WO2008056643A1 - Ultrasonic probe and ultrasonographic device using the same - Google Patents

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WO2008056643A1
WO2008056643A1 PCT/JP2007/071516 JP2007071516W WO2008056643A1 WO 2008056643 A1 WO2008056643 A1 WO 2008056643A1 JP 2007071516 W JP2007071516 W JP 2007071516W WO 2008056643 A1 WO2008056643 A1 WO 2008056643A1
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ultrasonic probe
layer
ultrasonic
cmut chip
probe according
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PCT/JP2007/071516
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shuzo Sano
Akifumi Sako
Takashi Kobayashi
Mikio Izumi
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
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Publication date
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Priority to JP2008543071A priority patent/JP5009301B2/ja
Priority to EP07831248A priority patent/EP2091265A4/en
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
    • A61B8/4272—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving the acoustic interface between the transducer and the tissue
    • A61B8/4281—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving the acoustic interface between the transducer and the tissue characterised by sound-transmitting media or devices for coupling the transducer to the tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/4455—Features of the external shape of the probe, e.g. ergonomic aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same, and more particularly to an ultrasonic probe with improved electrical safety for a subject and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same. Related to the position.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus is an apparatus that captures a diagnostic image based on an echo signal output from an ultrasonic probe and a reflection signal thereof.
  • a plurality of ultrasonic transducers are arranged on the ultrasonic probe. The ultrasonic transducer converts the drive signal into ultrasonic waves and transmits the ultrasonic waves to the subject, and also receives the reflected echo signals generated from the subject and converts them into electrical signals.
  • the cMUT is an ultrafine capacitive ultrasonic transducer manufactured by a semiconductor microfabrication process, such as that disclosed in Patent Document 1.
  • a bias voltage is applied to two electrodes (the subject side and the backing layer side) arranged in a pair parallel to the direction parallel to the ultrasound transmission / reception surface, and a drive signal is superimposed and applied.
  • Send ultrasonic waves is transmitted.
  • Patent Document 1 US Patent No. 5894452.
  • Patent Document 2 JP 2007-235795 A.
  • an acoustic matching layer may not be provided, but in that case, deterioration of the insulating structure becomes a problem.
  • An object of the present invention is to prevent electrical leakage to a subject and improve electrical safety by applying a suitable insulating structure to an ultrasonic probe using a cMUT! Another object is to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same.
  • a cMUT chip having a plurality of vibration elements whose electromechanical coupling coefficient or sensitivity changes according to a bias voltage and transmitting / receiving ultrasonic waves, and an acoustic wave provided above the cMUT chip
  • an ultrasonic probe comprising a lens and a backing layer provided below the cMUT chip
  • an ultrasonic probe characterized in that an electrical leakage preventing means is provided on the ultrasonic transmission / reception surface side of the acoustic lens or between the acoustic lens and the cMUT chip.
  • an ultrasonic probe using a cMUT is provided with a suitable insulating structure to prevent electrical leakage to the subject and improve electrical safety.
  • An ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same can be provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrasonic probe according to the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a vibrator according to the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of one vibration element in FIG. 3 viewed from the side.
  • FIG. 5 shows an ultrasonic probe according to Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing the wiring of an ultrasonic probe.
  • FIG. 7 is a view showing an ultrasonic probe according to Example 2.
  • FIG. 8 is a view showing an ultrasonic probe according to Example 3.
  • FIG. 9 is a view showing an ultrasonic probe according to Example 4.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a conductive structure and an insulating structure.
  • FIG. 11 shows an ultrasonic probe according to Example 5.
  • FIG. 12 shows an ultrasonic probe according to Example 6.
  • FIG. 13 is a diagram showing an ultrasonic probe according to Example 7.
  • FIG. 14 is a diagram showing an ultrasonic probe according to Example 8.
  • FIG. 15 is a diagram showing an ultrasonic probe according to Example 9.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus 1.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an ultrasonic probe 2, a transmission unit 3, and a bias unit.
  • the ultrasonic probe 2 transmits and receives ultrasonic waves to and from the subject by contacting the subject.
  • An ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic probe 2 to the subject, and a reflected echo signal generated from the subject is received by the ultrasonic probe 2.
  • the transmission means 3 and the bias means 4 apply a bias voltage to the electrodes disposed in the ultrasonic probe 2 and apply a drive signal in a superimposed manner to transmit ultrasonic waves. It is intended.
  • the receiving means 5 receives a reflected echo signal to the ultrasonic probe 2.
  • the receiving means 5 further performs processing such as analog-digital conversion on the received reflected echo signal.
  • the phasing addition means 6 is a device for phasing and adding the received reflected echo signals.
  • the image processing means 7 is a device that generates a diagnostic image (for example, a tomographic image or a blood flow image) based on the reflected echo signal subjected to phasing and addition.
  • a diagnostic image for example, a tomographic image or a blood flow image
  • the display unit 8 is a display device that displays the diagnostic image generated by the image processing unit 7.
  • the control means 9 is a device that controls each of the above-described components.
  • the operation means 10 is a device that gives an instruction to the control means 9 such as a signal to start diagnosis.
  • the operation means 10 is, for example, an input device such as a trackball, a keyboard, or a mouse.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the ultrasonic probe 2.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the ultrasound probe 2. However, the upper side in the figure is the direction in which the object is in contact with the subject and ultrasonic waves are transmitted.
  • the ultrasonic probe 2 includes a cMUT chip 20.
  • the cMUT chip 20 is a one-dimensional array type transducer group in which a plurality of transducers 21-1, 21-2,. A plurality of vibration elements 28 are disposed on the vibrator 21-1, the vibrator 21-2,.
  • the transducer group shown in FIG. 2 may be another type of transducer group such as a force type two-dimensional array type, which is a linear type probe, or a convex type.
  • a backing layer 22 is provided on the back side of the cMUT chip 20 (lower side in the figure).
  • An acoustic lens 26 is provided on the ultrasonic emission side of the MUT chip 20.
  • the cMUT chip 20 and the backing layer 22 are stored in the ultrasonic probe cover 25.
  • the drive signal from the transmission unit 3 is converted into an ultrasonic wave based on the application of the bias voltage by the bias unit 4, and the converted ultrasonic wave is transmitted to the subject.
  • the receiving means 5 converts the ultrasonic waves generated from the subject into electrical signals and receives them as reflected echo signals.
  • the knocking layer 22 is a layer for absorbing the propagation of ultrasonic waves emitted from the cMUT chip 20 to the back side and suppressing excessive vibration.
  • the acoustic lens 26 is a lens that converges the ultrasonic beam transmitted from the cMUT chip 20.
  • the curvature of the acoustic lens 26 is determined based on a desired focal length.
  • a matching layer may be provided between the acoustic lens 26 and the cMUT chip 20.
  • the matching layer is a layer that improves the transmission efficiency of ultrasonic waves by matching the acoustic impedances of the cMUT chip 20 and the subject.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the vibrator 21 in FIG.
  • Upper electrodes 46-1, 46-2, ... are arranged on the subject side of the plurality of vibrating elements 28 constituting the vibrators 21-1, 21-2, ... Divided into several in the direction X and connected to each transducer 21. That is, the upper electrode 46-1 and the upper electrode 46-2 are arranged in parallel in the long axis direction X.
  • Lower electrodes (48_1 to 4 8-4) are arranged on the opposite side of the subject of the plurality of vibration elements 28 constituting the vibrator 21, and a plurality of them are arranged in the short axis direction Y (four rows in FIG. 3). It is divided and connected. That is, the lower electrode 48-1, the lower electrode 48-2, the lower electrode 48-3,... Are arranged in parallel in the minor axis direction Y.
  • FIG. 4 is a configuration diagram (sectional view) of the 28 vibration elements in FIG. 3 viewed from the side.
  • the vibration element 28 includes a substrate 40, a film body 44, a film body 45, an upper electrode 46, a frame body 47, and a lower electrode 48.
  • the vibration element 28 is formed by fine processing by a semiconductor process.
  • the vibration element 28 corresponds to one element of the cMUT.
  • the substrate 40 is a semiconductor substrate such as silicon, and is disposed on the lower electrode side.
  • the film body 44 and the frame body 47 are formed of a semiconductor compound such as a silicon compound.
  • the film body 44 is provided on the most object side (ultrasound emission side) of the vibration element 28, and the frame body 47 is disposed on the back surface (opposite to the object side) of the film body 44.
  • An upper electrode 46 is provided between the film body 44 and the frame body 47.
  • a film body 45 is provided between the frame body 47 and the substrate 40, and a lower electrode 48 is provided therein.
  • the internal space 50 partitioned by the frame body 47 and the film body 45 is in a vacuum state or is there Alternatively, a predetermined gas is filled.
  • the upper electrode 46 and the lower electrode 48 are respectively connected to a transmission unit 3 that supplies an AC high-frequency voltage as a drive signal and a bias unit 4 that applies a DC voltage as a bias voltage.
  • a DC bias voltage (Va) is applied to the upper electrode 46 and the lower electrode 48 of the vibration element 28, and an electric field is generated by the bias voltage (Va).
  • Va DC bias voltage
  • a tension is generated in the film body 44 by the generated electric field and becomes a predetermined electromechanical coupling coefficient (Sa).
  • a driving signal is supplied from the transmitting means 3 to the upper electrode 46, ultrasonic waves with high intensity based on the electromechanical coupling coefficient (Sa) are emitted from the film body 44.
  • the electromechanical coupling coefficient is “Sa ⁇ Sb ”.
  • the film body 44 when receiving an ultrasonic wave, the film body 44 is excited by the reflected echo signal generated by the subject force, and the capacity of the internal space 50 changes. The amount of change in the internal space 50 is detected through the upper electrode 46 as an electrical signal.
  • the electromechanical coupling coefficient of the vibration element 28 is determined by the tension applied to the film body 44. Therefore, if the tension of the film body 44 is controlled by changing the magnitude of the bias voltage applied to the vibration element 28, the ultrasonic wave emitted from the vibration element 28 even when a drive signal having the same amplitude is input. Can change the intensity (or sound pressure, amplitude).
  • Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a plane A sectional view of the ultrasonic probe 2 of FIG.
  • an insulating film 78 that is an insulating layer is formed on the back surface of the acoustic lens 26. Insulation
  • the film 78 is, for example, a silicon oxide film or a noxylene film.
  • the cMUT chip 20 is bonded to the upper surface of the backing layer 22 via the adhesive layer 70.
  • a flexible printed circuit 72 (Flexible printed circuit: FPC) is provided from the periphery of the upper surface of the knocking layer 22 to the four sides.
  • the flexible substrate 72 is bonded to the periphery of the upper surface of the backing layer 22 via the adhesive layer 71.
  • the adhesive layer 70 and the adhesive layer 71 are, for example, an adhesive made of an epoxy resin.
  • the position of the cMUT chip 20 and the flexible substrate 72 in the height direction can be adjusted by arbitrarily adjusting the layer thickness of 0 and the adhesive layer 71.
  • the flexible substrate 72 and the cMUT chip 20 are electrically connected via a wire 86.
  • the wire 86 is connected by a wire bonding method.
  • As the wire 86 it is possible to use Au wire or the like.
  • a wire sealing resin 88 is filled around the wire 86.
  • the acoustic lens 26 is bonded to the upper surface of the cMUT chip 20 via the adhesive layer 90.
  • a material of the acoustic lens 26 for example, silicon rubber is used.
  • the material of the adhesive layer 90 it is desirable to use a material similar to the acoustic lens 26 (for example, silicon).
  • the upper surface of the acoustic lens 26 is convex in the ultrasonic wave irradiation direction within at least the region 23, which is a region where ultrasonic waves are emitted.
  • the vibration element 28 is disposed at least in a range corresponding to the region 23. Ultrasonic waves are also irradiated to the convex partial force of the acoustic lens 26 on the ultrasonic emission side (to the subject side).
  • a connecting portion (wire prevention resin 88) between the MUT chip 20 and the flexible substrate 72 is fitted.
  • the ultrasonic probe cover 25 is provided on the four side surfaces of the ultrasonic probe 2.
  • the ultrasonic probe cover 25 is fixed to the four sides of the acoustic lens 26. The examiner operates the ultrasonic probe 2 while holding the ultrasonic probe cover 25 by hand.
  • FIG. 6 is a diagram showing the wiring of the ultrasonic probe 2.
  • the substrate 40 of the cMUT chip 20 is fixed to the upper surface of the backing layer 22.
  • the flexible substrate 72 is fixed to the upper surface periphery of the backing layer 22.
  • the flexible substrate 72 has signal patterns 38-1 to 38 that are paired on the upper and lower sides of the sheet. 38-n and signal pattern 41-1 to signal pattern 41-4 that are paired on the left and right sides of the paper are arranged.
  • the upper electrode 46-1 to the upper electrode 46-n are connected to the signal pattern 38-1 to the signal pattern 38_n.
  • Lower electrode 48-1 to lower electrode 48-4 are connected to signal pattern 41-1 to signal pattern 41-4.
  • the adjacent lower electrodes 48-1 to 48-4 are insulated from each other.
  • the upper electrode 46 and the lower electrode 48 are each connected to the flexible substrate 72 via a wire 86 by a wire bonding method.
  • the shape of the lower electrode 48-1 to the lower electrode 48-4 is preferably a shape (for example, a waveform) corresponding to the shape of the vibration element 28 (for example, a hexagon).
  • each vibration element 28 can be arranged corresponding to only one of the lower common electrode 48-1 to the lower common electrode 48-4.
  • signal pattern 38-1 to signal pattern 38-n are provided in pairs on the top and bottom of the paper, and signal pattern 48-1 to signal pattern 48-4 are provided in pairs on the left and right of the paper.
  • the present invention is not limited to this.
  • the signal pattern and the upper electrode or the lower electrode are described as being connected by a wire bonding method, but the present invention is not limited to this, and a flip chip bonding method in which pads are connected to each other may be used. .
  • Example 2 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2a according to the second embodiment.
  • FIG. 7 corresponds to the plane A cross-sectional view of FIG.
  • the insulating film 78 is described as being provided on the lower surface of the acoustic lens 26.
  • An insulating layer serving as an electrical leakage preventing means is provided as an insulating film 78a on the upper surface (subject side) of the acoustic lens 26.
  • the insulating layer is formed on the upper surface of the acoustic lens.
  • the ultrasonic transmission / reception surface and the cMUT chip are double insulated by an insulating layer (insulating film) and an acoustic lens. Therefore, the effect of the ultrasonic probe is the same as that of the first embodiment, that is, even if the ultrasonic transmission / reception surface is worn or damaged, electricity is not leaked from the ultrasonic transmission / reception surface to the subject to cause an electric shock. The effect of improving safety is obtained.
  • Example 2 the insulating layer is provided on the upper surface rather than the lower surface of the acoustic lens, so that it is easier to manufacture as compared with Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2b according to the third embodiment.
  • FIG. 8 corresponds to the plane A cross-sectional view of FIG.
  • Example 1 the insulating film 78 has been described as being provided on the lower surface of the acoustic lens 26.
  • Example 3 to prevent electricity from leaking from the electrode in the cMUT chip to the subject.
  • An insulating layer serving as an electrical leakage prevention means is provided on the upper surface of the cMUT chip 20 as an insulating film 78b.
  • the insulating layer is formed on the upper surface of the cMUT chip.
  • the ultrasonic transmission / reception surface and the cMUT chip are double insulated by an insulating layer and an acoustic lens. Therefore, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
  • Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 corresponds to the plane A cross-sectional view of FIG.
  • Example 4 The force described in Example 1 is that the ground layer is not provided.
  • the back surface of the insulating film 78 as the insulating layer (on the side opposite to the subject side) is connected to the subject from the electrode in the cMUT chip.
  • a conductive film 76 as a ground layer is further provided.
  • the conductive film 76 is connected to the ground 108 that is the ground potential.
  • the conductive film 76 is, for example, a Cu film.
  • An insulating film 78 is provided on the back surface of the acoustic lens 26, and a Cu film is deposited on the back surface of the insulating film 78 to form a conductive film 76.
  • the conductive film 76 is formed across the outer side surface from the inner lower surface of the acoustic lens 26.
  • the conductive film 76 is connected to the ground 108 on the main unit side via the conductive material 80 and the ground wire 84.
  • the conductive material 80 is a member having conductivity.
  • the conductive material 80 can be manufactured from a highly reliable member that is less likely to be damaged than the conductive film 76.
  • the conductive material 80 is, for example, a Cu tape having higher rigidity than the conductive film 76.
  • the conductive material 80 is fixed to the outer side surface of the flexible substrate 72.
  • the ground line 84 is connected to the conductive material 80 via the connection portion 82 by soldering or the like.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a conductive structure and an insulating structure.
  • the upper electrode 46 is connected to the reception amplifier 100 and the transmission means 3 via the cable 96 and the transmission / reception separating circuit 98.
  • the lower electrode 48 is connected to the bias means 4 via the cable 102, and the resistor 110 is a resistance element that stabilizes the potential of the bias means 4 to the ground potential.
  • the capacitor 112 is a capacitive element for bypassing the signal current.
  • the conductive film 76 is connected to the ground line 84, and further connected to the ground 108 via the chassis ground of the main unit.
  • the conductive film 76 as the ground layer is provided below the insulating film 78 as the insulating layer.
  • a closed space with a ground potential is formed by the conductive film 76, the ground line 84, and the chassis ground of the main body device.
  • the main components of the ultrasound probe 2c and the main circuit of the ultrasound diagnostic apparatus are contained in a closed space of the ground potential, so there is no need for external input. It is possible to prevent external devices from being adversely affected by electromagnetic waves or electromagnetic waves generated by the ultrasound probe 2c itself.
  • the conductive film 76 is formed from the inner lower surface to the outer side surface of the acoustic lens 26, and passes through the highly reliable conductive material 80 and the ground wire 84. Connected to ground 108.
  • the conductive film formed from the inner bottom surface of the acoustic lens to the outer side surface is connected to the ground line easily and reliably through the conductive material, not the sheet-shaped conductive film drawn out by in-mold molding. be able to.
  • the conductive material 80 and the ground wire 84 are illustrated only on the left side surface of the flexible substrate 72 in the drawing, but may be provided on at least one of the four side surfaces of the flexible substrate 72.
  • the conductive film 76 and the ground line 84 may be directly connected. In this case, since the conductive film 76 has a thin film thickness, it is necessary to carefully perform the mounting operation.
  • a ground layer is provided on the back surface (opposite to the subject side) of the insulating film 78! /, ⁇
  • the ground layer and the electrode in the cMUT chip (for example, the electrode 46 in FIG. 4)
  • An intervening layer that does not conduct electricity is arranged as a film body 44 in FIG. 4 on a part of the cMUT chip. Therefore, since the electrode in the cMUT chip (for example, electrode 46 in FIG. 4) and the ground layer are not in contact with each other as in Patent Document 2, the driving voltage for ultrasonic transmission / reception is applied to the ultrasonic transmission / reception side (covered) in the cMUT chip. There is also an advantage that it can be applied to the electrode on the specimen side.
  • Example 5 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2d according to the fifth embodiment.
  • Fig. 11 corresponds to the plane A sectional view of Fig. 2.
  • the conductive material 80 is described as being fixed to the outer side surface of the flexible substrate 72.
  • the present invention is not limited to this, and the fixing destination is limited as long as the conductive material 80 can be fixed.
  • the conductive material 80d is fixed to the inner side surface of the ultrasonic probe cover 25.
  • the conductive film 76 is connected to the ground 108 on the main device side via the conductive material 80d and the ground line 84d.
  • the conductive material 80d is fixed to the inner side surface of the ultrasonic probe cover 25.
  • the ground line 84d is connected to the conductive material 80d through the connection portion 82d by soldering or the like.
  • the force S shown in FIG. 11 shows the conductive material 80d and the ground wire 84d only on the left inner side surface of the ultrasonic probe cover 25, and at least the four side inner side surfaces of the ultrasonic probe cover 25. You may provide in either.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the ultrasonic probe 2e according to the sixth embodiment.
  • Fig. 12 corresponds to the plane A sectional view of Fig. 2.
  • an insulating film 78 as an upper insulating layer, a conductive film 76 as a ground layer, and an insulating film 74 as a lower insulating layer are formed.
  • the conductive film 76 is formed between the insulating film 78 and the insulating film 74.
  • the acoustic lens 26, the insulating film 78, the conductive film 76, and the insulating film 74 are laminated in this order from the direction in which the ultrasonic probe 2 is in contact with the subject. Specifically, an insulating film 78 is formed on the lower surface of the acoustic lens 26, a Cu film is deposited on the lower surface of the insulating film 78 to form a conductive film 76, and an insulating film 74 is formed on the lower surface of the conductive film 76.
  • Example 6 electrical leakage is prevented between the ultrasonic transmission / reception surface and the cMUT chip to prevent electricity from leaking from the acoustic lens and the electrode in the cMUT chip to the subject.
  • Two insulating layers are provided with a conductive film interposed between them as a prevention means.
  • the insulation of the ultrasonic probe can be improved and the safety can be improved.
  • the force provided between the insulating layers 74 and 78 of the ground layer force and the insulating layer 74 and 78 in the ground layer is electrically connected between the ground layer and the electrode in the cMUT chip (for example, the electrode 46 in FIG. 4).
  • an insulating film 74 is disposed as an intervening layer that does not conduct. Therefore, since the electrode (for example, electrode 46 in FIG. 4) in the cMUT chip and the ground layer are not in contact with each other as in Patent Document 2, the driving voltage for ultrasonic transmission / reception is set on the ultrasonic transmission / reception surface side (covered) in the cMUT chip. There is an advantage that it can be applied to the electrode on the specimen side!
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the ultrasonic probe 2f3 ⁇ 4 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13 corresponds to the plane A sectional view of FIG.
  • Example 6 the force described as that the insulating film 74 is provided in the region indicated by the region 23.
  • the insulating film 74f is not provided in the range of the region 23. .
  • Example 7 the insulating film 74 S does not exist on the cMUT chip 20, and the ultrasonic waves transmitted and received in the insulating film 74 S cMUT chip 20 are not affected. Therefore, the acoustic characteristics can be improved.
  • the thickness of the conductive layer is about 0.1 am and the thickness of the insulating layer is about 1 ⁇ m.
  • the film forming method there are a method in which an insulating sheet with a conductive film is molded in-mold simultaneously with molding of an acoustic lens, and a method in which an insulating film and a conductive film are formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition. In-mold molding can form a film at low cost, but the limit is about 10 m. On the other hand, in film formation by vapor deposition, the force S can be reduced to a film thickness of about 1, im.
  • the region 23 is not provided with an insulating film! /, And the region has a certain force.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2g according to the eighth embodiment.
  • a ground layer 76g is provided on the lower surface of the acoustic lens 26, an insulating layer 78g is provided on the upper surface (subject side) of the acoustic lens 26, and an insulating film 74g is provided on the back surface of the ground layer 76g. Is provided.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the ultrasound probe 2h according to the ninth embodiment.
  • the ultrasonic probe 2h is provided with two insulating layers sandwiching a conductive film as an electrical leakage prevention means to prevent leakage of electricity from the electrode in the cMUT chip to the subject
  • the conductive material 80 for connecting the force S, the conductive film 76 h and the ground wire 84 is fixed to the flexible substrate 72.

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Description

明 細 書
超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置
技術分野
[0001] 本発明は、超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置に関し、特に、被検体 に対する電気的安全性を向上させた超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装 置に関する。
背景技術
[0002] 超音波診断装置は、超音波探触子から出力されるエコー信号とその反射信号に基 づいて診断画像を撮像する装置である。超音波探触子には、複数の超音波振動子 が配列される。超音波振動子は、駆動信号を超音波に変換して超音波を被検体に 送波すると伴に、被検体から発生した反射エコー信号を受波して電気信号に変換す
[0003] 近年、 cMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)を用いた超音波探 触子が開発されている。 cMUTは、半導体微細加工プロセスにより製造される超微細 容量型超音波振動子であり、例えば特許文献 1に開示されているようなものである。 c MUTでは、超音波送受信面に平行な方向に複数対相対して配置された 2つの電極（ 被検体側とバッキング層側)にバイアス電圧を印加するとともに、駆動信号を重畳して 印加し、超音波を発信する。
[0004] 特許文献 1：米国特許 5894452号公報。
特許文献 2：特開 2007-235795号公報。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかしながら、本発明者らは、上記従来技術を検討した結果以下の問題点に気が ついた。
すなわち、従来の PZTを用いた超音波探触子では超音波送受信面に相対して配 置された電極間に 1種類の駆動信号を電圧として印加するのみであり、例えば特許 文献 2記載のように被検体側に配置された電極にグランド電極を接触して、電極から 被検体の方へ流れる電流を低減することができた。しかし、 cMUTを用いた超音波探 触子では、主に前記バイアス電圧をバッキング層側の電極に印加するとともに、高周 波から成る駆動信号 (駆動電圧)を被検体側の電極に印加するため、グランド層を直 接被検体側の電極に接触させることができなぐグランド層を設けられなければ、絶 縁構造が不十分となる。
また、 cMUTを用いた超音波探触子では、音響整合層を設けない場合があるが、そ の場合にも絶縁構造の劣化が問題となる。
[0006] 本発明の目的は、 cMUTを用いた超音波探触子にお!/、て、好適な絶縁構造を施す ことにより被検体への電気漏洩を防止し、電気的安全性を向上させた超音波探触子 及びこれを用いた超音波診断装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明によれば、バイアス電圧に応じて電気機械結合係数または感度が変化する 複数の振動要素を有し超音波を送受波する cMUTチップと、前記 cMUTチップの上 方に設けられる音響レンズと、前記 cMUTチップの下方に設けられるバッキング層とを 備える超音波探触子において、
前記音響レンズの超音波送受信面側あるいは前記音響レンズと前記 cMUTチップ の間に、電気漏洩防止手段が備えられていることを特徴とする超音波探触子が提供 される。
発明の効果
[0008] 本発明によれば、 cMUTを用いた超音波探触子にお!/、て、好適な絶縁構造を施す ことにより被検体への電気漏洩を防止し、電気的安全性を向上させた超音波探触子 及びこれを用いた超音波診断装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明に係る超音波診断装置の構成図。
[図 2]本発明に係る超音波探触子の構成図。
[図 3]本発明に係る振動子の構成図。
[図 4]図 3における振動要素一個を側面から見た構成図。
[図 5]実施例 1に係る超音波探触子を示す図。 [図 6]超音波探触子の配線を示す図。
[図 7]実施例 2に係る超音波探触子を示す図。
[図 8]実施例 3に係る超音波探触子を示す図。
[図 9]実施例 4に係る超音波探触子を示す図。
[図 10]導電構造及び絶縁構造を示す模式図。
[図 11]実施例 5に係る超音波探触子を示す図。
[図 12]実施例 6に係る超音波探触子を示す図。
[図 13]実施例 7に係る超音波探触子を示す図。
[図 14]実施例 8に係る超音波探触子を示す図。
[図 15]実施例 9に係る超音波探触子を示す図。
符号の説明
[0010] 2c 超音波探触子、 20 cMUTチップ、 22 バッキング層、 23 超音波が射出される 領域、 25 超音波探触子カバー、 26 音響レンズ、 70、 71 接着層、 72 フレキシブル 基板、 76 導電膜、 78 絶縁膜、 80 導電材、 82 接続部、 84 グランド線、 86 ワイヤ 、 88 ワイヤ封止樹脂、 90 接着層、 108 グランド
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子及びこれを用いた超音 波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付 図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付 することにより重複説明を省略することにする。
[0012] 最初に、図 1を参照しながら、超音波診断装置 1の構成について説明する。
図 1は、超音波診断装置 1の構成図である。
[0013] 本発明に係る超音波診断装置 1は、超音波探触子 2と、送信手段 3と、バイアス手段
4と、受信手段 5と、整相加算手段 6と、画像処理手段 7と、表示手段 8と、制御手段 9と
、操作手段 10とから構成される。
[0014] 超音波探触子 2は、被検体に接触させて被検体との間で超音波を送受波するもの である。超音波探触子 2から超音波が被検体に射出され、被検体から発生した反射 エコー信号が超音波探触子 2により受波される。 [0015] 送信手段 3及びバイアス手段 4は、超音波探触子 2内に相対して配置された電極に バイアス電圧を印加するとともに、駆動信号を重畳して印加し、超音波を発信するた めのものである。
[0016] 受信手段 5は、超音波探触子 2への反射エコー信号を受信するものである。
受信手段 5は、さらに、受信した反射エコー信号に対してアナログデジタル変換等 の処理も行う。
[0017] 整相加算手段 6は、受信された反射エコー信号を整相加算する装置である。
画像処理手段 7は、整相加算された反射エコー信号に基づいて診断画像 (例えば、 断層像や血流像)を生成するする装置である。
[0018] 表示手段 8は、画像処理手段 7で生成された診断画像を表示する表示装置である。
[0019] 制御手段 9は、上述した各構成要素を制御する装置である。
[0020] 操作手段 10は、制御手段 9に例えば、診断開始の合図等の指示を与える装置であ る。操作手段 10は、例えば、トラックボールやキーボードやマウス等の入力機器であ
[0021] 次に、図 2〜図 4を参照しながら、超音波探触子 2について説明する。
[0022] 図 2は、超音波探触子 2の構成図である。図 2は、超音波探触子 2の一部切り欠き斜 視図である。ただし、図の向かって上側が被検体に接触され、超音波が送信される 方向である。
[0023] 超音波探触子 2は、 cMUTチップ 20を備える。 cMUTチップ 20は、複数の振動子 21- 1、振動子 21-2、 · · ·が短柵状に配列された 1次元アレイ型の振動子群である。振動 子 21-1、振動子 21-2、 · · ·には、複数の振動要素 28が配設される。尚、図 2で示され たものはリニア型探触子である力 2次元アレイ型ゃコンベックス型等の他の形態の 振動子群を用いてもよい。
[0024] cMUTチップ 20の背面側 (図の向かって下側)には、バッキング層 22が設けられる。 c MUTチップ 20の超音波射出側には、音響レンズ 26が設けられる。 cMUTチップ 20及 びバッキング層 22などは、超音波探触子カバー 25に格納される。
[0025] cMUTチップ 20では、バイアス手段 4によるバイアス電圧が印加の基に、送信手段 3 からの駆動信号が超音波に変換され、変換された超音波は被検体に送波される。 [0026] 受信手段 5は、被検体から発生した超音波を電気信号に変換して反射エコー信号 として受波する。
[0027] ノ ッキング層 22は、 cMUTチップ 20から背面側に射出される超音波の伝搬を吸収し て、余分な振動を抑制するための層である。
[0028] 音響レンズ 26は、 cMUTチップ 20から送波される超音波ビームを収束させるレンズ である。音響レンズ 26は、所望の焦点距離に基づいて曲率が定められる。
[0029] 尚、音響レンズ 26と cMUTチップ 20との間にマッチング層を設けてもよい。マツチン グ層は、 cMUTチップ 20及び被検体の音響インピーダンスを整合させて、超音波の伝 送効率を向上させる層である。
[0030] 図 3は、図 2における振動子 21の構成図である。
[0031] 振動子 21-1、 21-2、 · · ·を構成する複数の振動要素 28の被検体側には、上部電極 46-1、 46-2、 · · ·が配置され、長軸方向 Xに複数個に分割されて振動子 21毎に結線 される。すなわち、上部電極 46-1、上部電極 46-2 · · ·は、長軸方向 Xに並列配置され
[0032] 振動子 21を構成する複数の振動要素 28の被検体と反対側には下部電極 (48_1〜4 8-4)が配置され、短軸方向 Yに複数個 (図 3では 4列)に分割されて結線される。すなわ ち、下部電極 48-1、下部電極 48-2、下部電極 48-3、 · · ·は、短軸方向 Yに並列配置 される。
[0033] 図 4は、図 3における振動要素 28—個を側面から見た構成図 (断面図)である。
[0034] 振動要素 28は、基板 40、膜体 44、膜体 45、上部電極 46、枠体 47、下部電極 48から 構成される。振動要素 28は、半導体プロセスによる微細加工により形成される。尚、 振動要素 28は、 cMUTの 1素子分に相当する。
[0035] 基板 40は、シリコン等の半導体基板であり、下部電極側に配置されている。
[0036] 膜体 44及び枠体 47は、シリコン化合物等の半導体化合物から形成される。膜体 44 は、振動要素 28の最も被検体側 (超音波射出側)に設けられ、枠体 47は膜体 44の背 面 (被検体側と反対側)に配置される。膜体 44と枠体 47との間に上部電極 46が設けら れる。枠体 47と基板 40の間には膜体 45が設けられ、その内部に下部電極 48が設けら れる。枠体 47及び膜体 45により区画された内部空間 50は、真空状態とされるか、ある いは、所定のガスが充填される。
[0037] 上部電極 46及び下部電極 48は、それぞれ、駆動信号としての交流高周波電圧を 供給する送信手段 3と、バイアス電圧として直流電圧を印加するバイアス手段 4とに接 続される。
[0038] 超音波を送波する場合には、振動要素 28の上部電極 46及び下部電極 48に、直流 のバイアス電圧 (Va)が印加され、バイアス電圧 (Va)により電界が発生する。発生した 電界により膜体 44に張力が発生して所定の電気機械結合係数 (Sa)になる。送信手段 3から上部電極 46に駆動信号が供給されると、電気機械結合係数 (Sa)に基づ!/、た強 度の超音波が膜体 44から射出される。
[0039] また、振動要素 28の上部電極 46及び下部電極 48に、別の直流のバイアス電圧 (Vb) が印加されると、バイアス電圧 (Vb)により電界が発生する。発生した電界により膜体 44 に張力が発生して所定の電気機械結合係数 (Sb)になる。送信手段 3から上部電極 46 に駆動信号が供給されると、電気機械結合係数 (Sb)に基づいた強度の超音波が膜 体 44から射出される。
ここで、バイアス電圧が「Vaく Vb」の場合には、電気機械結合係数は「Saく Sb」とな
[0040] 一方、超音波を受波する場合には、被検体力 発生した反射エコー信号により膜 体 44が励起されて内部空間 50の容量が変化する。この内部空間 50の変化の量が、 電気信号として上部電極 46を介して検出される。
[0041] 尚、振動要素 28の電気機械結合係数は、膜体 44に負荷される張力により決定され る。従って、振動要素 28に印加するバイアス電圧の大きさを変えて膜体 44の張力を 制御すれば、同一振幅の駆動信号が入力される場合であっても、振動要素 28から射 出される超音波の強度 (あるいは音圧、振幅)を変化させることができる。
実施例 1
[0042] 次に、図 5及び図 6を参照しながら、本発明の実施例 1について説明する。
[0043] 図 5は、実施例 1に係る超音波探触子 2を示す図である。図 5は、図 2の超音波探触 子 2の平面 A断面図である。
図 5によれば、音響レンズ 26の背面に、絶縁層である絶縁膜 78が形成される。絶縁 膜 78は、例えば、シリコン酸化物膜、ノ ラキシリレン膜である。
[0044] cMUTチップ 20は、接着層 70を介してバッキング層 22の上面に接着される。ノ ッキン グ層 22の上面周縁から四方側面に渡って、フレキシブル基板 72(Flexible printed circ uits:FPC)が設けられる。フレキシブル基板 72は、接着層 71を介してバッキング層 22の 上面周縁に接着される。
[0045] 接着層 70及び接着層 71は、例えば、エポキシ樹脂からなる接着剤である。接着層 7
0及び接着層 71の層厚を任意に調整して、 cMUTチップ 20及びフレキシブル基板 72 の高さ方向位置を調整することができる。
[0046] フレキシブル基板 72と cMUTチップ 20とは、ワイヤ 86を介して電気的に接続される。
ワイヤ 86は、ワイヤボンディング方式により接続される。ワイヤ 86としては、 Auワイヤ等 を用いること力 Sできる。ワイヤ 86の周囲には、ワイヤ封止樹脂 88が充填される。
[0047] 音響レンズ 26は、接着層 90を介して cMUTチップ 20の上面に接着される。音響レン ズ 26の材質としては、例えば、シリコンゴムが用いられる。接着層 90の材質に関して は、音響レンズ 26と類似の材質 (例えば、シリコン)とすることが望ましい。
[0048] 音響レンズ 26の上面は、超音波が射出される領域である少なくとも領域 23の範囲内 において、超音波照射方向に凸状である。 cMUTチップ 20には、少なくとも領域 23に 対応する範囲内に、振動要素 28が配置される。音響レンズ 26の超音波射出側 (被検 体側に)凸状の部分力も超音波が照射される。
[0049] 音響レンズ 26の背面 (被検体の配置される方向と反対側、バッキング層側）
は、 cMUTチップ 20がその中に配置されるように凹部を有している。この凹部には、 c
MUTチップ 20とフレキシブル基板 72との接続部分 (ワイヤ防止樹脂 88)が嵌合される。
[0050] 超音波探触子カバー 25は、超音波探触子 2の四方側面に設けられる。超音波探触 子カバー 25は、音響レンズ 26の四方側面に固定される。検者は、超音波探触子カバ 一 25を手で把持して超音波探触子 2を操作する。
[0051] 図 6は、超音波探触子 2の配線を示す図である。
cMUTチップ 20の基板 40は、バッキング層 22の上面に固定される。フレキシブル基 板 72は、バッキング層 22の上面周縁に固定される。
[0052] フレキシブル基板 72には、紙面上下で対になる信号パターン 38-1〜信号パターン 38-n及び紙面左右で対になる信号パターン 41-1〜信号パターン 41-4が配設される
[0053] 上部電極 46-1〜上部電極 46-nは、信号パターン 38-1〜信号パターン 38_nに接続 される。下部電極 48-1〜下部電極 48-4は、信号パターン 41-1〜信号パターン 41-4 に接続される。隣接する下部電極 48-1〜下部電極 48-4間は互いに、絶縁される。
[0054] 上部電極 46及び下部電極 48は、それぞれ、ワイヤ 86を介してワイヤボンディング方 式によりフレキシブル基板 72に接続される。
[0055] 尚、下部電極 48-1〜下部電極 48-4の形状は、振動要素 28の形状 (例えば、六角形 )に応じた形状 (例えば、波形)とすることが望ましい。これにより、各振動要素 28を下部 共通電極 48-1〜下部共通電極 48-4のいずれかのみに対応させて配置することがで きる。
[0056] また、下部電極 48-1〜下部電極 48-4が 4個配設されるが、数はこれに限られない。
[0057] また、信号パターン 38-1〜信号パターン 38-nは紙面上下に対にして設けられ、信 号パターン 48-1〜信号パターン 48-4は紙面左右に対にして設けられるものとして説 明したが、これに限られず、対にせずに片方だけでもよい。
[0058] また、信号パターンと上部電極又は下部電極とがワイヤボンディング方式により接 続されるものとして説明したが、これに限られず、パッド同士で接続するフリップチップ ボンディング方式を用いてもょレ、。
[0059] 以上詳細に説明したように、実施例 1の超音波探触子 2では、音響レンズと cMUTチ ップとの間に、 cMUTチップ内の電極から被検体へ電気が漏洩するのを防止するた めの電気漏洩防止手段である絶縁層が絶縁膜 78として形成される。超音波送受信 面と cMUTチップとの間は、音響レンズ及び絶縁層により二重絶縁される。これにより 、超音波送受信面の摩耗や破損等が生じても超音波送受信面から被検体へ電気が 漏洩して感電することがなぐ超音波探触子の安全性が向上する。
実施例 2
[0060] 次に、図 7を参照しながら、実施例 2について説明する。
図 7は、実施例 2に係る超音波探触子 2aを示す図である。図 7は、図 2の平面 A断面 図に相当する。 [0061] 実施例 1では、絶縁膜 78は、音響レンズ 26の下面に設けられるものとして説明した 力 実施例 2では、 cMUTチップ内の電極から被検体へ電気が漏洩するのを防止する ための電気漏洩防止手段である絶縁層が絶縁膜 78aとして、音響レンズ 26の上面 (被 検体側)に設けられる。
[0062] このように、実施例 2の超音波探触子 2aでは、音響レンズの上面に絶縁層が形成さ れる。超音波送受信面と cMUTチップとの間は、絶縁層 (絶縁膜)及び音響レンズによ り二重絶縁される。従って、実施例 1と同様の効果、すなわち、超音波送受信面の摩 耗ゃ破損等が生じても超音波送受信面から被検体へ電気が漏洩して感電することが なぐ超音波探触子の安全性が向上するという効果が得られる。
[0063] 尚、実施例 2では、絶縁層は音響レンズの下面ではなく上面に設けられるので、実 施例 1と比較して製作が容易である。
実施例 3
[0064] 次に、図 8を参照しながら、実施例 3について説明する。
図 8は、実施例 3に係る超音波探触子 2bを示す図である。図 8は、図 2の平面 A断面 図に相当する。
[0065] 実施例 1では、絶縁膜 78は、音響レンズ 26の下面に設けられるものとして説明した 力 実施例 3では、 cMUTチップ内の電極から被検体へ電気が漏洩するのを防止する ための電気漏洩防止手段である絶縁層が絶縁膜 78bとして、 cMUTチップ 20の上面 に設けられる。
[0066] このように、実施例 3の超音波探触子 2bでは、 cMUTチップの上面に絶縁層が形成 される。超音波送受信面と cMUTチップとの間は、絶縁層及び音響レンズにより二重 絶縁される。従って、実施例 1と同様の効果を奏する。
実施例 4
[0067] 次に、図 9及び図 10を参照しながら、実施例 4について説明する。
図 9は、実施例 4に係る超音波探触子 2cを示す図である。図 9は、図 2の平面 A断面 図に相当する。
[0068] 実施例 1では、グランド層が設けられないものとして説明した力 実施例 4では、絶縁 層としての絶縁膜 78の背面 (被検体側と反対側)に cMUTチップ内の電極から被検体 へ電気が漏洩するのを防止するための電気漏洩防止手段として更に、グランド層で ある導電膜 76が設けられる。
[0069] 導電膜 76は、グランド電位であるグランド 108に接続される。導電膜 76は、例えば、 C u膜である。音響レンズ 26の背面に絶縁膜 78が設けられ、絶縁膜 78の背面に Cu膜を 蒸着させて導電膜 76が形成される。
[0070] 導電膜 76は、音響レンズ 26の内部下面からの外部側面に渡って形成される。導電 膜 76は、導電材 80及びグランド線 84を介して、本体装置側のグランド 108に接続され
[0071] 導電材 80は、導電性を有する部材である。導電材 80は、導電膜 76と比較して破損 しにくい信頼度の高い部材で製作することができる。導電材 80は、例えば、導電膜 76 より高剛性の Cuテープである。導電材 80は、フレキシブル基板 72の外部側面に固定 される。
グランド線 84は、半田付け等により接続部 82を介して導電材 80に接続される。
[0072] 図 10は、導電構造及び絶縁構造を示す模式図である。
上部電極 46は、ケーブル 96及び送受分離回路 98を介して受信アンプ 100及び送信 手段 3に接続される。下部電極 48は、ケーブル 102を介してバイアス手段 4に接続され 抵抗 110は、バイアス手段 4の電位をグランド電位に安定化させる抵抗素子である。 コンデンサ 112は、信号電流のバイパス用の容量素子である。
導電膜 76は、グランド線 84が接続され、さらに、本体装置のシャーシグランドを介し てグランド 108に接続される。
[0073] このように、実施例 4の超音波探触子 2cでは、絶縁層としての絶縁膜 78の下方にグ ランド層としての導電膜 76が設けられる。これにより、音響レンズ 26及び絶縁膜 78が 破損した場合でも導電膜 76がグランド電位のために感電を防止し、被検体に対する 超音波探触子の電気的安全性を向上させることができる。
[0074] また、導電膜 76及びグランド線 84及び本体装置のシャーシグランドにより、グランド 電位の閉空間が形成される。すなわち、超音波探触子 2cの主要構成要素や超音波 診断装置の本体回路は、グランド電位の閉空間に内包されるので、外部からの不要 電波の影響を受けたり、超音波探触子 2c自身が発生する電磁波により外部装置に悪 影響を及ぼすこと防止することができる。
[0075] また、実施例 4の超音波探触子 2cでは、導電膜 76は、音響レンズ 26の内部下面から 外部側面に渡って形成され、高信頼度の導電材 80及びグランド線 84を介してグラン ド 108に接続される。
[0076] これにより、インモールド成形で引き出すシート状の導電膜ではなぐ音響レンズ内 部下面から外部側面に渡って形成された導電膜から導電材を介してグランド線と容 易かつ確実に接続することができる。
そのため、実装の確実性及び作業性を向上させることができる。
[0077] また、高信頼度の導電材を用いることにより、フレキシブル基板に固定した際に導 電材が破損することを防止することができる。
[0078] また、図 9では、フレキシブル基板 72の紙面左側側面のみに導電材 80及びグランド 線 84を図示したが、フレキシブル基板 72の四方側面の少なくともいずれかに設けても よい。
[0079] 尚、導電膜 76とグランド線 84とを直接接続してもよレ、。この場合は、導電膜 76は膜厚 が薄!/、ので、実装作業を慎重に行う必要がある。
[0080] 本実施例では、グランド層が絶縁膜 78の背面 (被検体側と反対側)に設けられて!/、る ヽ該グランド層と cMUTチップ内の電極 (例えば図 4における電極 46)の間には電気 を導通しない介在層が、 cMUTチップの一部に図 4における膜体 44として配置されて いる。そのため、 cMUTチップ内の電極 (例えば図 4における電極 46)とグランド層が特 許文献 2のように接していないので、超音波送受信のための駆動電圧を cMUTチップ 内の超音波送受信側 (被検体側)の電極へも印加できるという利点もある。
実施例 5
[0081] 次に、図 11を参照しながら、実施例 5について説明する。
図 11は、実施例 5に係る超音波探触子 2dを示す図である。図 11は、図 2の平面 A断 面図に相当する。
[0082] 実施例 4では、導電材 80は、フレキシブル基板 72の外部側面に固定されるものとし て説明したが、これに限られず、導電材 80を固定可能な部材であれば固定先は限定 されない。実施例 5では、導電材 80dは、超音波探触子カバー 25の内部側面に固定 される。
[0083] 導電膜 76は、導電材 80d及びグランド線 84dを介して、本体装置側のグランド 108に 接続される。
導電材 80dは、超音波探触子カバー 25の内部側面に固定される。グランド線 84dは 、半田付け等により接続部 82dを介して導電材 80dに接続される。
これにより、実施例 5では、実施例 4と同様に、高信頼度を確保しつつ導電膜とダラ ンド線とを容易かつ確実に接続することができる。
[0084] 尚、図 11では、超音波探触子カバー 25の紙面左側内部側面のみに導電材 80d及 びグランド線 84dを図示した力 S、超音波探触子カバー 25の四方内部側面の少なくとも いずれかに設けてもよい。
実施例 6
[0085] 次に、図 12を参照しながら、実施例 6について説明する。
図 12は、実施例 6に係る超音波探触子 2eを示す図である。図 12は、図 2の平面 A断 面図に相当する。
[0086] 実施例 1〜実施例 5では、 1層の絶縁層が設けられるものとして説明した力 第 6の実 施形態では、グランド層を挟んで 2層の絶縁層が設けられる。
[0087] 音響レンズ 26と cMUTチップ 20上の接着層 90との間には、上部絶縁層としての絶縁 膜 78及びグランド層としての導電膜 76及び下部絶縁層としての絶縁膜 74が形成され る。導電膜 76は、絶縁膜 78と絶縁膜 74との間に形成される。
[0088] すなわち、超音波探触子 2の被検体に接触される方向から音響レンズ 26及び絶縁 膜 78及び導電膜 76及び絶縁膜 74の順で積層される。詳細には、音響レンズ 26下面 に絶縁膜 78が形成され、絶縁膜 78の下面に Cu膜を蒸着させて導電膜 76が形成され 、導電膜 76の下面に絶縁膜 74が形成される。
[0089] このように、実施例 6では、超音波送受信面と cMUTチップとの間には、音響レンズ 及び、 cMUTチップ内の電極から被検体へ電気が漏洩するのを防止するための電気 漏洩防止手段としての導電膜を間に挟んだ 2層の絶縁層が備えられている。これによ り、超音波探触子の絶縁性を高めて安全性を向上させることができる。 [0090] また本実施例では、グランド層力 ¾層の絶縁膜 74と 78の間に設けられている力 該 グランド層と cMUTチップ内の電極 (例えば図 4における電極 46)の間には電気を導通 しない介在層として更に、絶縁膜 74が配置されている。そのため、 cMUTチップ内の 電極 (例えば図 4における電極 46)とグランド層が特許文献 2のように接していないので 、超音波送受信のための駆動電圧を cMUTチップ内の超音波送受信面側 (被検体側 )の電極へも印加できると!/、う利点がある。
実施例 7
[0091] 次に、図 13を参照しながら、実施例 7について説明する。
図 13は、実施例 7に係る超音波探触子 2f¾示す図である。図 13は、図 2の平面 A断 面図に相当する。
[0092] 実施例 6では、絶縁膜 74は、領域 23で示された領域に設けられるものとして説明し た力 第 7の実施形態では、絶縁膜 74fは、領域 23の範囲には設けられない。
[0093] このように、実施例 7では、 cMUTチップ 20上に絶縁膜 74 S存在せず、絶縁膜 74 S cMUTチップ 20において送受される超音波に影響を及ぼすことがない。従って、音響 特性を向上させることができる。
[0094] 上述の実施例では、導電層の膜厚を 0. 1 a m程度とし、絶縁層の膜厚を 1 μ m程度 とすることが望ましい。絶縁層及び導電層の膜厚をそれぞれ薄くすることにより、 cMU Tチップにおいて送受される超音波への影響 (パルス ·周波数特性への影響や減衰） を才卬制すること力 Sでさる。
[0095] 膜形成方法に関しては、音響レンズの成形と同時に導電膜付絶縁シートをインモ 一ルド成形する方法や絶縁膜及び導電膜を物理的蒸着あるいは化学的蒸着により 形成する方法がある。インモールド成形では、低コストに膜を形成することができるが 、膜厚 10 m程度が限界である。一方、蒸着による膜形成では、膜厚 1 ,i m程度とす ること力 Sでさる。
[0096] 本実施例にお!/、て、領域 23にお!/、て絶縁膜が設けられな!/、領域は あった力
78でも良いし、両方でも良い。
[0097] 尚、上述の実施形態を適宜組み合わせて超音波探触子及び超音波診断装置を構 成するようにしてあよレヽ。 実施例 8
[0098] 図 14は、実施例 8に係る超音波探触子 2gを示す図である。
超音波探触子 2gは、音響レンズ 26の下面にグランド層 76gが設けられ、更に絶縁層 78gが音響レンズ 26の上面 (被検体側)に設けられ、絶縁膜 74gがグランド層 76gの背面 に設けられている。
実施例 9
[0099] 図 15は、実施例 9に係る超音波探触子 2hを示す図である。
超音波探触子 2hは、 cMUTチップ内の電極から被検体へ電気が漏洩するのを防止 するための電気漏洩防止手段として導電膜を間に挟んだ 2層の絶縁層が備えられて いる場合である力 S、導電膜 76hとグランド線 84を結ぶための導電材 80が、フレキシブ ル基板 72に固定されている例である。
[0100] 以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子及び超音波診断装 置の好適な実施形態について説明した力 本発明は力、かる例に限定されない。当業 者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内にお!/、て、各種の変更例または 修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範 囲に属するものである。

Claims

請求の範囲
[1] ノ ァス電圧に応じて電気機械結合係数または感度が変化する複数の振動要素 を有し
超音波を送受波する cMUTチップと、前記 cMUTチップの上方に設けられる音響レン ズと、前記 cMUTチップの下方に設けられるバッキング層とを備える超音波探触子に おいて、
前記音響レンズの超音波送受信面側あるいは前記音響レンズと前記 cMUTチップ の間に、 cMUTチップ内の電極力、ら被検体へ電気が漏洩するのを防止するための電 気漏洩防止手段が備えられていることを特徴とする超音波探触子。
[2] 請求項 1記載の超音波探触子において、
前記電気漏洩防止手段は、少なくとも一層の絶縁層であることを特徴とする超音波 探触子。
[3] 請求項 1記載の超音波探触子において、
前記電気漏洩防止手段は、前記音響レンズと前記 cMUTチップの間に配置された 少なくとも一層のグランド層であることを特徴とする超音波探触子。
[4] 請求項 3記載の超音波探触子において、
前記グランド層と前記 cMUTチップ内部に備えられた電極との間に介在層が備えら れてレ、ることを特徴とする超音波探触子。
[5] 請求項 4記載の超音波探触子において、
前記介在層は、電気を導通しない材質から成る絶縁層であり、前記グランド層と前 記 cMUTチップの間に備えられていることを特徴とする超音波探触子。
[6] 請求項 4記載の超音波探触子において、
前記介在層は、前記 cMUTチップの一部であり、前記電極の前記超音波送受信面 側に備えられていることを特徴とする超音波探触子。
[7] 請求項 6記載の超音波探触子において、
前記介在層は膜体であることを特徴とする超音波探触子。
[8] 請求項 2記載の超音波探触子において、
前記絶縁層が前記音響レンズの超音波送受信面に備えられていることを特徴とす る超音波探触子。
請求項 2記載の超音波探触子において、
前記絶縁層が前記音響レンズの前記被検体側と反対側の面に沿って備えられて
V、ることを特徴とする超音波探触子。
請求項 2記載の超音波探触子において、
前記絶縁層が前記 cMUTチップの前記被検体側の面に備えられていることを特徴 とする超音波探触子。
請求項 2記載の超音波探触子において、
少なくとも 1層のグランド層が、前記絶縁層の前記被検体側と反対側に備えられて
V、ることを特徴とする超音波探触子。
請求項 3記載の超音波探触子において、
前記バッキング層の上面周縁から四方側面に渡ってフレキシブル基板が備えられ 、前記グランド層が、前記フレキシブル基板の外部側面に固定された導電材及びグ ランド線を介してグランドに接続されていることを特徴とする超音波探触子。
請求項 3記載の超音波探触子において、
前記バッキング層の上面周縁から四方側面に渡って配置されたフレキシブル基板 と、前記超音波探触子の四方側面に配置された超音波探触子カバーが備えられ、 前記グランド層が、前記超音波探触子カバーの内部側面に固定された導電材及び グランド線を介してグランドに接続されていることを特徴とする超音波探触子。
請求項 1記載の超音波探触子において、
前記電気漏洩防止手段は、前記音響レンズと前記 cMUTチップの間に配置され、 該電気漏洩防止手段は、 1層のグランド層と、それを挟んで配置された 2層の絶縁層 より構成されてレ、ることを特徴とする超音波探触子。
請求項 14記載の超音波探触子において、
前記 2層の絶縁層少なくとも 1層の一部が、前記複数の振動素子の前記被検体側 に対応する部分の少なくとも一部において、設けられていないことを特徴とする超音 波探触子。
請求項 2記載の超音波探触子において、 前記絶縁層はシリコン酸化物膜あるいはパラキシリレン膜であることを特徴とする超 音波探触子。
請求項 3記載の超音波探触子にぉレ、て、
前記グランド層は Cu膜であることを特徴とする超音波探触子。
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