JPS5990498A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、超音波診断装置に於ける超音波探触子に関す
るものである。

［発明の技術向背■１ 超音波探触子は、電気信号を超音波に変換し生体中にこ
れを放ｑ・１シた後、牛体中に於いて反射してきた超音
波をうけて再び電気信号に変換するいわゆる電気−ハー
警変換機（トランスジューサ）としての働きをする圧電
振動子、圧電振動子に電圧を印加するため圧電振動子の
両面に塗布された電極並びに上記ＷＳ極に電流を導びく
ところの配線基板、音響媒質に対して効率よく超音波を
送受波するための（１／　４）λ音響整合層、超音波を
収束するための音響レンズ後面からの音響的反射を除去
するための後面音響吸収材等を有している。

圧電振動子としては、例えばＰＺＴ　（チタン酸ジルコ
ン酸鉛）等の圧電セラミックが用いられ、両面Ｔｉ極と
しては銀等の金属を蒸着あるいは転写したもの、配４９
％板としてはフレキシブルプリント基板、銅板等、音響
整合層としてはガラスやエポキシ樹脂等、音響レンズと
してはシリコンゴムフッ素ゴム等後面音響吸収材として
は音響的吸収率の大きなゴム等が用いられている。第１
図に超音波ｆ触子の構成を示す。１は圧電振動子、２は
振動子表面に塗布された電極、３．３′は配ｍ基板及び
金属電極、４は音響整合層、５は音響レンズ、６は後面
音響吸収材である。

従来振動子を製作する場合、例えば特公昭５５−１２２
５４＠（飯沼、板材）に示されるように振動子表面の電
極と配線基板及び金属電極との接続は振動子表面に於い
て半田付けすることによりなされていた。振動子１０表
面には？ｔ２極２及び２′が第２図に示されたように塗
布されているので半田付部１２及び１２′にプリント基
板及び金属電極３．３′を半田付けする。振動子表面の
電極がこのような構造になっているのは信号線、接地線
いずれについても振動子前面〈すなわち音響整合層側）
での半田付けをさくプるためである。

電極を半田付けされた振動子は後面音響吸収材６に接着
剤にて接着された後プリント基板の電極パターンに合う
ように細かく切断される。

［背景技術の問題点］ 上記の■稈に於いて振動子表面に電極を半田付（）でろ
際、人間の手により振動子の※ｉ：から順に半田ごてを
あてていくため、振動子が加熱によって非常にそりやす
く場合によっては数ミリもそるどきがある。振動子がそ
った場合、後面音響吸収材を接着するときにそりにＩｊ
シて逆向きにツノが加えられることになるので振動子が
非常に割れやすくなる。振動子の厚み振動数を高くした
場合、振動子が薄くなりイリも大きくなるために一層割
れやすい。また、配線基板として用いられているフレヤ
シプルプリント基板も一緒に加熱されるため、熱による
膨面をＪ）：じて１りに振動子を切断する際にパターン
ずれを起こしてしまう場合が多い。

さらにすでに第２図で示したＪ：うに音響整合層側に電
線が接続されないように回し電極を用いているため、Ｓ
動子の実効的な視野幅Ｗ′は実際のＳ動子幅Ｗよりは小
さくなる。超高波の波長をλとしたとき超音波のビーム
幅はλ／Ｗ’　に依存するので同一の超音波周波数の場
合、実効的な視野幅Ｗ′が小さくなればビーム幅はそれ
だけ広がることになる。またパルサー送信系の電源イン
ピーダンスは数Ω〜士数Ω程度なので振動子のインピー
ダンスＺも数Ω〜士数Ω程度であることが理想である。

このインピーダンス７は、次式に示すように表われる。

１Ｚｌ＝ｌ／ｊωＣ０ ＝１／ｊωεＳ ＝　ｌ　／　ｊωεＤＷ’　　・・・・・・・・・（１
）ここでＣＯは振動子の電気的容量、εは振動子の誘電
率、Ｓは振動子の放射面積（Ｓ＝Ｗ’　ＸＤ）Ｄはスキ
ャン方向の視野幅、１は振動子厚である。

現在振動子のインピーダンスとしては電源インピーダン
スよりかなり高い値になっており（１００Ω程度）でき
るだけ振動子のインピーダンスを小さくした方がよいが
、Ｗ′が小さくなれば振動子のインピーダンスとしては
大きくなるので電源インピーダンスとのミスマツチング
が大きくなり超音波の送信パワーとしては小さくなって
いる。

［発明の目的］ 本発明は上記した点に鑑みなされたもので、製造工程中
に振動子のそりが生じにくく、しかも、５− 大きな送信パワーを１呵ることができるＪｆ１音波探触
子を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、雪圧印加により
機械的振動をする直方体形状圧電振動子と、この振動子
の前面及び側面に設けられた第１の電極と、この第１の
電極とは絶縁され、第１の電極と対向するように振動子
の摂面及び側面に設（プられた第２の電極と、この第１
及び第２の電極を設けた振動子を複数個固着した後面音
響吸収材と振動子の側面でこれら第１のＴｉ極及び第２
の電極を導線でそれぞれ結線した第１及び第２の電極引
出端子とから構成することを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。本実
施例は第３図の正面図に示すように圧電振動子１１の正
面及び側面に設（プた電極２１と、この電極２１に対向
Ｊるにうに振動子１１の裏面及び側面に設けた電極２２
と、この？ｖ２極２１．２２を設けた振動子１１を複数
個固着した後面音響吸収材６１と、各電極２１．２２と
導線３３、６− ３４で結線した電極引出線３１．３２とで構成される。

この実施例は次のように製造される。まず、電極２１．
２２が塗布された圧電振動子１１を電極引出線３１．３
２を半田付けしないで後面音響吸収材６１に接着した後
振動子１１を細かく切断する。（振動子表面に塗布され
る電極としては金等の物質がよい）これは、従来と同じ
ように０．２０〜０．３０ｍｍぐらいのビッヂで切断す
る。

（使用する振動子の厚み振動周波数によって切断ピッチ
が賃なる）。次に電極引出線３１．３２を後面音響吸収
材６１の側面に接着する。電極引出線としては従来使用
されているようなフレキシブルプリン１〜基板や金属電
極を用いてもよいし、後面音響吸収材との接着が容易に
なるＪ：うに電極引出線の裏側を表面が滑らかに研磨さ
れたもので覆ってもよい。

このあと第４図へに示されたようにワイヤボンディング
を行イ５う。細かく切断した振動子１１は何個かまとめ
て（Ｎコとする。通常Ｎ＝３〜６）電極１ｃｈに接続す
るのでまず振動子１１の切断ピッチｄで横にスキャンさ
せワイヤーボンディングを行なう。

次にＮ］のうちの１］から電極３１（フレキシブルプリ
ント基板）ｌｃｈに対して縦にスキャンさせてワイヤボ
ンディングを行なう。このとき電極３５に接続する振動
子１１としてはＮコのうちどれを選んでもよい。振動子
１１を全都電１ｆ＋３５に接続してもよいが電極パター
ンに於いて電極露出部〈たとえば金メッキした銅板）を
大きくしなければならない。

上記の作業を電極のチャンネル数だ（う行なえば結線は
完了する。アース電極側については第４図Ｂに示された
ように、Ｔｉ極引出１ａ！３２を後面音響吸収材６１に
接着した後切断した撮動子１１をすべて横にスキャンさ
ゼてワイヤボンディングすることによって接続し、さら
に振動子の１］以上を縦にワイヤボンディングすること
ににつて金１ｔｉｌｉ　７１７極３６に接続する。この
作業を行なう時に於いては電極面（すなわちプリント基
板面）は反対側であり、すでにワイヤボンディング作業
が行なわれた而を下向きにしてその反対側の而にワイヤ
ボンディングを行なおうとすると、すでにワイヤボンデ
ィングされた電極面に無理な力がかかる。さらには反対
面のワイヤボンディングしようとする面の平行度がとれ
ない等の理由から困難である。このため反対面（すなわ
ちアース電極面）のワイヤボンディングを行なう場合は
、第５図に示されたようにすでにワイヤボンディングさ
れた面２８をモールドした後面２８が下に接触しないよ
うに超音波探触子１０を支えるようにして反対側の面２
９にワイヤボンディングを行なう。超音波探触子１０を
支える方法としては後面音響吸収材６１の側面の両側か
ら圧力を加えるかあるいは側面に引っかけるようなもの
を接着してもよい。これら一連のワイヤボンディングは
初期設定をするだけですべて自動的に行なえるものであ
り振動子に対する電気的結線を自動的にしかも正確に行
なえる。

加熱についてはワイヤボンディングもある程度の加熱（
百数十℃）はやむを得ないと思われるが＝９− 半田付ｔフが振動子に対して部分的に加熱していくもの
であるのに対してワイヤボンディングに於いては全体的
に加熱Ａること及び加熱するどきには撮動子１１はすで
に細かく切断されてしまっていること等から振動子のそ
り及び熱膨張は無視できる。フレキシブルプリント基板
については半田付けする場合は、プリント基板の先端部
分は第６図Ａに示したように両面に電Ｉ！ｊ（銅）を露
出させ、さらに半田付けがしやすいように電極がすべて
つながっていたので加熱したときに非常に膨張しやすか
ったのであるが、本発明に於いては第６図Ｂに示された
ように電極部３５の裏面にベース３１をかぶせて固定さ
せ、表のＴｉ極部は全部切り離した状態にすることによ
って銅の膨張をほとんど無視できるぐらいに押さえられ
る。斜線部４０はチャンネルを区切るためのギャップで
ある。

振動子側面のワイヤボンディングする一区画の大きさと
しては厚み振動周波数５　Ｍ　ｌ−１ｚのＰＺＴ振動子
に於いては振動子厚約０．３〜０．４ミリ切断ビッヂ０
．２〜０．２５ミリであるがワイヤ　１０− ボンディングを行なうには寸−介な大きさであるといえ
る。

ワイヤボンブイイブが施された振動子は音響整合層をコ
ーティングされた後、探触子ケースに装着されるのであ
るが線が非常にきれやすいのでこれを保護するためにモ
ールドする必要がある。モールドする方法としては、例
えばアラルダイト等のエポキシ樹脂を流し込んで固める
方法がある。

アラルゲイトは粘性が低いので流しこんだときに結線に
影響を与えることはない。流し込んでアラルダイトがも
れるのを防ぐためと振動子及び後面音響吸収材のワイヤ
ボンディング而の平行度を保つためには第７図Δ、Ｂに
示されたようにワイヤボンディングが終了した後に、ボ
ンディング部分を覆うようにケース４１を接着しておぎ
上から樹脂を流しこむようにすればよい。第７図Ａは振
動子の側面からみた図で同図Ｂは振動子の正面よりみた
図である。ワイヤボンディング部分を覆うようにケース
４１を接着した後この間隙にモールド剤を流しこむ。こ
の時プリント基板または金属電極３１及び３２はケース
を接着する６１口こ外部へ引き出しておく必要があるが
これは、プリンｉ−基板あるいは金属表面の保護膜（ポ
リイミド等）上にケースを種名すればよい。最後に上記
ケースごと探触子ケースに装着する。

このＪζうな配線を行なうためには振動子面に対して第
３図に示されたＪ：うに′Ｆｉ極を塗布する必要がある
が、この場合半田付は部分がなくなった分だけ振動子の
超音波の放射面は第２図に示された構造に比較して大き
くすることができる。ＲＰレンズ等にＪ：り超音波を集
束させた場合、超音波の最小のビーム幅はλ／Ｗに依存
することが知られている。（λは超音波の波長、Ｗは振
動子の視野幅） 従来、早口１付すするのに必要とされた幅は約３ｍｍぐ
らいであるので、従来の視野幅５ｍｍの振動子形状に於
いては視野幅８Ｉｌ１ｍにできるので最小ビーム幅とし
ては０．６倍ぐらいにできることになる。

逆に視野幅５ｍｍの振動子を得るのに従来は９ｍｍの振
動子幅が必要だったのに対して今回の方法に於いては６
ｍｍの振動子幅でよいことになる。（電極間ギャップに
１ｍｍとっている） 振動子幅が太き（なれば超音波の放射圧は一定として面
積が大きくなった分だけ送信パワーが大きくなる。すな
わち超音波の放射パワーＰはＰｍ５（Ｓは振動子の有効
振動面積）となる。また従来の電極構造によると振動子
の幅方向に対して音場の非対称性が生じサイドローブが
大きくなるが本発明の方法によれば音場は対称的となり
サイドローブは最低限におさえられるはずである。

さらに、振動子のインピーダンスＺは前述した（１）式
によって表わされる。電源から振動子に供給される電気
的エネルギーは次式で与えられる。

Ｐｍ　［Ｚ／　（Ｚ＋Ｒ）］　・Ｖ Ｒは電源インピーダンス、■は電源電圧である。

例えばＷ＝５ｎ＋ｎ＋でＺ−５０Ωであった場合、Ｒ＝
１００として（この値は実際の値に近いと思われる）Ｐ
ｍＯ，，０１４Ｖであるが今回の方法によればＷ＝８ｍ
ｍにできるので７−３１ΩとなりＰｍ０．０１９Ｖとな
り３０％ぐらい感度が上が１３− る。この効果は振動子が小さくなればより一層顕著にな
る。これら有効視野幅を広げることによって生ずる２つ
の効果は振動子の幅方向に対してより一層の小型化が可
能であることを示している。

［発明の効果］ 以上本発明は振動子側面にワイヤボンディングを行なう
ことによって半田付けによる電極接続をなくし、振動子
のそり、フレキシブルプリント基板の熱膨張によるパタ
ーンずれを除去しかつ上記ボンディング部をモールドす
ることによって電極部を保護し、さらに振動子面を超音
波放射面として有効に用いることによって送信音波のパ
ワーアップ、超音波集束度の増加、サイドローブの低減
等の効果を１りることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び、第２図は従来の超音波探触子の構成図、第
３図、第４図及び第５図は本発明の一実施例の構成図、
第６図は電極引出端子の構成図、第７図はモールドする
方法を示す図である。 ＝　１４− １０　　　・・・・・・・・・超音波深触子１１　　　
・・・・・・・・・振動子 ２１．２２・・・・・・・・・電極 ３１．３２・・・・・・・・・電極引出線端子３３．３
／Ｉ・・・・・・・・・導線 ６１　　　・・・・・・・・・後面音管吸収材代狸人弁
理十　則近　憲（＜ｉ　（ほか１名）１５− 第１図 ン 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧印加により機械的振動をする直方体形状圧電振動子
   と、この振動子の前面及び側面に設けられた第１の電極
   と、この第１の電極とは絶縁され、第１の電極と対向す
   るように振動子の裏面及び側面に設けられた第２の電極
   と、この第１及び第２の電極を設けた振動子を複数個固
   着した後面音響吸収材と振動子の側面でこれら第１の電
   極及び第２の電極を導線でそれぞれ結線した第１及び第
   ２の電極引出端子とから構成する超音波探触子。