JP6625441B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置等に使用される超音波プローブに関する。

超音波プローブにおいて、格子状に複数の振動子を配置する２次元アレイプローブでは、振動子の数が膨大になるため、全振動子を直接診断装置本体に接続することは困難となる。このため、超音波の送受信と遅延加算とを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇａｒｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路チップ、専用の送受信回路用の集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）等）が、振動子各々の背面側に直接実装される場合がある。

また、ＩＣを実装するインターポーザ（Ｉｎｔｅｒ Ｐｏｓｅｒ：ＩＰ）といわれる基板等の構造が、複数の振動子の背面側に付加される場合がある。ＡＳＩＣを実装し、振動子と接続する基板（ＩＰ）としては、アルミナ等を材料とするセラミック基板が用いられる。ＩＰを使用する場合、ＡＳＩＣを振動子の背面に直付けするのに比べて、配線の追加やパッド（ＰＡＤ）の再配置等のメリットがある。

振動子とＩＰ、または振動子とＩＣは、振動子の下面に形成された半田バンプ、または金バンプ等により、振動子各々に対して独立して接続される。半田バンプの場合、板状振動子をＩＰまたはＩＣに仮実装した後、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）により半田を溶融させる。次いで、溶融した半田を冷却することで、振動子とＩＰ、または振動子とＩＣを固着させる。金バンプの場合、導電接着剤を塗布した板状振動子をＩＰまたはＩＣに仮実装した後、硬化炉で加熱することで、振動子とＩＰ、または振動子とＩＣを固着させる。

振動子とＩＰとの固着、および振動子とＩＣとの固着において、いずれの構造の場合も、ＩＣの実装面、すなわち振動子とＩＰとの間の空隙および振動子とＩＣとの間の空隙には、例えば外力によるＩＣの破断等を防ぐため、信頼性上、液状硬化性樹脂であるアンダーフィル材（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ：以下、ＵＦと呼ぶ）と称される接着剤が充填される。アンダーフィル材の硬化後、板状振動子の上面からアンダーフィル材の中途まで切断溝が形成される。これにより、振動子各々を分離する工程が実行される。

また、振動子をＡＳＩＣ上で切断加工する場合は、切断加工によるＡＳＩＣへの機械的ダメージが起きるリスクがあることと、振動子の音響的な良否検査が困難になる問題がある。

ＩＣは、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ：ケイ素）単結晶を材料とする。ＩＰは例えばアルミナセラミックを材料とするセラミック基板である。すなわち、ＩＣおよびＩＰは、いずれも非常に硬性の高い材料であって、音響インピーダンスが高く、音響的な減衰率もきわめて低い。このため、いずれの構造も、ＡＳＩＣ又はＩＰへの音響伝播を遮断することはできない。以上のことから、振動子背面側への超音波の放射が発生した場合、容易にＩＣおよびＩＰの背面構造に音波が伝播し、残響となって、超音波画像上に偽像が発生する問題がある。

超音波振動子の背面側への音響エネルギーを低減する方法としては、例えば、以下の２つの方法がある。
（１）振動子背面を空隙とする。
（２）圧電振動子背面に、音響インピーダンスが極めて大きい材料（例えばタングステンや、その炭化物）を密着させる。

上記（１）では、振動子下面は、自由端であり、１／２波長で振動する。（２）では、振動子下面は、固定端であり、１／４波長で振動する。いずれの方法においても、振動子の背面側との音響インピーダンス差は極めて大きいため、振動子の背面側への音響放射は低減される。これにより、振動子の前面側への放射比率が上がるため、送信感度は向上する。

また、（２）の構造の場合、圧電体の厚みが通常（１／２波長）の約半分となるため、素子の静電容量が増加して電気インピーダンスが下がるため、さらに送信感度が向上する。

しかしながら、上記（１）のような空隙を持つ振動子の場合、空気の音響インピーダンスは圧電体に比べほぼ無視できるため、背面への放射を遮断する性能はきわめて高い。しかしながら、上述したように、２次元アレイプローブにおける振動子で実現することは困難性が極めて高い。

例えば、振動子間の分離溝に接着剤を充填し、振動子下面から突起形状を持たせて振動子面に空隙を確保する方法がある。しかしながら、素子切断後、接着剤充填、ベース材料の除去、電極の付与等、工程が煩雑であると同時に、素子間に充填された接着剤による隣接素子間クロストークが大きくなる問題がある。

また、振動子背面の有効部に掘り込み構造を形成し、両端のみで振動子を支える構造がある。しかしながら、このような構造では、振動子前面からの圧力が加わった場合、素子が破損やすくなり、信頼性が低下することは容易に想像される。また、２次元アレイプローブでは、振動子に無効部が存在しないため、そもそもこのような構造を採用することはできない。

また、上記（２）のような高音響インピーダンスの背面層を持つ振動子の場合、空隙構造に比べ振動子を平面層の音響インピーダンスの比が小さいために、一定比率での背面側への音響放射が生じる問題がある。さらに、２次元アレイプローブにおいて、前述したようなバンプ構造による振動子接続を行う場合、バンプ自体が金属であって、振動子と基板（ＩＰ）またはＩＣとの音響的な通路となると同時に、アンダーフィル材をも伝播して、振動子背面側への音響放射が生じてしまう。

（２）のような構造をもつ２次元アレイ振動子の場合、振動子背面側の構造体を極めて薄くする必要がある。ＩＰは、自身の機能上の制約、即ち多層の配線が必要であることから一定の厚みを必要とする。このため、ＩＰなしで直接ＩＣと振動子をバンプ接続する必要がある。ＩＰの役割は、ＩＣ実装を容易にすると同時に、振動子とＩＣのパッド位置との調整、電源の強化、および制御配線などであり、これらを全てＩＣ内部で行う必要が生じる。ＩＣは裏面を研磨処理することで１００μｍ以下の厚みにまで加工することは可能であるが、ＩＣ実装の際のハンドリング（処理）で破損するリスクがある。

加えて、（２）のような構造をもつ２次元アレイ振動子の場合、振動子の背面側への音響放射があることが前提であるから、ＩＣのさらに背面には不要音響エネルギーを吸収するための背面負荷材が必要になる。しかも、背面負荷材は、シリコン単結晶と音響的に整合する高音響インピーダンスであると同時に高い音波吸収性能を要求されるので、きわめて特殊な材料を用いる必要があり、製造コストが上昇する問題がある。さらに、ＩＣ上に振動子を実装した状態でアレイ切断工程を実施する必要があるので、ＩＣへの機械的、又は化学的ダメージがリスクとして存在する問題がある。

また、超音波プローブにおける振動子の背面部材としては、超音波の減衰を得るために、超音波を吸収するゴム系素材が用いられる。しかしながら、ゴム系素材は、硬度とガラス転移点とが低いという特徴を有し、形状的に安定ではない。すなわち、ゴム系素材は変形しやすく、構造体の基礎として適切とはいえない。また、ゴム系素材は、一般に熱伝導率が低いため、振動子から発生する熱を放散するために、特別な素材、例えばカーボン繊維等を練りこむ等の処理を行う必要がある。また、背面部材としてゴム系素材を用いる場合、音響インピーダンスを設計値に近づけるため、金属やその化合物等の粉末を添加する必要がある。このため、背面部材としてゴム系素材を用いることは、コストアップの原因となる問題がある。

特開平５‐１２３３１７号公報 特開平７‐２２２７４３号公報 特開平１‐２６２８４８号公報

目的は、振動子からの後方放射を効率よく抑制可能な構造を有する超音波プローブを提供することにある。

本実施形態に係る超音波プローブは、複数の圧電体と、フレキシブルプリント基板と、空隙層または樹脂層と、を具備する。複数の圧電体は、超音波を送受信する。フレキシブルプリント基板は、前記複数の圧電体の背面側に位置し、前記複数の圧電体と電気的に接続される。空隙層は、前記フレキシブルプリント基板の背面側に位置し、空隙を有する。樹脂層は、前記フレキシブルプリント基板の背面側に位置し、前記空隙層に樹脂が充填された層である。

図１は、第１の実施形態に係る超音波プローブにおいて、エレベーション方向に垂直な断面の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る超音波プローブにおいて、アジマス方向に垂直な断面の一例を示す図である。 図３は、第１の本実施形態に係る超音波プローブにおいて、アジマス方向とエレベーション方向とに直交する方向に垂直な断面における空隙層の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る超音波プローブにおいて、支持部材に支持された空隙層と、空隙層における複数の接続部材と、フレキシブルプリント基板と、複数の振動子とを示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係る超音波プローブにおいて、フレキシブルプリント基板を介した振動子の直下に接続部材が設けられた一例を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、エレベーション方向に垂直な断面の一例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、アジマス方向とエレベーション方向とに直交する方向に垂直な断面における空隙層を、中継基板の前面からフレキシブルプリント基板の背面に向けて見た断面図である。 図８は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、空隙層と、空隙層における複数の接続部材と、フレキシブルプリント基板と、複数の振動子とを示す斜視図である。 図９は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、フレキシブルプリント基板に設けられた格子状の複数の振動子を、アジマス方向とエレベーション方向とに直交する方向から見た図である。 図１０は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、フレキシブルプリント基板に設けられた格子状の複数の振動子を、アジマス方向とエレベーション方向とに直交する方向から見た図である。 図１１は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、中継基板からの信号の引き出しのために、複数の振動子を支持するフレキシブルプリント基板が放熱部材に沿って延長されていることを示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る超音波プローブにおいて、フレキシブルプリント基板を介した振動子の直下に接続部材が設けられた一例を示す図である。 図１３は、第２の本実施形態に係る超音波プローブにおいて、振動子直下に接続部材が配置された時におけるある時相の音圧分布の一例を示す図である。 図１４は、第２の本実施形態に係る超音波プローブにおいて、分割溝の直下に接続部材が配置された時において、図１３における時相と同時相の音圧分布の一例を示す図である。 図１５は、第２の本実施形態に係り、図１３に関する本実施形態の超音波プローブと、図１４に関する本実施形態の超音波プローブとに関して、放熱部材の同位置における音圧の時間的変化を示すグラフである。 図１６は、第１の実施形態の変形例に係る超音波プローブにおいて、エレベーション方向に垂直な断面の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波プローブを説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合に行う。

図１は、第１の実施形態に係る超音波プローブ１において、エレベーション（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向に垂直な断面の一例を示す図である。本実施形態に係る超音波プローブ１は、１次元アレイプローブである。１次元アレイプローブ１は、配列方向またはアジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）方向に配列された複数の振動子を有する。

図１において、エレベーション方向は紙面に垂直な方向（Ｅ方向）である。アジマス方向は、複数の振動子が配列された方向（Ａ方向）である。アジマス方向とエレベーション方向とに垂直な方向は、音響放射に係る方向（ＡＲ方向）である。図２は、本実施形態に係る超音波プローブ１において、アジマス方向に垂直な断面の一例を示す図である。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１は、共通電極１１と、フレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）１３と、複数の振動子１５と、空隙層１７と、支持部材１９とを有する。複数の振動子１５は、所定の間隔Ｉを有する分割溝１５０により隔てて、フレキシブルプリント基板１３上に、アジマス方向に沿って配列される。すなわち、複数の振動子１５は、短冊状にフレキシブルプリント基板１３上に設けられる。エレベーション方向に沿った複数の分割溝１５０各々には、所定の気体（例えば空気）が封入される。

共通電極１１は、複数の振動子１５の前面に設けられる。図１において、共通電極１１は、複数の振動子１５に亘って、第１の音響整合層１５３と接合されている。具体的には、共通電極１１と複数の第１の音響整合層１５３とは、物理的かつ電気的に接合する。共通電極１１は、例えば、銅箔により形成される。共通電極１１から引き出される配線は、任意の形態により、例えばフレキシブルプリント基板１３における配線を介して、図示していないケーブルに接続される。共通電極１１の前面には図示していない音響レンズが配置、接合される。また、音響レンズの前面には、音響レンズを覆う図示していないカバー（生体接触部材）が設けられる。

フレキシブルプリント基板１３は、非分割構造であって、複数の振動子１５に接合される。すなわち、フレキシブルプリント基板１３は、複数の振動子１５を支持する。フレキシブルプリント基板１３は、複数の振動子１５にそれぞれ対応する複数の配線を有していてもよい。このとき、複数の振動子１５と複数の配線とは、それぞれ電気的に接続される。

複数の振動子１５各々は、圧電体１５１と、第１の音響整合層１５３と、第２の音響整合層１５５と、高インピーダンス層（背面音響整合層）１５７と、個別電極１５９とを有する。複数の振動子１５各々は、アジマス方向に沿って、所定の間隔Ｉでフレキシブルプリント基板１３上に配列される。

すなわち、複数の振動子１５各々は、アジマス方向に平行な所定の間隔Ｉを有し、エレベーション方向に沿った分割溝１５０により、それぞれ物理的に分離する。複数の振動子１５各々は切断されていないフレキシブルプリント基板１３上に接合されているため、複数の振動子１５各々は構造的に安定である。

圧電体１５１における音響放射方向の前面には、第２の音響整合層１５５が接合され、第２の音響整合層１５５の前面には、第１の音響整合層１５３が接合される。圧電体１５１の背面には、高インピーダンス層１５７が接合される。高インピーダンス層１５７の背面には、個別電極１５９が接合される。第１の音響整合層１５３と、第２の音響整合層１５５と、高インピーダンス層１５７とは、導電性を有する。

圧電体１５１は、エレベーション方向に沿った長辺を有し、アジマス方向に沿った短辺を有する矩形状に整形され、超音波の送受信に関わる圧電変換素子である。圧電変換素子とは、例えば、圧電セラミックスなどである。圧電体１５１は、図示していない超音波診断装置または超音波探傷装置から図示していない電子回路を介して供給された駆動信号（電気信号）を受けて、超音波を発生する。圧電体１５１は、被検体もしくは超音波探傷に関する物質により反射された超音波を受けて、エコー信号（電気信号）を発生する。発生されたエコー信号は、超音波プローブに接続された図示していないケーブルを介して超音波診断装置または超音波探傷装置に供給される。

第１の音響整合層１５３および第２の音響整合層１５５は、圧電体１５１の超音波照射側（前面側）に設けられる。第１の音響整合層１５３および第２の音響整合層１５５は、導電性材料からなる金属粉入りエポキシ樹脂等の音響整合材により形成される。第１の音響整合層１５３及び第２の音響整合層１５５における音速、厚さ、音響インピーダンス等の物理的パラメータを調整することで、被検体と圧電体１５１との音響インピーダンスの整合を図ることができる。

具体的には、第１の音響整合層１５３および第２の音響整合層１５５は、被検体もしくは超音波探傷に関する物質の音響インピーダンスと圧電体１５１の音響インピーダンスとの違いに起因する超音波の反射を抑える。なお、図１には、２層の音響整合層（第１の音響整合層１５３および第２の音響整合層１５５）が図示されているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、１層、３層、あるいは４層以上の音響整合層が、圧電体１５１の前面に配置され、それぞれ接合されてもよい。

高インピーダンス層１５７は、複数の圧電体各々の背面に接合される。すなわち、高インピーダンス層１５７は、複数の圧電体１５１各々とフレキシブルプリント基板１３との間に位置する。高インピーダンス層１５７は、圧電体１５１の音響インピーダンスより高い音響インピーダンスを有する。高インピーダンス層１５７は、例えば、タングステンや、タングステンの炭化物などにより構成される。なお、高インピーダンス層１５７は、振動子１５の構成において、省略されてもよい。

個別電極１５９は、高インピーダンス層１５７の背面に接合される。個別電極１５９は、例えば、銀や金などによる金属メッキやスパッタリングなどにより形成される。

図３は、本実施形態に係る超音波プローブ１において、エレベーション方向とアジマス方向とに直交するＡＲ方向に垂直な断面における空隙層１７の一例を示す図である。図４は、本実施形態に係る超音波プローブ１において、支持部材１９に支持された空隙層１７と、空隙層１７における複数の接続部材１７１、１７３と、フレキシブルプリント基板１３と、複数の振動子１５とを示す斜視図である。

空隙層１７は、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。例えば、空隙層１７は、フレキシブルプリント基板１３と支持部材１９との間に設けられる。空隙層１７は、複数の接続部材１７１、１７３と、空隙部分１７５とを有する。図１、図２に示すように複数の接続部材１７１、１７３各々は、空隙層１７の前面の前面構造物と空隙層１７の背面の背面構造物とを接続する。

前面構造物とは、図１乃至図４に示すように、例えば、共通電極１１、フレキシブルプリント基板１３、短冊状の複数の振動子１５、図示していない音響レンズなどである。背面構造物とは、例えば、図１、図２に示すように、支持部材１９である。

接続部材１７１は、図１乃至図４に示すように、柱状構造を有する。接続部材１７１、１７３は、支持部材１９の前面側に、振動子１５に対して多数配置される。図１乃至図４に示すように、複数の接続部材１７１は、振動子１５を分割する分割溝１５０の直下（真後ろ）であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。

すなわち、接続部材１７１、１７３は、最も近い２つの圧電体１５１の間の位置であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に位置する。また、空隙層１７における端部に位置する複数の接続部材１７３は、図１乃至図４に示すように、アジマス方向およびエレベーション方向に関して、振動子１５の外側に配置される。これにより、空隙部分１７５は、封止密閉される。なお、接続部材１７１は、図５に示すように、フレキシブルプリント基板１３を介した振動子１５の直下（真後ろ）に設けられてもよい。

具体的には、接続部材１７１、１７３の一端（先端）は、分割溝１５０の直下のフレキシブルプリント基板１３に、接着剤等により接着される。接続部材１７１、１７３の他端（先端）は、分割溝１５０直下の支持部材１９に、接着剤等により接着される。接続部材１７１、１７３とフレキシブルプリント基板１３との接着時、および接続部材１７１、１７３と支持部材１９との接着時において、接着剤は、空隙部分１７５には、充填されない。

すなわち、空隙部分１７５は、前面構造物における音響インピーダンスに比べて小さい音響インピーダンスを有する気体（例えば空気）が封入される領域である。以上のような構造により、本超音波プローブ１は、構造的に安定を保つことができる。

フレキシブルプリント基板１３により振動子に関する配線が引き出されるとき、接続部材１７１、１７３は導電体である必要はない。このとき、接続部材１７１、１７３は、例えば、フレキシブルプリント基板１３上に塗布されたソルダレジスト（ｓｏｌｄｅｒ ｒｅｓｉｓｔ、例えば熱硬化性エポキシ樹脂皮膜）等であってもよい。また、接続部材１７１、１７３は、導電体であってもよい。このとき、接続部材１７１、１７３は、銅メッキを厚く柱状に形成した銅バンプ（ｂｕｍｐ）などである。

支持部材１９は、背面側への音響反射が無いため、高硬度の金属（例えばアルミニウム等）により構成される。すなわち、本実施形態における超音波プローブ１の支持部材１９は、前面構造物を支持する機械的安定性を有する支持体である。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る１次元アレイプローブ（超音波プローブ）１によれば、振動子１５の背面側に、切断および分離されないフレキシブルプリント基板１３と、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられた空隙層１７とを有する。空隙層１７における空隙部分１７５により、本実施形態に係る超音波プローブ１は、振動子１５の背面側への音響放射を極力抑えることができ、前面側への感度を高めることができる。さらに、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、圧電体１５１の背面に高インピーダンス層１５７を有する。これにより、振動子１５の背面側への音響放射を更に低減でき、前面側への感度をさらに高めることができる。

また、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、非分割のフレキシブルプリント基板１３上に１次元アレイ振動子１５を形成することができる。このため、製造工程が容易となり、製造コストを低減することができる。加えて、振動子の音響的な良否検査が簡単となる。加えて、分割溝１５０に気体を封入させることが可能であるため、隣接振動子間のクロストークは低減される。

さらに、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、複数の接続部材１７１が、振動子１５を分割する分割溝１５０の直下であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けることができる。これにより、各振動子１５としてはフレキシブルプリント基板１３を挟んで空隙構造となっており、背面方向への音響放射をさらに低く抑えることが可能である。すなわち、本実施形態によれば、振動子１５からの後方放射を、効率よく遮断することができる。したがって、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、送信時に投入した電力は、無駄なく前面側に超音波として放射される。

加えて、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、背面構造物として、高硬度の材料（例えば金属）で構成することができ、音響吸収材は不要となり、製造コストを低減させることができる。

以上のことから、本実施形態に係る１次元アレイプローブ１によれば、振動子１５の背面に空隙構造を確保しながら１次元アレイ化が可能である。エアーバック構造により振動子１５からの後方放射を効率よく抑制でき、すなわち音響分離性能を向上させることができる。加えて、本超音波プローブ１は、フレキシブルプリント基板１３により機械的に安定した構造となり、低製造コストおよびエネルギー変換を高効率に実現でき、かつ背面方向への音響放射による超音波画像への影響を低減することができる。

（変形例）
第１の実施形態に係る超音波プローブ１と本変形例に係る超音波プローブとの相違は、空隙層１７のかわりに、空隙部分１７５に所定のアンダーフィル材が充填または配置された樹脂層を有することにある。なお、以下の説明において、第１の実施形態にと略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合に行う。

図１６は、本変形例に係る超音波プローブ３において、エレベーション方向に垂直な断面の一例を示す図である。図１６に示すように、樹脂層１８は、第１の実施形態における空隙層１７の空隙部分１７５にアンダーフィル材が充填された構造または配置された構造を有する。

樹脂層１８は、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。例えば、樹脂層１８は、フレキシブルプリント基板１３と支持部材１９との間に設けられる。樹脂層１８は、複数の接続部材１７１、１７３と、複数の樹脂部分１８１とを有する。図１６に示すように複数の接続部材１７１、１７３各々と複数の樹脂部分１８１とは、樹脂層１８の前面の前面構造物と樹脂層１８の背面の背面構造物とを接続する。

前面構造物とは、図１６に示すように、例えば、共通電極１１、フレキシブルプリント基板１３、短冊状の複数の振動子１５、図示していない音響レンズなどである。背面構造物とは、例えば、図１６に示すように、支持部材１９である。

接続部材１７１は、図１６に示すように、柱状構造を有する。接続部材１７１、１７３は、支持部材１９の前面側に、振動子１５に対して多数配置される。図１６に示すように、複数の接続部材１７１は、圧電体１５１の真後ろの位置とは異なる位置に配置される。換言すれば、複数の接続部材１７１は、振動子１５を分割する分割溝１５０の直下（真後ろ）であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。

すなわち、接続部材１７１、１７３は、最も近い２つの圧電体１５１の間の位置であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に位置する。また、空隙層１７における端部に位置する複数の接続部材１７３は、図１６に示すように、アジマス方向およびエレベーション方向に関して、振動子１５の外側に配置される。

複数の接続部材のうち隣接する２つの接続部材の間の空間は、アンダーフィル材が配置される樹脂部分１８１である。アンダーフィル材は、前面構造物における音響インピーダンスに比べて小さい音響インピーダンスを有する。ここで、アンダーフィル材とは、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ：ケイ素樹脂（有機ケイ素化合物の重合体））などの樹脂である。

具体的には、接続部材１７１、１７３の一端（先端）は、分割溝１５０の直下のフレキシブルプリント基板１３に、接着剤等により接着される。また、樹脂層１８における樹脂部分１８１は、前面構造物と背面構造物とを接着する。接続部材１７１、１７３とフレキシブルプリント基板１３との接着時、および接続部材１７１、１７３と支持部材１９との接着時において、アンダーフィル材は、隣接する２つの接続部材１７１の間の樹脂部分１８１に充填される。なお、樹脂層１８は、接続部材１７３とアンダーフィル材とにより予め一体成形されてもよい。このとき、アンダーフィル材は、樹脂部分１８１に配置される。以上のような構造により、本超音波プローブ３は、構造的に安定を保つことができる。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本変形例に係る１次元アレイプローブ（超音波プローブ）３によれば、振動子１５の背面側に、切断および分離されないフレキシブルプリント基板１３と、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられた樹脂層１８とを有する。樹脂層１８は、樹脂層１８の前面の前面構造物と背面構造物とを接続する複数の接続部材と、複数の接続部材のうち隣接する接続部材の間の空間に配置された所定の樹脂（樹脂部分１７６）とを有する。接続部材１７１、１７３は、圧電体１５１の真後ろの位置すなわち振動子１５真後ろの位置とは異なる位置に配置される。

樹脂層１８における樹脂部分１７６により、本変形例に係る超音波プローブ３は、振動子１５の背面側への音響放射を極力抑えることができ、前面側への感度を高めることができる。樹脂部分１８１に充填または配置されたアンダーフィル材がシリコーンであるとき、シリコーンの密度はエポキシ樹脂よりも低く、シリコーンの音響インピーダンスは、エポキシ樹脂より低いため、振動子１５の背面側への音響放射の抑制効果は、樹脂部分１８１に充填または配置されたアンダーフィル材がエポキシ樹脂である場合よりも大きくなる。

加えて、樹脂層１８の樹脂部分１７６は、振動子１５の振動において、長期間に亘る尾引き的な振動を抑制することができる。例えば、樹脂部分１８１に充填または配置されたアンダーフィル材がエポキシ樹脂であるとき、尾引き的な振動の抑制効果は、樹脂部分１８１に充填または配置されたアンダーフィル材がシリコーンである場合よりも大きくなる。

樹脂層１８の樹脂部分１８１に充填される樹脂は、上記説明のように、超音波プローブ３の用途等に応じて適宜選択可能で有り、エポキシ樹脂またはシリコーンに限定されない。

さらに、本変形例に係る１次元アレイプローブ３によれば、圧電体１５１の背面に高インピーダンス層１５７を有する。これにより、振動子１５の背面側への音響放射を更に低減でき、前面側への感度をさらに高めることができる。

また、本変形例に係る１次元アレイプローブ３によれば、非分割のフレキシブルプリント基板１３上に１次元アレイ振動子１５を形成することができる。このため、製造工程が容易となり、製造コストを低減することができる。加えて、振動子の音響的な良否検査が簡単となる。加えて、分割溝１５０に気体を封入させることが可能であるため、隣接振動子間のクロストークは低減される。

さらに、本実施形態に係る１次元アレイプローブ３によれば、複数の接続部材１７１が、振動子１５を分割する分割溝１５０の直下であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けることができる。これにより、各振動子１５としてはフレキシブルプリント基板１３を挟んで樹脂構造となっており、背面方向への音響放射をさらに低く抑えることが可能である。すなわち、本変形例によれば、振動子１５からの後方放射を、効率よく低減させることができる。したがって、本変形例に係る１次元アレイプローブ３によれば、送信時に投入した電力は、無駄なく前面側に超音波として放射される。

以上のことから、本変形例に係る１次元アレイプローブ３によれば、振動子１５の背面に樹脂構造を確保しながら１次元アレイ化が可能あり、音響分離性能を向上させることができる。加えて、本超音波プローブ３は、樹脂層１８により機械的に剛性が安定した構造となり、超音波プローブ３に対する剛性的な信頼性が向上し、低製造コストおよびエネルギー変換を高効率に実現でき、かつ背面方向への音響放射による超音波画像への影響を低減することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波プローブを説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態にと略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合に行う。本実施形態は、振動子の下面に、切断分離されないフレキシブルプリント基板と、フレキシブルプリント基板の背面側に空隙層を備え、フレキシブルプリント基板と背面側の構造体との間は、振動子の分割溝の直下（真後ろ）に柱状構造が存在し、アレイ状振動子を支える。特に２次元アレイの場合は、格子状の振動子の分割溝の交点に柱状構造を備える。これにより、アレイ振動子において、効率よく背面側への音響放射を抑制できる。

図６は、第２の実施形態に係る超音波プローブ２において、エレベーション方向に垂直な断面の一例を示す図である。本実施形態に係る超音波プローブ２は、２次元アレイプローブである。２次元アレイプローブ２は、アジマス方向（第１方向）と、アジマス方向に直交するエレベーション方向（第２方向）とに沿って配列された複数の振動子とを有する。

図６において、エレベーション方向は紙面に垂直な方向（Ｅ方向）であり、アジマス方向はエレベーション方向に垂直な方向（Ａ方向）であり、アジマス方向とエレベーション方向とに垂直な方向は音響放射に係る方向（ＡＲ方向）である。２次元アレイプローブである本超音波プローブ２において、アジマス方向に垂直な断面は、図６と同様な図となる。

図６に示すように、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２は、共通電極１１と、フレキシブルプリント基板１３と、複数の振動子１５と、空隙層１７と、中継基板２１と、集積回路（Ｉｎｔｅｇａｒｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＩＣ）２３と、放熱部材２７とを有する。

共通電極１１は、複数の振動子１５の前面に設けられる。共通電極１１の前面には図示していないカバー（生体接触部材）が設けられる。すなわち、本実施形態に係る超音波プローブ２は２次元アレイプローブであるため、音響レンズは不要となる。

複数の振動子１５各々は、圧電体１５１と、第１の音響整合層１５３と、第２の音響整合層１５５と、高インピーダンス層（背面音響整合層）１５７と、個別電極１５９と、図示していない独立パッドとを有する。複数の振動子１５各々は、アジマス方向およびエレベーション方向に沿って、所定の間隔Ｉでフレキシブルプリント基板１３上に配列される。

具体的には、複数の振動子１５は、所定の間隔Ｉを有する分割溝１５０により隔てられて、フレキシブルプリント基板１３上に、アジマス方向およびエレベーション方向に沿って、格子状に配列される。分割溝１５０は、アジマス方向に平行な所定の間隔Ｉを有し、かつエレベーション方向に平行な所定の間隔Ｉを有する。複数の振動子１５各々は、アジマス方向およびエレベーション方向に沿った分割溝１５０により、それぞれ物理的に分離する。

なお、アジマス方向における所定の間隔Ｉと、エレベーション方向における所定の間隔Ｉとは、それぞれ異なる長さであってもよい。複数の振動子各々は切断されていないフレキシブルプリント基板１３上に接合されているため、複数の振動子１５各々は構造的に安定である。エレベーション方向およびアジマス方向に沿った複数の分割溝１５０各々には、所定の気体（例えば空気）が封入される。

圧電体１５１は、エレベーション方向およびアジマス方向に対して略同一の幅を有するように整形された圧電変換素子である。圧電体１５１は、集積回路２３を介して供給された駆動信号（電気信号）を受けて、超音波を発生する。圧電体１５１は、被検体もしくは超音波探傷に関する物質により反射された超音波を受けて、エコー信号（電気信号）を発生する。発生されたエコー信号は、集積回路２３に供給される。

図示していない独立パッドは、振動子１５の下面の個別電極１５９と電気的および物理的に接合される。すなわち、独立パッドは、振動子１５各々の個別電極１５９の直下に設けられる。独立パッドは、例えば、はんだ付け用銅箔である。独立パッドは導電性を有し、フレキシブルプリント基板１３におけるスルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）１３１に設けられたランド１３３に電気的および物理的に接合される。

フレキシブルプリント基板１３は、非分割構造であって、複数の振動子１５に接合される。すなわち、フレキシブルプリント基板１３は、複数の振動子１５を支持する。フレキシブルプリント基板１３は、表裏に銅箔の配線パターンを備える両面板である。フレキシブルプリント基板１３は、各振動子１５の直下に、フレキシブルプリント基板１３の両面を接続するスルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）１３１を有する。

スルーホール１３１は、フレキシブルプリント基板１３をＡＲ方向に貫通する貫通孔である。スルーホール１３１の数は、本２次元アレイプローブ２における複数の振動子１５の数に対応する。

スルーホール１３１には、貫通穴の壁面にメッキを施した貫通スルーホールと、フレキシブルプリント基板１３の片面の導体を残し、フレキシブルプリント基板１３の裏面からベース層を除去してメッキを施す非貫通スルーホールとの２種がある。本実施形態においては、上記２種のスルーホールのうちいずれのスルーホールが用いられてもよい。また、スルーホール１３１の内面には、導電性材料が充填されてもよい。なお、フレキシブルプリント基板１３の裏面（背面）におけるスルーホール１３１の端部は、この端部を覆うようにソルダレジスト等で絶縁処理されてもよい。

フレキシブルプリント基板１３の前面におけるスルーホール１３１の端部には、ランド（以下、前面ランドと呼ぶ）１３３が設けられる。前面ランド１３３は、振動子１５各々の個別電極１５９の直下に設けられた独立パッドに接合される。フレキシブルプリント基板１３の背面におけるスルーホール１３１の端部には、ランド（以下、背面ランドと呼ぶ）１３５が設けられる。背面ランド１３５は、フレキシブルプリント基板１３の背面の配線パターン１３７と電気的に接続される。

フレキシブルプリント基板１３の背面の配線パターン１３７は、背面ランド１３５とバンプ接続用パッド（以下、接続パッドと呼ぶ）１３９とを電気的に接続する配線のパターンである。接続パッド１３９は、例えば、２番目に近い２つの圧電体１５１（または振動子１５）の間の位置の直下（背面側）であって、フレキシブルプリント基板１３の背面に設けられる。

すなわち、配線パターン１３７は、フレキシブルプリント基板１３の背面において、振動子１５の直下の位置から、エレベーション方向に沿った分割溝１５０とアジマス方向に沿った分割溝１５０との交点の直下の位置まで、電気的に接続する導線である。換言すれば、配線パターン１３７は、背面ランド１３５と、この背面ランド１３５に最も近い接続パッド１３９とを電気的に１対１で接続する配線である。

接続パッド１３９の数は、スルーホール１３１の数に対応する。すなわち、複数の接続パッド１３９は、複数の振動子１５に電気的にそれぞれ接続されている。換言すると、接続パッドは、スルーホール１３１に接続された背面ランド１３５と接続パッド１３９とは、配線パターン１３７により、複数の振動子１５各々独立に接続される。

図７は、本実施形態に係る超音波プローブ２において、ＡＲ方向に垂直な断面における空隙層１７を、中継基板２１の前面からフレキシブルプリント基板１３の背面に向けて見た断面図である。図８は、本実施形態に係る超音波プローブ２において、空隙層１７と、空隙層１７における複数の接続部材１７１、１７３と、フレキシブルプリント基板１３と、複数の振動子１５とを示す斜視図である。

空隙層１７は、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。例えば、空隙層１７は、フレキシブルプリント基板１３と、中継基板２１との間に設けられる。なお、中継基板２１が省略される場合、空隙層１７は、フレキシブルプリント基板１３と、集積回路２３との間に設けられる。

空隙層１７は、複数の接続部材１７１、１７３と、空隙部分１７５とを有する。図６に示すように複数の接続部材１７１、１７３各々は、空隙層１７の前面の前面構造物と空隙層１７の背面の背面構造物とを接続する。前面構造物とは、図６に示すように、例えば、共通電極１１、フレキシブルプリント基板１３、格子状の複数の振動子１５などである。背面構造物とは、例えば、図６に示すように、中継基板２１、集積回路２３、放熱部材２７である。

図７において、フレキシブルプリント基板１３の図示は省略されている。図７に示すように、個別電極１５９は、図示していない独立パッドを介して前面ランド１３３と接合される。図７において、前面ランド１３３は、背面ランド１３５と重複しているため、不図示となっている。

前面ランド１３３および背面ランド１３５の中心部分にはスルーホール１３１が位置している。背面ランド１３５は、フレキシブルプリント基板１３の背面に配置された配線パターン１３７の一端に接合される。配線パターン１３７の他端は、接続パッド１３９に接合される。接続パッド１３９の中心部分には、接続部材１７１が接合される。

接続部材１７１、１７３は、図６乃至図８に示すように、柱状構造を有する。接続部材１７１、１７３は、背面構造物である中継基板２１および集積回路２３への電気的接点として機能する。このため、接続部材１７１、１７３は、必ず導電性を有する。導電性の柱状構造を有する接続部材１７１、１７３は、フレキシブルプリント基板１３の背面側の導体（接続パッド１３９））上に形成される銅バンプであるか、中継基板２１または集積回路２３上に形成される金バンプ又は半田バンプである。

導電性であって柱状構造の接続部材１７１、１７３は、銅バンプまたは金バンプの場合は導電ペースト等を用いた手法により、また半田バンプの場合はリフロー等を用いた手法により、中継基板２１と接続、固着される。なお、中継基板２１が省略される場合、接続部材１７１、１７３は、集積回路２３と接続、固着される。フレキシブルプリント基板１３における接続パッド１３９と接続部材１７１、１７３との接着時、および接続部材１７１、１７３と中継基板２１との接着時において、接着剤は、空隙部分１７５には、充填されない。

接続部材１７１、１７３は、中継基板２１の前面側に、接続パッド１３９に応じて振動子１５に対して多数配置される。図６乃至図８に示すように、複数の接続部材１７１、１７３は、エレベーション方向に沿った分割溝１５０とアジマス方向に沿った分割溝１５０との交点の直下（真後ろ）等であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられる。

すなわち、接続部材１７１、１７３は、２番目に近い２つの圧電体１５１の間の位置の直下（真後ろ）、または最も近い２つの圧電体１５１の間の位置の直下（真後ろ）であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に位置する。すなわち、接続部材１７３は、周囲の４つの圧電体の位置で規定される矩形（例えば正方形）における２つの対角線の交点の位置の背面側に配置される。また、空隙層１７における端部に位置する複数の接続部材１７３は、図６、図８に示すように、アジマス方向およびエレベーション方向に関して、振動子１５の外側に配置される。これにより、空隙部分１７５は、封止されかつ密閉される。

図９は、フレキシブルプリント基板１３に設けられた格子状の複数の振動子１５を、ＡＲ方向から見た図である。図９に示すように、接続部材１７１、１７３は、エレベーション方向に沿った分割溝１５０とアジマス方向に沿った分割溝１５０との交点の直下に設けられる。また、空隙層１７おける端部に位置する複数の接続部材１７３は、図９に示すように、アジマス方向およびエレベーション方向に関して、振動子１５の外側に配置される。

なお、接続パッド１３９は、最も近い２つの圧電体１５１（または振動子１５）の間の位置の直下（背面側）であって、フレキシブルプリント基板１３の背面に設けられてもよい。すなわち、接続パッド１３９は、フレキシブルプリント基板１３の背面において、エレベーション方向に沿った分割溝１５０とアジマス方向に沿った分割溝１５０とのうち少なくとも一方の直下の位置に設けられてもよい。このとき、接続部材１７１、１７３は、最も近い２つの圧電体１５１の間の位置の直下であって、フレキシブルプリント基板１３の背面に設けられる。

図１０は、フレキシブルプリント基板１３に設けられた格子状の複数の振動子１５を、ＡＲ方向から見た図である。図１０に示すように、接続部材１７１、１７３は、エレベーション方向に沿った分割溝１５０の直下と、アジマス方向に沿った分割溝１５０の直下とに設けられる。また、空隙層１７における端部に位置する複数の接続部材１７３は、図１０に示すように、アジマス方向およびエレベーション方向に関して、振動子１５の外側に配置される。

図６乃至図１０に示すように、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、非切断のフレキシブルプリント基板１３の存在と、複数の振動子１５と略同密度で配置された接続部材（柱状構造）１７１、１７３により、構造的な安定が確保される。

なお、複数の振動子１５を支持するフレキシブルプリント基板１３は、中継基板２１からの信号の引き出しのために、図１１に示すように放熱部材２７に沿って延長されてもよい。なお、接続部材１７１、１７３は、図１２に示すように、フレキシブルプリント基板１３を介した振動子１５の直下に設けられてもよい。

中継基板２１は、空隙層１７と、集積回路２３との間に設けられる。中継基板２１は、フレキシブルプリント基板１３と集積回路２３との電気的接続を中継する基板である。中継基板２１は、例えば、インターポーザ（Ｉｎｔｅｒ Ｐｏｓｅｒ：ＩＰ）である。インターポーザ２１は、複数の接続部材１７１、１７３において隣接する２つの接続部材間のピッチと、集積回路２３における入出力（Ｉ／Ｏ）端子間のピッチとを電気的に中継する基板である。インターポーザ２１は、例えば、所定の厚みを有するアルミナセラミック基板である。

インターポーザ２１の前面には、複数の振動子１５各々に対応する電極パッドが設けられる。図示していない電極パッドは、具体的には、インターポーザ２１の前面において、接続パッド１３９に対向する位置に設けられる。電極パッド上には、ワイヤボンダー装置等により、金バンプ（接続部材１７１、１７３）が設置される。金バンプの場合、フレキシブルプリント基板１３側の電極パッド（接続パッド１３９）の表面には、導電接着剤が塗布される。

インターポーザ２１とフレキシブルプリント基板１３とに対して位置合わせが実行される。この位置合わせの後、インターポーザ２１上にフレキシブルプリント基板１３が仮に（一時的に）マウントされる。仮にマウントされたインターポーザ２１とフレキシブルプリント基板１３との間における接着剤が、硬化炉により硬化される。これにより、接続部材１７１、１７３とインターポーザ２１とは、電気的な導通がとられると同時に機械的にも固着される。

インターポーザ２１における電極パッド上には、金バンプの代わりに、半田ボールバンプ（接続部材１７１、１７３）が形成されてもよい。このとき、同じく仮マウント後リフロー等の手段により、半田を溶融、冷却により、接続部材１７１、１７３とインターポーザ２１とは、導通され、固着される。なお、インターポーザ２１からの信号の引き出しは、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｉｌｍ：異方性導電フィルム）ボンディング等により行われてもよい。

集積回路２３は、フリップチップボンディング等によりインターポーザ２１に接続される電子回路である。このとき、集積回路２３とインターポーザ２１との間には、液状硬化性樹脂であるアンダーフィル材（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）２１３と称される接着剤が充填される。

なお、集積回路２３は、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を有していてもよい。

具体的には、集積回路２３は、インターポーザ２１における振動子１５毎の入出力（Ｉ／Ｏ）端子に対して設けられたバンプ２１１またはＡＣＦにより、インターポーザ２１に接合される。例えば、集積回路２３は、振動子１５ごとにインターポーザ２１に実装される。複数の振動子１５にそれぞれ対応する複数の集積回路２３各々は、超音波診断装置本体による制御に応じて、インターポーザ２１、接続部材１７１、１７３、スルーホール１３１等を介して電気的に接続された振動子１５に、駆動信号（駆動電圧）を印可する。集積回路２３は、インターポーザ２１、接続部材１７１、１７３、スルーホール１３１等を介して、振動子１５で発生されたエコー信号を処理する。

放熱部材２７は、熱伝導グリス２５を介して、集積回路２３の背面に接合される。熱伝導グリス２５は、放熱グリスとも称される。放熱部材２７には、集積回路２３により発生された熱が、熱伝導グリス２５を介して伝導される。また、放熱部材２７は、熱伝導グリス２５を介して伝導された熱を、放熱する。本実施形態によれば背面側への超音波の反射がほとんど無いため、放熱部材２７は、硬度が高く、高熱伝導性の素材、例えばアルミニウム等の金属を用いることができる。また、放熱部材２７は、前面構造物および、空隙層１７、中継基板２１、集積回路２３を安定的に支持可能な剛性を有する。これにより、放熱部材２７は、本超音波プローブ２の機械的安定性および放熱性を高めることが可能になる。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る２次元アレイプローブ（超音波プローブ）２によれば、振動子１５の背面側に、切断および分離されないフレキシブルプリント基板１３と、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けられた空隙層１７とを有する。これにより、本実施形態に係る超音波プローブ２は、空隙層１７における空隙部分１７５により、振動子１５の背面側への音響放射を極力抑えることができ、すなわち音響分離性能が向上し、前面側への感度を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、圧電体の背面に高インピーダンス層１５７を有する。これにより、振動子１５の背面側への音響放射をさらに低減でき、前面側への感度をさらに高めることができる。加えて、分割溝１５０に気体（空気）を封入させることが可能であるため、２次元アレイ振動子２における隣接振動子間のクロストークを低減することができる。

図１３は、本実施形態に係り、振動子１５直下に接続部材１７１、１７３が配置された時におけるある時相の音圧分布の一例を示す図である。図１３に示すように、背面構造物に対する音圧は、接続部材１７１、１７３を通じてのみ伝搬している。図１３から明らかなように、本実施形態における超音波プローブ２は、振動子１５の背面側への音響放射を極力抑えることができ、隣接する振動子間において、クロストークを低減することができる。

また、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、非分割のフレキシブルプリント基板１３上に２次元アレイ振動子を形成することができる。すなわち、本２次元アレイプローブ２によれば、共通電極１１、フレキシブルプリント基板１３、振動子１５、空隙層１７等を有する音響部分３と、中継基板（インターポーザ）２１、バンプおよびアンダーフィルを有する接続層２２、集積回路２３、放熱部材２７等を有する電子回路部分４とを、それぞれ独立して製造可能である。

これにより、集積回路等の電子回路部分４を、音響部分３に接続する前に、音響部分３における音響的な良否検査を、簡単に実行することができる。これらのことから、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、音響部分３の歩留まりによる集積回路の無駄を低減させることができる。加えて、本２次元アレイプローブ２によれば、インターポーザ２１を用いることができるため、電子回路部分４における設計自由度および製造自由度を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、複数の接続部材１７１、１７３が、振動子１５を分割する分割溝１５０の直下であって、フレキシブルプリント基板１３の背面側に設けることができる。これにより、各振動子１５としてはフレキシブルプリント基板１３を挟んで空隙構造となっており、背面方向への音響放射をさらに低く抑えることが可能である。すなわち、本実施形態によれば、振動子１５からの後方放射を、効率よく遮断することができる。したがって、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、送信時に投入した電力は、無駄なく前面側に超音波として放射される。

図１４は、本実施形態に係り、分割溝１５０の直下に接続部材１７１、１７３が配置された時において、図１３における時相と同時相の音圧分布の一例を示す図である。図１４に示すように、背面構造物に対する音圧は、図１３に比べてさらに低減され、効率よく背面放射が抑制されている。図１４から明らかなように、本実施形態における超音波プローブ２は、振動子１５の背面側への音響放射をさらに抑えることができ、隣接する振動子間において、クロストークを低減することができる。

図１５は、図１３に関する本実施形態の超音波プローブと、図１４に関する本実施形態の超音波プローブとに関して、放熱部材２７の同位置における音圧の時間的変化を示すグラフである。図１５におけるＡは、図１４に関する本実施形態の超音波プローブにおいて、放熱部材２７の所定の位置における音圧の時間的変化を示すグラフである。図１５におけるＢは、図１３に関する本実施形態の超音波プローブにおいて、放熱部材２７の所定の位置における音圧の時間的変化を示すグラフである。図１５に示すように、図１４に関する本実施形態の超音波プローブは、図１３に関する本実施形態の超音波プローブに比べて、背面放射を効率よく抑制していることがわかる。

加えて、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、背面構造物を放熱部材２７として高硬度の材料（例えば金属）で構成することができ、音響吸収材は不要となり、製造コストを低減させることができる。

以上のことから、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２によれば、振動子１５の背面に空隙構造（空隙部分１７５）を確保しながら２次元アレイ化が可能である。特に、本実施形態における構造は、フレキシブルプリント基板１３と、インターポーザ２１または集積回路２３とをバンプ（接続部材１７１、１７３）で接続できるため、２次元アレイに適する。加えて、振動子１５の背面が空隙構造であるから、音響分離性能が高く、効率よく背面側への音響放射を抑制できる。

また、本実施形態によれば、中継基板２１としてインターポーザ基板を用いることができるため、集積回路２３における入出力（Ｉ／Ｏ）パッドの再配置等、設計自由度が高い。さらに、音響部分３と電子回路部分４とを独立して製造、検査後、良品同士を組み合わせて完成することができるので、歩留りによるコストへの影響を最小限にできる。

なお、本実施形態の変形例として、第１の実施形態における変形例と同様に、空隙部分１７５にアンダーフィル材を充填または配置してもよい。このとき、本実施形態に係る２次元アレイプローブ２は、空隙層１７を樹脂層１８に置換した構造となる。このとき、樹脂層１８における複数の接続部材各々は、２番目に近い２つの圧電体の間の位置の背面側、すなわち周囲の４つの圧電体の位置を角（エッジ）とする矩形（例えば正方形）の２つの対角線の交点の位置の背面側に配置される。樹脂層１８に関する構造および樹脂層１８に起因する効果については、第１の実施形態における変形例と同様なため、説明は省略する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１、３…１次元アレイプローブ（超音波プローブ）、２…２次元アレイプローブ（超音波プローブ）、３…音響部分、４…電子回路部分、１１…共通電極、１３…フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、１５…振動子、１７…空隙層、１８…樹脂層、１９…支持部材、２１…中継基板（インターポーザ：ＩＰ）、２３…集積回路（ＩＣ）、２５…熱伝導グリス、２７…放熱部材、１３１…スルーホール、１３３…前面ランド、１３５…背面ランド、１３７…配線パターン、１３９…接続パッド、１５０…分割溝、１５１…圧電体、１５３…第１の音響整合層、１５５…第２の音響整合層、１５７…高インピーダンス層（背面音響整合層）、１５９…個別電極、１７１、１７３…接続部材、１７５…空隙部分、１８１…樹脂部分、２１１…バンプ、２１３…アンダーフィル材。

Claims (12)

1. 超音波を送受信する複数の圧電体と、
   前記複数の圧電体の背面側に位置し、前記複数の圧電体と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板の背面側に位置し、空隙を有する空隙層、または前記空隙層に樹脂が充填された樹脂層と、
   を具備し、
   前記空隙層または樹脂層は、前記空隙層または樹脂層の前面の前面構造物と背面の背面構造物とを接続する複数の接続部材を有し、
   前記複数の接続部材各々は、最も近い２つの圧電体の間の位置の背面側に位置し、前記前面構造物と前記背面構造物とを電気的に接続する
   超音波プローブ。
2. 超音波を送受信する複数の圧電体と、
   前記複数の圧電体の背面側に位置し、前記複数の圧電体と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板の背面側に位置し、空隙を有する空隙層、または前記空隙層に樹脂が充填された樹脂層と、
   を具備し、
   前記空隙層または樹脂層は、前記空隙層または樹脂層の前面の前面構造物と背面の背面構造物とを接続する複数の接続部材を有し、
   前記複数の圧電体は、第１方向と前記第１方向に直交する第２方向とに沿って配列され、
   前記複数の接続部材各々は、２番目に近い２つの圧電体の間の位置の背面側に位置し、前記前面構造物と前記背面構造物とを電気的に接続する
   超音波プローブ。
3. 前記空隙層または樹脂層は、前記フレキシブルプリント基板の背面に位置する請求項１または請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記複数の圧電体各々と前記フレキシブルプリント基板との間に位置し、前記複数の圧電体より高い音響インピーダンスを有する高インピーダンス層をさらに具備する、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の超音波プローブ。
5. 前記空隙層または樹脂層の背面側に設けられ、前記複数の圧電体の駆動と前記圧電体の振動で発生したエコー信号の処理とのうちの少なくとも一方の機能を有する集積回路を更に具備する請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の超音波プローブ。
6. 前記空隙層または樹脂層と前記集積回路との間に設けられ、前記フレキシブルプリント基板と前記集積回路との間の電気的接続を中継する中継基板をさらに具備する請求項５に記載の超音波プローブ。
7. 前記複数の圧電体は、第１方向に沿って配列され、
   前記空隙層または樹脂層の背面に設けられ、前記空隙層または樹脂層を支持する支持部材を更に具備する請求項１に記載の超音波プローブ。
8. 前記集積回路の背面に設けられ、前記集積回路で発生した熱を放熱する放熱部材を更に具備する請求項５に記載の超音波プローブ。
9. 超音波を送受信する複数の圧電体と、
   前記複数の圧電体の背面側に位置し、前記複数の圧電体と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板の背面側に位置する樹脂層と、
   前記樹脂層の背面側に位置する背面構造物と、
   を具備し、
   前記樹脂層は、前記樹脂層の前面の前面構造物と前記背面構造物とを接続する複数の接続部材を有し、
   前記接続部材は、前記圧電体の真後ろの位置とは異なる位置に配置される、超音波プローブ。
10. 前記接続部材のうち隣接する接続部材の間の空間には、所定の樹脂が配置される、請求項９に記載の超音波プローブ。
11. 前記複数の接続部材各々は、最も近い２つの圧電体の間の位置の背面側に位置する、請求項９または１０に記載の超音波プローブ。
12. 前記複数の圧電体は、第１方向と前記第１方向に直交する第２方向とに沿って配列され、
    前記複数の接続部材各々は、２番目に近い２つの圧電体の間の位置の背面側に位置する、請求項９または１０に記載の超音波プローブ。