JPH0120615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 Ａ 技術分野 本発明は超音波探触子およびその製造方法に関
する。

Ｂ 先行技術とその問題点 生体の断層像を実時間で観察することのできる
超音波診断装置などの超音波医療電子機器には、
機械的動部分がなく電子的に超音波ビームを走査
することのできる電子走査型の超音波探触子が多
く用いられる。このような超音波探触子では、平
板状のたとえばセラミツク系の圧電材料からなる
平板圧電材の両主面にそれぞれ銀を蒸着、スクリ
ーン印刷あるいは塗布固着してなる平板電極を設
けた振動子を多数線形に配列し、各平板電極をリ
ードにて各外部接続端子に接続した１次元アレイ
構造をとつている。このような超音波探触子では
１次元的に配列された多数の超音波振動子を選択
的に順次駆動することによつて超音波ビームを走
査し、また受波時も各振動子を順次選択的にアク
テイブとすることによつて電子走査を行なつてい
る。

従来、このような多数の超音波振動子の１次元
配列からなる超音波探触子は、平板圧電材の両主
面、すなわち表面および裏面にある各電極と接続
リードとの電気的接続はそれぞれ別個の工程で行
なわれていた。たとえば、まず第１の工程で平板
圧電材を多数に分割した各振動子の裏面の電極に
リードを接続して各振動子ごとの個別電極とし、
次に第２の工程で各振動子の表面の電極に銅など
の金属箔などの共通電極を共通に接続する例があ
る（たとえば特開昭56−54833号参照）。このよう
に従来の製造方法によれば振動子の両電極と外部
回路へのアクセス部との接続には必らず２工程を
必要とし、多くは多数の振動子を製造工程中のみ
一時的に保持しておく補助板などを必要としてい
た。

超音波探触子の製造は、これらの電極とリード
部との接続のみならず、バツキング材や音響整合
層と圧電材料との接合、複数の振動子への分割切
断などの多数の工程からなるので、できるだけ工
程数を少なくして価格を低減するとともに各工程
における加工精度のバラツキの蓄積を排除して高
い信頼性の素子を得ることが要求される。

発明の目的 したがつて本発明は、できるだけ少ない工程数
で信頼性の高い超音波探触子を製造することがで
きる方法、およびそのような超音波探触子を提供
することを目的とする。

本発明によればこの目的は次のような超音波探
触子の製造方法によつて達成される。すなわちこ
の方法によれば、矩形の平板圧電材の一方の主面
にこれを実質的に覆う形で第１の平板導電材を被
着させ、他方の主面には第１の平板導電材とは独
立した第２の平板導電材を被着させ、第１の平板
導電材の一部は他方の主面まで伸びて他方の主面
の一部を長手方向に覆う形をとり、矩形の平板圧
電材の幅より小さい幅の矩形の開口を有する可撓
性の平板絶縁材の表面において、この開口の一方
の長辺に沿つて伸びる第１の導電パターンを形成
し、この開口の他方の長辺に沿つて伸び第１の導
電パターンとは独立した第２の導電パターンを形
成し、第２の導電パターンは開口から離れる方向
に伸びる複数の導体部を有し、平板導電材の表面
の上に前記平板圧電材をその長辺が開口の長辺と
実質的に平行なるように載置して、平板圧電材の
他方の主面の一部を覆つている第１および第２の
平板導電材のうちの一方の一部を平板絶縁材の第
１の導電パターンに、他方の平板導電材の一部を
第２の導電パターンにそれぞれ接続し、前記平板
圧電材と異なる音響インピーダンスを有し平板圧
電材の矩形の外形に近い形状を有するバツキング
材の主面の上に、平板圧電材の長辺がバツキング
材の長辺と実質的に平行になるように平板絶縁材
をその裏面を下にして装着し、平板絶縁材をバツ
キング材の矩形の長辺に沿つてその側面の方へ折
り曲げ、これら平板圧電材、平板絶縁材およびバ
ツキング材に切込みを入れ、この切込みは平板圧
電材の矩形の幅方向に伸びて複数の導体部の間に
位置し、少なくともバツキング材の主面に達して
おり、これによつて一方の平板導電材を共通電極
とし、他方の平板導電材を個別電極とする複数の
超音波振動子が形成される。

本発明によれば次のような超音波探触子が提供
される。すなわち、共通電極および個別電極を有
する複数の超音波振動子を含む超音波探触子探触
子は、２つの実質的に平行な主面を有し、これら
の主面のうちの一方にこの主面を実質的に覆う形
で第１の平板導電材が被着され、他方の主面には
第１の平板導電材とは独立した第２の平板導電材
が被着され、第１の平板導電材の一部は他方の主
面まで伸びて他方の主面の一部を長手方向に覆う
形をなす矩形の平板圧電材と、矩形の平板圧電材
の幅より小さい幅の矩形の開口を有し、開口の一
方の長辺に沿つて伸びる第１の導電パターン、お
よび開口の他方の長辺に沿つて伸び第１の導電パ
ターンとは独立した第２の導電パターンが表面に
形成され、第２の導電パターンはこの開口から離
れる方向に伸びる複数の導体部を有する可撓性の
平板絶縁材と、平板圧電材と異なる音響インピー
ダンスを有し、平板圧電材の矩形の外形に近い形
状を有するバツキング材とを含み、平板圧電材
は、長辺を開口の長辺と実質的に平行にして平板
絶縁材の表面の上に載置され、平板圧電材の他方
の主面の一部を覆つている第１および第２の平板
導電材のうちの一方の一部は平板絶縁材の第１の
導電パターンに、他方の一部は第２の導電パター
ンにそれぞれ接続され、平板絶縁材は、平板圧電
材の長辺がバツキング材の長辺と実質的に平行に
なるように平板絶縁材の裏面をバツキング材の主
面に向けてその上に装着され、平板絶縁材は、バ
ツキング材の矩形の長辺に沿つてバツキング材の
側面の方へ折れ曲がり、平板圧電材、平板絶縁材
およびバツキング材には切込みが形成され、切込
みは平板圧電材の矩形の幅方向に伸びて複数の導
体部の間に位置し、少なくともバツキング材の主
面に達し、これによつて複数の超音波振動子は、
一方の平板導電材が共通電極をなし、他方の平板
導電材が個別電極をなすものである。

本発明の１つの態様によれば、超音波探触子
は、第１の平板導電材を共通電極とし、第２の平
板導電材を個別電極とする。

本発明の他の態様によれば、超音波探触子にお
ける切込みは複数の導体部のそれぞれの間に位置
する。

本発明の他の態様によれば、超音波探触子にお
ける平板絶縁材の開口は周囲が完全に閉じた矩形
をなす。

本発明の他の態様によれば、超音波探触子にお
ける第２の導電パターンは、複数の導体部がそれ
ぞれ独立した平板絶縁材の表面に形成されてい
る。

発明の具体的説明 次に添付図面を参照して本発明の超音波探触子
および超音波探触子の製造方法を詳細に説明す
る。

第１図ＡおよびＢに示す実施例のように、たと
えばセラミツク系の圧電材料からなる全体として
矩形の平板圧電材１０に、この矩形の一方の長辺
に対応する側面１２を残して他方の側面ならびに
平板の両主面をコの字形にたとえば銀などの導電
材料を蒸着、スクリーン印刷もしくは塗布固着し
て形成した極薄の平板導電材で被覆し、その一方
の主面の一部にこの矩形の長辺と平行にスリツト
１４を入れて平板導電材の一部を除去し、これを
第１の平板導電材１６と第２の平板導電材１８に
分割する。両者は互いに完全に独立している。理
解を深めるために本実施例の実寸を附記すると、
平板圧電材の長辺100mm、短辺13mm、スリツト側
主面の平板導電材１６の幅１mm、スリツト１４の
幅１mmで、厚さは3.5MHzの場合で0.4mmである。

次に第１図Ｃに示すように、すくなくとも平板
圧電材１０の矩形より少し小さい幅方向の寸法形
状を有する開口２０を有するポリイミド等の可撓
性の絶縁材料からなる平坦な基板２２に、図示の
ようなパターン形状を有する第１の導電パターン
２４および第２の導電パターン２６を形成する。
両パターンは、たとえば銅などの導電性材料の箔
を基板２２の主面に被着させたものである。第１
の導電パターン２４は、開口２０の一方の長辺に
沿つた電極部２８と、外部の回路に接続されるリ
ード部３０とからなり、第２の導電パターン２６
は、開口２０の他方の長辺に沿つた電極部３２
と、外部の回路に接続される多数の導体部３４と
からなる。第１の導電パターン２４は超音波探触
子６２（第１図ＥまたはＦ）として完成後は、そ
の探触子に含まれる多数の超音波６０（第１図Ｅ
またはＦ）の共通電極の一部をなし、第２の導電
パターン２６は多数の超音波振動子の個別電極の
一部をなすことになる。したがつて第２の導電パ
ターン２６の導体部３４はこの例では完成後の超
音波探触子に含まれる振動子の数に対応して設け
られている。更に電極部を除く上記リード部を覆
うようにポリイミド等のカバーフイルムを貼布す
る。

次に第１図Ｄに示すように、同図Ｃの可撓性基
板２２の開口２０より若干大きく、同図Ａまたは
Ｂに示す圧電材１０の矩形と少なくとも同程度の
大きさの形状を有するバツキング材４０を用意す
る。このバツキング材は、超音波探触子として完
成後、探触子の超音波出力方向とは反対の方向す
なわち背面側に放射された超音波を反射させるこ
とで前面負荷への超音波出力を増し、探触子とし
ての感度を良くするための反射材として、または
背面へ放射された超音波を吸収して超音波パルス
を尖鋭にする吸収材として、探触子の応答性を良
くする役目を果す。感度を良くするための反射材
に適する例を示せば、圧電材１０の音響インピー
ダンス、たとえば30×10⁵ｇ／cm²ｓとは大きく異
なる音響インピーダンス、たとえば約３×10⁵
ｇ／cm²ｓを有するエポキシ樹脂などが好ましい。

ところで本発明による超音波探触子の製造方法
によれば、第１および第２の平板導電材１６およ
び１８を備えた圧電材１０を第１図Ｂの向きにし
てそのまま同図Ｃに示す可撓性基板２２の上に開
口２０が圧電材１０の矩形と重なるように載置す
る。この状態で第１および第２の導電パターン２
４および２６のそれぞれの電極部２８および３２
と、これらにそれぞれ接する第１および第２の平
板導電材１６および１８の一部とをハンダ付けな
どによつて接合する。この場合基板２２の裏面よ
り加熱するのが工程的に有利である。これによつ
て第１および第２の平板導電材１６および１８が
それぞれ第１および第２の導電パターン２４およ
び２６の端子部３０および３４と電気的に接続さ
れたことになる。

次に、このように可撓性基板２２の上に圧電材
１０を搭載したものを、第１図Ｄに示すバツキン
グ材４０の上に同図ＣおよびＤに示す状態、すな
わち可撓性基板２２のパターンのある面を上にし
て開口２０を基板２２に一致させるようにして載
置する。基板２２およびその開口２０から露出し
ている第１および第２の導電材１６および１８の
一部ならびにスリツト１４の部分の圧電材１０
と、バツキング材４０との接合はたとえばエポキ
シ樹脂などの接着剤にておこなう。バツキング材
４０がエポキシ樹脂である場合は接着剤もエポキ
シ樹脂とするように、バツキング材４０と同じ素
材を含む接着材を用いることが好ましい。こうす
ることによつて接着剤とバツキング材４０との間
に界面が形成されることなく、好ましくない界面
での超音波の反射などを防止することができる。

次に第１図Ｅに示すように可撓性基板２２をバ
ツキング材４０の両側面に沿つて折り曲げ、両者
の間を同様に接着剤で接合する。

次に、たとえばスクライビングダイサなどの薄
い研削砥石によつて圧電材１０の幅方向に切込み
５０を入れ、圧電材１０を長手方向に等分割す
る。この切込み５０は第１図ＥおよびＦに示すよ
うに、圧電材１０の第１の導電材１６から圧電材
１０ならびに第２の導電材１８および第１の導電
材１６の一部を通つて可撓性基板２２上の第１お
よび第２の導電パターン２４および２６の各電極
部２８および３２に達し、その先端５２は同図Ｅ
に示すように第２の導電パターン２６の電極部３
２を完全に分断する位置（第３図の矢印Ａの先端
の位置）までバツキング材４０の中にわずかに切
り込まれている。また、隣接する２つの切込み５
０の間隔すなわちピツチは第２の導電パターン２
６の複数のリード部３４の配列ピツチに等しく、
隣接する２本の導体部３４のほぼ中央に１本の切
込み５０が位置して隣接するリード部３４相互を
電気的に切断するようになされている。切込み５
０の先端５２は第１の導電パターン２４の端部３
６（この例では可撓性基板２２の端部にもなつて
いる）に達してはならず、第１図Ｆに示すように
第１の導電パターン２４は切込み５０で分割され
ないで連続したものとなつている。これによつ
て、多数の超音波振動子６０を含む超音波探触子
６２が完成する。なおこの電気的接続を第２図に
示す。同図において第１図に示す要素は同じ参照
符号で概念的に示されている。これからわかるよ
うに、第１の平板導電材１６が個個の振動子６０
に共通な共通電極として端子部３０に接続され、
第２の平板導電材１８が個々の振動子６０に固有
の個別電極として導体部３４に接続されている。

第４図は可撓性基板２２の他の形状の例を示
す。同図Ａでは第２の導電パターンが連続してな
く、初めから個々の導体部３４として独立してい
る例が示されている。したがつて圧電材１０の第
２の導電材との接続は、個々の導体部３４の一部
３２Ａに対して行なわれる。同図Ｂは、第１図Ｃ
に示す開口２０の周囲が完全に閉じたものではな
く、一部が開いている開口２０Ａを有する可撓性
基板２２を示す。第４図に示すいずれの基板２２
でも本発明による製造方法に良好に適用すること
ができる。

第５図は、切込み５０のピツチが端子部３４の
ピツチの1/3であり、１本の端子部３４に３個の
振動子６０の個別電極１８が共通に接続されてい
る例を示す。その電気的接続を第６図に示す。こ
のように端子部３４と振動子６０との対応は必ず
しも１対１でなく、１対複数であつてもよい。

第７図は基板２２の一方の端部３６をバツキン
グ材４０の側面に沿つて折り曲げず、その主面す
なわち圧電材の搭載されている面に伸ばしたまま
接合した例を示す。この場合、第１の導電材１６
を共通電極として機能させるためには第１の導電
パターン２４を個々の振動子６０ごとに分離して
はならないので、個々の振動子６０に分離する切
断工程における切断ストロークは第７図の矢印Ｂ
で示すように第１の導電パターン２４の端部３６
に達しないように制御する必要がある。なお第１
図の実施例では第３図について前述したように切
断ストロークの制御の必要はなく、切断の深さの
制御（矢印Ａ）のみでよい。

前述のいずれの実施例においても超音波探触子
６２として完成後は、第１の導電材１６が各振動
子６０の共通電極となつている。しかし本発明に
よる製造方法は必らずしもこの形態に限定されな
い。第１の導電材１６を個別電極とし、第２の導
電材１８を共通電極とするように、第１図Ｂに示
す圧電材１０をその圧電材の平板形状を含む平面
面内で180゜回転させた向きにして同図Ｃの可撓性
基板２２の上に載置して接合してもよい。なお第
１の導電材１６を共通電極とした超音波探触子の
方が共通電極をアースに接地することにより誘導
電流による雑音に対する耐性が優れている長所が
ある。

発明の具体的作用効果 本発明の超音波探触子および超音波探触子の製
造方法によれば、可撓性基板上の回路パターンへ
の超音波振動子の２つの電極の接続は、単一の工
程で同時に行なうことができる。またこの電極接
続工程と、各超音波振動子に分割する工程もほと
んど同時に行なうことができる。したがつて個々
の超音波振動子に分割する前に両電極を正確に回
路パターンに接続できる。また、分割工程におい
て各超音波振動子について高精度の機械的寸法で
均等に各振動子を形成することができる。各電極
への回路接続は可撓性基板へ形成された印刷回路
によつて行なわれるので、回路接続についても多
数の振動子に対して高い精度の機械的寸法を得る
ことができる。しかもこのような外部回路へのア
クセス部における印刷配線回路板の使用は、外部
回路との機械的インタフエースにおいても良好な
適合性を生ずる。したがつて、製造工程が短縮さ
れ価格が低減するのみならず、高い精度の多数の
超音波振動子を高密度に集積した信頼性の高い超
音波探触子を提供することができる。

このようにして提供された超音波探触子は、
個々の振動子の機械的・電気的特性が均一であ
り、また振動子相互間では機械的に独立している
ので相互間での振動時の干渉が少なく、かつ一次
元アレイが均当なピツチで精度高く配列されてい
るので、電子走査の場合、振動子または配列の不
均一あるいは振動子相互の干渉による電気回路設
計理論上の合成ビーム方向と実際のビーム方向と
に誤差が出るなどの不都合が生じない効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｆは本発明による超音波探触子の製
造工程を説明するための斜視図、第２図は超音波
探触子の回路接続の例を示す回路図、第３図は第
１図Ｅに示す超音波探触子の端面図、第４図Ａお
よびＢは第１図に示す可撓性基板の他の例を示す
平面図、第５図は超音波探触子の他の実施例を示
す部分側面図、第６図は第５図に示す実施例の回
路接続を示す回路図、第７図は超音波探触子の他
の実施例を示す端面図である。 主要部分の符号の説明、１０…平板圧電材、１
６…第１の平板導電材、１８…第２の平板導電
材、２０…開口、２２…可撓性基板、２４…第１
の回路パターン、２６…第２の回路パターン、４
０…バツキング材、５０…切込み、６０…超音波
振動子、６２…超音波探触子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通電極および個別電極を有する複数の超音
   波振動子を含む超音波探触子において、該探触子
   は、 ２つの実質的に平行な主面を有し、該主面のう
   ちの一方に該一方の主面を実質的に覆う形で第１
   の平板導電材が被着され、他方の主面には第１の
   平板導電材とは独立した第２の平板導電材が被着
   され、第１の平板導電材の一部は他方の主面まで
   伸びて該他方の主面の一部を長手方向に覆う形を
   なす矩形の平板圧電材と、 前記矩形の平板圧電材の幅より小さい幅の矩形
   の開口を有し、該開口の一方の長辺に沿つて伸び
   る第１の導電パターン、および該開口の他方の長
   辺に沿つて伸び第１の導電パターンとは独立した
   第２の導電パターンが表面に形成され、第２の導
   電パターンは前記開口から離れる方向に伸びる複
   数の導体部を有する可撓性の平板絶縁材と、 前記平板圧電材と異なる音響インピーダンスを
   有し、該平板圧電材の矩形の外形に近い形状を有
   するバツキング材とを含み、 前記平板圧電材は、長辺を前記開口の長辺と実
   質的に平行にして前記平板絶縁材の表面の上に載
   置され、該平板圧電材の他方の主面の一部を覆つ
   ている第１および第２の平板導電材のうちの一方
   の一部は該平板絶縁材の第１の導電パターンに、
   他方の一部は第２の導電パターンにそれぞれ接続
   され、 前記平板絶縁材は、前記平板圧電材の長辺が前
   記バツキング材の長辺と実質的に平行になるよう
   に該平板絶縁材の裏面を該バツキング材の主面に
   向けてその上に装着され、 該平板絶縁材は、前記バツキング材の矩形の長
   辺に沿つて該バツキング材の側面の方へ折れ曲が
   り、 前記平板圧電材、平板絶縁材および前記バツキ
   ング材には切込みが形成され、該切込みは該平板
   圧電材の矩形の幅方向に伸びて前記複数の導体部
   の間に位置し、少なくとも該バツキング材の主面
   に達し、 これによつて前記複数の超音波振動子は、前記
   一方の平板導電材が前記共通電極をなし、前記他
   方の平板導電材が前記個別電極をなすことを特徴
   とする超音波探触子。 ２ 第１の平板導電材を共通電極とし、第２の平
   板導電材を個別電極とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波探触子。 ３ 前記切込みは前記複数の導体部のそれぞれの
   間に位置することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の超音波探触子。 ４ 前記平板絶縁材の開口は周囲が閉じた矩形を
   なすことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の超音波探触子。 ５ 第２の導電パターンは、複数の導体部がそれ
   ぞれ独立して前記平板絶縁材の表面に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の超音波探触子。 ６ 矩形の平板圧電材の一方の主面に該主面を実
   質的に覆う形で第１の平板導電材を被着させ、他
   方の主面には第１の平板導電材とは独立した第２
   の平板導電材を被着させ、第１の平板導電材の一
   部は他方の主面まで伸びて該他方の主面の一部を
   長手方向に覆う形をとり、 前記矩形の平板圧電材の幅より小さい幅の矩形
   の開口を有する可撓性の平板絶縁材の表面におい
   て、該開口の一方の長辺に沿つて伸びる第１の導
   電パターンを形成し、該開口の他方の長辺に沿つ
   て伸び第１の導電パターンとは独立した第２の導
   電パターンを形成し、第２の導電パターンは前記
   開口から離れる方向に伸びる複数の導体部を有
   し、 前記平板絶縁材の表面の上に前記平板圧電材を
   その長辺が前記開口の長辺と実質的に平行になる
   ように載置して、該平板圧電材の他方の主面の一
   部を覆つている第１および第２の平板導電材のう
   ちの一方の一部を該平板絶縁材の第１の導電パタ
   ーンに、他方の平板導電材の一部を第２の導電パ
   ターンにそれぞれ接続し、 前記平板圧電材と異なる音響インピーダンスを
   有し、該平板圧電材の矩形の外形に近い形状を有
   するバツキング材の主面の上に、前記平板圧電材
   の長辺が該バツキング材の長辺と実質的に平行に
   なるように前記平板絶縁材を該平板絶縁材の裏面
   を下にして装着し、 該平板絶縁材を前記バツキング材の矩形の長辺
   に沿つて該バツキング材の側面の方へ折り曲げ、 前記平板圧電材、平板絶縁材および前記バツキ
   ング材に切込みを入れ、該切込みは該平板圧電材
   の矩形の幅方向に伸びて前記複数の導体部の間に
   位置し、少なくとも該バツキング材の主面に達し
   ており、 これによつて前記一方の平板導電材を共通電極
   とし、他方の平板導電材を個別電極とする複数の
   超音波振動子が形成されることを特徴とする超音
   波探触子の製造方法。