JPH05123317A

JPH05123317A - ２次元アレイ超音波プローブ

Info

Publication number: JPH05123317A
Application number: JP3293047A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hashimoto; 新一橋本; Shiro Saito; 史郎斉藤; Tomio Ono; 富男小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、バッキング材がなく、しかも音響特
性の良好な２次元アレイ超音波プローブを提供すること
を目的とする。【構成】本発明の２次元アレイ超音波プローブは、音響
整合層下に共通電極を介して２次元的に振動子を配列
し、さらにこれら振動子間に絶縁性の仕切りを配した２
次元アレイ超音波プローブであって、前記仕切りは各振
動子上に配置される個別電極よりも突出した突出部を有
し、この仕切りの突出部と基板が各個別電極と基板の間
に空隙を挟むかたちで接合され、各個別電極と基板上の
電極は電気接続部を介して接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置や超音
波探傷装置等の超音波画像装置において超音波ビームの
送受に用いられる超音波プローブに係り、特に振動子を
マトリックス状に配置した２次元アレイ超音波プローブ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は超音波プローブにより
被検体内で超音波ビームの走査を行い、その反射波を同
じ超音波プローブで検出することにより断層画像を得
る。ここで超音波の走査方式には、大きく分類して、超
音波プローブの超音波振動子を機械的に動かすことによ
り行う機械走査（メカニカル走査）と、アレイ状の超音
波振動子（１次元アレイ超音波プローブ）を用い、アレ
イ状に配列された各振動子素子の電子的な切替および各
素子に与える遅延時間を制御して行う電子走査とがある
が、近年では、高速走査が可能、高分解能が得られる等
の理由から、電子走査方式が主流となっている。

【０００３】ところで、電子走査において方位分解能の
向上を図る手段としては、超音波の受信時に各深さに応
じたフォーカスを行うダイナミックフォーカスや、送信
のフォーカス点を変えて超音波ビームの送受信を繰返し
行い、フォーカス点付近の画像をつなぎ合せる多段フォ
ーカス等がある。

【０００４】しかし、このようなフォーカス手段は走査
方向（アレイの配列方向）におけるものであり、走査方
向と垂直な方向（レンズ方向）においては、音響レンズ
を用いた固定フォーカスである。このため、レンズ方向
においては、フォーカスの深度を調節できず、固定フォ
ーカスの前後では超音波ビームの幅が広いため、画像が
ぼやけることがある。

【０００５】そこで、このような欠点を解消するため、
振動子を２次元に配列した２次元アレイ超音波プローブ
を用い、走査方向だけでなくレンズ方向にもダイナミッ
クフォーカスや多段フォーカスを適用して分解能を向上
させる試みが提案されている。なお、２次元アレイ超音
波プローブによれば、プローブを動かさなくても走査面
（走査方向）を変えることも可能であるため、３次元的
な画像情報の収集もでき、診断能力は飛躍的に向上する
ことが予想される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な２次元アレイ超音波プローブは、２次元に配列した振
動子一つ一つに信号線を接続する必要があるため、１次
元アレイ超音波プローブのような音響マッチング（整
合）層、振動子およびバッキング材（吸音材）を順に積
層し、振動子の端部から信号線を引き出すといった構造
はとれない。

【０００７】このため、特開平１−２６２８４８号公報
等では、各振動子に接着した振動子電極と各振動子電極
に対応する信号線を形成した基板とを半田等のバンプを
介して接着し、２次元に配列した振動子と信号線とを容
易に電気的に接続する方法が開示されている（この場合
バッキング材はない）。

【０００８】しかし、このような方法では、振動子と基
板との機械的な接続もバンプだけを介して行うことにな
るため、機械的な接続強度が弱く、信頼性に欠ける。

【０００９】かといって、振動子と基板とをバンプによ
り接続した後、バンプの周囲の空隙に接着剤等の樹脂で
モールドすると、一旦振動子から放射された超音波が、
接着剤層や接着剤を介して振動子と幅広く接続した基板
等に反射して振動子に戻ってくるといった振動子と基板
等の音響的結合が生じ、振動子から音響マッチング層側
に放射される超音波の波形が乱れ、超音波プローブの特
性を劣化させる。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、バッキング材がなく、しかも音響特性の良好な２
次元アレイ超音波プローブを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、音響整合層下に共通電極を介して２次元的
に複数の振動子を配列し、個別の振動子に共通電極に対
向して設けられた個別電極が、基板上に形成された電極
に電気的に接続され、さらにこれら振動子間に絶縁性の
仕切りを配した２次元アレイ超音波プローブであって、
前記仕切りは各振動子の個別電極よりも突出した突出部
を有し、この仕切りの突出部と基板が各個別電極と基板
の間に空隙を形成するように接合され各個別電極と基板
側の電極は電気接続部を介して接続される２次元アレイ
超音波プローブを提供する。

【００１２】

【作用】本発明の２次元アレイ超音波プローブにおいて
は、基板は、電気接続部を介して個別電極と接続するだ
けでなく、仕切りの突出部とも接続するため、機械的接
合強度は十分となり、さらに基板と個別電極の間に音響
インピーダンスの小さな空隙が保たれるため、基板が音
響的に個別電極を介して振動子に影響を与えることはな
く、良好な音響特性が達成される。

【００１３】

【実施例】以下添付の図面を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１４】図１は本発明の第１実施例に係る２次元ア
レイ超音波プローブ１内部の斜視図、図２は超音波プロ
ーブ１の断面図である。

【００１５】すなわち、２次元アレイ超音波プローブ１
においては、マトリクス状に２次元配列された各振動子
（超音波を発生する圧電素子）２が、各々の間の空隙を
２つに積層した高分子層（不導体）３，４によって充填
される。そして、振動子２の音響整合層５側（図１では
下方、図２では上方）には、各振動子２に共通の１枚の
共通電極６が接続され、音響整合層５は共通電極６の上
に接合される。

【００１６】一方、先の高分子層３，４のうち、基板７
側（図１では上方、図２では下方）に位置する高分子層
４は、基板７側の端部４ａが振動子２の上に積層された
基板側電極８よりも突き出ている。そして、この高分子
層４の突き出た端部４ａは、部分的に切欠部４ｂを有
し、この切欠部４ｂに一部割り込みながら、基板側電極
８および基板７上に配置された信号線（信号線パッド、
基板側の電極となる）９と接続する電気接続部１０が設
置される。なお、高分子層４はその基板７側端面におい
て、接着剤層１１を介して基板７に接続する。符号１９
は、基板側電極８と基板７との間に生じた空隙を示す。

【００１７】さて、共通電極６はケーブル１２のアース
ライン１３に接続し、他方基板側電極８は電気接続部１
０と信号線９を介して、基板７に隣接した他の基板１４
のパターンに接続し、この基板１４に設置されたＩＣ
（高圧スイッチやインピーダンス変換器を含む）１５を
経て、ケーブル１２に、そして最終的にはシステム本体
（図示せず）内の送受信回路と接続する。

【００１８】よって、この２次元アレイ超音波プローブ
１の２次元に配列された振動子２は、システム本体内の
送受信回路で基準信号に与えられる遅延時間に制御され
ながら超音波を放射し、放射された超音波は、走査方
向、スライス方向とも一定の深さで集束する超音波ビー
ムとなる。

【００１９】図３（Ａ）〜（Ｈ）は、図１、図２に示し
た２次元アレイ超音波プローブ１の製造工程図である。

【００２０】すなわち、まず図３（Ａ）に示すように、
振動子板２１に形成した電極層２２に対して、後に用材
や機械的方法で剥離可能なように、樹脂板２３を張り付
ける。つぎに図３（Ｂ）に示すように、振動子板２１、
電極層２２および樹脂板２３を順次積層したアセンブリ
２４を、振動子板２１と電極層２２を貫いて樹脂２３に
到達する深さまでマトリクス状に切り込む（符号２５は
この切り込みによる溝を表す）。この結果振動子２１と
電極層２２は完全に切断され、２次元に配列された各振
動子２と基板側電極８が形成される。

【００２１】この後は図３（Ｃ）に示すように、各溝２
５に高分子材料４を充填する。この高分子材料４は、常
温以下でガラス転移している高硬度のもの、例えばショ
ア硬度−Ｄ８０程度のエポキシ樹脂とする。そして、充
填した高分子材料４は、図３（Ｄ）に示すように、振動
子２の厚みの１／２を越える（２／３〜９／１０程度）
深さまで一律に削り取る（こうして形成された溝を符号
２６で表す）。

【００２２】ついで、図３（Ｅ）に示すように、溝２６
に高分子材料３を充填する。この高分子材料３は、常温
でガラス転移していない低硬度（弾性のある、もしくは
ゲル状）のもの、例えばゴム系材料とする。その後は図
３（Ｆ）に示すように、高分子材料３と振動子２の全表
面に共通電極６を接着する。

【００２３】そして、さらに図３（Ｇ）では、樹脂板２
３を剥離し、最後に図３（Ｈ）で、高分子材料４の突出
した端部４ａに切欠部４ｂを形成した後、この切欠部４
ｂに一部挿入させながら、基板側電極８に接続するバン
プ２７ａ（半田等の導電性）を形成する。そして基板７
にも基板側電極の間隔に合わせてマトリクス状に信号線
９を形成し、この信号線９の上にもバンプ２７ａと同様
のバンプ２７ｂを形成する。そして、高分子材料４の端
面に接着剤層１１を形成した上で、この接着剤層１１と
基板７とを接着する。このときバンプ２７ａと２７ｂと
が一体となって電気接続部１０となる。

【００２４】本実施例の２次元アレイ超音波プローブ１
においては、各振動子２および基板側電極８を互いに仕
切る高分子層４が基板側電極８よりも突出して基板７と
接合するため、基板側電極８と基板７との間に空隙１９
ができ、空隙１９は音響インピーダンスが極めて小さい
ため、振動子２と基板７との音響的結合の度合は小さく
なる。よって、基板７を含む背面部材による振動子２へ
の音響的影響を少なくすることができる。

【００２５】また、基板７と振動子２との機械的接続
は、主に高分子層４と接着剤層１１を介して行うため、
従来の電気接続部だけで機械的接続も兼ねていた場合に
比べ、飛躍的に向上する。そして、電気接続部１０は機
械的接続に対する貢献を少なくできるため基板７および
基板側電極８との接触面積を縮小し、基板７の振動子２
への音響的影響を減少させることができる。なお、この
電気接続部１０の接触面積の縮小は、高分子層４に切欠
部４ｂを形成してこの切欠部４ｂに一部電気接続部１０
を挿入することで、一層その度合を高めることができ、
一方、振動子２間のスペース（高分子層４）も有効に利
用することができる。

【００２６】さらに、振動子２間の仕切りについて、振
動子２の厚さの（１／３〜１／１０）程度は低硬度の高
分子層３を充填するため、硬い材料に比べ振動子２間の
クロストーク（cross talk）を低減することができる。
他方、振動子２間の仕切りのうち、基板側における厚さ
の１／３程度は高硬度の高分子材料を用いるため、基板
７との接着による機械的強度に不安はない。

【００２７】図４は、本発明の第２実施例に係る２次元
アレイ超音波プローブ４０の断面図である。図１、図２
と対応する箇所には同一の符号を付して詳しい説明は省
略する。

【００２８】２次元アレイ超音波プローブ４０は、基板
４１の信号線（信号線パッド）４２に対応する位置にコ
ンタクトホール４３が貫通して設けられ、信号線４２は
このコンタクトホール４３を介して基板４１背面の信号
線パッド４４まで引き出される。そして、信号線パッド
４４上にはＩＣ１５が設置される。

【００２９】本実施例によれば、振動子２に対応してマ
トリクス状に配置される信号線４２をその直下方向に引
き出すため、基板７表面に沿って引き出す場合に比べ配
線ピッチを大きくすることができ、狭いピッチで信号線
を配置する技術的困難を回避できる。

【００３０】また、信号線４２は基板７の背面において
すぐＩＣ１５に接続されるため、信号線４２の長さを短
くでき、信号線の電気容量成分を小さくして信号線によ
る信号レベルの損失を低減できる。

【００３１】図５は本発明の第３実施例に係る２次元ア
レイ超音波プローブ５０内部の斜視図、図６は２次元ア
レイ超音波プローブ５０の断面図である。図１、図２と
対応する箇所には同一の符号を付して詳しい説明は省略
する。

【００３２】２次元アレイ超音波プローブ５０において
は、電気接続部５１は基板側電極８と高分子層４の端部
４ａに

【００３３】

【外１】

【００３４】状に跨って形成される導電性の薄膜であ
り、この電気接続部５１と高分子層４は異方性導電フィ
ルム（ＡＣＦ）５２を介して信号線９に押し付けられ、
接着する。このとき電気接続部５１はＡＣＦ５２に埋没
して、高分子層４もＡＣＦ５２に強固に接着する。よっ
て、振動子２と基板７の機械的接合強度は十分なものが
得られ、さらにＡＣＦ５２は、電気接続部５１が埋没し
た箇所においてのみ、電気接続部５１とこの直下にある
信号線９との電気的接続を媒介する。

【００３５】本実施例によれば、電気接続部５１は音響
インピーダンスの小さい薄膜状であるため、基板７から
振動子２への音響的影響はほとんどなくすことができ、
さらに前実施例１，２のようなバンプ同士を接合する工
程が不要なため製造プロセスも簡略化できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の２次元ア
レイ超音波プローブによれば、基板から振動子に向かう
反射超音波の影響を遮断でき、良好な音響特性が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る２次元アレイ超音波
プローブ内部の斜視図。

【図２】図１の２次元アレイ超音波プローブの断面図。

【図３】図１の２次元アレイ超音波プローブの製造工程
図。

【図４】本発明の第２実施例に係る２次元アレイ超音波
プローブの断面図。

【図５】本発明の第３実施例に係る２次元アレイ超音波
プローブ内部の斜視図。

【図６】図５の２次元アレイ超音波プローブの断面図。

【符号の説明】

２振動子３，４高分子層５音響整合層６共通電極７基板８基板側電極９信号線１０電気接続部１９空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響整合層下に共通電極を介して２次元
的に複数の振動子を配列し、個別の振動子に共通電極に
対向して設けられた個別電極が、基板上に形成された電
極に電気的に接続され、さらにこれら振動子間に絶縁性
の仕切りを配した２次元アレイ超音波プローブであっ
て、前記仕切りは各振動子の個別電極よりも突出した突
出部を有し、この仕切りの突出部と基板が各個別電極と
基板の間に空隙を形成するように接合され各個別電極と
基板側の電極は電気接続部を介して接続されることを特
徴とする２次元アレイ超音波プローブ。