前記複数の端子ごとに、当該端子に接続される送受信切り替えスイッチを有し、
    複数の前記送受信切り替えスイッチは、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記第２の方向に沿って配置されていることを特徴とする超音波測定装置。
  2. 基板と、前記基板上に配置された複数の超音波素子を有する超音波素子アレイと、前記基板上に形成され、前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数の信号電極線と、前記基板上に配置された複数の信号端子と、を有する超音波トランスデューサーデバイスと、
    複数の信号線が第１の方向に沿って形成されたフレキシブル基板と、
    前記超音波素子アレイに対して送信信号を出力するための前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って配置された複数の端子を有する集積回路装置と、
    を含み、
    前記複数の信号電極線の各信号電極線の一端には、前記複数の信号端子のいずれかが接続され、
    前記第２の方向に沿って配置された前記複数の信号端子の各信号端子には、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかが接続され、
    前記第２の方向に前記集積回路装置の長辺方向が沿うように、前記集積回路装置が前記フレキシブル基板に実装され、前記集積回路装置の前記複数の端子の各端子が、前記フレキシブル基板の前記複数の信号線のいずれかに接続され、
    前記集積回路装置は、
    制御信号を入力するための制御端子を有し、
    前記制御端子は、
    前記集積回路装置の対向する短辺を第１の短辺及び第２の短辺とした場合に、前記第１
    の短辺及び前記第２の短辺の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする超音波測
    定装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記複数の超音波素子の各超音波素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたトランスデューサー部とを有し、
    前記第１の電極又は前記第２の電極が前記少なくとも１つの信号電極として前記基板上に延在形成されていることを特徴とする超音波測定装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
    前記集積回路装置の前記複数の端子は、
    突起電極により構成され、
    前記集積回路装置は、
    前記フレキシブル基板に対してフリップチップ実装されていることを特徴とする超音波測定装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    前記集積回路装置は、前記送信信号を出力するための送信回路を前記複数の端子ごとに有し、
    複数の前記送信回路は、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記第２の方向に沿って配置されていることを特徴とする超音波測定装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
    第２の複数の信号線が第３の方向に沿って形成された第２のフレキシブル基板と、
    前記超音波素子アレイに対して第２の送信信号を出力するための第２の複数の端子を有する第２の集積回路装置と、
    を含み、
    前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記基板上に配置された第２の複数の信号端子を有し、
    前記複数の信号電極線の各信号電極線の他端には、前記第２の複数の信号端子のいずれかが接続され、
    前記第２の複数の信号端子の各信号端子には、前記第２のフレキシブル基板の前記第２の複数の信号線のいずれかが接続され、
    前記第３の方向に交差する第４の方向に前記第２の集積回路装置の長辺方向が沿うように、前記第２の集積回路装置は前記第２のフレキシブル基板に実装され、前記第２の集積回路装置の前記第２の複数の端子の各端子が、前記第２の複数の信号線のいずれかに接続されていることを特徴とする超音波測定装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記基板は、アレイ状に配置された複数の開口を有し、
    前記複数の超音波素子の各超音波素子は、
    前記複数の開口のうちの対応する開口を塞ぐ振動膜と、
    前記振動膜の上に設けられる圧電素子部と、
    を有し、
    前記圧電素子部は、
    前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
    前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
    前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、
    を有することを特徴とする超音波測定装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
    前記超音波トランスデューサーデバイスの前記複数の信号端子は、
    前記超音波トランスデューサーデバイスの超音波出射方向側の面に配置され、
    前記複数の信号線の前記一端は、
    前記フレキシブル基板の前記複数の信号線が形成された面と、前記超音波トランスデューサーデバイスの前記超音波出射方向側の面とが対向するように、前記複数の信号端子に接続され、
    前記フレキシブル基板は、
    前記超音波出射方向の反対方向側に屈曲され、
    前記集積回路装置は、
    前記屈曲された前記フレキシブル基板の前記複数の信号線が形成された面に実装されていることを特徴とする超音波測定装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    前記超音波トランスデューサーデバイスは、
    前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数のコモン端子を有し、
    前記フレキシブル基板には、
    前記複数のコモン端子に共通接続されたコモン電極線が形成されていることを特徴とする超音波測定装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記超音波トランスデューサーデバイスは、
    前記超音波素子アレイと電気的に接続される複数のコモン端子を有し、
    前記フレキシブル基板には、複数のコモン電極線が形成され、
    前記複数のコモン端子の各コモン端子には、前記フレキシブル基板の前記複数のコモン電極線のいずれかが接続され、
    前記集積回路装置は、複数のコモン出力端子を有し、
    前記複数のコモン出力端子の各コモン出力端子は、前記集積回路装置を前記フレキシブル基板に対して実装した状態において前記複数のコモン電極線のいずれかに接続されることを特徴とする超音波測定装置。
  11. プローブのヘッドユニットであって、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載された超音波測定装置を含み、
    前記プローブのプローブ本体に対して着脱可能であることを特徴とするヘッドユニット。
  12. 請求項１乃至１０のいずれかに記載された超音波測定装置と、
    リジッド基板である主基板と、
    を含み、
    前記主基板には、
    前記超音波トランスデューサーデバイスの前記複数の信号端子からの受信信号を処理する受信回路が少なくとも配置されることを特徴とするプローブ。
  13. 請求項１乃至１０のいずれかに記載された超音波測定装置と、
    表示用画像データを表示する表示部と、
    を含むことを特徴とする診断装置。
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