JPH07131895A - ２次元アレイ型超音波プローブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は各振動子片の駆動電極からの信
号線の引き出しが容易な２次元アレイ型超音波プローブ
を提供することである。 【構成】本発明は複数の振動子片３´が２次元的に配置
され、各振動子片３´に対する信号線６の接続がバッキ
ング層５側で成され、信号線６がバッキング層５の内部
を通る構造を持つ２次元アレイ型超音波プローブにおい
て、振動子片３´と信号線６との接続が各振動片背面側
に形成された導電性接着剤４によって成されることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次元アレイ型超音波
プローブおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元アレイ型超音波プローブとは、複
数の振動子片がマトリクス状に配置されたものである。
この２次元アレイ超音波プローブによると、駆動口径や
フォーカス距離の調整が自在で、また被検体に対してプ
ローブを固定した状態で３次元領域を超音波ビームで自
在に走査することが可能であるので、画質向上に寄与す
ると共に３次元画像を作成する場合に好適である。

【０００３】しかし２次元アレイ型超音波プローブは多
数の振動子片が微細なピッチで配列されている複雑な構
造を有するため、非常に複雑な製造過程を要求する。特
に、振動子片の駆動電極からの信号線の引き出し作業が
煩雑になりがちであり、より簡易で確実に信号線を引き
出す工程の開発が今後の重要な課題の１つである。

【０００４】従来の信号線の引き出し方法は、積層され
たＦＰＣ（フレキシビリティプリント基板）をしバッキ
ング材内に埋設し、ＦＰＣ端面と駆動電極とを電気接続
する方法や、バッキング材内に埋設された針状の信号線
と駆動電極とを電気接続する方法等が用いられている。

【０００５】しかし乍、ＦＰＣの積層ピッチや針状の信
号線の埋設ピッチの加工精度が、所望する微細な振動子
片ピッチに追従できないのが現状であり、振動子片ピッ
チを上記加工精度の限界に合わせて大きくせざるを得な
いという問題がある。

【０００６】また、上述の方法は駆動電極と信号線の両
者を平面的に結合させることを前提として開発された方
法であるので、コンベックス型プローブの如き振動子片
が湾曲面に配列されているような場合には適用できな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、各振
動子片の駆動電極からの信号線の引き出しが容易な２次
元アレイ型超音波プローブおよびその製造方法を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る２次元ア
レイ型超音波プローブは、複数の振動子片が２次元的に
配置され、各振動子片に対する信号線の接続がバッキン
グ材側で成され、前記信号線が前記バッキング材の内部
を通る構造を持つ２次元アレイ型超音波プローブにおい
て、前記振動子片と前記信号線との接続が各振動片背面
側に形成された導体層によって成されることを特徴とす
る。

【０００９】請求項６に係る２次元アレイ型超音波プロ
ーブは、複数の振動子片が２次元的に配置され、各振動
子片に対する信号線の接続がバッキング材側で成され、
前記信号線が前記バッキング材の内部を通る構造を持つ
２次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記信号線は
前記振動子片に対してワイヤーボンディング処理により
接続されていることを特徴とする。

【００１０】請求項１１に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブは、２次元状に配置された複数の振動子片に対し
て個々に接続されるべき信号線を配線した複数のプリン
ト配線板を積層し、前記プリント配線板の間隙にバッキ
ング材を充填し、前記信号線を前記各振動子片の駆動電
極側に装着されたことを特徴とする。

【００１１】請求項１６に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブは、プリント配線板上に分散して設けられた複数
の導体露出部に、２次元的に配列された複数の振動子片
の各背面に設けられた電極が電気的に接続されることを
特徴とする。

【００１２】請求項３０に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブの製造方法は、プリント配線板上に分散して設け
られた複数の導体露出部に、２次元的に配列された複数
の振動子片の各背面に設けられた電極を電気的に接続す
る２次元アレイ型超音波プローブの製造方法において、
前記導体露出部に前記電極を接続した後に圧電板を前記
複数の振動子片に分割することを特徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１に係る２次元アレイ型超音波プローブ
によれば、振動子片と信号線とが導体層によって接続さ
れるので、構造が簡易化される。請求項６に係る２次元
アレイ型超音波プローブによれば、信号線が振動子片に
対してワイヤーボンディング処理により接続されるの
で、構造が簡易化される。

【００１４】請求項１１に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブによれば、プリント配線板を積層し、振動子片下
面に配置することにより２次元アレイの多数の信号線を
容易に引き出すことができ、またプリント配線板間に樹
脂材を充填することにより容易にバッキング材が形成で
きる。

【００１５】請求項１６に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブによれば、プリント配線板上に分散して設けられ
た複数の導体露出部に、２次元的に配列された複数の振
動子片の各背面に設けられた電極が電気的に接続される
ので、構造が簡易化される。

【００１６】請求項３０に係る２次元アレイ型超音波プ
ローブの製造方法によれば、導体露出部に電極を接続し
た後に圧電板を複数の振動子片に分割するので、製造工
程が可にかされる。

【００１７】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明による実施例
を説明する。 （第１実施例）図１（ａ）〜（ｅ）は第１実施例による
２次元アレイ型超音波プローブの製造工程を順に示す断
面図であり、２次元アレイ型超音波プローブの構造を製
造手順に沿って説明する。図１（ａ）に示したように、
完成時の振動子片数分の信号線６を完成時の振動子片の
ピッチと同じピッチで離散的に配置すると共にその両端
が突出した状態で保持したバッキング層５の信号線６が
突出した一方の面に、導電性接着剤４が塗布された圧電
板３が接着される。これによりバッキング層５から突出
した信号線６はその先端部分において導電性接着剤４に
埋没し、全信号線６は導電性接着剤４を介して圧電板３
に電気接続される。この状態は導電性接着剤４が硬化す
るまで保持される。

【００１８】なお、バッキング層５で信号線６を保持す
るために、上述したように配置された複数の信号線６を
硬化性の充填材で充填した後に硬化させるようにしても
よいし、完成時の振動子片のピッチと同じピッチで離散
的に複数の貫通孔が形成された固形のバッキング材の各
貫通孔に信号線６をその両端が突出した状態で貫通させ
るようにしてもよい。

【００１９】バッキング層５は、超音波の制動作用を最
適化するために音響特性の異なる複数の層を積層した構
造で形成されることが好ましい。圧電板３と対向するバ
ッキング層５の一面にはある程度の平面精度が要求され
るが、この平面精度は硬化性のバッキング層５が硬化い
た後に研磨加工を施すことにより容易に達成される。

【００２０】また、接続の信頼性を高めるために各信号
線６の先端部を凸状に露出形成することは、接触面積を
増加させて電気接続を確実にするという観点から有効な
方法であると考えられ、信号線６の先端部を凸状に露出
形成することは先端部をメッキする方法、またはプラズ
マなどを利用したエッチング処理により先端部の樹脂層
のみを除去する方法で簡単に実現できる。

【００２１】次に、図１（ｂ）に示すように、圧電体３
の表面側からバッキング層５に到達するまでの深さで、
完成時の振動子片の配列にしたがって溝７をカッテイン
グにより形成する。これにより圧電体３が複数の振動子
片３´に分離され、また振動子片間の電気的な接続関係
が切断される。

【００２２】なお、カッテイングは導電性接着剤４の少
なくとも下面まで行われていればよいが、隣り合う振動
子片間の音響的な信号のクロストークを低減するために
バッキング層５を任意の深さまでにカッテイングするこ
とが好ましい。

【００２３】そして、図１（ｃ）に示すように、溝７に
硬化性樹脂９で充填する。樹脂９が硬化した後、図１
（ｄ）に示すように、振動子片３´上に共通電極２を装
着する。

【００２４】この装着方法としては、厚みの薄い銅箔な
どを貼り付ける方法、真空蒸着により金属被膜を被着さ
せる方法、導電性の硬化性接着剤を塗布うる方法など、
いずれの方法を採用してもよいが、ここでは特に、フィ
ルム状の導電性樹脂を装着する方法を採用するものと
し、この方法では最適なフィルム厚と音響インピーダン
スを選択することによって、共通電極２に音響整合層と
しての作用を持たせることが可能になる。

【００２５】最後に、図１（ｅ）に示すように、共通電
極２の上に音響整合層１を積層し、この音響整合層１を
振動子片の指向特性を向上するためにカッテイングす
る。この音響整合層１の材料としては、音響特性の調整
が可能な音響特性の異なる複数種の材料の混合材が採用
される。なお、カッティングによる溝８には樹脂等を充
填させることが構造的強度の点から好ましい。

【００２６】本実施例によると、信号線６と振動子片３
´との接続の位置合わせおよびその作業が簡単になるの
で、作業効率が向上する。また、圧電板３のカッティン
グ処理は圧電板３にバッキング層５を接着した後に行っ
ているので、必要に応じてバッキング層５まで切り込む
ことができ、したがって高精度のカッティング加工を要
求しない。

【００２７】なお、導電性接着剤４の厚みと音響インピ
ーダンスを適当に選択することによって、接着剤４の制
動効果を考慮した実効的な音響インピーダンスを調整す
ることができ、これにより２次元アレイ型超音波プロー
ブの総合的な特性を調整することが可能である。また、
共通電極２を振動子片３´に装着する前に共通電極２に
音響整合層１を積層させておいてもよい。さらに、信号
線６をその先端部分のみバッキング層５に固定させるこ
とにより、圧電板３のカッテイング後に振動子片３´の
配列に曲率を付けて、例えばコンベックスプローブやコ
ンケーブプローブに形成することも可能である。 （第２実施例）図２（ａ）は第２実施例による信号線の
引き出しの様子を側面から見た図であり、図２（ｂ）は
これを上方から見た図である。

【００２８】本実施例では、振動子片３´と基板１１，
１２の電極１３との間をワイヤーボンディング法によっ
て電気的に接続するときの基板１１，１２の配置に特徴
を有する。

【００２９】複数の電極１３が形成された基板１１，１
２は、２次元アレイ型超音波プローブの送受信制御処理
や画像生成処理等を行う装置本体と２次元アレイ型超音
波プローブとを電気的に中継するためのものである。各
振動子片３´は、基板１１，１２の電極１３に個々に接
続される。このとき基板１１は、振動子片３´の周囲を
すり鉢上に取り囲むように傾斜をもって配置される。基
板１２は基板１１と同じ傾斜でもって、且つ上方から見
て基板１１と重ならないように雛壇状に配置される。

【００３０】このように基板１１，１２を配置すること
により、信号線６を重なり合うことなく引き回すことが
できるので信号線同士の接触による電気的なクロストー
クの発生が抑えられ、また振動子片３´と電極１３とを
直線的に信号線６で連絡することができるので作業効率
の向上が図れる。また、振動子片数分の電極１３を、複
数枚、ここでは８枚の基板１１，１２に分散させること
ができるので、電極間を十分な距離を隔てて離間させる
ことができ、信号線６を電極１３に結合させるときの多
少の位置誤差を許容することができる。

【００３１】なお全電極１３と全振動子片３´との間を
信号線６による接続が完了した後に、バッキング層５を
注型法によって形成する。他の加工処理、つまり共通電
極２の形成、音響整合層１の積層およびカッテイングは
第１実施例と同様である。 （第３実施例）図３には第３実施例による２次元アレイ
型超音波プローブを構成する一部品であるところのスペ
ーサ３０とフレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」
と略す）３１を示す。スペーサ３０は非導電性の例えば
アクリル樹脂により、完成時の行方向の振動子片ピッチ
の厚さで成型される。スペーサ３０には位置合わせのた
めの２つの貫通穴３２が所定の間隔で貫通されている。
なおスペーサ３０としてはアクリル樹脂に限らず、金
属、樹脂、ゴム材、ガラス等の非導電性の材料であれば
かまわない。

【００３２】ＦＰＣ３１には、完成時の列方向の振動子
片ピッチの間隔で複数の信号線３３が配線されている。
またこのＦＰＣ３１にも、スペーサ３０の貫通穴３２と
同径の２つの貫通穴３４が、スペーサ３０の貫通穴３２
と間隔で貫通されている。

【００３３】このようなスペーサ３０およびＦＰＣ３１
を用いた本実施例による２次元アレイ型超音波プローブ
の構造をその製造手順に沿って以下に説明する。図４〜
図８は製造手順を順番に示す斜視図である。

【００３４】まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、
ＦＰＣ３１とスペーサ３０をそれぞれの貫通穴３２，３
４を目安に位置合わせして、完成時の振動子片の行方向
の数だけ交互に積層する。この積層は、図５に示すよう
に、貫通穴３２（または３４）より少なくとも小径であ
って、貫通穴３２（または３４）の間隔と同じ間隔を隔
てて設けられた２本の柱３６を有する位置合せ治具３５
の柱３６にスペーサ３０とＦＰＣ３１の貫通穴３２，３
４を挿入することにより行われる。完成時の振動子片の
行方向の数分の積層が終了した後、図６（ａ）に示すよ
うに、最端のＦＰＣ３１から対向治具３７を介挿して固
定具３８を柱３６の先端に捩込むことにより積層構造を
固定する。この状態で、ＦＰＣ３１の一端側はスペーサ
３０および位置合せ治具３５より突出している。

【００３５】次に図６（ｂ）に示すように、ＦＰＣ３１
の一端側に、硬化性の液体樹脂等で鋳型成型によりバッ
キング層３９を形成する。成型時のバッキング層３９の
厚さ調整により、または硬化後に表面を平面状に削取す
ることにより、ＦＰＣ３１の信号線３３の先端部分をバ
ッキング層３９の表面から露出させる。バッキング層３
９は主成分としての例えばエポキシ樹脂に粉末（金属酸
化物、金属、またはガラスバブル）を適当な割合で混合
することにより、最適な音響インピーンダンスに調整さ
れる。

【００３６】そして導電性の接着剤４０によりバッキン
グ層３９上に圧電板４１を装着し、図７（ｂ）に示すよ
うに、完成時の振動子片の行方向ピッチにしたがって行
方向に圧電板４１をカッティング処理により分割する。
したがって、圧電板４１はＦＰＣ３１の信号線３３と電
気的に接続される。

【００３７】勿論、このカッティング処理は第１実施例
と同様に少なくともバッキング層３９に到達する深さま
で行われる。なお、圧電板４１とバッキング層３９を、
導電性の接着剤４０の代りに異方性導電膜により接着し
てもよい。また、ＦＰＣ３１の信号線３３と圧電板４１
との接続性を良くするために、信号線３３の先端部をメ
ッキ処理により隆起させたり、バッキング層形成後スパ
ッタにてバッキング層上面に導電層を形成し、その後、
導電性接着剤４０にて圧電板４１をこの導電層に接着す
ることが好ましい。

【００３８】このカッティング処理により形成された溝
にシリコン樹脂等を充填した後、図７（ｂ）に示すよう
に、スパッタ処理により共通電極４２を圧電板４１上に
形成する。

【００３９】なおスパッタ処理によらず、導電接着剤や
導電膜により共通電極４２を形成しても良い。この共通
電極４２上に音響整合層４３を形成した後、完成時の振
動子片の列方向ピッチにしたがって列方向に圧電板４１
をカッティング処理により分割する。このカッティング
処理も少なくともバッキング層３９に到達する深さまで
行われる。また、このカッティング処理により形成され
た溝にシリコン樹脂等を充填する。

【００４０】この後、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示
すように共通電極４２の側面、上面、または下面からア
ース線４４を接続する。最後に、音響整合層４３上に音
響レンズを装着することにより２次元アレイ型超音波プ
ローブが完成する。

【００４１】本実施例によると、第１実施例と同様な効
果が得られる。なお、ＦＰＣ３１に限らず、通常のガラ
スエポキシ樹脂などをベースとしたＰＣ板でも良い。上
述の説明ではＦＰＣ３１には、完成時の列方向の振動子
片ピッチの間隔で複数の信号線３３が配線されている
が、図８の段階でＦＰＣ３１の先端は列方向に沿ってカ
ッティングされるので、図１０に示すように、信号線３
３はその先端で共通接続されていてもよい。この場合、
振動子片のサブダイスに対応しやすくなる。

【００４２】また、図８の列方向のカッティング処理
は、図７（ａ）または（ｂ）の段階で行ってもよい。ま
た、２次元アレイ型超音波プローブでは行方向（スライ
ス方向）の音響レンズは不必要な場合もあるが、この場
合、音響レンズに代えてゴム材などで形成された生体接
触層を設けるだけでよい。

【００４３】また、位置合せ治具３５は上述した形状に
限定されず、位置合せとしての機能が確保できる限りに
おいて他の形態に変形してもかまわない。また、上述し
たスペーサ３０とＦＰＣ３１との積層構造の固定は位置
合せ治具３５の柱３６に固定具３８を捩じ込むことによ
るのではなく、位置合せ治具３５の柱３６にスペーサ３
０やＦＰＣ３１の貫通穴を挿入する毎に接着剤で接着す
るようにして、バッキング層形成前に位置合せ治具３５
を除去するようにしてもよい。

【００４４】また、ＦＰＣ３１のベースにスペーサとし
ての機能をもたせるようにしてもよい。また、上述の説
明では、スペーサ３０とＦＰＣ３１とを位置合せ治具３
５を用いて位置合せしながら積層していたが、完成時の
行方向の振動子片ピッチの間隔で複数の開口部４６を設
けた図１１（ａ）に示すようなラック４５の開口部４６
に、図１１（ｂ）のＦＰＣ３１´を図１２に示すように
挿入するようにしてもよい。

【００４５】さらに、図１３（ａ），（ｂ）は図６
（ｂ）の状態を上方から見た図であるが、１つの振動子
片に対して２つの信号線３３を接続するのが一般的であ
り、２枚のＦＰＣ３１で１列分の振動子片の電極を引き
出しており、このことに対応して本実施例では振動子片
ピッチの整数倍のピッチで信号線３３を形成したＦＰＣ
３１を交互に振動子片ピッチずつずらして千鳥状に配置
するようにすれば、隣り合う信号線間を十分離間するこ
とができ、したがって振動子片のピッチの微細化に追従
することができる。 （第４実施例）第４実施例は２次元アレイ型超音波プロ
ーブにおいて、振動子片の電極引き出しを担うフレキシ
ブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」と略す）の配線パタ
ーンおよびこの配線パターンと振動子片との接続の改良
に関する。本実施例によるＦＰＣには、図１４乃至図１
６に示したいずれかの配線パターンが採用される。図１
４乃至図１６は第ｍ行の第１列から第８列までの８つの
振動子片に対向する部分の配線パターンだけを示す平面
図であるが、他の部分も同じパターンの繰り返しである
ので省略してある。

【００４６】図１４において、５０m1〜５０m8は、第ｍ
行の第１列から第８列までの各振動子片５１m1〜５１m8
の電極に接続されるべき導体露出部である。この導体露
出部５０m1〜５０m8は、列方向には各振動子片５１m1〜
５１m8の列方向のピッチと同じピッチで配列されてい
る。また導体露出部５０m1〜５０m8は、隣り合う導体露
出部間でその位置が列方向において一致しないように、
各振動子片５１m1〜５１m8の行方向の長さの範囲内で、
行方向にずらされて配列されている。このように導体露
出部５０m1〜５０m8を行方向にずらして配列すること
は、各導体露出部５０m1〜５０m8に個別に接続される信
号線５２を、ＦＰＣの両側に分散して直線的で単純な配
線パターンで配線することを可能にし、これによりＦＰ
Ｃの製造工程を簡易化を実現する。

【００４７】また、隣り合う導体露出部間の間隙が広い
ので、各導体露出部５０m1〜５０m8の大型化を可能にす
る。なお、複数の信号線５２をＦＰＣの片側だけに集中
させてもかまわないが、この場合、各信号線幅を狭くす
る微細加工技術が必要になったり、その微細化に応じて
各信号線が許容できる電流容量の低下を招くことから、
好ましいとは言えない。

【００４８】図１５は図１４の信号線数を１／２に減少
させた配線パターンを示している。なお、列方向の振動
子片数は８個と仮定して以下説明する。この配線パター
ンは、列方向の中心線Ｃに対して線対称の位置関係にあ
る２つの導体露出部５０m1と５０m8、５０m2と５０m7、
５０m3と５０m6、５０m4と５０m5、換言すると同列であ
って中心線Ｃからの距離が同じ２つの導体露出部をそれ
ぞれ１本の信号線５２で共通接続したことを特徴とす
る。

【００４９】２次元アレイ型超音波プローブでは、上述
のような位置関係にある２つの振動子片を同位相（同じ
タイミング）で駆動させる場合があり、このような場合
には上述のような位置関係の２つの導体露出部を共通接
続しても何等問題は生じない。したがって上述のような
位置関係の２つの導体露出部を共通接続する配線パター
ンは、信号線数の減少および信号線ピッチの拡大を実現
する。

【００５０】図１６は現在最も一般的な同行の導体露出
部５０m1〜５０m8を直線状に配列した場合に対応する配
線パターンを示す。この配線パターンでは、図１５の場
合と同様に列方向の中心線Ｃに対して線対称の位置関係
にある２つの導体露出部を共通接続すると共に、隣り合
う導体露出部を回避するように屈曲して信号線５２を配
線する。このような配線パターンによると、信号線数は
図１５のそれより多くなる反面、信号線密度が減少し導
体露出部及び信号線幅を大きくすることが可能となる。

【００５１】図１４乃至図１６に示す配線パターンで
は、信号線の末端には電気接続用のパッドまたはスルー
ホールが設けられる。ＦＰＣ上には必要な電気回路が設
けられてもよい。

【００５２】なお図１４乃至図１６に示す配線パターン
では、振動子片の行間に配線パターン非形成領域を設
け、この領域には信号線５２を配線しない。これは後述
する製造工程においてＦＰＣに圧電板（圧電セラミック
ス）を装着後、圧電板をカッテイングにより複数の振動
子片に分離する場合、カッテイングをその領域でのみ実
施することにより、信号線５２を切断してしまうことを
回避するためである。したがって圧電板に単に溝を形成
するような信号線５２を切断する可能性のない場合に
は、勿論、上記領域を設ける必要はない。

【００５３】図１４乃至図１６に示した導体露出部５０
m1〜５０m8は、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）、図１８
（ａ），（ｂ）に示したいずれかの断面構造に形成され
る。図１７（ａ）には、ベース６０上に接着剤６１で導
体層（信号線）６２を接着し、さらに導体層６２上に接
着剤６３で絶縁層（カバーレイフィルム）６４を接着し
た後、絶縁層６４および接着剤６３を貫通して導体層６
２まで到達する絶縁層貫通穴６５が導体露出部として適
当な位置に設けられたた構造が示されている。

【００５４】図１７（ｂ）の構造は、図１７（ａ）の絶
縁層貫通孔６５に銅等の導電性の良好な金属６６を表面
まで充填した構造である。図１７（ｃ）は、図１７
（ａ）の絶縁層貫通孔６５にはんだ等の導電性の良好な
溶解性金属を充填し絶縁層表面から突出させたバンプ構
造である。

【００５５】図１８（ａ）は、図１７（ａ）の絶縁層貫
通孔６５に銅等の導電性の良好な金属６８を表面まで充
填し、この金属６８の上にはんだ等の導電性の良好な溶
解性金属６９を突出させたバンプ構造である。

【００５６】図１８（ｂ）は、図１７（ａ）の絶縁層貫
通孔６５に銅等の導電性の良好な金属７０を充填し絶縁
層表面から突出させ、この銅表面に金等の導電性の良好
な金属７１でメッキ処理を施したバンプ構造である。

【００５７】なお、図１７（ｃ）、図１８（ａ）、図１
８（ｂ）の突出部分は、絶縁層６４の面上に多少拡がっ
ていてもよい。また、上述では絶縁層６４はカバーレイ
フィルムであるが、非導電性の塗料（インク）等を導体
層６２の両面に塗布し、乾燥硬化させて形成してもよ
い。また振動子片と対向しない側のベース６０を除去し
た構造であってもよい。

【００５８】次に、上述したいずれかのＦＰＣを用いて
２次元アレイ型超音波画像プロセッサ９の製造て手順を
説明する。なおここでは圧電板の一例として圧電セラミ
ックスを使用して説明する。ＦＰＣが図１７（ｃ）、図
１８（ａ）、図１８（ｂ）のように導体露出部にバンプ
構造を採用した場合には、圧電セラミックスの対応位置
にも同様なバンプ構造を形成し、両者を圧接により接続
することが可能であり、またその他の場合には導電性の
接着剤、異方導電性フィルム、はんだ付けにより導体露
出部と圧電セラミックスの対応位置との接続が可能であ
る。

【００５９】まず、圧電セラミックスの背面（ＦＰＣと
の対向面）に、図１９（ａ）または図１９（ｂ）に示す
ように電極を形成する。図１９（ａ）の場合、同列の振
動子片に共通する列数分の分割電極８０1 〜８０8 が列
方向に沿って平行に形成される。図１９（ｂ）の場合、
全振動子片数分の分割電極（８０m1〜８０m8）が完成時
の振動子片の配列に応じてマトリクス状に形成される。
図１９（ａ）または図１９（ｂ）に示す分割電極の形成
は、予め各分割パターンを印刷したマスクシートを圧電
セラミックスの背面装着したり、圧電セラミックスの背
面一面に形成した導電層を分割パターンにしたがってエ
ッチング処理またはカッティング処理による溝加工で分
割する方法が採用される。なお、図１９（ａ）に示した
行方向のみ分割された電極を形成した場合には、後述す
る圧電セラミックスを行方向に分割する際に圧電セラミ
ックスと共に分割電極８０1 〜８０8 も分割することが
必要になる。

【００６０】勿論、バンプ圧接や異方導電性フィルムに
より導体露出部と分割電極を接続する方法を採用する場
合には、当該工程後に圧電セラミックス背面の各分割電
極上にバンプ構造を形成する。また、導電性接着剤によ
りＦＰＣの導体露出部と圧電セラミックス背面の分割電
極とを接続する場合には、図２０に示すように圧電セラ
ミックス背面の各分割電極の全面に導電性接着剤を塗布
する。また図２１に示すように圧電セラミックス背面の
各分割電極におけるＦＰＣの各導体露出部に対向する部
分に導電性接着剤を円形状に塗布する。なお図２１にお
いて導電性接着剤を円形状に塗布することに限定され
ず、方形等他の形状に塗布してもよい。

【００６１】次にこのように形成された圧電セラミック
スおよびＦＰＣを用いて、２次元アレイ型超音波プロー
ブの構造をその製造手順にしたがって説明する。まず、
図２２（ａ）乃至同図（ｃ）に示すように、上述したよ
うに分割電極を形成した圧電セラミックス９０の背面に
ＦＰＣ９１を位置整合して装着し、その後、ＦＰＣ９１
の背面に音響漏れを防止するためのバッキング材９２を
装着する。バッキング材９２としては従来振動子片と同
様の部材あるいは、ＦＰＣ９１とほぼ等しい音響インピ
ーダンスを有する材料を使用しＦＰＣ９１での音響反射
を軽減するようにすることが好ましい。また、バッキン
グ材９２としては後工程での製造誤差を抑えるために熱
変化が少なく、耐圧性の高い材料が好ましい。また、厚
み方向に複数の部材を積層してバッキング材９２を形成
すること、すなわち熱変化が少なく耐圧性の高い材料を
下層に、また上層には音響性能を調整するための層を有
する積層バッキング材を形成することによって、製造誤
差を抑えて、なおかつ良好な音響特性を得ることができ
る。さらに、ＦＰＣ９１がその背面側に導体が露出した
絶縁層としてのベースのない構造である場合には、バッ
キング材９２を電気的絶縁材料で形成することが好まし
い。

【００６２】次に図２３（ａ）に示すように、圧電セラ
ミックス９０を行方向に沿って少なくとも厚みの１／２
以上の深さまで切削し、圧電セラミックス９０を完成時
の列方向の振動子片数分（ここでは説明の便宜上２つと
する）に分割する。勿論、信号線５２を分断せずに圧電
セラミックス９０を分割することが可能な場合には圧電
セラミックス９０を完全に分離し、ＦＰＣ９０まで切削
するようにしてもよい。そして切削により形成された溝
９３に、図２３（ｂ）に示すように非導電性且つ硬化性
の充填材９４を充填する。この充填材９４の材料として
は隣接する素子間の音響的結合が小さく且つ機械的強度
が大きい樹脂を採用する。充填材９４の充填後、図２３
（ｃ）に示すように圧電セラミックス９０の前面（超音
波放射面）一面に共通アース電極９５としてのＡｕ薄膜
を例えばスパッタ処理により形成する。

【００６３】共通アース電極９５上には、図２４（ａ）
に示すように、音響整合層９６が装着される。続いて図
２４（ｂ）に示すように、音響整合層９６から圧電セラ
ミックス９０を経て少なくともＦＰＣ９１及びバッキン
グ材９２に到達する深度で、切削により列方向に沿って
溝９７を形成し、音響整合層９６および圧電セラミック
ス９０を完成時の行方向の振動子片数分（ここでは説明
の便宜上３つとする）に分割する。この分割は、図１４
乃至図１６で説明した配線パターン非形成領域にて行う
ため、配線パターン５２を分断することはない。

【００６４】この分割後、図２４（ｃ）に示すように、
共通アース電極９５を外部に引き出すためのＦＰＣ９８
を装着する。切削により形成された溝９７には、図２５
に示すように、非導電性且つ硬化性の充填材９９が充填
される。

【００６５】以上のように本実施例によれば第１実施例
と同様に２次元アレイ型超音波プローブを簡易な工程で
完成することができる。なお、超音波出力面が凸状のコ
ンベックスプローブは、次のような工程により製造され
る。この場合、上述した図２４（ｂ）の工程終了後、図
２６（ａ）に示すように、全体を強制的に湾曲させ、こ
の状態を保持する。そして、図２６（ｂ）に示すよう
に、バッキング材９２の背面に保持部材９９を装着する
ことにより湾曲状態を固定する。この後は、図２４
（ｃ）の工程に復帰し、同じ工程を実行する。

【００６６】また、分割された振動子片の寸法（厚さ×
巾×長さ）によっては所望の振動モード以外にも不要な
振動モードが近接して出現する場合がある。この場合に
は、図２３に示す工程において図示した振動子片分割溝
以外にも列方向及び（又は）行方向に、その厚みの１／
２以上の深さの分割溝を形成し、同時に駆動されるべき
振動子片を複数の振動子片群（ここでは４つ）で構成す
ることも可能である。この場合、図２４（ｂ）に示す工
程において、振動子片分割溝位置の列方向及び（又は）
行方向に共通アース電極９５を分断しない深さの溝を音
響整合層に形成する。この場合、図２３に示す各工程は
図２７の各工程に、図２４に示す各工程は図２８の各工
程に、図２５に示す工程は図２９の工程に置換される。
これによって不要振動モードの出現を軽減することがで
きる。このことはコンベックスプローブについても同様
である。本発明は上述した実施例に限定されることなく
その要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施可
能である。

【００６７】

【発明の効果】本発明は、複数の振動子片が２次元的に
配置され、各振動子片に対する信号線の接続がバッキン
グ材側で成され、前記信号線が前記バッキング材の内部
を通る構造を持つ２次元アレイ型超音波プローブにおい
て、前記振動子片と前記信号線との接続が各振動片背面
側に形成された導体層によって成されることを特徴とし
たことにより、振動子片と信号線とを導体層によって接
続した簡易な構造の２次元アレイ型超音波プローブを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による２次元アレイ型超音波プロー
ブの製造工程を順に示す断面図。

【図２】第２実施例による信号線の引き出しの様子を側
方および上方から見た図。

【図３】第３実施例による２次元アレイ型超音波プロー
ブを構成する一部品であるところのスペーサとフレキシ
ブルプリント基板を示す図。

【図４】図３のスペーサとフレキシブルプリント基板を
積層する工程を示す図。

【図５】図４の積層工程に続く位置合わせ工程を示す
図。

【図６】図５の工程に続く積層構造を固定する工程およ
びバッキング層を形成する工程を示す図。

【図７】図６の工程に続く列方向のカッティング工程お
よび共通電極を形成する工程を示す図。

【図８】図７の工程に続く行方向のカッティング工程を
示す図。

【図９】図８の工程に続くアース電極の引き出し工程を
示す図。

【図１０】他のフレキシブルプリント基板を示す図。

【図１１】他の積層工程および位置合わせ工程に適用す
るラックおよびフレキシブルプリント基板を示す図。

【図１２】図１１のラックにフレキシブルプリント基板
を装着した状態の斜視図。

【図１３】図４の積層工程における他のフレキシブルプ
リント基板の積層構造を示す図。

【図１４】第４実施例によるフレキシブルプリント基板
の配線パターンの平面図。

【図１５】他の配線パターンの平面図。

【図１６】さらに他の配線パターンの平面図。

【図１７】図１４の導体露出部の断面図。

【図１８】他の導体露出部の断面図。

【図１９】圧電セラミックスの背面に形成される電極パ
ターンを示す平面図。

【図２０】図１９の電極に塗布される導電性接着剤の塗
布パターンを示す図。

【図２１】他の塗布パターンを示す図。

【図２２】第４実施例による２次元アレイ型超音波プロ
ーブの製造工程の前段工程を示す図。

【図２３】図２２の工程に続く工程を示す図。

【図２４】図２３の工程に続く工程を示す図。

【図２５】図２４の工程に続く最終工程を示す図。

【図２６】第４実施例の２次元アレイ型超音波プローブ
をコンベックスタイプとして製造する場合に追加される
工程を示す図。

【図２７】図２３に置換される工程を示す図。

【図２８】図２４に置換される工程を示す図。

【図２９】図２５に置換される工程を示す図。

【符号の説明】

１…音響整合層、２…共通電極、３…圧電板、４…導電
性接着剤４、５…バッキング層、６…信号線、７，８…
溝、９…充填剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 六郎田 晴康 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の振動子片が２次元的に配置され、
   各振動子片に対する信号線の接続がバッキング材側で成
   され、前記信号線が前記バッキング材の内部を通る構造
   を持つ２次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記振
   動子片と前記信号線との接続が各振動子の片背面側に形
   成された導体層によって成されることを特徴とする２次
   元アレイ型超音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記導体層は導電性接着剤により形成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の２次元アレイ型超
   音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記導体層は音響抑制特性を有すること
   を特徴とする請求項１記載の２次元アレイ型超音波プロ
   ーブ。
4. 【請求項４】 前記バッキング材は音響特性が異なる複
   数の音響材料を積層して構成されることを特徴とする請
   求項１記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
5. 【請求項５】 音響整合特性を有する共通電極としての
   導体層が前記振動子片の全面に形成されることを特徴と
   する請求項１記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
6. 【請求項６】 複数の振動子片が２次元的に配置され、
   各振動子片に対する信号線の接続がバッキング材側で成
   され、前記信号線が前記バッキング材の内部を通る構造
   を持つ２次元アレイ型超音波プローブにおいて、前記信
   号線は前記振動子片に対してワイヤーボンディング処理
   により接続されていることを特徴とする２次元アレイ型
   超音波プローブ。
7. 【請求項７】 前記信号線の一端は基板上に離間して設
   けられた電極に接続され、前記基板は前記振動子片の周
   辺に分散して配置されることを特徴とする請求項６記載
   の２次元アレイ型超音波プローブ。
8. 【請求項８】 前記信号線は前記バッキング材の内部で
   離間して配置されることを特徴とする請求項６記載の２
   次元アレイ型超音波プローブ。
9. 【請求項９】 前記バッキング材は音響特性が異なる複
   数の音響材料から構成されることを特徴とする請求項６
   記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
10. 【請求項１０】 音響整合特性を有する共通電極として
    の導体層が前記振動子片の全面に形成されることを請求
    項６記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
11. 【請求項１１】 ２次元状に配置された複数の振動子片
    に対して個々に接続されるべき信号線を配線した複数の
    プリント配線板を積層し、前記プリント配線板の間隙に
    バッキング材を充填し、前記信号線を前記各振動子片の
    駆動電極側に装着されたことを特徴とする２次元アレイ
    型超音波プローブ。
12. 【請求項１２】 ２次元状に配置された複数の振動子片
    に対して個々に接続されるべき信号線を配線した複数の
    プリント配線板を積層し、前記プリント配線板の間隙に
    樹脂を注型してバッキング材を形成し、前記バッキング
    材と前記振動子片の背面電極とを接続して電極引き出し
    を行うことを特徴とする２次元アレイ型超音波プロー
    ブ。
13. 【請求項１３】 前記信号線の先端は前記振動子片の配
    列ピッチの整数倍のピッチで前記バッキング材の一面上
    に配列され、前記プリント配線板は交互にずらされて積
    層されることを特徴とする請求項１１記載の２次元アレ
    イ型超音波プローブ。
14. 【請求項１４】 前記プリント配線板の間にはスペーサ
    が挿入されることを特徴とする請求項１１記載の２次元
    アレイ型超音波プローブ。
15. 【請求項１５】 前記複数のプリント配線板はラックに
    保持されることを特徴とする請求項１１記載の２次元ア
    レイ型超音波プローブ。
16. 【請求項１６】 プリント配線板上に分散して設けられ
    た複数の導体露出部に、２次元的に配列された複数の振
    動子片の各背面に設けられた電極が電気的に接続される
    ことを特徴とする２次元アレイ型超音波プローブ。
17. 【請求項１７】 前記プリント配線板に所定の配線パタ
    ーンにしたがって設けられた導電層の上に電気絶縁層を
    設け、前記電気絶縁層から前記導電層に到達する穴が導
    体露出部として設けられたことを特徴とする請求項１６
    記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
18. 【請求項１８】 前記導体露出部は導電材で充填される
    ことを特徴とする請求項１７記載の２次元アレイ型超音
    波プローブ。
19. 【請求項１９】 前記導体露出部には導電材が前記電気
    絶縁層から突出した状態で設けられることを特徴とする
    請求項１７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
20. 【請求項２０】 前記導電材は溶解性材であることを特
    徴とする請求項１９記載の２次元アレイ型超音波プロー
    ブ。
21. 【請求項２１】 前記導体露出部は銅で充填され、この
    銅上には半田が突出した状態で設けられることを特徴と
    する請求項１７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
22. 【請求項２２】 同列であって列中心に対し対称的な位
    置関係の２つの振動子片に接続されるべき２つの導体露
    出部は同じ導電層で共通接続されることを特徴とする請
    求項１７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
23. 【請求項２３】 前記導電層は行または列方向に沿って
    両側に分散されることを特徴とする請求項１７記載の２
    次元アレイ型超音波プローブ。
24. 【請求項２４】 隣り合う前記導体露出部は前記振動子
    片の配列ピッチより小さいピッチで配列されることを特
    徴とする請求項１７記載の２次元アレイ型超音波プロー
    ブ。
25. 【請求項２５】 前記導電層は列方向に隣り合う前記振
    動子片の間隙には設けられないことを特徴とする請求項
    １７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
26. 【請求項２６】 前記導体露出部は前記振動子片より小
    さいことを特徴とする請求項１７記載の２次元アレイ型
    超音波プローブ。
27. 【請求項２７】 前記導体露出部と前記振動子片の電極
    とは異方導電性フィルムで接続されることを特徴とする
    請求項１７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
28. 【請求項２８】 前記導体露出部と前記振動子片の電極
    とは導電性接着剤で接続されることを特徴とする請求項
    １７記載の２次元アレイ型超音波プローブ。
29. 【請求項２９】 前記導体露出部と前記振動子片の電極
    とは半田で接続されることを特徴とする請求項１７記載
    の２次元アレイ型超音波プローブ。
30. 【請求項３０】 プリント配線板上に分散して設けられ
    た複数の導体露出部に、２次元的に配列された複数の振
    動子片の各背面に設けられた電極を電気的に接続する２
    次元アレイ型超音波プローブの製造方法において、前記
    導体露出部に前記電極を接続した後に圧電板を前記複数
    の振動子片に分割することを特徴とする２次元アレイ型
    超音波プローブの製造方法。
31. 【請求項３１】 前記分割後に前記振動子片上に共通電
    極を形成することを特徴とする請求項３０記載の２次元
    アレイ型超音波プローブの製造方法。
32. 【請求項３２】 前記共通電極を形成した後、前記共通
    電極に音響整合層を積層し、この積層後に前記振動子片
    を前記音響整合層と共に分割することを特徴とする請求
    項３１記載の２次元アレイ型超音波プローブの製造方
    法。
33. 【請求項３３】 前記分割に前後して前記プリント配線
    板と略同一の音響インピーダンスを有する層を前記プリ
    ント配線板の前記導体露出部が設けられていない背面に
    装着されることを特徴とする請求項３０記載の２次元ア
    レイ型超音波プローブの製造方法。
34. 【請求項３４】 前記分割後に前記プリント配線板を前
    記圧電板と共にコンベックス形状に湾曲することを特徴
    とする請求項３０記載の２次元アレイ型超音波プローブ
    の製造方法。
35. 【請求項３５】 プリント配線板上に分散して設けられ
    た複数の導体露出部に、２次元的に配列された複数の振
    動子片の各背面に設けられた電極が電気的に接続される
    ことを特徴とする２次元アレイ型コンベックス超音波プ
    ローブ。