JPS5830361Y2

JPS5830361Y2 - 超音波送受波器アレイ

Info

Publication number: JPS5830361Y2
Application number: JP4825478U
Authority: JP
Inventors: 弘志鎌田; 義範荒尾; 豊作佐藤
Original assignee: 沖電気工業株式会社
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1983-07-04
Also published as: JPS54151330U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、多数個の振動素子の配’、：；＋Ｊａｓ度
が高く、かつ配列精度のよい超音波送受波器アレイに関
するものである。

従来の超音波送受波器アレイ、特に２次元配列超音波送
受波器アレイを第１図Ａ、Ｈに示し、図中１１〜１３は
振動子、２は溝、３は２次元配列の多数個の振動子素子
、４はリード線、５は電気端子、６は支持体である。

すなわち、従来の超音波送受波器アレイは、一枚または
数枚の板状の振動子を、バッキング材を兼ねた支持体に
接着するとともに、振動子に溝をいれて多数個の振動子
素子の配列を形成し、さらに被覆電線あるいは裸電線な
どからなるリード線を、半田付けやその他の方法で一本
一本接続して振動子素子の電極の相互間の配線ならびに
電子回路に到る電気端子への配線を行うことにより構成
される。

このように構成された超音波送受波器アレイは、振動子
素子の配列ピッチが、振動子に溝をいれる装置の送り精
度で決まるので、振動子素子の配列密度や配列精度が極
めて高（、Ｑ、５ｍｍ以下のピッチで１次元配列は勿論
、図示した２次元配列も、配列そのものは容易である。

しかるに、上記従来の超音波送受波器アレイでは、次の
ような欠点を有する。

すなわち、振動子素子の電極の相互間の配線ならびに電
子回路に到る電気端子への配線は、被覆電線あるいは裸
電線などからなるリード線を、半田付けやその他の方法
で一本一本接続して行うものであるが、被覆電線におい
ては、その外径が細いもので゛せいぜい０．５ｍｍ程度
であり、たとえばＱ、５ｍｍピッチの２次元配列の振動
子素子−の電極面（０，２５ｍｍ２以下）に半田付けす
ることは不可能である。

一方、裸電線においては、被覆電線より細いものがある
けれども、２次元配列の振動子素子の場合、リード線が
他の電極を飛び越える形で接続される場合が多いので、
配線後になされる防水絶縁モールドなどの工程において
、特殊な手法を用いない限り、他のリード線や電極と短
絡してしまい、超音波送受波器アレイとして正しい機能
を有するものを製造することは不能である。

また、２次元配列の場合でリード線が太い場合は、第１
図Ｂの断面図で示されるように、リード線が振動子素子
の上面を飛びかっているので、その方向に放射される音
波が、それらのリード線で妨害を受け、超音波送受波器
アレイとしての所定の音響性能を実現できなかった。

なお、このような欠点は、超音波送受波器アレイの使用
周波数を高くとればとるほど、振動子素子の配列ピッチ
が密になるので、大きくなる。

したがって、たとえばメガヘルツの２次元配列超音波送
受波器アレイの場合は、振動子素子の配列ピッチがＱ、
５ｍｍ以下にもなるから、従来構造で製造することは、
はとんど不可能といってよいほどの困難性があった。

この考案は上記の点に鑑みなされたもので、各振動子素
子の電極の相互間の配線ならびに電子回路に到る電気端
子への配線を、あらかじめ配線パターンが印刷された配
線基板の接着によって行うことにより、２次元配列にお
いても配線が容易で、かつ配線の短絡もなく、シかも配
線による音波妨害も実質的になくすことができる超音波
送受波器アレイを提供することを目的とする。

以下この考案の実施例を図面を参照して説明する。

第２図はこの考案の実施例として２次元配列超音波送受
波器アレイを示す分解斜視図である。

この第２図において、１１は印刷配線基板で、電気端子
１２とともに配線パターン１３を基板素材１４にあらか
じめ印刷して構成される。

配線パターン１３は、電極ベース１５と配線ライン１６
とからなる。

電極ベース１５は、後述する多数個の振動子素子各々に
対応して基板素材１４上に印刷されるもので、しかも半
田メッキが施されている。

一方、配線ライン１６は、電極ベース１５の相互間を配
線するように、また図示しない電子回路に到る上記電気
端子１３と電極ベース１５との間を配線するようにして
基板素材１４中に印刷されている。

なお、このような印刷配線基板１１は、一般的な電子回
路基板の製造方法と同じようにして製造できる。

また、この印刷配線基板１１は、厚さが、印刷配線基板
１１内における音波の士波長と設定されている。

このような印刷配線基板１１上に、一枚または数枚（こ
こでは３枚）の板状の振動子１７□〜１７３が接着され
る。

換言すれば、３枚の板状の振動子１７□〜１７３に印刷
配線基板１１を接着することになる。

振動子１７□〜１７３は、溝１８をいれることにより２
次元配列の多数個の振動子素子１９を形成している。

また、振動子１７□〜１７３は、溝１８をいれた側を印
刷配線基板１１側とし、かつ各振動子素子１９を電極ベ
ース１５に対応させて印刷配線基板１１上に設けられる
もので、しかもその状態で両方を加熱して電極ベース１
５上のメッキ半田を融解させた後、再冷却することによ
り、電極ベース１５上にメッキ半田を用いて接着される
。

なお、このようにして振動子１７□〜１７３を印刷配線
基板１１上に接着することにより、振動子素子１９の電
極の相互間の配線ならびに電気端子１２への配線が、配
線パターン１３を用いて、接着と同時に行われる。

ここで、３枚の振動子１７□〜１７３が一度に接着され
ることは勿論であり、これによりすべての振動子素子１
９が一度に配線される。

また、このようにして印刷配線基板１１上に接着された
振動子１７、〜１７３上には、必要により、音響的なダ
ンピングを付加するためにバッキング材２０が接着され
る。

以上のように、上記２次元配列超音波送受波器アレイで
は、振動子素子１９の電極の相互間の配線ならびに電気
端子１２への配線を、印刷配線基板１１上の配線パター
ン１３により行うものであり、配線パターン１３の配線
ライン１６は線幅を０．１ｍｍ以下にすることができる
。

したがって、この２次元配列超音波送受波器アレイにお
いては、２次元配列であっても、振動子素子１９の配線
を容易に行うことができる。

また、誤配線を防止できるとともに、配線後の防水絶縁
モールドなどの工程において一般的な手法を用いても配
線の短絡を防止できる。

さらに、すべての振動子素子１９の配線を一度に行うこ
とができるから、短時間で製造できる。

また、２次元配列の多数個の振動子素子９を形成するた
めに、３枚の板状の振動子１７１〜１７３を用いている
が、この振動子１７□〜１７３の相対的な位置関係を精
度よく保つことができる。

すなわち、１７、〜１７３を印刷配線基板１１の電極ベ
ース１５上に設けた時、多少位置ずれがあっても、電極
ベース１５上の半田を融解させた時に、半田の表面張力
によって所定の位置に修正されるもので、これにより振
動子１７、〜１７３の相対的位置関係を精度よく保つこ
とができる。

このことは、振動子素子群を形成するのに一枚の板状の
振動子から形成するには大きすぎるような２次元配列超
音波送受波器アレイを必要とする場合や、機能上の要求
またはコストからの要求などで配列を粗にするために複
数の振動子を一度に配列する場合、または−個一個完全
に分離されている振動子素子を配列したい場合にも精度
よく実現できることを意味している。

なお、振動子１７、〜１７３各々の振動子素子１９につ
いては、振動子１７、〜１７３に溝１８をいれることに
よって形成しているので、配列密度や配列精度が極めて
高くできていることはいうまでもない。

また、上記２次元配列超音波送受波器アレイでは、印刷
配線基板１１の厚さが、印刷配線基板１１内における音
波の半波長と設定されるもので、これにより配線（配線
ライン１６）による音波妨害も実質的になくすことがで
きる。

この点について説明すると、第３図の断面図に示すよう
に、配線ライン１６は振動子素子１９の電極表面に半田
によって接着されている電極ベース１５に当る部分と、
基板素材１４内を配線している部分とあるが、これは振
動素子１９の電極の極く近傍をそれと平行に走っている
ため、それの存在による音波の妨害は、いわゆる垂直反
射垂直透過ということになる。

一方、境界面における垂直反射垂直透過を有効に利用し
て超音波送受波器のＱを下げ広帯域にする方法として、
半波長マツチング層の付加という手渡が古くから知られ
ている。

つまり、音場媒質と振動子素子の間に、中間媒質として
、中間媒質内における音波の波長の士の厚みの材料を挿
入する方法である。

この場合、材料の厚みの精度は±１０％でよいといわれ
ている。

そこで、上述２次元配超音波送受波器アレイでは、印刷
配線基板１１の厚さを、印刷配線基板１１内における音
波の半波長と定めるもので、これにより多層マツチング
層としての効果をもたせられ、配線ライン１６の存在に
よる（配線による）音波の妨害を実質的になくすことが
でき、さらに音響マツチングもとれるので、Ｑの低い広
帯域の２次元配列超音波送受波器アレイとなる。

しかして、上述のような高性能、高密度の２次元配列超
音波送受波器アレイは、超音波診断装置に利用すること
により音場内の音波情報を実時間で入手できる。

たとえば、音場すなわち被験物体として人体を考える一
方、メガヘルツ帯の上述２次元配列超音波送受波器アレ
イを探触子とする超音波診断装置を用いれば、人体内の
組織構造の３次元的な情報を実時間で得ることができ、
解剖手段などなくして相当程度の医学診断が可能になる
ものである。

なお、上記超音波送受波器アレイにおいて、印刷配線基
板１１としては、必要に応じて多層印刷配線基板を用い
ることができるもので、その場合はさらに高密度の２次
元配列超音波送受波器アレイを実現できるとともに、配
線ライン１６が基板素材１４の表面または内部に固定さ
れるので、配線の短絡がより一層確実になくなる。

また、上記実施例では、印刷配線基板１１の厚みを、印
刷配線基板１１内における音波の半波長とするものであ
るが、使用周波数が低い場合には必ずしもそうする必要
はなく、波長に比して充分小さな厚みとすることによっ
て、配線ライン１６の存在による（配線による）音波の
妨害を実質的になくすこともできる。

さらに、比較的低密度の２次元配列超音波送受波器アレ
イの場合で、配線ラインを電極ベースの相互間に通すこ
とにより片面印刷配線基板で充分な場合は、電極ベース
部の基板素材を除去して、電極ベースのみとすることに
より、この電極ベースを振動子素子の付加質量として機
能させることもできる。

また、上記実施例では、２次元配列の場合について説明
したが、この考案は１次元配列の場合や、１個の振動子
だけの場合にも適用できる。

以上詳述したように、この考案によれば、各振動子素子
の電極の相互間の配線ならびに電子回路に到る電気端子
への配線を、あらかじめ配線パターンが印刷された配線
基板の接着によって行うことにより、２次元配列におい
ても配線が容易で、かつ配線の短絡もなく、シかも配線
による音波妨害も実質的になくすことができる超音波送
受波器アレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波送受波器アレイを示し、Ａは平面
図、Ｂは正面図、第２図はこの考案による超音波送受波
器アレイの実施例を示す分解斜視図、第３図は第２図超
音波送受波器アレイの断面図である。１１・・・・・・印刷配線基板、１２・・・・・・電気
端子、１３・・・・・・配線パターン、１９・・・・・
・振動子素子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

（１）多数個の振動子素子を配列してなる超音波送受波
器アレイにおいて、各素子の電極の相互間の配線ならび
に電子回路に到る電気端子への配線を、あらかじめ配線
パターンが印刷された配線基板の接着によって行ったこ
とを特徴とする超音波送受波器アレイ。
（２）配線基板を、音場媒質と振動子素子間の音響マツ
チングがとれるような厚みとしたことを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項記載の超音波送受波器アレイ
。
（３）配線基板の厚みを、その基板内における音波の波
長よりも充分に小さい値としたことを特徴とする実用新
案登録請求の範囲第１項記載の超音波送受波器アレイ。
（４）配線基板のうち、振動子素子の電極に接着される
面の部分の基板素材を除去して配線パター、ンのみとし
たことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
の超音波送受波器アレイ。。