JPH10512680A - 音響プローブおよびその製造プロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、音響プローブおよびその製造方法に関する。このプローブは、− Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、Ｍ×Ｎ個の圧電変換器に接触するセクションを有し、かつ吸音材内で、（Ｄ_x）方向では間隔（Ｐ_N）、（Ｄ_y）方向では間隔（Ｐ_M）で分配された第１の部分（１）と、− Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、間隔（Ｐ'_M）によって分離され、それぞれ間隔（Ｐ'_N）で分配されたＮ個のトラックを含むＭ個の誘電体基板上に分配された第２の部分（２）の２つの部分から構成される新規の相互接続システムを含んでいる。本発明はまた、そのような音響プローブを製造する方法に関する。誘電体基板は、任意選択でチップを含むフレキシブル・プリント回路が有利である。

Description

【発明の詳細な説明】 音響プローブおよびその製造プロセス 発明の属する技術分野 本発明の分野は、特に医療撮像または水中撮像に使用できる音響変換器の分野 に関する。 従来の技術 一般に、音響プローブは、相互接続システムを介して電子制御装置に接続され た一組の圧電変換器を含んでいる。これらの圧電変換器は、所与の媒質から反射 された後、前記媒質に関する情報を送達する音波を放出する。分析すべき外部媒 質に向かって放出されず、反対方向に反射された音波は、媒質の応答を妨害し、 したがって音波を吸収する媒質を圧電変換器と電子装置の間に挿入する必要があ る。この中間素子が存在するため、すべての変換器の相互接続がさらに複雑にな る。 この相互接続問題は、現在音響撮像プローブを製造する場合に遭遇する主要な 問題の１つである。これは、圧電素子の小形化および数に加えて、キャビティ内 モードで使用するように設計されたエコーグラフ・プローブにおいて遭遇するス ペース制限上の制約のため、集積化技術がますます必要とされることに起因する 。 しかしながら、変換器の二次元マトリックスを考案する場合、素子を接続する 面タイプのシステムを製造する必要があり、これは、吸音層が存在するために複 雑になる。 現在、いくつかの解決策が考案されている。 すなわち、出願人の会社の特許出願第２７０２３０９号には、変換器の音響動 作を妨害しないほど十分薄い中間ポリマー・フィルムを使用し、そのフィルム中 に音響変換器に接触する導電トラックを製造する面タイプの接続システムを製造 するプロセスが記載されている。とは言え、多数の素子を有する二次元マトリッ クスを相互接続する場合、多層構造を製造する必要があり、これは、製造コスト および音響「透過性」に関する制限をもたらす。 接続の多数性の問題に関する他の問題は、変換器用の電子回路の問題である。 これは、変換器の素子の送信ならびに受信を管理する電子回路が必要なことに起 因する。プローブのエルゴノミクスが重要である医療撮像の場合、これらの回路 は現在、信号を制御し、処理する装置を構成するエコーグラフに移されている。 この構成では、プローブとエコーグラフの間に同軸ケーブル（変換器素子につき １つ）を使用する必要があり、素子の数が多い場合、問題が生じる。したがって 、例えば、前置増幅集積回路など、この電子回路の一部をできるだけ変換器の近 くに集積化する傾向が強まっている。 発明の要約 これら様々な問題に応じるために、本発明の特徴は、吸音材の表面上に分配さ れたＤ_y方向のＭ個の圧電変換器およびＤ_y方向に直交するＤ_x方向のＮ個の圧電 変換器からなるマトリックス、および音響変換器を電子装置に接続する相互接続 システムを含み、相互接続システムが、 − Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、Ｍ×Ｎ個の圧電変換器に接触するセクションを 有し、かつ吸音材内で、Ｄ_x方向では間隔Ｐ_N、Ｄ_y方向では間隔Ｐ_Mで分配された 第１の部分１と、 − Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、間隔Ｐ'_Mによって分離され、それぞれ間隔Ｐ'_N で分配されたＮ個のトラックを含むＭ個の誘電体基板上に分配された第２の部分 ２とを含むことを特徴とする音響プローブである。 本発明の一実施形態によれば、誘電体基板はフレキシブル・プリント回路であ る。誘電体基板は、Ｎ_sがＮよりも小さいとして、入力としてＮ個の導電行に接 続され、出力としてＮ_s個の導電行に接続された構成要素を含んでいることが有 利である。 本発明の一実施形態では、間隔Ｐ'_Nは、Ｄ_x方向およびＤ_y方向によって画定さ れる平面に直交する軸Ｄ_zに沿って増大することが有利である。 間隔Ｐ'_Mも前記Ｄ_z方向に沿って増大することが有利である。 限定しないが、間隔Ｐ_Nと間隔Ｐ_Mは等しい。 吸音材は、一般に、タングステン、シリカまたはポリマーの粒子または気泡な ど、音波を吸収したり、散乱させる役目をする粒子を充填したエポキシ樹脂であ る。 誘電体基板は、プリント回路であることが有利である。特に、誘電体基板は、 ポリイミド・フィルムから製造したフレキシブル回路である。これらのプリント 回路は、信号を制御し、処理する装置への接続の数を減らすことができる構成要 素を含んでいることが有利である。 また、本発明の特徴は、音波減衰層の表面上に分配され、相互接続システムを 介して電子装置（制御回路）に接続されたＭ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスを 含み、相互接続システムの製造が、 − それぞれＮ個の導電トラックがその上に製造されるＭ個の誘電体基板、およ び導電トラックが局所的に露出した窓を製造するステップと、 − Ｍ個の誘電体基板をスタック化し、Ｍ個の窓のスタックに対応するキャビテ ィを形成するステップと、 − 予備成形したキャビティを電気絶縁吸音材で充填するステップと、 − 絶縁吸音材で充填されたキャビティ内にある平面Ｐ_c内でＭ個の誘電体基板 のスタックを切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブを製造す る方法である。 導電トラックは、金属層を付着し、その後前記トラックを画定することができ るエッチング・ステップによって製造することができる。 最後に、本発明の特徴は、 − 相互接続システムの部分１の表面上に導電層を付着するステップと、 − 圧電材料の層を接着するステップと、 − 導電層および圧電層をＮ−１Ｄ_y方向において切断するステップと、 − Ｎ個の素子に切断された圧電層の表面全体上に四分の１波長板を接着するス テップと、 − 導電層、圧電層および四分の１波長板からなる３つの厚さをＭ−１Ｄ_x方向 において切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブを製造する方 法である。 図面の簡単な説明 非限定的な例を挙げ、添付の図面を用いて行った以下の説明を読めば、本発明 がより明確に理解でき、また他の利点が明らかとなろう。 − 図１は、本発明による音響プローブを製造するプロセスの１つのステップを 示す図である。 − 図２は、圧電変換器に接続することができる導電トラックのセクションを画 定するために、図１に示される製造したスタックを平面Ｐ_c内で切断するステッ プを示す図である。 − 図３は、本発明による音響プローブ用の相互接続システム内で使用できるフ レキシブル・プリント回路の一例を示す図である。 − 図４は、本発明による音響プローブ用の相互接続システム内で使用できるプ リント回路の第２の例を示す図である。 − 図５は、図４に示されるものなどプリント回路を含む、本発明によるプロー ブ内で使用される相互接続システムの一例を示す図である。 − 図６は、相互接続システムの部分２内で使用できる、チップを組み込んだ誘 電体基板を示す図である。 − 図７は、四分の１波長板Ｌ_iで覆われ、相互接続システムの部分１に接続さ れた圧電変換器Ｔ_ijの組を示す図である。 発明の実施の形態 一般に、本発明による音響プローブは、圧電センサのマトリックス（線形マト リックス、好ましくは二次元マトリックス）から構成される変換器を含んでいる 。前記変換器は、対向する相互接続コンタクトのマトリックス上に取り付けられ る。この相互接続マトリックスは、以下で説明する相互接続システムの面の１つ から出る「バッキング」と呼ばれる金属トラックの端部から構成される。金属ト ラックの反対側の端部は、電子制御装置および分析装置に接続される。 Ｍ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスの場合、相互接続システムは、次のように して製造することができる。 本発明の一実施形態によれば、Ｎ個の導電トラックがその上に１つの軸Ｄ_xに 沿って製造されたＭ個の誘電体基板を使用する。各基板は、導電トラックが局所 的に露出した窓を含んでいる。図１に示すように、Ｍ個の基板の組をＤ_y方向に おいて整合し、スタック化する。このようにして、Ｍ個の誘電体基板のスタック を得る。前記スタックは、Ｍ×Ｎ個の導電トラックを含んでいるキャビティを有 する。 このキャビティは、所望の音響減衰特性を有する電気絶縁熱硬化性樹脂で充填 される。樹脂が硬化した後、図２に示される予備成形したキャビティ内で、垂直 方向において樹脂と同一平面のＭ×Ｎ個のトラックのセクションから構成される 表面が形成されるように、スタックをトラックの軸に直交する平面Ｐ_c内で切断 する。 これらＭ×Ｎ個のトラックのセクションと圧電素子の間の接続を行うために、 以下の手順を実施することが有利である。 Ｍ×Ｎ個のトラックのセクションから構成される表面全体にメタライゼーショ ンを施す。この表面上に、ＰＺＴタイプのものなど圧電材料の層、および任意選 択で四分の１波長板タイプの音響整合層を付着する。次いで、相互に独立した変 換器ブロックＴ_ijのマトリックスを画定するために、これらすべての層およびメ タライゼーションを、例えばソーイングによって切断する。切断は樹脂の表面に おいて停止し、またこのエッチング作業の制御は、極めて正確である必要はなく 、したがってこのプロセスは特に有用である。このタイプのプロセスでは、導電 トラックの狭いセクションから、導電相互接続表面を圧電変換器のベースとちょ うど同じ広さで整合し、画定することができる。 このようにして製造した相互接続システムは、吸音材をベースとする接合部分 （部分１）と、誘電体をベースとする接合部分（部分２）の２つの接合部分を含 んでいる。これらの部分はどちらも導電トラックを含んでいる。 誘電体基板は、それらの端部の１つの上に導電トラックを含んでいるフレキシ ブル・プリント回路が有利である。このタイプのフレキシブル・プリント回路の 一例を図３に示す。このタイプの基板では、変換器に接続するための金属セクシ ョンを担持する端部から出たとき、トラックの間隔Ｐ'_Nおよび基板のスタックの 間隔Ｐ'_Mは、前記端部から離れたときに増大することが有利である。このように 形状を「扇形に拡げる」ことによって、信号を制御し、処理する電子装置および これらすべての構成要素との相互接続が容易になる。プリント回路のトラックの 間隔Ｐ'_Nは、従来のフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を使用して容易 に制御することができる。スタック化間隔Ｐ'_Mの拡がりは、フレキシブル回路を 使用して直接うまく制御できる。 本明細書で提案する「バッキング」構成では、（吸音材の長所によって）マト リックス接続システムをある距離だけ同時にシフトし、ケーブルの実装（同軸ケ ーブルのはんだ付け、ケーブルは素子につき１つ）が可能なように、形状を扇形 に拡げることができる。 さらに、本発明に使用するプリント回路は、図６に示されるタイプのものが有 利である。これは、Ｎ個の入力金属トラックがその上でチップに接続されるプリ ント回路であり、入力の数は、信号を制御し、処理する装置に向かう出力の数よ りも多い。 これは、例えば、ワイヤ・ボンディング、ＴＡＢ（テープ自動ボンディング） またはフリップチップ・マイクロボール・プロセスによって構成要素をプリント 回路上に直接実装するためである。これらの技法は、完全にうまく制御でき、確 実な技法である。この場合、「バッキング」の他端のところのコンタクトの数が 大幅に減少する。 次に、６４×６４圧電変換素子のマトリックスから構成される本発明による音 響プローブの一実施形態の例について説明する。 − 相互接続システムを製造するために、厚さ約１００μｍのポリイミド・フィ ルムを使用する。 − 前記ポリイミド・フィルムの１つの面を銅を付着することによってメタライ ゼーションを施す。メタライゼーションの厚さは約３５μｍである。 − 幅５０μｍの６４個の導電トラックを約２００μｍの間隔Ｐ_Nでエッチング する。 − 各ポリイミド誘電体基板上に窓を製造するとともに、前記基板の周縁上にレ ーザ切断（ＣＯ₂レーザ・タイプ）によって穴を適所に形成する。 − ６４個のポリイミド・フィルムの組を、任意選択で接着剤の層および粗調整 層を挿入してスタック化する。 − 窓の組のスタックから得られたキャビティを、タングステン・ボールを充填 したエポキシタイプの樹脂で充填する。 − 誘電体基板のスタックを平面Ｐ_c内で切断する。 このようにして製造した相互接続システム上に、例えば真空メタライゼーショ ンによって導電層を付着し、その層にＰＺＴタイプの圧電材料のプレートを接着 剤によって固定する。 Ｄ_x方向において間隔Ｐ_N＝２００μｍによって分離した６４個の素子を含む変 換器マトリックスをＤ_y方向において切断する。 同様にして音響整合プレートを接着する。第１のプレートの下面にメタライゼ ーションを施し、それによりアースをマトリックスのエッジにもっていく。 最後に、Ｄ_y方向において間隔Ｐ_M＝２００μｍを有する素子の６４個の素子の 行を（四分の１波長板／セラミック層アセンブリから）Ｄ_x方向において切断す る。 図７に、四分の１波長板Ｌ_iで覆われたＭ×Ｎ個の圧電素子Ｔ_ijが形成された これらの様々なプロセス・ステップを示す。 この図には、相互接続システムの部分１のみが示されているが、これは、様々 な変換器をサポートする部分である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カリスティ セルジ フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン−セーエスエフ エスセーペイ内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．吸音材の表面上に分配された（Ｄ_x）方向のＭ個の圧電変換器および（Ｄ_x） 方向に直交する（Ｄ_y）方向のＮ個の圧電変換器からなるマトリックス、および 音響変換器を、信号を制御し、処理する電子装置に接続する相互接続システムを 含み、相互接続システムが、 − Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、Ｍ×Ｎ個の圧電変換器に接触するセクションを 有し、かつ吸音材内で、（Ｄ_x）方向では間隔（Ｐ_N）、（Ｄ_y）方向では間隔（ Ｐ_M）で分配された第１の部分（１）と、 − Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、間隔（Ｐ'_M）によって分離され、それぞれ間隔 （Ｐ'_N）で分配されたＮ個のトラックを含むＭ個の誘電体基板上に分配された第 ２の部分（２）とを含むことを特徴とする音響プローブ。 ２．Ｍ個の誘電体基板がフレキシブル・プリント回路であることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の音響プローブ。 ３．間隔（Ｐ'_N）が、（Ｄ_x）方向および（Ｄ_y）方向によって画定される平面に 直交する軸に沿って増大することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に 記載の音響プローブ。 ４．間隔（Ｐ'_M）が、（Ｄ_x）方向および（Ｄ_y）方向によって画定される平面に 直交する軸に沿って増大することを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項の いずれか一項に記載の音響プローブ。 ５．Ｍ個の基板がプリント回路であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第４項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ６．Ｍ個の基板が、Ｎ_sがＮよりも小さいとして、入力としてＮ個の導電行に接 続され、出力としてＮ_s個の導電行に接続された構成要素を含んでいることを特 徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ７．プリント回路がフレキシブル・ポリイミド・フィルムであることを特徴とす る請求の範囲第５項に記載の音響プローブ。 ８．吸音材が充填エポキシ樹脂であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第７項のいずれか一項に記載の音響プローブ。 ９．音波減衰層の表面上に分配され、相互接続システムを介して、信号を制御し 、処理する電子装置に接続されたＭ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスを含み、相 互接続システムの製造が、 − それぞれＮ個の導電トラックがその上に製造されるＭ個の誘電体基板、およ び導電トラックが局所的に露出した窓を製造するステップと、 − Ｍ個の誘電体基板をスタック化し、Ｍ個の窓のスタックに対応するキャビテ ィを形成するステップと、 − 予備成形したキャビティを電気絶縁吸音材で充填するステップと、 − 絶縁吸音材で充填されたキャビティ内にある平面（Ｐ_c）内でＭ個の誘電体 基板のスタックを切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブを製 造する方法。 １０．Ｍ個の誘電体基板がプリント回路であることを特徴とする請求の範囲第９ 項に記載の音響プローブを製造する方法。 １１．− 相互接続システムの部分（１）の表面上に導電層を付着するステップ と、 − 圧電材料の層を接着するステップと、 − 導電層および圧電層をＮ−１（Ｄ_y）方向において切断するステップと、 − Ｎ個の素子に切断された圧電層の表面全体上に四分の１波長板を接着するス テップと、 − 導電層、圧電層および四分の１波長板からなる３つの厚さをＭ−１（Ｄ_x） 方向において切断するステップとを含むことを特徴とする請求の範囲第９項また は第１０項に記載の音響プローブを製造する方法。