JPH11276479A - 超音波プローブ、超音波プローブを備えた超音波診断装置、および超音波プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、振動子電極に接合される接続導体
部の導体パターンに細長い穴またはスリットを予め設け
て振動子間のカット加工を行うことにより振動子の音響
特性を向上させたサブダイス構造を有する超音波プロー
ブ、超音波プローブを備えた超音波診断装置、および超
音波プローブの製造方法を提供する。 【解決手段】 振動子４ａには振動子電極５、５′が形
成され、振動子電極５に接合される接続導体部２０に
は、各振動子４ａ間を電気的に絶縁するチャネルパター
ン６ａと、サブダイス構造の形成のために用いられ、振
動子４ａ間のカット加工部分に位置する細長い穴６ｂを
有する導体パターン６とが設けられる。音響整合層７お
よび音響レンズ８は振動子４ａの超音波放射面側に、バ
ッキング材９は振動子４ａの超音波放射面の反対側にそ
れぞれ設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検者に対して超
音波を送受信するための超音波プローブ、このような超
音波プローブを備えた超音波診断装置、およびこのよう
な超音波プローブの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波プローブの振動子部は、超
音波を発生する圧電素子によって構成される振動子と、
この振動子により発生した超音波を収束させるための音
響レンズと、超音波の発生時における振動子の不要な振
動を吸収するためのバッキング材と、振動子により超音
波を発生させるために正負の電圧を印加するための互い
に極性の異なる２つの振動子電極と、各振動子電極にそ
れぞれ接続される複数の導体パターンを有する接続導体
部とによって構成されている。

【０００３】上記のように構成された超音波プローブの
振動子部は例えば次のような工程によって製造される。
まず、図１に示すように、振動子を構成する圧電素子を
得るための板状の圧電材４０の表裏面に図示しない２つ
の振動子電極を形成し、これらの振動子電極の一方に接
続導体部６０を半田付け、焼き付け、接着等によって接
合した後、圧電材４０の下にバッキング材４９を取り付
ける。なお、接続導体部６０には、ポリイミド等の絶縁
体５０と、絶縁体５０の上に振動子の配列間隔と等しい
間隔に設けられた銅等で構成される複数の導体パターン
４６とが設けられ、隣接する導体パターン４６の間は絶
縁体５０によって電気的に絶縁されている。

【０００４】その後に、振動子電極が形成されている板
状の圧電材４０と振動子電極に接合された接続導体部６
０の複数の導体パターン４６とをダイシング等により所
定のピッチでカットして振動子を所望の配列間隔に分割
する（以下カット加工ともいう）ことにより、短冊状の
複数の振動子を備えた振動子部を形成している。

【０００５】ところで、板状の圧電材４０を短冊状の圧
電素子にカット加工する場合において接続導体部６０に
設けられている複数の導体パターン４６の間隔と振動子
の配列間隔とが一致する時（すなわち複数の導体パター
ン４６間のギャップの位置と振動子間のギャップの位置
が一致する時）には、圧電材４０と振動子電極のみがカ
ット加工される。すなわち、複数の導体パターン４６は
カット加工されない。このようにして形成される構造は
メインダイス構造と呼ばれている。

【０００６】一方、振動子の音響特性を向上させるため
に、振動子部にサブダイス構造と呼ばれる構造を形成す
る場合がある。サブダイス構造とは、接続導体部６０の
複数の導体パターン４６の間隔に対してさらに等分割
（２分割、３分割、４分割、・・・）した間隔を振動子
の配列間隔とした構造のことである。従って、複数の導
体パターン４６のピッチの１／整数（２、３、４、・・
・）倍で振動子のカット加工を行うことにより、サブダ
イス構造が形成されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したサブ
ダイス構造を形成する場合には、接続導体部に設けられ
ている複数の導体パターンの間隔と振動子の配列間隔と
が一致せず、接続導体部において導体パターンが設けら
れている部分と導体パターンが設けられていない部分と
を交互にカット加工することとなる。そのため、被加工
材である圧電材や振動子電極だけでなく、導体パターン
もカット加工される。この場合、振動子間のカット加工
部分における圧電材や導体パターン等の延性や強度、お
よび導体パターンの構造等がカット加工部分の位置によ
って異なるので、各振動子のカット加工中に各振動子に
加わる機械的な負荷が異なってしまう。その結果、図２
に示すように、カット加工後においては、接続導体部６
０の複数の導体パターン４６の間隔に応じて各振動子４
０ａが左または右に傾いて形成される。これにより、各
振動子４０ａ間のギャップ５１の幅が狭くなったり、ま
たはＶ字形に広くなったりして各振動子４０ａ間のギャ
ップ５１の幅が一定に維持できないという場合が生じて
いた。

【０００８】特に、各振動子４０ａ間のギャップの幅５
１が狭くなると、互いに隣接する振動子４０ａの音響的
な干渉や電気的な短絡等が生じて振動子４０ａの音響特
性や電気特性の低下が引き起こされていた。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、本発明の目的は、サブダイス構造を有する振動子
部を形成するために振動子の振動子電極に接合される接
続導体部の複数の導体パターンのそれぞれに穴またはス
リット（切欠部）を予め設けておくことにより、振動子
のカット加工により生じる各振動子の傾きを軽減して各
振動子間のギャップの幅を適正に確保し、隣接する振動
子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を防止して振
動子の音響特性を向上させた超音波プローブ、超音波プ
ローブを備えた超音波診断装置、および超音波プローブ
の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明の超音波プローブは、被検体
に対して超音波を送受信するための複数に分割された振
動子と、各振動子の表裏面に形成された２つの振動子電
極と、前記２つの振動子電極にそれぞれ接合される２つ
の接続導体部とを備え、前記２つの接続導体部の少なく
とも一方には複数の導体パターンが形成され、各導体パ
ターンの前記振動子に隣接する隣接部分には切欠部が設
けられて前記隣接部分が少なくとも２分割され、前記切
欠部には前記振動子を分割するためのギャップが形成さ
れ、前記各導体パターンの分割された隣接部分は前記分
割された振動子のそれぞれと電気的に接続されているこ
とを特徴とする。

【００１１】また、上記課題を解決するために、請求項
２に記載の発明は、被検体に対して超音波を送受信する
超音波プローブを備えた超音波診断装置において、前記
超音波プローブは、複数に分割された振動子と、各振動
子の表裏面に形成された２つの振動子電極と、前記２つ
の振動子電極にそれぞれ接合される２つの接続導体部と
を備え、前記２つの接続導体部の少なくとも一方には複
数の導体パターンが形成され、各導体パターンの前記振
動子に隣接する隣接部分には切欠部が設けられて前記隣
接部分が少なくとも２分割され、前記切欠部には前記振
動子を分割するためのギャップが形成され、前記各導体
パターンの分割された隣接部分は前記分割された各振動
子と電気的に接続されていることを特徴とする。

【００１２】さらに、上記課題を解決するために、請求
項３に記載の発明の超音波プローブの製造方法は、圧電
材の表裏面に形成されている２つの振動子電極の少なく
とも一方に、前記圧電材に隣接する隣接部分に穴または
切欠部が設けられて前記隣接部分が少なくとも２分割さ
れている複数の導体パターンを電気的に接続し、前記圧
電材と、前記振動子電極と、前記導体パターンとをカッ
ト加工して複数の振動子を構成させ、前記各導体パター
ンの分割された隣接部分は前記分割された各振動子と電
気的に接続されていることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するた
めに、振動子に形成されている振動子電極に接合される
接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分に細
長い穴を設けている。

【００１５】図３は本発明の第１の実施の形態の超音波
プローブを備えた超音波診断装置の概略構成を示す図で
ある。図３において、本発明の第１の実施の形態の超音
波診断装置は、超音波を用いて患者等の被検体から得ら
れた情報を基にして種々の診断を行うための超音波診断
装置本体１と、患者等の被検体に超音波を照射し、被検
体からの反射波を受信する複数の振動子を備えた超音波
プローブ２と、超音波診断装置本体１と超音波プローブ
２との間の電気信号の送受信を行うために、超音波診断
装置本体１と超音波プローブ２との間を電気的に接続す
るための電気信号伝送ケーブル３とから構成されてい
る。

【００１６】超音波診断装置本体１は、超音波を発生さ
せるために超音波プローブ２に駆動信号を送信する。ま
た、超音波診断装置本体１は、超音波プローブ２で受信
した被検体からの反射波を例えばエコー信号として電気
信号伝送ケーブル３を介して超音波プローブ２から受信
し、受信したエコー信号を基にして被検体の超音波診断
画像を再構成する。

【００１７】超音波プローブ２のケーシング１１の内部
には、超音波を発生する圧電素子によって構成される複
数の振動子４ａと、発生した超音波の放射効率を向上さ
せるために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音
響整合層７と、振動子４ａにおいて発生した超音波を収
束させるための音響レンズ８と、振動子４ａで発生する
不要な振動を吸収するために振動子４ａの超音波放射面
側とは反対側（裏面側）に設けられるバッキング材９
と、振動子４ａを振動させるための正負の電圧を印加す
るための互いに極性の異なる２つの振動子電極５、５′
と、各振動子電極５、５′にそれぞれ接続される接続導
体部２０、６′とが設けられている。

【００１８】振動子４ａは、超音波診断装置本体１から
送信された駆動信号により駆動されて超音波を発生す
る。これにより、超音波プローブ２から被検体に向けて
超音波が照射される。

【００１９】また、振動子４ａは、被検体に向けて放射
された超音波の被検体からの反射波を受信する。振動子
４ａが受信した反射波は、振動子４ａを構成する圧電素
子の圧電効果により電気信号に変換され、例えばエコー
信号として電気信号伝送ケーブル３を介して超音波診断
装置本体１に出力される。

【００２０】図４は本発明の第１の実施の形態の超音波
プローブにおける振動子のカット加工前の振動子部の概
略構成を示す図である。図４に示すように、振動子のカ
ット加工前の振動子部は図１に示す従来の振動子部とほ
ぼ同様に構成される。すなわち、振動子をカット加工に
よって得るための板状の圧電材４には図示しない正負の
電圧を印加するための２つの振動子電極が形成され、こ
れらの振動子電極の一方に所定の間隔に形成された複数
の導体パターン６を有する接続導体部２０が半田付け、
焼き付け、接着等によって接合され、圧電材４の下にバ
ッキング材９が取り付けられている。各導体パターン６
の間にはポリイミド等の絶縁体５が設けられており、各
導体パターン６は絶縁体５によって絶縁されている。な
お、図４に示す振動子部が図１に示す従来の振動子部と
異なる点は、サブダイス構造を形成するように圧電材４
をカット加工する場合において、複数の導体パターン６
のカット加工部分に細長い穴６ｂが設けられていること
である。

【００２１】図５は本発明の第１の実施の形態の超音波
プローブにおける振動子のカット加工後のサブダイス構
造を有する振動子部の概略構成を示す図である。超音波
プローブにおいてサブダイス構造を有する振動子部を形
成するために板状の圧電材４を短冊状の圧電素子で構成
される振動子４ａにカット加工する場合には、接続導体
部２０に設けられている複数の導体パターン６の間隔と
振動子４ａの配列間隔とが一致しないので、圧電材４や
振動子電極だけでなく導体パターン６の一部もカット加
工される。この場合、上述したように、導体パターン６
には細長い穴６ｂが設けられているので、各カット加工
部分３０における材質や構造が同一となり、各振動子４
ａのカット加工中に各振動子４ａに加わる機械的な負荷
が等しくなる。その結果、図５に示すように、各振動子
４ａが左または右に傾くことなく形成される。これによ
って、各振動子４ａ間のギャップの幅が一定に維持され
ることになるので、隣接する振動子４ａの音響的な干渉
や電気的な短絡等が防止され、振動子４ａの音響特性を
向上させることができる。

【００２２】次に、本発明の実施の形態の超音波プロー
ブの構成およびその製造方法についてより具体的に説明
する。

【００２３】図６は本発明の第１の実施の形態の超音波
プローブの構成を示す図である。図６において、本発明
の第１の実施の形態の超音波プローブは、板状の圧電材
４をカット加工することによって得られ、２つの振動子
電極（正（＋）電極および負（−）電極）５、５′が形
成されている振動子４ａと、半田、導電性接着剤等によ
って構成される電極接合剤１２を介して各振動子電極
５、５′にそれぞれ電気的に接続される可撓性を有する
接続導体部２０、６′と、超音波の放射効率を増加させ
るために振動子４ａの超音波放射面側に設けられる音響
整合層７と、振動子４ａにより発生した超音波を音響整
合層７を介して収束させるための音響レンズ８と、超音
波の発生時における振動子４ａの不要な振動を吸収する
ために振動子４ａの超音波放射面側とは反対側（裏面
側）に設けられるバッキング材９とを備えている。

【００２４】振動子４ａに対して、圧電材４をカット加
工して得られる圧電素子を振動させるために正負の電圧
を印加するための２つの振動子電極５、５′がそれぞれ
上面および下面に焼付け、蒸着またはメッキ処理により
形成されている。なお、圧電材４には圧電性セラミクス
材、圧電性高分子材等が用いられる。

【００２５】接続導体部２０には、振動子４ａのカット
加工時において各振動子４ａ間を電気的に絶縁するため
のポリイミド等の絶縁体で構成されるチャネルパターン
６ａと、サブダイス構造の形成のために用いられ、振動
子４ａ間のカット加工部分に位置する細長い穴６ｂを有
する導体パターン６とが設けられている。ここでは、隣
接する２つのチャネルパターン６ａの間の導体パターン
６に１つの穴６ｂを設けているが、所望のサブダイス構
造に応じて１つの導体パターン６に複数の穴を設けるこ
とも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特性を
さらに向上させることができる。なお、接続導体部６′
および導体パターン６は、銅、銀、金等の金属材料で構
成されている。

【００２６】上述のように、接続導体部２０にはチャネ
ルパターン６ａと穴６ｂを有する導体パターン６とを設
けているが、接続導体部６′にはチャネルパターン６ａ
や穴６ｂを有する導体パターン６は設けられていない。
しかし、接続導体部６′にチャネルパターン６ａおよび
穴６ｂを有する導体パターン６を設けることも可能であ
る。これによりカット加工時において各振動子４ａが傾
くことなく形成され、各振動子４ａ間のギャップの幅１
３が一定に維持されるので、振動子４ａの音響特性を向
上させることができる。

【００２７】図７は本発明の第１の実施の形態の超音波
プローブの振動子部の組立の様子を示す図である。図７
において、まず、電極接合剤１２を用いて圧電材４に形
成されている振動子電極５、５′に接続導体部２０、
６′をそれぞれ接合する。

【００２８】次に、圧電材４に形成されている振動子電
極５、５′に接合された接続導体部２０、６′の一部を
バッキング材９の一部に接着材等を用いて取り付ける。

【００２９】その後、振動子電極５、５′が形成されて
いる圧電材４と接続導体部２０、６′とをダイシング等
によりカット加工する。これにより、各振動子４ａが所
定のギャップの幅１３で形成される。

【００３０】最後に、圧電材４のカット加工によって得
られた振動子４ａの上に音響整合層７や音響レンズ８を
取り付けて超音波プローブ４の振動子部を完成させる。

【００３１】完成した振動子部の接続導体部２０、６′
には電気信号ケーブル３が接続され、これにより、上記
のように構成された振動子部を備えた超音波プローブ２
と超音波診断装置１との間での電気信号の送受信が可能
となる。

【００３２】以上のように、本発明の第１の実施の形態
では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するため
に、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極
に接合される接続導体部の複数の導体パターンのそれぞ
れに細長い穴を予め設けている。従って、各カット加工
部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等によるカ
ット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、振
動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、隣
接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生を
防止することができる。これにより、所望の音響特性を
有する振動子部を備えた超音波プローブを製造すること
が可能となる。

【００３３】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形
態では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するた
めに、振動子に形成されている振動子電極に接合される
接続導体部の複数の導体パターンのカット加工部分にス
リット（切欠部）を設けている。

【００３４】図８は本発明の第２の実施の形態の超音波
プローブの構成を示す図、図９は本発明の第２の実施の
形態の超音波プローブの振動子部の組立の様子を示す図
である。図８に示す本発明の第２の実施の形態の超音波
プローブは、本発明の第１の実施の形態の超音波プロー
ブの製造方法と同様な方法で製造されてほぼ同様な構成
を有しており、図３に示す超音波診断装置本体１との間
の電気信号伝送ケーブル３を介して電気信号の送受信を
行っている。

【００３５】なお、図８および図９からわかるように、
本発明の第１の実施の形態と比較して、本発明の第２の
実施の形態の超音波プローブでは、振動子４ａに形成さ
れている振動子電極５に接合される接続導体部２０にチ
ャネルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パター
ン６とを設けている。導体パターン６にスリット６ｃを
設けることにより、カット加工時において導体パターン
６はカット加工されないので、カッティング性が低い接
続導体部をカット加工する量が減少し、カッティング負
荷が軽減して、振動子４ａの形成が容易となる。

【００３６】図８および図９では、隣接する２つのチャ
ネルパターン６ａの間の導体パターン６に２つのスリッ
ト６ｃを設けているが、所望のサブダイス構造に応じて
導体パターン６に１つまたは３つ以上のスリットを設け
ることも可能であり、これにより、振動子４ａの音響特
性をさらに向上させることができる。

【００３７】上述のように、接続導体部２０にはチャネ
ルパターン６ａとスリット６ｃを有する導体パターン６
とが設けられているが、接続導体部６′にはチャネルパ
ターン６ａやスリット６ｃを有する導体パターン６は設
けられていない。しかし、接続導体部６′にチャネルパ
ターン６ａおよびスリット６ｃを有する導体パターン６
を設けることも可能であり、これによりカット加工時に
おいて各振動子４ａが傾くことなく形成され、各振動子
４ａ間のギャップの幅１３が一定に維持されるので、振
動子４ａの音響特性を向上させることができる。

【００３８】以上のように、本発明の第２の実施の形態
では、サブダイス構造を有する振動子部を形成するため
に、振動子や振動子電極等のカット加工前に振動子電極
に接合される接続導体部の複数の導体パターンに所定の
間隔でスリットを予め設けている。従って、各カット加
工部分の材質や構造が同一となり、ダイシング等による
カット加工時において振動子の傾きが大幅に軽減され、
振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持されるので、
隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短絡等の発生
を防止することができる。これにより、所望の音響特性
を有する振動子部を備えた超音波プローブを製造するこ
とが可能となる。

【００３９】また、接続導体部の導体パターンがカット
加工されないように複数の導体パターンのそれぞれにス
リットを設けておくことによりカッティング性が低い接
続導体部をカット加工する量が減少するので、カット加
工時のカッティング負荷を軽減できる。これにより、振
動子の形成が容易となる。また、振動子の傾きがさらに
軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持さ
れるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短
絡等の発生を防止することができ、所望の音響特性を有
する振動子部を備えた超音波プローブを製造することが
可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上、本発明によれば、サブダイス構造
を有する振動子部の振動子や振動子電極等のカット加工
前に振動子電極に接合される接続導体部の複数の導体パ
ターンのそれぞれに細長い穴またはスリットを予め設け
ておくことにより、各カット加工部分の材質や構造が同
一となり、カット加工時における振動子の傾きが大幅に
軽減され、振動子間のギャップの幅がほぼ一定に維持さ
れるので、隣接する振動子の音響的な干渉や電気的な短
絡等の発生を防止することができる。これにより、所望
の音響特性を有する振動子部を備えた超音波プローブを
製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の超音波プローブにおける振動子のカット
加工前の振動子部の概略構成を示す図である。

【図２】従来の超音波プローブにおける振動子のカット
加工後の振動子部の状態を説明するための図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブを
備えた超音波診断装置の概略構成を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブに
おける振動子のカット加工前の振動子部の概略構成を示
す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブに
おける振動子のカット加工後のサブダイス構造を有する
振動子部の概略構成を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの
構成を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態の超音波プローブの
振動子部の組立の様子を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの
構成を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の超音波プローブの
振動子部の組立の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波診断装置本体 ２ 超音波プローブ ３ 電気信号伝送ケーブル ４ 圧電材 ４ａ 振動子 ５、５′ 振動子電極 ６ 導体パターン ６′、２０ 接続導体部 ６ａ チャネルパターン ６ｂ 穴 ６ｃ スリット ７ 音響整合層 ８ 音響レンズ ９ バッキング材 １１ ケーシング １２ 電極接合材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に対して超音波を送受信するため
   の複数に分割された振動子と、 各振動子の表裏面に形成された２つの振動子電極と、 前記２つの振動子電極にそれぞれ接合される２つの接続
   導体部とを備え、 前記２つの接続導体部の少なくとも一方には複数の導体
   パターンが形成され、各導体パターンの前記振動子に隣
   接する隣接部分には切欠部が設けられて前記隣接部分が
   少なくとも２分割され、前記切欠部には前記振動子を分
   割するためのギャップが形成され、前記各導体パターン
   の分割された隣接部分は前記分割された振動子のそれぞ
   れと電気的に接続されていることを特徴とする超音波プ
   ローブ。
2. 【請求項２】 被検体に対して超音波を送受信する超音
   波プローブを備えた超音波診断装置において、 前記超音波プローブは、 複数に分割された振動子と、 各振動子の表裏面に形成された２つの振動子電極と、 前記２つの振動子電極にそれぞれ接合される２つの接続
   導体部とを備え、 前記２つの接続導体部の少なくとも一方には複数の導体
   パターンが形成され、各導体パターンの前記振動子に隣
   接する隣接部分には切欠部が設けられて前記隣接部分が
   少なくとも２分割され、前記切欠部には前記振動子を分
   割するためのギャップが形成され、前記各導体パターン
   の分割された隣接部分は前記分割された各振動子と電気
   的に接続されていることを特徴とする超音波診断装置。
3. 【請求項３】 圧電材の表裏面に形成されている２つの
   振動子電極の少なくとも一方に、前記圧電材に隣接する
   隣接部分に穴または切欠部が設けられて前記隣接部分が
   少なくとも２分割されている複数の導体パターンを電気
   的に接続し、 前記圧電材と、前記振動子電極と、前記導体パターンと
   をカット加工して複数の振動子を構成させ、 前記各導体パターンの分割された隣接部分は前記分割さ
   れた各振動子と電気的に接続されていることを特徴とす
   る超音波プローブの製造方法。