JP6507574B2

JP6507574B2 - 超音波デバイスユニット並びにプローブおよび電子機器

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Publication number: JP6507574B2
Application number: JP2014224666A
Authority: JP
Inventors: 一輝吉田; 清瀬　摂内; 摂内清瀬; 大介中西; 勇祐中澤; 光岩井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016092592A

Description

本発明は、超音波デバイスユニット、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。

なお、本願中で「重ねる」「重ねられ」には、対象物同士が直接的に接触して重なる場合だけでなく、他の部材が重なってそこに重ねられる対象物同士が空間を置いて配置される場合も含まれる。

特許文献１に開示されるように、超音波デバイスは超音波素子のアレイを有する。超音波素子のアレイには１対の端子列が接続される。個々の端子列には個別にフレキシブルプリント基板（以下「フレキ基板」という）経由でコネクターが接続される。個々のコネクターに個別に電圧は供給される。１つの超音波素子には１対の端子列から共通に電圧が供給されることから、配線が微細化されても、電圧は時間遅れなく個々の超音波素子に供給されることができる。

特開２０１３−１７５８７８号公報

特許文献１ではフレキ基板の一端はデバイス基板の第１面に結合されフレキ基板の他端は第１面の裏側の第２面に結合される。したがって、フレキ基板は屈折状態でデバイス基板に実装されなければならず、フレキ基板の電気接続は煩雑だった。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、実装時の電気接続が容易かつ確実にできる超音波デバイスユニットは提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、超音波素子アレイを挟んで両側に配置され少なくとも１つの超音波素子列に共通に接続される第１端子および第２端子を有する超音波デバイスと、超音波デバイスが実装される第１平板部に第２平板部が重ねられて第２平板部で外部接続端子を露出し、前記第１平板部および前記第２平板部に屈折域を介して連続する第１配線域に、前記第１素子に前記外部接続端子を接続する第１配線が配置され、前記第１平板部および前記第２平板部に屈折域を介して連続する第２配線域に、前記第２素子に前記外部接続端子を接続する第２配線が配置されるフレキシブルプリント基板とを備える超音波デバイスユニットに関する。

超音波素子にはそれぞれ第１配線経由および第２配線経由で共通の外部接続端子から電圧が供給される。超音波素子には第１端子および第２端子から確実に同一の電圧が印加される。二系統から電圧は供給されることから、第１配線や第２配線が細線化されても、超音波素子には時間遅れなく瞬時に電圧は供給されることができる。

加えて、第１平板部、第２平板部、第１配線域および第２配線域は１枚のフレキシブルプリント基板に形成される。第１配線や第２配線の形成や外部接続端子の形成、超音波デバイスの実装は平たいフレキシブルプリント基板上で実施されることができ、第１配線や第２配線の形成や外部接続端子の形成、超音波デバイスの実装にあたって製造工程の複雑化は回避されることができる。ここで、フレキシブルプリント基板において外部接続端子の形成されている側を表側とする。

（２）超音波デバイスユニットでは、前記第１配線域は前記フレキシブルプリント基板の表側に対して第１山折り線に沿って山折りの前記屈曲域を形成し前記第１平板部および前記第２平板部に重ねられ、前記第２配線域は前記フレキシブルプリント基板の前記表側に対して第２山折り線に沿って山折りの前記屈曲域を形成し前記第１平板部および前記第２平板部に重ねられ、前記第１山折り線および前記第２山折り線に交差する谷折り線に沿って前記第１配線域および前記第２配線域は前記フレキシブルプリント基板の前記表側に対して谷折りに屈曲して前記第１平板部の裏側に前記第２平板部は重ねられてもよい。こうしてフレキシブルプリント基板は超音波デバイスの輪郭の大きさに折り畳まれることができる。第１配線域および第２配線域は第１平板部および第２平板部の間に収められることができる。１枚のフレキシブルプリント基板上に、第１平板部、第２平板部、第１配線域および第２配線域が形成されても、超音波デバイスユニットは最大限に小型化されることができる。このとき、フレキシブルプリント基板が当該フレキシブルプリント基板の表側に対して「山折り線」に沿って折り畳まれると、「山折り線」に沿って表側に山形状の突起が形成されフレキシブルプリント基板の裏側同士が重ねられる。その一方で、フレキシブルプリント基板が当該フレキシブルプリント基板の表側に対して「谷折り線」に沿って折り畳まれると、「谷折り線」に沿って表側に谷形状の凹みが形成されフレキシブルプリント基板の表側同士が重ねられる。

（３）前記フレキシブルプリント基板は前記谷折り線に沿って前記第１平板部と前記第２平板部との間に開口を備えることができる。谷折り線に沿って第１配線域および第２配線域が折り畳まれると、この折り畳みで形成される屈曲域は開口に進入することができる。こうして屈曲域ではフレキシブルプリント基板の他領域との干渉は回避されることができる。干渉に基づく応力の発生は回避される。こうしてフレキシブルプリント基板は小さな拘束力で折り畳まれた状態を維持することができる。

（４）前記フレキシブルプリント基板は矩形の輪郭を有することができる。フレキシブルプリント基板の形成にあたって加工手間の増大は回避される。フレキシブルプリント基板の形成にあたって加工コストの増大は回避される。

（５）超音波デバイスユニットは、前記超音波デバイスの裏側に接合される補強板をさらに備えることができる。補強板は超音波デバイスの剛性を補強する。超音波デバイスの耐衝撃性は高められる。補強板は例えば超音波デバイスのヤング率よりもよりも大きいヤング率を有する素材から形成されればよい。ここで、超音波デバイスでは裏側の反対の表側が超音波の出射側である。

（６）前記補強板は、前記平面視において前記超音波素子と重なる位置に空間を有してもよい。超音波素子から超音波デバイスの裏側に超音波が漏れても、超音波の反射は回避されることができる。こうして超音波素子では反射波による不要な振動は防止される。超音波の誤検出は回避されることができる。空間は超音波の減衰に寄与する材料で充填されてもよい。

（７）前記平面視において前記超音波素子と重なる位置には前記超音波デバイスおよび補強板の間に接着層が配置されてもよい。補強板は超音波デバイスに接着剤で固着されることができる。接着剤は接着層として超音波の減衰に寄与することができる。したがって、超音波素子から超音波デバイスの裏側に超音波が漏れても、超音波の反射は回避されることができる。こうして超音波素子では反射波による不要な振動は防止される。超音波の誤検出は回避されることができる。

（８）前記補強板は、前記フレキシブルプリント基板が重ねられる平坦面と、前記平坦面に直交する仮想平面に沿って広がって、前記平坦面に重ねられた前記フレキシブルプリント基板の側縁が突き当てられる壁面を有するガイドと、前記ガイドに沿って区画され、前記平坦面の縁から窪んで前記平坦面から前記ガイドを隔てる溝とを備えてもよい。超音波デバイスユニットの組み立てにあたって補強板の平坦面にフレキシブルプリント基板は重ねられる。このとき、溝の働きでガイドの壁面は平坦面よりも下方に広がることから、フレキシブルプリント基板は確実にガイドの壁面に突き当てられることができる。こうしてフレキシブルプリント基板は確実に正しい位置で補強板に重ねられることができる。こうした位置決めに基づき第１端部および第２端部は相互に位置合わせられることができる。第１端部の第２配線と第２端部の第２配線とは高い精度で相互に位置決めされることができる。こうして継ぎ目を跨いで第２配線は確実に形成されることができる。

（９）前記補強板の外周には、音響レンズの位置合わせにあたって突起を受け入れる窪みが形成されてもよい。超音波デバイスユニットの組み立てにあたって超音波デバイスの表面には音響レンズが結合される。音響レンズは超音波デバイスの超音波素子に位置合わせされる。窪みは音響レンズの位置合わせにあたって役立つ。

（１０）前記第１端子および前記第２端子の間には。共通に接続される配線を有する複数の前記超音波素子を含む素子列が連結されてもよい。素子列には素子列の両側から電圧が印加される。その結果、素子列内の配線が細線化されても、個々の超音波素子には時間遅れなく瞬時に電圧は供給されることができる。

（１１）超音波デバイスユニットはプローブの構成として利用されることができる。このとき、プローブは、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えればよい。

（１２）超音波デバイスユニットは電子機器の構成として利用されることができる。このとき、電子機器は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理する処理装置とを備えればよい。

（１３）超音波デバイスユニットは超音波画像装置の構成として利用されることができる。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットの出力から生成される画像を表示する表示装置とを備えればよい。

一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。第１実施形態に係る超音波デバイスユニットの拡大平面図である。超音波デバイスユニットの裏面の拡大斜視図である。超音波デバイスの拡大平面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。フレキシブルプリント基板の表面の拡大平面図である。屈折域で第１配線域および第２配線域が折り曲げられた際に超音波デバイスユニットを概略的に示す拡大斜視図である。図２の拡大部分断面図である。超音波デバイスユニットの位置決めの様子を概略的に示す拡大平面図である。図７に対応し、他の具体例に係るフレキシブルプリント基板の表面の拡大平面図である。図２の拡大部分断面図である。図６に対応し、第２実施形態に係る超音波デバイスユニットの拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。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。以下の本件発明の説明においては、フレキシブルプリント基板の外部接続端子の形成面側を表側と呼び、その反対側を裏側として説明する。同様に、本件発明の説明においては、超音波デバイスの超音波出射面側を表側と呼び、その反対側を超音波デバイスの裏側として説明する。

（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理部）１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。

超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６には超音波デバイスユニットＤＶが嵌め込まれる。超音波デバイスユニットＤＶは超音波デバイス１７を備える。超音波デバイス１７は音響レンズ１８を備える。音響レンズ１８の外表面には部分円筒面１８ａが形成される。部分円筒面１８ａは平板部１８ｂで囲まれる。平板部１８ｂの外周は全周で途切れなく筐体１６に結合される。音響レンズ１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。超音波デバイス１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。

（２）第１実施形態に係る超音波デバイスユニットの構成
図２に示されるように、超音波プローブ１３の筐体１６は表面側の第１体２１と裏面側の第２体２２とから形成される。第２体２２は収容空間を囲む壁体２３を有する。壁体２３の頂上面には受け面２３ａが規定される。受け面２３ａは１平面で構成される。受け面２３ａに超音波デバイスユニットＤＶが受け止められる。超音波デバイスユニットＤＶの外周面は、受け面２３ａに直交する垂直面２４に沿って壁体２３の外周面と面一に連続する。

第１体２１は平板部２６を備える。平板部２６には窓孔２７が形成される。窓孔２７から音響レンズ１８は開放される。窓孔２７の外側で平板部２６の外縁には囲み壁２８が形成される。囲み壁２８は第２体２２の壁体２３の周囲に嵌め合わせられる。超音波デバイスユニットＤＶの外周面は壁体２３の外周面と面一に連続することから、囲み壁２８の内側には超音波デバイスユニットＤＶが嵌め込まれることができる。同時に、第１体２１は第２体２２の受け面２３ａとの間に超音波デバイスユニットＤＶを挟み込む。こうした嵌め合わせに基づき超音波デバイスユニットＤＶは超音波プローブ１３の筐体１６内に位置ずれなく固定されることができる。

ここでは、超音波デバイスユニットＤＶは１枚のフレキシブルプリント基板（以下「フレキ板」という）３１を有する。フレキ板３１は折り畳まれて、平面視で占有面積は縮小される。フレキ板３１は第１平板部３２および第２平板部３３を備える。第１平板部３２の裏側に第２平板部３３は重ねられる。第１平板部３２に超音波デバイス１７は実装される。第２平板部３３の表面には外部接続端子が露出する。

超音波デバイスユニットＤＶは第１補強板３４を有する。第１補強板３４の表面には第１平坦面３５が形成される。第１平坦面３５にはフレキ板３１の第１平板部３２が重ね合わせられる。第１平坦面３５の両側にはガイド３６が形成される。ガイド３６は第１平坦面３５に直交する仮想平面内で広がる壁面３７を有する。壁面３７には、第１平坦面３５に重ね合わせられた第１平板部３２の側縁が突き当てられる。第１平坦面３５からの壁面３７の高さはフレキ板３１の板厚に一致することから、ガイド３６は超音波デバイス１７の高さの位置出しに利用されることができる。ガイド３６の頂上面には第１体２１の平板部２６が密着する。

超音波デバイスユニットＤＶは第２補強板３８を有する。第２補強板３８の表面には第２平坦面３９が形成される。第２平坦面３９にはフレキ板３１の第２平板部３３が重ね合わせられる。第２平坦面３９の両側にはガイド４１が形成される。ガイド４１は第２平坦面３９に直交する仮想平面内で広がる壁面４２を有する。壁面４２には、第２平坦面３９に重ね合わせられた第２平板部３３の側縁が突き当てられる。

第１補強板３４の裏面には第３平坦面４４が形成される。第２補強板３８の裏面には第４平坦面４５が形成される。第２補強板３８に第１補強板３４が重ねられると、第３平坦面４４および第４平坦面４５は間隔を置いて相互に向き合わせられる。ここでは、第３平坦面４４および第４平坦面４５は相互に平行に広がる。第３平坦面４４および第４平坦面４５にはフレキ板３１の第１配線域４６および第２配線域４７が順番に重ね合わせられる。板形状の第１配線域４６および第２配線域４７が相互に向き合う第３平坦面４４および第４平坦面４５に重ねられることから、重ね合わせにあたって第１配線域４６および第２配線域４７には屈曲域４６ａ、４７ａが形成される。

図３に示されるように、ガイド３６の壁面３７には突起４８が形成される。突起４８に対応してフレキ板３１の第１平板部３２には切り欠き４９が形成される。第１平板部３２の側縁が壁面３７に突き当てられると、突起４８は切り欠き４９に進入する。突起４８は切り欠き４９に嵌め合わせられる。突起４８および切り欠き４９の働きで壁面３７に沿って第１平板部３２の移動は阻止される。こうして突起４８および切り欠き４９は壁面３７に沿った方向に第１補強板３４に対してフレキ板３１の位置決めを実現する。

第１補強板３４の外縁には窪み５１が形成される。窪み５１は、例えば、第１補強板３４の第１平坦面３５に直交する軸心を有する半円柱形に形成される。窪み５１には、例えば半円柱形の曲率に対応する円筒面を有する突起（図示されず）が受け入れられることができる。こうして突起は超音波デバイスユニットＤＶに対して位置決めされることができる。

フレキ板３１の第１平板部３２には開口５２が形成される。開口５２を囲むフレキ板３１の縁の裏側に超音波デバイス１７は固定される。開口５２に音響レンズ１８は臨む。

図４に示されるように、ガイド４１の壁面４２には突起５３が形成される。突起５３に対応してフレキ板３１の第２平板部３３には切り欠き５４が形成される。第２平板部３３の側縁が壁面４２に突き当てられると、突起５３は切り欠き５４に進入する。突起５３は切り欠き５４に嵌め合わせられる。突起５３および切り欠き５４の働きで壁面４２に沿って第２平板部３３の移動は阻止される。こうして突起５３および切り欠き５４は壁面４２に沿った方向に第２補強板３８に対してフレキ板３１の位置決めを実現する。第２平板部３３にはコネクター５５が実装される。

（３）超音波デバイスの構成
図５は超音波デバイス１７の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７は基体５７を備える。基体５７の表面には素子アレイ５８が形成される。素子アレイ５８はアレイ状に配置された薄膜型超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）５９の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子５９群は奇数列の素子５９群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。

個々の素子５９は振動膜６１を備える。図５では振動膜６１の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向からの平面視）で振動膜６１の輪郭が点線で描かれる。振動膜６１上には圧電素子６２が形成される。圧電素子６２は上電極６３、下電極６４および圧電体膜６５で構成される。個々の素子５９ごとに上電極６３および下電極６４の間に圧電体膜６５が挟まれる。これらは下電極６４、圧電体膜６５および上電極６３の順番で重ねられる。超音波デバイス１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップ（基板）として構成される。

基体５７の表面には複数本の第１導電体６６が形成される。第１導電体６６は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子５９ごとに１本の第１導電体６６が割り当てられる。１本の第１導電体６６は配列の行方向に並ぶ素子５９の圧電体膜６５に共通に接続される。第１導電体６６は個々の素子５９ごとに上電極６３を形成する。第１導電体６６の両端は１対の引き出し配線６７にそれぞれ接続される。引き出し配線６７は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体６６は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子５９に共通に上電極６３は接続される。第１導電体６６は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体６６にはその他の導電材が利用されてもよい。

基体５７の表面には複数本の第２導電体６８が形成される。第２導電体６８は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子５９ごとに１本の第２導電体６８が割り当てられる。１本の第２導電体６８は配列の列方向に並ぶ素子５９の圧電体膜６５に共通に配置される。第２導電体６８は個々の素子５９ごとに下電極６４を形成する。第２導電体６８には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体６８にはその他の導電材が利用されてもよい。

列ごとに素子５９の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子５９は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極６３および下電極６４の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子５９に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子５９に上電極が接続されてもよい。

基体５７の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺５２ａおよび第２辺５２ｂを有する。第１辺５２ａと素子アレイ５８の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ６９ａが配置される。第２辺５２ｂと素子アレイ５８の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ６９ｂが配置される。第１端子アレイ６９ａは第１辺５２ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ６９ｂは第２辺５２ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ６９ａは１対の上電極端子７１および複数の下電極端子（第１端子）７２で構成される。同様に、第２端子アレイ６９ｂは１対の上電極端子７３および複数の下電極端子（第２端子）７４で構成される。１本の引き出し配線６７の両端にそれぞれ上電極端子７１、７３は接続される。引き出し配線６７および上電極端子７１、７３は素子アレイ５８を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体６８の両端にそれぞれ下電極端子７２、７４は接続される。こうして下電極端子７２、７４の間には第２導電体６８で直列に順に接続された複数の素子５９を含む素子列が確立される。第２導電体６８および下電極端子７２、７４は素子アレイ５８を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体５７の輪郭は矩形に形成される。基体５７の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。

基体５７にはフレキ板３１が連結される。フレキ板３１の第１平板部３２は開口５２の両側で第１端子アレイ６９ａおよび第２端子アレイ６９ｂにそれぞれ覆い被さる。フレキ板３１には、開口５２を挟んで第１配線７５および第２配線７６が形成される。第１配線７５は上電極端子７１および下電極端子７２に個別に向き合わせられ個別に接合される。第１配線７５は、第１平板部３２から第１配線域４６を経由して第２平板部３３までフレキ板３１上を延びる。同様に、第２配線７６は上電極端子７３および下電極端子７４に個別に向き合わせられ個別に接合される。第２配線７６は、第１平板部３２から第２配線域４７を経由して第２平板部３３までフレキ板３１上を延びる。

図６に示されるように、基体５７は基板７７および被覆膜７８を備える。基板７７の表面７７ａに一面に被覆膜７８が積層される。基板７７には個々の素子５９ごとに開口部７９が形成される。開口部７９は、基板７７の裏面７７ｂから刳り抜かれて基板７７を貫通する空間を区画する。開口部７９は基板７７に対してアレイ状に配置される。開口部７９が配置される領域の輪郭は素子アレイ５８の輪郭に相当する。基板７７は例えばシリコン基板で形成されればよい。

隣接する２つの開口部７９の間には仕切り壁８１が区画される。隣接する開口部７９は仕切り壁８１で仕切られる。仕切り壁８１の壁厚みは開口部７９の間隔に相当する。仕切り壁８１は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。

被覆膜７８は、基板７７の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層８２と、酸化シリコン層８２の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層８３とで構成される。被覆膜７８は開口部７９に接する。こうして開口部７９の輪郭に対応して被覆膜７８の一部が振動膜６１を形成する。振動膜６１は、被覆膜７８のうち、開口部７９に臨むことから基板７７の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層８２の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

振動膜６１の表面に下電極６４、圧電体膜６５および上電極６３が順番に積層される。圧電体膜６５は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜６５にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体６６の下で圧電体膜６５は完全に第２導電体６８を覆う。圧電体膜６５の働きで第１導電体６６と第２導電体６８との間で短絡は回避されることができる。

基体５７の表面には音響整合層８４が積層される。音響整合層８４は素子アレイ５８を覆う。音響整合層８４の膜厚は振動膜６１の共振周波数に応じて決定される。音響整合層８４には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。音響整合層８４は第１端子アレイ６９ａおよび第２端子アレイ６９ｂの間の空間に収まる。

音響整合層８４上に音響レンズ１８が配置される。音響レンズ１８は音響整合層８４の表面に密着する。音響レンズ１８は音響整合層８４の働きで基体５７に接着される。音響レンズ１８の部分円筒面１８ａは第１導電体６６に平行な母線を有する。部分円筒面１８ａの曲率は、１筋の第２導電体６８に接続される１列の素子５９から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。音響レンズ１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。

基体５７には保護膜８５が固定される。保護膜８５は例えばエポキシ樹脂といった遮水性を有する素材から形成される。ただし、保護膜８５はその他の樹脂材から形成されてもよい。保護膜８５は音響レンズ１８および音響整合層８４の側面に固着される。保護膜８５は、音響整合層８４とフレキ板３１との間で基体５７表面の第２導電体６８や引き出し配線６７に被さる。同様に、保護膜８５は、開口５２の周囲でフレキ板３１の第１平板部３２に被さる。

基体５７の裏面には第１補強板３４が固定される。第１補強板３４の表面に基体５７の裏面が重ねられる。第１補強板３４は超音波デバイス１７の裏面で開口部７９を閉じる。第１補強板３４はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁８１は接合面で第１補強板３４に結合される。第１補強板３４は個々の仕切り壁８１に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。接着剤は第１補強板３４の表面に一面に接着層８６として形成される。接着層８６は、平面視において素子５９と重なる位置で超音波デバイス１７および第１補強板３４の間に配置される。

図６から明らかなように、第１配線域４６は屈折域８７ａ、８７ｂを介して第１平板部３２および第２平板部３３に連続する。屈折域８７ａの働きで第１配線域４６は第１平板部３２の裏側に配置され、屈折域８７ｂの働きで第１配線域４６は第２平板部３３の裏側に配置される。同様に、第２配線域４７は屈折域８８ａ、８８ｂを介して第１平板部３２および第２平板部３３に連続する。屈折域８８ａの働きで第２配線域４７は第１平板部３２の裏側に配置され、屈折域８８ｂの働きで第２配線域４７は第２平板部３３の裏側に配置される。

図７はフレキ板３１の展開図である。フレキ板３１は矩形の輪郭を有する。第１平板部３２および第２平板部３３は第１山折り線８９および第２山折り線９１で仕切られる。第１山折り線８９および第２山折り線９１は相互に平行に延びる。第１山折り線８９および第２山折り線９１は、矩形の一方の対向する２辺に平行に延び、矩形の他方の対向する２辺の間でフレキ板３１を横切る。第１山折り線８９に沿って屈折域８７ａ、８７ｂは区画される。第２山折り線９１に沿って屈折域８８ａ、８８ｂは区画される。第１山折り線８９に沿って屈折域８７ａ、８７ｂは第１平板部３２および第２平板部３３から第１配線域４６を隔てる。同様に、第２山折り線９１に沿って屈折域８８ａ、８８ｂは第１平板部３２および第２平板部３３から第２配線域４７を隔てる。

第１配線域４６および第２配線域４７には谷折り線９２に沿って屈曲域４６ａ、４７ａが形成される。谷折り線９２は第１山折り線８９および第２山折り線９１に交差する。ここでは、谷折り線９２は第１山折り線８９および第２山折り線９１に直交する。谷折り線９２は第１平板部３２および第２平板部３３の間を通過し第１配線域４６および第２配線域４７を二分する。

フレキ板３１では、谷折り線９２に沿って第１平板部３２および第２平板部３３の間に開口９３が形成される。開口９３は第１平板部３２および第２平板部３３を相互に隔てる。開口９３は屈折域８８ａ、８８ｂ、８９ａ、８９ｂを横切って第１配線域４６および第２配線域４７に進入する。

第１配線７５は、第１裏導線９５、第２裏導線９６、第３裏導線９７および表導線９８を有する。第１裏導線９５、第２裏導線９６および第３裏導線９７はフレキ板３１の裏面に形成される。表導線９８は第１配線域４６内でフレキ板３１の表面に形成される。第１裏導線９５は、開口５２の縁から第１山折り線８９を跨いで第１配線域４６上を延び、谷折り線９２に交差し、再び第１山折り線８９を跨いで第２平板部３３上の外部接続端子９９に至る。第２裏導線９６は開口５２の縁から第１山折り線８９を跨いで第１配線域４６で表導線９８に接続される。接続にあたって例えば貫通ビアは用いられる。表導線９８は谷折り線９２を跨いで延び第１配線域４６で第３裏導線９７に接続される。接続にあたって例えば貫通ビアは用いられる。第３裏導線９７は第１山折り線８９を跨いで第２平板部３３上の外部接続端子１０１に至る。外部接続端子９９、１０１にコネクター５５が実装される。

第２配線７６は、第１裏導線１０３、第２裏導線１０４、第３裏導線１０５および表導線１０６を有する。第１裏導線１０３、第２裏導線１０４および第３裏導線１０５はフレキ板３１の裏面に形成される。表導線１０６は第２配線域４７内でフレキ板３１の表面に形成される。第１裏導線１０３は、開口５２の縁から第２山折り線９１を跨いで第２配線域４７上を延び、谷折り線９２に交差し、再び第２山折り線９１を跨いで第２平板部３３上の外部接続端子９９に至る。第２裏導線１０４は開口５２の縁から第２山折り線９１を跨いで第２配線域４７で表導線１０６に接続される。接続にあたって例えば貫通ビアは用いられる。表導線１０６は谷折り線９２を跨いで延び第２配線域４７で第３裏導線１０５に接続される。接続にあたって例えば貫通ビアは用いられる。第３裏導線１０５は第２山折り線９１を跨いで第２平板部３３上の外部接続端子１０１に至る。

（４）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子６２にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子７２、７４および上電極端子７１、７３を通じて列ごとに素子５９に供給される。個々の素子５９では下電極６４および上電極６３の間で圧電体膜６５に電界が作用する。圧電体膜６５は超音波の周波数で振動する。圧電体膜６５の振動は振動膜６１に伝わる。こうして振動膜６１は超音波振動する。その結果、被検体（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。

超音波の反射波は振動膜６１を振動させる。振動膜６１の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜６５を超音波振動させる。圧電体膜６５の圧電効果に応じて圧電素子６２から電圧が出力される。個々の素子５９では上電極６３と下電極６４との間で電位が生成される。電位は下電極端子７２、７４および上電極端子７１、７３から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。

超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

超音波デバイス１７の素子５９にはそれぞれ第１配線７５経由および第２配線７６経由で共通の外部接続端子９９、１０１から電圧が供給される。素子５９には下電極端子７２および下電極端子７４から確実に同一の電圧が印加される。二系統から電圧は供給されることから、第１配線７５や第２配線７６が細線化されても、素子５９には時間遅れなく瞬時に電圧は供給されることができる。

加えて、第１平板部３２、第２平板部３３、第１配線域４６および第２配線域４７は１枚のフレキ板３１に形成される。第１配線７５や第２配線７６の形成や外部接続端子９９、１０１の形成、超音波デバイス１７の実装は平たいフレキ板３１上で実施されることができ、第１配線７５や第２配線７６の形成や外部接続端子９９、１０１の形成、超音波デバイス１７の実装にあたって製造工程の複雑化は回避されることができる。

前述のように、第１配線域４６は第１山折り線８９に沿って屈折域８７ａ、８７ｂを形成し第１平板部３２および第２平板部３３に重ねられる。第２配線域４７は第２山折り線９１に沿って屈折域８８ａ、８８ｂを形成し第１平板部３２および第２平板部３３に重ねられる。第１配線域４６および第２配線域４７は谷折り線９２に沿って屈曲域４６ａ、４７ａを形成し第１平板部３２の裏側に第２平板部３３は重ねられる。こうしてフレキ板３１は超音波デバイス１７の輪郭の大きさに折り畳まれる。第１配線域４６および第２配線域４７は第１平板部３２および第２平板部３３の間に収められる。１枚のフレキ板３１上に、第１平板部３２、第２平板部３３、第１配線域４６および第２配線域４７が形成されても、超音波デバイスユニットＤＶは最大限に小型化されることができる。

フレキ板３１には、谷折り線９２に沿って第１平板部３２と第２平板部３３との間に開口９３が形成される。谷折り線９２に沿って第１配線域４６および第２配線域４７が折り畳まれると、この折り畳みで形成される屈曲域４６ａ、４７ａは開口９３に進入する。こうして屈曲域４６ａ、４７ａではフレキ板３１の他領域との干渉は回避される。干渉に基づく応力の発生は回避される。フレキ板３１は小さな拘束力で折り畳まれた状態を維持する。

超音波デバイスユニットＤＶではフレキ板３１の輪郭は矩形に形成される。フレキ板３１の形成にあたって加工手間の増大は回避される。フレキ板３１の形成にあたって加工コストの増大は回避される。

超音波デバイス１７の裏側には第１補強板３４が接合される。第１補強板３４は超音波デバイス１７の剛性を補強する。超音波デバイス１７の耐衝撃性は高められる。第１補強板３４は例えば超音波デバイス１７のヤング率よりもよりも大きいヤング率を有する素材から形成されればよい。

超音波デバイスユニットＤＶでは素子５９の裏側で超音波デバイス１７および第１補強板３４の間に接着層８６が介在する。第１補強板３４は超音波デバイス１７に接着剤で固着される。接着剤は接着層８６として超音波の減衰に寄与する。したがって、素子５９から超音波デバイス１７の裏側に超音波が漏れても、超音波の反射は回避されることができる。こうして素子５９では反射波による不要な振動は防止される。超音波の誤検出は回避されることができる。

（５）超音波デバイスユニットの製造方法
フレキ板３１は用意される。図７に示されるように、フレキ板３１には開口９３が形成される。開口９３に基づきフレキ板３１上には第１山折り線８９、第２山折り線９１および谷折り線９２は規定されることができる。フレキ板３１には第１配線７５の第１、第２および第３裏導線９５、９６、９７並びに表導線９８や、第２配線７６の第１、第２および第３裏導線１０３、１０４、１０５並びに表導線１０６、外部接続端子９９、１０１が形成される。これらはめっき成膜その他一般的な形成方法で形成されることができる。

フレキ板３１の第１平板部３２には超音波デバイス１７が実装される。基板７７に個々の素子５９が形成された後に基板７７の表面にフレキ板３１は重ねられる。第１配線７５の第１裏導線９５および第２裏導線９６に第１端子アレイ６９ａの上電極端子７１および下電極端子７２は接合される。第２配線７６の第１裏導線１０３および第２裏導線１０４に第２端子アレイ６９ｂの上電極端子７３および下電極端子７４が接合される。こうして個々の素子５９と第１配線７５および第２配線７６との間で導通が確立される。素子アレイ５８は開口５２に臨む。同様に、フレキ板３１の外部接続端子９９、１０１にコネクター５５は実装される。

フレキ板３１の第１平板部３２は第１補強板３４に取り付けられる。図３に示されるように、取り付けにあたってフレキ板３１の側縁はガイド３６の壁面３７に突き当てられる。このとき、壁面３７の突起４８にフレキ板３１の切り欠き４９は嵌め合わせられる。こうして第１補強板３４に対してフレキ板３１は位置合わせされる。フレキ板３１の第１平板部３２は第１補強板３４の第１平坦面３５に重ねられる。

フレキ板３１の第２平板部３３は第２補強板３８に取り付けられる。図４に示されるように、取り付けにあたってフレキ板３１の側縁はガイド４１の壁面４２に突き当てられる。このとき、壁面４２の突起５３にフレキ板３１の切り欠き５４は嵌め合わせられる。こうして第２補強板３８に対してフレキ板３１は位置合わせされる。フレキ板３１の第２平板部３３は第２補強板３８の第２平坦面３９に重ねられる。

図８に示されるように、フレキ板３１は第１補強板３４および第２補強板３８の形状に倣って折り曲げられる。第１配線域４６は第１山折り線８９に沿って屈折域８８ａ、８８ｂを形成する。第２配線域４７は第２山折り線９１に沿って屈折域８９ａ、８９ｂを形成する。こうして第１補強板３４および第２補強板３８の裏面にフレキ板３１の第１配線域４６および第２配線域４７は順番に重ねられる。

続いて谷折り線９２に沿って第１配線域４６および第２配線域４７には屈曲域４６ａ、４７ａが形成される。第１補強板３４の裏側に第２補強板３８は重ねられる。こうしてフレキ板３１は超音波デバイス１７の輪郭の大きさに折り畳まれる。

ここでは、例えば図９に示されるように、第１補強板３４および第２補強板３８にはガイド３６、４１の壁面３７、４２に沿って溝１０９が区画されてもよい。溝１０９は、第１平坦面３５（第２平坦面３９）の縁から窪んで第１平坦面３５（第２平坦面３９）からガイド３６（４１）の壁面３７（４２）を隔てる。溝１０９の働きでガイド３６、４１の壁面３７、４２は第１平坦面３５（第２平坦面３９）よりも下方に広がることから、フレキ板３１は確実にガイド３６、４１の壁面３７、４２に突き当てられることができる。こうしてフレキ板３１は確実に正しい位置で第１補強板３４および第２補強板３８に重ねられることができる。

フレキ板３１が折り畳まれると、図１０に示されるように、第１補強板３４および第２補強板３８は治具１１１にセットされる。治具１１１は窪み５１に対応する突起１１２を備える。突起１１２は、例えば窪み５１の曲率に対応した円筒面を有する円柱に形作られる。突起１１２には同様に音響レンズ１８が位置合わせされる。こうして素子アレイ５８に対して音響レンズ１８は正しい位置で接合される。音響レンズ１８の接合にあたって素子アレイ５８の表面には音響整合層８４の素材の流動体が塗布されればよい。音響整合層８４は音響レンズ１８と基板７７とを相互に接着する。

こうして製造された超音波デバイスユニットＤＶは超音波プローブ１３の筐体１６に組み込まれる。超音波デバイスユニットＤＶは筐体１６の第２体２２に対して位置決めされる。位置決めにあたって例えば第１補強板３４の窪み５１は利用されることができる。前述と同様に、予め突起に対して第２体２２は位置決めされていればよい。超音波デバイスユニットＤＶは壁体２３の受け面２３ａにセットされる。第２体２２に第１体２１が結合されると、超音波デバイスユニットＤＶは筐体１６内に固定される。

その他、図１１に示されるように、超音波デバイスユニットＤＶでは第１配線域４６および第２配線域４７の輪郭に傾斜が形成されてもよい。ここでは、谷折り線９２から最も遠い第１配線域４６および第２配線域４７の輪郭線１１３は第１平板部３２および第２平板部３３から離れるにつれて谷折り線９２に近づく直線で描かれる。こうした輪郭線１１３によれば、図１２に示されるように、屈曲域４６ａ、４７ａの曲率の相違に応じて内側の第２配線域４７が第３平坦面４４および第４平坦面４５に沿ってガイド３６、４１側に押し出されても、第２配線域４７の輪郭線１１３は確実に第１補強板３４および第２補強板３８の内向きの壁面に全域で接触することができる。

（６）第２実施形態に係る超音波デバイスユニット
図１３に示されるように、第１補強板３４には素子アレイ５８の裏側で開口１１４が形成されてもよい。開口１１４は個々の素子５９の裏側に空間を確保する。空間は平面視において素子５９と重なる位置に配置される。こうした空間は超音波の減衰を誘引する。素子５９から超音波デバイス１７の裏側に超音波が漏れても、超音波の反射は回避されることができる。こうして素子５９では反射波による不要な振動は防止される。超音波の誤検出は回避されることができる。空間は超音波の減衰に寄与する材料で充填されてもよい。

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。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書また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られることができる。また、超音波診断装置１１、超音波プローブ１３、筐体１６、超音波デバイス１７等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１電子機器としての超音波画像装置（超音波診断装置）、１２処理部（装置端末）、１３プローブ（超音波プローブ）、１５表示装置（ディスプレイパネル）、１６筐体、１７超音波デバイス、１８音響レンズ、３１フレキシブルプリント基板、３２第１平板部、３３第２平板部、３４補強板（第１補強板）、３５平坦面（第１平坦面）、３６ガイド、３７壁面、４６第１配線域、４６ａ屈曲域、４７第２配線域、４７ａ屈曲域、５１窪み、５８超音波素子列（素子アレイ）、５９超音波素子（薄膜型超音波トランスデューサー素子）、７２第１端子（下電極端子）、７４第２端子（下電極端子）、７５第１配線、７６第２配線、８６接着層、８７ａ屈折域、８７ｂ屈折域、８８ａ屈折域、８８ｂ屈折域、８９第１山折り線、９１第２山折り線、９２谷折り線、９３開口、９９外部接続端子、１０１外部接続端子、１０９溝、１１２突起、１１４空間（開口）、ＤＶ超音波デバイスユニット。

Claims

超音波素子アレイを挟んで両側に配置され少なくとも１つの超音波素子列に共通に接続される第１端子および第２端子を有する超音波デバイスと、
超音波デバイスが実装される第１平板部に第２平板部が重ねられて第２平板部で外部接続端子を露出し、前記第１平板部および前記第２平板部に屈折域を介して連続する第１配線域に、前記第１端子に前記外部接続端子を接続する第１配線が配置され、前記第１平板部および前記第２平板部に屈折域を介して連続する第２配線域に、前記第２端子に前記外部接続端子を接続する第２配線が配置されるフレキシブルプリント基板と、
を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項１に記載の超音波デバイスユニットにおいて、
前記第１配線域は前記フレキシブルプリント基板の表側に対して第１山折り線に沿って山折りの前記屈折域を形成し前記第１平板部および前記第２平板部に重ねられ、
前記第２配線域は前記フレキシブルプリント基板の前記表側に対して第２山折り線に沿って山折り前記屈折域を形成し前記第１平板部および前記第２平板部に重ねられ、
前記第１山折り線および前記第２山折り線に交差する谷折り線に沿って前記第１配線域および前記第２配線域は前記フレキシブルプリント基板の前記表側に対して谷折りに屈曲して前記第１平板部の裏側に前記第２平板部は重ねられる
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項２に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記フレキシブルプリント基板は前記谷折り線に沿って前記第１平板部と前記第２平板部との間に開口を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記フレキシブルプリント基板は矩形の輪郭を有することを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記超音波デバイスの裏側に接合される補強板をさらに備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項５に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記補強板は、前記超音波デバイスの厚さ方向から見た平面視において前記超音波素子と重なる位置に空間を有することを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項５に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記平面視において前記超音波素子と重なる位置には前記超音波デバイスおよび補強板の間に接着層が配置されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記補強板は、前記フレキシブルプリント基板が重ねられる平坦面と、前記平坦面に直交する仮想平面に沿って広がって、前記平坦面に重ねられた前記フレキシブルプリント基板の側縁が突き当てられる壁面を有するガイドと、前記ガイドに沿って区画され、前記平坦面の縁から窪んで前記平坦面から前記ガイドを隔てる溝と、を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項５〜８のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記補強板の外周には、音響レンズの位置合わせにあたって突起を受け入れる窪みが形成されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットにおいて、前記第１端子および前記第２端子の間には、共通に接続される配線を有する複数の前記超音波素子を含む素子列が連結されることを特徴とする超音波デバイスユニット。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理する処理装置とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットの出力から生成される画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波画像装置。