WO2016170961A1 - 超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法 - Google Patents

超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention produces an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe, and an ultrasonic transducer that emits an ultrasonic wave to an observation target, receives an ultrasonic echo reflected from the observation target, converts the echo into an echo signal, and outputs the echo signal. Regarding the method.
  • Ultrasound may be applied to observe the characteristics of the biological tissue or material that is the object of observation.
  • the ultrasonic transducer transmits an ultrasonic wave to the observation target, receives an ultrasonic echo reflected by the observation target, and the ultrasonic observation apparatus performs a predetermined process on the received ultrasonic echo. By performing signal processing, it is possible to acquire information regarding the characteristics of the observation target.
  • An ultrasonic transducer converts an electrical pulse signal into an ultrasonic pulse (acoustic pulse) and irradiates the object to be observed, as well as an electrical echo signal that expresses the ultrasonic echo reflected by the object as a voltage change.
  • a plurality of piezoelectric elements that convert and output to for example, see Patent Document 1.
  • an ultrasonic echo can be acquired from an observation target by providing multiple piezoelectric elements in an array and electronically switching the elements involved in transmission / reception or delaying transmission / reception of the piezoelectric body of each ultrasonic transducer. To do.
  • each piezoelectric element is electrically connected by wiring to a circuit board that transmits a pulse signal and receives an echo signal.
  • the piezoelectric element and the wiring are connected by, for example, solder, but there is a possibility that the characteristics of the piezoelectric element may be deteriorated due to heat during soldering.
  • the present invention has been made in view of the above, and an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe, and an ultrasonic wave that can suppress the deterioration of characteristics of a piezoelectric element and can realize a narrow pitch of a plurality of piezoelectric elements.
  • An object is to provide a method for manufacturing a vibrator.
  • the ultrasonic transducer emits an ultrasonic wave according to an input of an electric signal and converts an ultrasonic wave incident from the outside into an electric signal.
  • a plurality of sealing portions for sealing at least a part of an outer surface of an electrical path connecting the electrodes, the plurality of piezoelectric elements, the plurality of backing materials, a part of the substrate, the plurality Signal input / output electrodes and front The plurality of sealing portions are formed by stacking
  • the ultrasonic transducer according to the present invention is the above-described invention, wherein the piezoelectric element, the backing material, the signal input / output electrode, and a wall portion surrounding a plurality of oscillating portions having at least the sealing portion, And a second backing material that is provided in a hollow space formed by the wall portion and the plurality of oscillating portions and attenuates the ultrasonic vibration.
  • the signal input / output electrode has a thick portion forming a part of the electrical path.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the ultrasonic transducer includes a connection electrode that is connected to each of the substrate and the signal input / output electrode to form the electrical path.
  • the connection electrode is connected to the substrate through a side surface of the backing material.
  • connection electrode comprises a thin film formed by a physical vapor deposition method and a plating film formed by wet plating.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a part of the substrate is embedded in the backing material.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a part of the substrate is provided along a side surface of the backing material.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention is provided on the side opposite to the side where the backing material of the piezoelectric element is disposed, and the second electrode paired with the signal input / output electrode.
  • An acoustic matching layer that adjusts the acoustic impedance of the ultrasonic wave, and the second electrode has a ground potential via a conductive resin provided between the acoustic matching layer and the piezoelectric element. It is characterized by being grounded.
  • the plurality of piezoelectric elements are arranged in a scanning direction obtained by dividing the molding member and an elevation direction substantially orthogonal to the scanning direction. It is characterized by being.
  • the ultrasonic probe according to the present invention is characterized in that the ultrasonic transducer according to the above-described invention is provided at the tip.
  • the ultrasonic transducer manufacturing method includes a plurality of piezoelectric elements that emit ultrasonic waves in response to input of electrical signals and convert ultrasonic waves incident from the outside into electrical signals.
  • a part of a substrate for inputting / outputting an electric signal to the substrate, a plurality of signal input / output electrodes provided between the piezoelectric element and the substrate and electrically connected thereto, and the signal input / output of the plurality of piezoelectric elements A laminated member that is provided on the side where the electrodes are disposed and laminates a plurality of materials that respectively constitute a plurality of backing materials that attenuate ultrasonic vibrations generated by the operations of the plurality of piezoelectric elements.
  • the laminated member manufacturing step is connected to the substrate and the signal input / output electrode, respectively, to form the electrical path.
  • connection electrode member disposing step may include forming a thin film on an outer surface corresponding to the electrical path by physical vapor deposition. And a second step of forming a plating film on the outer surface of the thin film by wet plating.
  • the forming member is formed by laminating materials constituting each of the piezoelectric element, the signal input / output electrode, and the backing material in this order.
  • the substrate is held by the backing material, and in the molding step, the molding member is cut so that a distance from an adjacent member formed by division from the piezoelectric element toward the substrate is increased. It is characterized by.
  • the ultrasonic vibrator in the ultrasonic vibrator, it is possible to suppress the characteristic deterioration of the piezoelectric element at the time of manufacture and to realize a narrow pitch of the plurality of piezoelectric elements.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an endoscope system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the ultrasonic transducer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the method for manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 1 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the production of the member for forming an ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the production of the member for forming an ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the production of the member for forming an ultrasonic transducer according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to the fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 6 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 7 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 8 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 9 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a method for manufacturing the ultrasonic transducer according to the tenth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 10 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an endoscope system 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the endoscope system 1 is a system that performs ultrasonic diagnosis in a subject such as a person using an ultrasonic endoscope.
  • the endoscope system 1 includes an ultrasonic endoscope 2, an ultrasonic observation device 3, an endoscope observation device 4, a display device 5, and a light source device 6.
  • the ultrasonic endoscope 2 converts an electrical pulse signal received from the ultrasonic observation device 3 into an ultrasonic pulse (acoustic pulse) and irradiates the subject at the tip thereof, and is reflected by the subject.
  • the converted ultrasonic echo is converted into an electrical echo signal expressed by a voltage change and output.
  • the ultrasonic endoscope 2 usually has an imaging optical system and an imaging device, and is inserted into the digestive tract (esophagus, stomach, duodenum, large intestine) or respiratory organ (trachea, bronchi) of the subject for digestion. It is possible to image a tube, respiratory organ, and surrounding organs (pancreas, gallbladder, bile duct, biliary tract, lymph node, mediastinal organ, blood vessel, etc.).
  • the ultrasonic endoscope 2 has a light guide that guides illumination light to be irradiated onto the subject during imaging.
  • the light guide has a distal end portion that reaches the distal end of the insertion portion of the ultrasonic endoscope 2 into the subject, and a proximal end portion that is connected to the light source device 6 that generates illumination light.
  • the ultrasonic endoscope 2 includes an insertion unit 21, an operation unit 22, a universal cable 23, and a connector 24.
  • the insertion part 21 is a part inserted into the subject.
  • the insertion portion 21 includes an ultrasonic transducer 7 provided on the distal end side, a rigid member 211 connected to the proximal end side of the ultrasonic transducer 7, and a proximal end side of the rigid member 211.
  • a bending portion 212 which is connected to the bending portion 212 and bendable, and a flexible tube portion 213 which is connected to the proximal end side of the bending portion 212 and has flexibility.
  • a light guide that transmits illumination light supplied from the light source device 6 and a plurality of signal cables that transmit various signals are routed inside the insertion portion 21.
  • a treatment tool insertion passage for inserting the treatment tool is formed.
  • the ultrasonic vibrator 7 may be any of a convex vibrator, a linear vibrator, and a radial vibrator.
  • the ultrasonic endoscope 2 may be one that mechanically scans the ultrasonic transducer 7, or a plurality of piezoelectric elements are provided in an array as the ultrasonic transducer 7, and the piezoelectric elements involved in transmission / reception are electronic For example, electronic scanning may be performed by switching automatically or delaying transmission / reception of each piezoelectric element. The configuration of the piezoelectric element will be described later.
  • the operation unit 22 is a part that is connected to the proximal end side of the insertion unit 21 and receives various operations from a doctor or the like. As shown in FIG. 1, the operation unit 22 includes a bending knob 221 for performing a bending operation on the bending unit 212 and a plurality of operation members 222 for performing various operations. In addition, the operation portion 22 is formed with a treatment instrument insertion port 223 that communicates with the treatment instrument insertion passage formed in the insertion portion 21 and allows the treatment instrument to be inserted into the treatment instrument insertion passage.
  • the universal cable 23 is a cable that extends from the operation unit 22 and includes a plurality of signal cables that transmit various signals, an optical fiber that transmits illumination light supplied from the light source device 6, and the like.
  • the connector 24 is provided at the tip of the universal cable 23.
  • the connector 24 includes first to third connector portions 241 to 243 to which the ultrasonic cable 31, the video cable 41, and the optical fiber cable 61 are connected.
  • the ultrasonic observation apparatus 3 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via the ultrasonic cable 31, and outputs a pulse signal to the ultrasonic endoscope 2 via the ultrasonic cable 31, and also within the ultrasonic wave An echo signal is input from the endoscope 2. Then, the ultrasonic observation device 3 performs a predetermined process on the echo signal to generate an ultrasonic image.
  • the endoscope observation apparatus 4 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via the video cable 41 and inputs an image signal from the ultrasonic endoscope 2 via the video cable 41. Then, the endoscope observation apparatus 4 performs a predetermined process on the image signal to generate an endoscope image.
  • the display device 5 is configured using liquid crystal, organic EL (Electro Luminescence), or the like, and an ultrasonic image generated by the ultrasonic observation device 3 or an endoscope image generated by the endoscope observation device 4. Etc. are displayed.
  • the light source device 6 is connected to the ultrasonic endoscope 2 via the optical fiber cable 61 and supplies illumination light for illuminating the inside of the subject to the ultrasonic endoscope 2 via the optical fiber cable 61.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment, which is a plan view in the direction of arrow A in FIG. 3, and is upside down from FIG. FIG. Note that FIG. 4 shows a configuration in which ten elements 70 including the piezoelectric elements 71 are arranged. However, for the sake of explanation, the configuration of the ultrasonic transducer 7 is simplified and actually arranged.
  • the ultrasonic transducer 7 is a convex ultrasonic transducer as shown in FIG. 2, and is a one-dimensional array (1D array) in which a plurality of piezoelectric elements 71 are arranged in a line. It will be explained as being. In other words, in the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment, the plurality of elements 70 are arranged along the outer surface forming the curved surface of the ultrasonic transducer 7.
  • the ultrasonic transducer 7 includes a plurality of piezoelectric elements 71 and a first acoustic matching layer 72 provided on the outer surface side of the ultrasonic transducer 7 with respect to the piezoelectric elements 71.
  • the second acoustic matching layer 73 provided on the side opposite to the side in contact with the piezoelectric element 71 of the first acoustic matching layer 72 and the side opposite to the side in contact with the first acoustic matching layer 72 of the second acoustic matching layer 73 are provided.
  • Output electrode a second electrode 77 provided on the main surface of the piezoelectric element 71 on the first acoustic matching layer 72 side, a first electrode 76, and a wiring pattern on an FPC (Flexible Printed Circuits) substrate 80 described later.
  • FPC Flexible Printed Circuits
  • the first acoustic matching layer 72 and the backing material 75 are provided for each piezoelectric element 71, and the second acoustic matching layer 73 and the acoustic lens 74 include the plurality of piezoelectric elements 71 and the first piezoelectric element 71.
  • the acoustic matching layer 72 is configured to be collectively covered.
  • the element 70 in the first embodiment is an output unit that outputs one ultrasonic pulse corresponding to a certain pulse signal, including the piezoelectric element 71, the backing material 75, the first electrode 76, and the second electrode 77.
  • one piezoelectric element 71 is described as an output unit.
  • a plurality of target elements are used.
  • One element is configured with the piezoelectric element 71 as an output unit.
  • the piezoelectric element 71 converts an electrical pulse signal into an ultrasonic pulse (acoustic pulse), irradiates the subject, and converts the ultrasonic echo reflected by the subject into an electrical echo signal that expresses the voltage change. Convert and output.
  • the piezoelectric element 71 is electrically connected to the FPC board 80 through the first electrode 76 by the conductive thin film 78.
  • the first electrode 76 and the second electrode 77 are formed using a conductive metal material or resin material.
  • the piezoelectric element 71 is formed using a PMN-PT single crystal, a PMN-PZT single crystal, a PZN-PT single crystal, a PIN-PZN-PT single crystal, or a relaxor material.
  • PMN-PT single crystal is an abbreviation for solid solution of magnesium lead niobate and lead titanate.
  • PMN-PZT single crystal is an abbreviation for solid solution of magnesium / lead niobate and lead zirconate titanate.
  • the PZN-PT single crystal is an abbreviation for a solid solution of zinc / lead niobate and lead titanate.
  • the PIN-PZN-PT single crystal is an abbreviation for a solid solution of indium / lead niobate, zinc / lead niobate and lead titanate.
  • the relaxor-based material is a general term for a three-component piezoelectric material in which lead-based composite perovskite, which is a relaxor material, is added to lead zirconate titanate (PZT) for the purpose of increasing the piezoelectric constant and dielectric constant.
  • the lead-based composite perovskite is represented by Pb (B1, B2) O 3 , B1 is any one of magnesium, zinc, indium, and scandium, and B2 is any one of niobium, tantalum, or tungsten. These materials have an excellent piezoelectric effect. For this reason, even if it reduces in size, the value of an electrical impedance can be made low and it is preferable from a viewpoint of impedance matching between thin film electrodes.
  • the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 have acoustic impedance between the piezoelectric element 71 and the observation target in order to efficiently transmit sound (ultrasonic waves) between the piezoelectric element 71 and the observation target.
  • the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 are made of different materials.
  • the first embodiment will be described as having two acoustic matching layers (the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73). It is good also as three or more layers.
  • the acoustic matching layer may be an ultrasonic transducer that does not have the acoustic matching layer as long as the acoustic impedance with the observation target is matched.
  • the acoustic lens 74 is formed using polymethylpentene, epoxy resin, polyetherimide, or the like, and has a function of narrowing one surface to squeeze ultrasonic waves. Note that a material such as a silicone resin having a sound speed slower than that of the subject may be used, and the surface may be convex to converge the ultrasonic beam.
  • the acoustic lens 74 can also be arbitrarily provided, and the acoustic lens 74 may not be provided.
  • the backing material 75 attenuates unnecessary ultrasonic vibration generated by the operation of the piezoelectric element 71.
  • the backing material 75 is formed using a material having a large attenuation rate, for example, an epoxy resin in which a filler such as alumina or zirconia is dispersed, or a rubber in which the filler is dispersed.
  • the first electrode 76 is electrically connected to the FPC board 80 through the conductive thin film 78 described above.
  • the first electrode 76 is an electrode for inputting / outputting a signal to / from the piezoelectric element 71.
  • the second electrode 77 is formed on the first acoustic matching layer 72 and is electrically connected to a ground electrode 72a that is grounded to a ground potential.
  • the conductive thin film 78 forms an electrical conduction path between the first electrode 76 and the FPC board 80.
  • the conductive thin film 78 is a conductive thin film formed on the side surface of the piezoelectric element 71 by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering and wet plating such as electrolytic plating.
  • PVD physical vapor deposition
  • the wiring pattern formed on the substrate 80 is electrically connected.
  • the conductive thin film 78 is formed by forming a plating film on a laminated film formed of any one of chromium / copper, chromium / gold, nickel-chromium / copper or chromium / copper / nickel.
  • the sealing portion 79 is formed using an insulating resin material, and includes a part of the backing material 75 and a part of the FPC substrate 80 and the conductive thin film 78 including a connection portion between the FPC substrate 80 and the conductive thin film 78. The outer surface of the part is sealed.
  • the FPC board 80 is a board in which a wiring pattern made of a conductive metal such as copper foil is formed on an insulating and flexible film-like base made of polyimide or the like.
  • the piezoelectric element 71 is vibrated by the input of the pulse signal, so that the ultrasonic transducer 7 is supervised by the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, and the acoustic lens 74. Irradiate sound waves.
  • the vibration of the piezoelectric element 71 is attenuated by the backing material 75 on the side opposite to the arrangement side of the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, and the acoustic lens 74, and the FPC board.
  • the vibration of the piezoelectric element 71 is not transmitted to 80 or the like.
  • the ultrasonic wave reflected from the observation target is transmitted to the piezoelectric element 71 via the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, and the acoustic lens 74.
  • the piezoelectric element 71 is vibrated by the transmitted ultrasonic wave, and the piezoelectric element 71 converts the vibration into an electrical echo signal, and outputs it as an echo signal to the FPC board 80 via the conductive thin film 78.
  • FIGS. 5 to 10 are schematic views for explaining a method for manufacturing the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment.
  • a process for producing a molding member (molding member 700 described later) for forming the piezoelectric element 71, the backing material 75, the first electrode 76, and the second electrode 77 will be described.
  • the backing material base material 750 formed in this manner is laminated (see FIG. 5: laminated member manufacturing step). Part of the FPC board 80 is embedded and laminated on the backing material base material 750.
  • the masking material 90 may be any material that masks a part of the second thin film 770 and the FPC substrate 80 in a film formation region by a sputtering process described later. This prevents film formation on the second thin film 770 by sputtering.
  • a third thin film 781 is formed by sputtering using a material constituting a part of the conductive thin film 78 (see FIG. 7).
  • a gold (Au) film having a thickness of 300 nm is formed with a chromium (Cr) film having a thickness of 50 nm as a base, or a nickel chromium (NiCr) film having a thickness of 50 nm is formed with a 100 nm film as a base.
  • a conductive thin film having good adhesion can be formed by stacking copper (Cu) having a thickness and platinum (Pt) having a thickness of 400 nm.
  • 1000 nm silver (Ag) or 700 nm silver palladium (AgPd) may be formed by vapor deposition.
  • the third thin film 781, the first thin film 760 and the wiring pattern formed on the FPC board 80 can be electrically connected.
  • the masking material 90 is removed (see FIG. 8), and a plating film 782 is formed by electrolytic plating (see FIG. 9).
  • a laminated film (connecting member) constituting the conductive thin film 78 is formed by the third thin film 781 and the plating film 782 (connecting electrode member disposing step).
  • the plating film 782 is a material constituting a part of the conductive thin film 78 formed by a sulfamic acid bath or a pyrophosphoric acid bath, and nickel or copper is used.
  • the third thin film 781 is covered with the plating film 782 by the electrolytic plating process. In physical vapor deposition, since film stress is an issue, it has not been possible to increase the film thickness to reduce resistance.
  • the film stress when the film stress is strong, the film is peeled off by cutting with a precision cutting machine such as a dicing saw, and it is difficult to form a thick film.
  • the plating of nickel sulfamate or copper pyrophosphate can control the film stress and can form a thick film of 1 to 10 ⁇ m, and can secure the thickness of the conductive film necessary for wiring to the vibrator. That is, the plating film 782 can improve physical properties such as strength and electrical characteristics of the conductive thin film 78.
  • a laminated member is produced by the above treatment, and these treatments correspond to the laminated member production step of the present invention.
  • a sealing member 790 is provided on the surface of the backing material base material 750 where the FPC board 80 is embedded, and a contact portion between the FPC board 80 and the third thin film 781 is formed. A part of the FPC board 80, a part of the third thin film 781, and a part of the outer surface of the plating film 782 are sealed with a sealing member 790 (see FIG. 10: molding member manufacturing step).
  • the molding member 700 is produced by the above-described processing.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment, and is a view seen from the FPC board 80 side of FIG.
  • the first acoustic matching layer base material 720 in which the second acoustic matching layer 73 is laminated is disposed on the second thin film 770 of the molding member 700 manufactured by the above-described processing, and the processing jig 101 is arranged. It is a top view which shows the state mounted in.
  • the first acoustic matching layer base material 720 is formed using the constituent material of the first acoustic matching layer 72.
  • the FPC board 80 is formed by using a conductive material for forming a wiring pattern, and extends from the solid part 81 to a foil-like solid part 81 that uniformly extends to a part of the surface of the FPC board 80.
  • a pattern portion 82 is formed in which a plurality of wirings 82a extend in accordance with the wiring pattern.
  • the solid portion 81 and the pattern portion 82 are formed using, for example, copper.
  • the third thin film 781 described above is in contact with the solid portion 81.
  • the FPC board 80 is positioned on the processing jig 101 by the positioning pins 91. At this time, the height of the end portion of the solid portion 81 that is connected to the pattern portion 82 is adjusted by a height adjusting member M (see FIG. 12) formed of machinable ceramics or the like. Here, the plane that passes through the surface of the FPC board 80 that is in contact with the height adjusting member M is adjusted to the height that passes through the first acoustic matching layer base material 720.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer 7 according to the first embodiment, and is a side view as seen from the arrangement direction of the wirings 82a of the pattern portion 82 in FIG.
  • the FPC board 80, the molding member 700 connected to the FPC board 80, and the molding member 700 are disposed on the processing jig 101, and the second acoustic matching layer 73 is laminated.
  • the dicing saw 100 is used to cut a part of the FPC board 80 including the solid portion 81, the molding member 700, and the first acoustic matching layer base material 720. Insert. Specifically, as shown in FIGS.
  • a blade of a precision cutting machine such as a dicing saw 100 is passed along a cutting path C1 that passes between the wirings 82a of the pattern portion 82 and extends in the longitudinal direction of the FPC board 80.
  • a part of the FPC board 80, the molding member 700, and the first acoustic matching layer base material 720 are cut and divided along the stacking direction of the molding member 700 (molding step).
  • the term “stacking direction” as used herein refers to a stacking direction of the piezoelectric element base material 710, the first thin film 760, the second thin film 770, and the backing material base material 750.
  • the dicing saw 100 divides the solid portion 81 according to each wiring 82a, and the piezoelectric element 71, the first acoustic matching layer 72, the backing material 75, the first electrode 76, the second electrode 77, the conductive thin film 78, and The sealing portion 79 is formed, and then the acoustic lens 74 is disposed, thereby obtaining the ultrasonic vibrator 7 shown in FIGS.
  • the piezoelectric element 71 is formed by dividing the piezoelectric element base material 710 by the dicing saw 100. At this time, the piezoelectric element 71 has a rectangular shape, and the length in the arrangement direction of the plurality of piezoelectric elements 71 in a plane perpendicular to the cut surface is w, which is a direction perpendicular to the arrangement direction.
  • the ratio represented by w / t is 0.3 to 0.7, so that the electro-mechanical conversion efficiency can be obtained with high efficiency. This is preferable in that it can be performed.
  • the forming member 700 includes the piezoelectric element base material 710, the backing material base material 750, the first thin film 760, the second thin film 770, and the third thin film 781.
  • a molding member 700 in which a part of the FPC board 80 including a contact portion between the FPC board 80 and the third thin film 781, a part of the third thin film 781, and a part of the plating film 782 are sealed with a sealing member 790 is provided.
  • the molding member 700 is cut along with the wiring 82a together with the FPC board 80 including the solid portion 81.
  • the piezoelectric element 71 and the FPC board 80 are electrically connected without using a bonding material that generates heat, such as solder, the characteristic deterioration of the piezoelectric element 71 is suppressed, and the dicing saw 100 or the like is interposed between the piezoelectric elements 71. Since the interval is about the thickness of the blade, a narrow pitch of the plurality of piezoelectric elements can be realized.
  • the piezoelectric elements 71 and the FPC board 80 are connected to each other only by dividing the solid portion 81 by cutting using the dicing saw 100, the piezoelectric elements 71 and wiring (for example, wiring 82a) need not be aligned with high accuracy, and can be easily manufactured even if the pitch between the piezoelectric elements 71 is fine. Therefore, it is possible to produce a high-quality ultrasonic transducer that requires a narrow pitch.
  • the relative positional relationship between the molding member 700 and the FPC board 80 may be fixed by filling wax or the like between the molding member 700 and the FPC board 80.
  • the forming member 700 has been described as including the piezoelectric element base material 710, the backing material base material 750, the first thin film 760, the second thin film 770, and the third thin film 781. However, it may further include a first acoustic matching layer base material 720 and the like.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to the first modification of the first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 7 has been described as including only one backing material (backing material 75).
  • the ultrasonic transducer 7 includes two backing materials.
  • a wall portion 92 having a hollow prism shape is erected on the first acoustic matching layer 72, and a second backing is formed in the hollow space formed by the wall portion 92.
  • the ultrasonic vibrator 7a is manufactured by filling the material 75a.
  • the wall portion 92 surrounds a plurality of oscillation portions including the piezoelectric element 71, the backing material 75, the first electrode 76, the second electrode 77, the conductive thin film 78, and the sealing portion 79.
  • the second backing material 75a is provided in a hollow space formed by the wall portion 92 and the plurality of oscillation portions.
  • the second backing material 75a has an acoustic impedance smaller than that of the backing material 75 (first backing material).
  • the backing material 75 can hold the piezoelectric element 71 and can attenuate unnecessary vibrations with high efficiency, and the second backing material 75a can be used to adjoin adjacent piezoelectric elements. It is possible to prevent vibrations causing crosstalk from being transmitted to 71. For this reason, according to the first modification, it is possible to reduce the pulse width and suppress the crosstalk.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 7 is described as including the first electrode 76 having a flat plate shape.
  • the ultrasonic transducer 7 b is electrically connected to the first electrode 76.
  • a thick portion 76 a is provided on the side in contact with the conductive thin film 78.
  • FIGS. 15 and 16 are schematic diagrams for explaining the production of the member for forming an ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment.
  • the forming member of the ultrasonic transducer 7b according to the modified example 2 has a plurality of convex portions 761 on one main surface of the piezoelectric element base material 711 that become the thick portion 76a after the cutting process.
  • the first thin film 762 is formed using a member in which the second thin film 771 is formed on the other main surface. Specifically, as shown in FIG.
  • the base material for piezoelectric element is cut by cutting along the cutting path C2 passing through the convex portion 761.
  • a laminate for forming a molding member is obtained, which includes the material 710, the backing material base material 750, the second thin film 770, and the like.
  • the formation of the thick portion 76a increases the contact area between the first electrode 76 and the conductive thin film 78 as compared with the first electrode 76 that does not have the thick portion 76a.
  • the electrical connection can be further ensured.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to the third modification of the first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 7b has been described as including the first electrode 76 having the thick portion 76a.
  • the ultrasonic transducer 7c is disposed on the opposite side surface. An exposed first electrode 76b and second electrode 77a are provided.
  • the first electrode 76b has a thick portion 76a on the side where the conductive thin film 78 is disposed, and is exposed to the outside on the side where the conductive thin film 78 is disposed, connected to the side surface of the piezoelectric element 71, and The side of the piezoelectric element 71 opposite to the side in contact with the conductive thin film 78 is retracted. Further, the second electrode 77a is exposed to the outside on the side opposite to the side where the conductive thin film 78 is disposed and is connected to the side surface of the piezoelectric element 71, and the piezoelectric element 71 on the side where the conductive thin film 78 is disposed. Evacuated to the side of the.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the production of the member for forming an ultrasonic transducer according to the third modification of the first embodiment.
  • the forming member of the ultrasonic transducer 7c according to the modified example 3 includes a plurality of protrusions 763 that are thick portions 76a formed on one main surface of the piezoelectric element base material 711.
  • the first thin film 764 is formed, and a member in which a plurality of second thin films 772 are formed on the other main surface is used.
  • the first thin film 764 and the second thin film 772 are arranged in a staggered manner as viewed from the thickness direction of the piezoelectric element base material 711, and a space (gap) between the second thin films 772 is located at a position facing the convex portion 763.
  • a laminate for forming a molding member is formed by cutting along the cutting path C ⁇ b> 3 passing through the convex portion 763. obtain.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to the fourth modification of the first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 7 has been described on the assumption that the slit formed by cutting has a uniform width.
  • the slit is formed on the FPC board 80 side. It may be substantially V-shaped so that the width increases.
  • the groove width on the FPC board 80 side is widened so that the second backing material is cast after the cut laminate is curved when a convex vibrator or a radial vibrator is manufactured. It becomes easy to work.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the ultrasonic transducer according to the fifth modification of the first embodiment.
  • the ultrasonic transducer 7 has been described as having slits formed by cutting having a uniform width.
  • the slits are formed on the FPC board 80 side. It may be a stepped shape whose width increases toward the surface.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 6 of Embodiment 1, and is a diagram illustrating a configuration of a molding member.
  • the backing material 75 has been described as having a prismatic shape, but the outer edge of the surface on the side that holds the FPC board 80 is different from the ultrasonic transducer 7d according to Modification 6 of the present invention. It may be a chamfered backing material 75b. Damage to the conductive thin film 78 can be suppressed by this chamfering.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification Example 7 of Embodiment 1, and is a diagram illustrating a configuration of a molding member.
  • the backing material 75 has been described as having a prismatic shape. However, like the ultrasonic transducer 7e according to the seventh modification, the width is increased toward the side that holds the FPC board 80.
  • the backing material 75c may have a trapezoidal shape when viewed from the side.
  • FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to Modification 8 of Embodiment 1, and is a diagram illustrating a configuration of a molding member.
  • the backing material 75 has been described as having a prismatic shape. However, like the ultrasonic transducer 7f according to Modification Example 7, the surface on the side that holds the FPC board 80 has a curved surface. The backing material 75d formed may be used.
  • FIG. 24 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to the ninth modification of the first embodiment.
  • the FPC board 80 is embedded in the backing material 75 and connected to the first electrode 76 by the conductive thin film 78.
  • the FPC board 80 may be disposed on the side surface of the backing material 75 so that the first electrode 76 and the solid portion 81 after the division of the FPC board 80 are directly connected.
  • a sealing portion 79 a is formed at a connection portion between the first electrode 76 and the FPC board 80.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a method for manufacturing the ultrasonic transducer according to the tenth modification of the first embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to the tenth modification of the first embodiment.
  • the 1D array has been described as an example.
  • the scanning direction of the ultrasonic transducer (the arrangement direction of the piezoelectric elements in the 1D array, and the piezoelectric element arrangement obtained by dividing the molding member 700)
  • the present invention can also be applied to a 1.25D array, a 1.5D array, a 1.75D array, or the like in which a plurality of piezoelectric elements (oscillators) are arranged in a direction (elevation direction) substantially orthogonal to (direction).
  • a plurality of piezoelectric elements (oscillators) are arranged in a direction along the spherical surface along the arrangement direction of the piezoelectric elements and perpendicular to the scanning direction.
  • the first molding member 701 that connects three molding members as described above, for example, different FPC boards 80a to 80c
  • the second molding member 702 and the third molding member 703 are provided, arranged in the moving direction of the dicing saw 100, and then divided along the cutting path C4 using the dicing saw 100, as shown in FIG.
  • a 1.25D array ultrasonic transducer 7h having such elements 70a to 70c can be manufactured.
  • the ultrasonic transducer 7h of the 1.25D array shown in FIG. 26 is erected by a dicing saw 100 after a wall portion serving as a weir when casting a backing material as shown in Modification 1 (see FIG. 13) is erected.
  • a space between the divided grooves and walls may be cast with a liquid backing material, and the backing material may be solidified to form an ultrasonic transducer of a 1.25D array.
  • the liquid backing material include a liquid material in which alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) or the like is mixed as a filler with a flexible epoxy resin or silicone resin after curing. The same applies to ultrasonic transducers such as 1.5D arrays and 1.75D arrays.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing the configuration of the ultrasonic transducer according to the second embodiment.
  • the second electrode 77 is described as being connected to the ground electrode 72a provided on the first acoustic matching layer 72.
  • the second electrode 77 is an FPC board. It is electrically connected to the ground pattern 83 formed in 80.
  • the ultrasonic transducer 7 i is provided on the surface opposite to the connection surface of the conductive thin film 78 of the FPC substrate 80 with respect to the ultrasonic transducer 7 described above.
  • a second conductive thin film 78 a that connects the ground pattern 83 and the second electrode 77 is provided.
  • the first acoustic matching layer 72 does not have the ground electrode 72a.
  • FIGS. 28 to 32 are schematic diagrams for explaining the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the second embodiment.
  • production of a molding member for forming the piezoelectric element 71, the backing material 75, the first electrode 76, the second electrode 77, the conductive thin film 78 (first conductive thin film) and the second conductive thin film 78a is described. explain.
  • the first thin film 760 and the second thin film 770 are formed on the opposing main surfaces of the piezoelectric element base material 710, respectively, the first thin film 760 is opposite to the piezoelectric element base material 710 side. Is provided with a backing material base material 750 (see FIG. 5).
  • a masking material 93 that covers the second thin film 770 and a part of the FPC substrate 80, and a thin film formation prevention that prevents the formation of the thin film by sputtering on the surface of the first thin film 760 opposite to the surface where the conductive thin film 78 is formed.
  • a member 765 is disposed (see FIG. 28).
  • a fourth thin film 783 is formed by sputtering using a laminated film material that is one constituent material of the conductive thin film 78 and the second conductive thin film 78a (see FIG. 29).
  • the fourth thin film 783 connects the first thin film 760 and the wiring pattern formed on the FPC board 80,
  • the second thin film 770 and the fifth thin film 784 connecting the ground pattern formed on the FPC board 80 are divided.
  • a plating film 782 that covers the third thin film 781 and a second plating film 785 that covers the fifth thin film 784 are formed by electrolytic plating (see FIG. 31).
  • a sealing member 791 is provided on the surface of the backing material base material 750 where the FPC board 80 is embedded, and the FPC board 80 and the third A part of the FPC substrate 80 including each contact portion with the thin film 781 and the fifth thin film 784, a part of the third thin film 781 and the fifth thin film 784, and a part of the plating film 782 and the second plating film 785 are sealed. It seals with the member 791 for use (refer FIG. 32).
  • the forming member 700A is manufactured by the above-described processing.
  • the first acoustic matching layer base material 720 in which the second acoustic matching layer 73 is laminated is disposed on the second thin film 770 of the molding member 700A, and the processing jig 101 is provided with the first acoustic matching layer base material 720.
  • the dicing saw 100 By placing and moving the dicing saw 100 along the cutting path C1 (see FIGS. 11 and 12) extending in the longitudinal direction of the FPC board 80, a part of the FPC board 80, the molding member 700A, and The first acoustic matching layer base material 720 is cut.
  • the dicing saw 100 cuts the solid portion 81 and the ground pattern 83 according to each wiring 82a, and at the same time, the piezoelectric element 71, the first acoustic matching layer 72, the backing material 75, the first electrode 76, the second electrode 77, the conductive 27 is obtained by forming the conductive thin film 78, the second conductive thin film 78a, and the sealing portion 79b, and then disposing the acoustic lens 74.
  • a second sealing portion 76c formed by a thin film formation preventing member 765 is formed on the second conductive thin film 78a side of the first electrode 76, and the gap between the first electrode 76 and the second conductive thin film 78a is formed. Insulated.
  • the piezoelectric element base material 710, the backing material base material 750, the first thin film 760, the second thin film 770, the fifth thin film 784, and the second plating film 785 are formed.
  • the piezoelectric element 71 and the FPC board 80 are electrically connected without using a bonding material that generates heat, such as solder, the characteristic deterioration of the piezoelectric element 71 is suppressed, and the dicing saw 100 or the like is interposed between the piezoelectric elements 71. Since the interval is about the thickness of the blade, a narrow pitch of the plurality of piezoelectric elements can be realized.
  • the first electrode 76b is formed by the backing material 75 (backing material base material 750). Since the side opposite to the side in contact with the conductive thin film 78 is not exposed to the outside, the thin film formation preventing member 765 is not necessary, and an ultrasonic vibrator with a reduced number of parts can be manufactured.
  • the ultrasonic transducer, the ultrasonic probe, and the ultrasonic transducer manufacturing method according to the present invention suppress the deterioration of the characteristics of the piezoelectric elements and realize a narrow pitch of the plurality of piezoelectric elements. Useful.

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Abstract

本発明に係る超音波振動子は、複数の圧電素子と、圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる力を減衰させる複数のバッキング材と、基板と信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、を備え、複数の圧電素子、複数のバッキング材、基板の一部、複数の信号入出力用電極および複数の封止部は、それぞれを構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる。

Description

超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法
　本発明は、超音波を観測対象へ出射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを受信してエコー信号に変換して出力する超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法に関する。
　観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、超音波振動子が、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーを受信し、超音波観測装置が、受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。
　超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する複数の圧電素子を備える（例えば、特許文献１を参照）。例えば、複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各超音波振動子の圧電体の送受信に遅延をかけたりすることで、観測対象から超音波エコーを取得する。
　ところで、各圧電素子は、パルス信号の送信およびエコー信号の受信を行う回路基板と配線により電気的に接続している。圧電素子と配線とは、例えばはんだにより接続されるが、はんだ付けの際の熱により、圧電素子の特性が消極等の劣化を生じるおそれがあった。
　圧電素子の消極を抑制する技術として、圧電素子を構成する母材の側面に、回路基板と電気的に接続するための導電性の薄膜を形成し、薄膜形成後に母材を分割することで、はんだ付けを行わずに、複数の圧電素子と回路基板とを電気的に接続することが可能な技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００２－２２４１０４号公報 特開２００７－２０１９０１号公報
　近年、例えば、被検体内に挿入され、該被検体内の観察を行なう内視鏡に超音波振動子を実装する場合など、超音波振動子の小型化が求められている。超音波振動子を小型化する場合は、複数の圧電素子のピッチを狭くすることが望ましいが、特許文献２が開示する技術では、母材を狭ピッチで分割する際に生じる応力などにより母材（圧電素子）から薄膜が剥がれてしまう場合があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、を備え、前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を少なくとも有する複数の発振部を取り囲む壁部と、前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、をさらに備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有することを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、をさらに備え、前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地されることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列されることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波プローブは、上記の発明に係る超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部を成形する成形工程と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記接続電極用部材配設工程は、物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、前記成形工程は、前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする。
　本発明によれば、超音波振動子において、製造時の圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図１４は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図１５は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。 図１６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。 図１７は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図１８は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。 図１９は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。 図２０は、本発明の実施の形態１の変形例５に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。 図２１は、本発明の実施の形態１の変形例６に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２２は、本発明の実施の形態１の変形例７に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２３は、本発明の実施の形態１の変形例８に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２４は、本発明の実施の形態１の変形例９に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２５は、本発明の実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図２６は、本発明の実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２７は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。 図２８は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図２９は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図３０は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図３１は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。 図３２は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
　以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システム１を模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。
　超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。
　超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や呼吸器、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
　超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルケーブル２３と、コネクタ２４とを備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられる超音波振動子７と、超音波振動子７の基端側に連結される硬性部材２１１と、硬性部材２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３とを備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処理具用挿通路が形成されている。
　超音波振動子７は、コンベックス振動子、リニア振動子およびラジアル振動子のいずれでも構わない。超音波内視鏡２は、超音波振動子７をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子７として複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。圧電素子の構成については、後述する。
　操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２とを備える。また、操作部２２には、挿入部２１内に形成された処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
　ユニバーサルケーブル２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、および光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
　コネクタ２４は、ユニバーサルケーブル２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、および光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１～第３コネクタ部２４１～２４３を備える。
　超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
　内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
　表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro　Luminescence）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
　光源装置６は、光ファイバケーブル６１を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
　続いて、超音波振動子７の構成を図２～４を参照して説明する。図２は、本実施の形態１に係る超音波振動子７を示す斜視図である。図３は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の要部の構成を示す模式図である。図４は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の要部の構成を示す模式図であって、図３の矢視Ａ方向の平面図であり、図３とは上下を反転した図である。なお、図４では、圧電素子７１を含むエレメント７０が１０個並んでいるものを図示しているが、説明のために超音波振動子７の構成を簡略化した図であり、実際に配設される個数はこの限りではない。本実施の形態１では、超音波振動子７が、図２に示すようなコンベックス型の超音波振動子であって、複数の圧電素子７１が一列に配列された一次元アレイ（１Ｄアレイ）であるものとして説明する。換言すれば、本実施の形態１に係る超音波振動子７では、複数のエレメント７０が、当該超音波振動子７の曲面をなす外表面に沿って配置されている。
　超音波振動子７は、図３，４に示すように、複数の圧電素子７１と、圧電素子７１に対して、当該超音波振動子７の外表面側に設けられる第１音響整合層７２と、第１音響整合層７２の圧電素子７１と接する側と反対側に設けられる第２音響整合層７３と、第２音響整合層７３の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられる音響レンズ７４と、圧電素子７１の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられるバッキング材７５と、圧電素子７１のバッキング材７５側の主面に設けられる第１電極７６（信号入出力用電極）と、圧電素子７１の第１音響整合層７２側の主面に設けられる第２電極７７と、第１電極７６と後述するＦＰＣ（Flexible　Printed　Circuits）基板８０上の配線パターンとを電気的に接続する導電性薄膜７８（接続電極）と、導電性薄膜７８およびＦＰＣ基板８０の接続部分を封止する封止部７９と、各圧電素子７１に対して電気信号を入出力するＦＰＣ基板８０と、を有する。なお、本実施の形態１では、第１音響整合層７２およびバッキング材７５が、圧電素子７１ごとに設けられるとともに、第２音響整合層７３および音響レンズ７４が、複数の圧電素子７１および第１音響整合層７２を一括して覆う構成をなしている。本実施の形態１におけるエレメント７０とは、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６および第２電極７７を含み、あるパルス信号に応じた一つの超音波パルスを出力する出力単位のことをいう。本実施の形態１では、一つの圧電素子７１を出力単位として説明するが、ＦＰＣ基板８０に形成されている配線パターンにより複数の圧電素子７１から同時に超音波を出射する場合は、対象となる複数の圧電素子７１を出力単位として一つのエレメントを構成する。
　圧電素子７１は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。
　圧電素子７１は、導電性薄膜７８により第１電極７６を介してＦＰＣ基板８０と電気的に接続している。第１電極７６および第２電極７７は、導電性を有する金属材料または樹脂材料を用いて形成される。
　圧電素子７１は、ＰＭＮ－ＰＴ単結晶、ＰＭＮ－ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ－ＰＴ単結晶、ＰＩＮ－ＰＺＮ－ＰＴ単結晶またはリラクサー系材料を用いて形成される。ＰＭＮ－ＰＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＭＮ－ＰＺＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸ジルコン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＺＮ－ＰＴ単結晶は、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＩＮ－ＰＺＮ－ＰＴ単結晶は、インジウム・ニオブ酸鉛、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。リラクサー系材料は、圧電定数や誘電率を増加させる目的でリラクサー材料である鉛系複合ペロブスカイトをチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に添加した三成分系圧電材料の総称である。鉛系複合ペロブスカイトは、Ｐｂ（Ｂ１、Ｂ２）Ｏ３で表され、Ｂ１はマグネシウム、亜鉛、インジウムまたはスカンジウムのいずれかであり、Ｂ２はニオブ、タンタルまたはタングステンのいずれかである。これらの材料は、優れた圧電効果を有している。このため、小型化しても電気的なインピーダンスの値を低くすることができ、薄膜電極との間のインピーダンスマッチングの観点から好ましい。
　第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、圧電素子７１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子７１と観測対象との間の音響インピーダンスをマッチングさせる。第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、互いに異なる材料からなる。なお、本実施の形態１では、二つの音響整合層（第１音響整合層７２および第２音響整合層７３）を有するものとして説明するが、圧電素子７１と観測対象との特性により一層としてもよいし、三層以上としてもよい。また、音響整合層は、観測対象との音響インピーダンスの整合が取れていれば、該音響整合層を有しない超音波振動子であってもよい。
　音響レンズ７４は、ポリメチルペンテンや、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凹状をなして超音波を絞る機能を有する。なお、シリコーン樹脂のように音速が被検体より遅い材料を用い、表面が凸状をなして超音波ビームを収束させるものであってもよい。音響レンズ７４についても、任意に設けることができ、当該音響レンズ７４を有しない構成であってもよい。
　バッキング材７５は、圧電素子７１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させる。バッキング材７５は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成される。
　第１電極７６は、上述した導電性薄膜７８を介してＦＰＣ基板８０と電気的に接続している。第１電極７６は、圧電素子７１への信号の入出力を行うための電極である。
　第２電極７７は、第１音響整合層７２に形成され、グラウンド電位に接地されたグラウンド電極７２ａと電気的に接続されている。
　導電性薄膜７８は、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との間の電気的な導通経路を形成する。導電性薄膜７８は、スパッタなどの物理蒸着法（Physical　Vapor　Deposition：ＰＶＤ）、および電解めっきなどの湿式めっきにより圧電素子７１の側面に形成される導電性の薄膜であり、第１電極７６とＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンとを電気的に接続する。導電性薄膜７８は、クロム／銅、クロム／金、ニッケル－クロム／銅またはクロム／銅／ニッケルのいずれかにより形成される積層膜上に、めっき皮膜が形成されてなる。
　封止部７９は、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成され、バッキング材７５の一部、ならびにＦＰＣ基板８０と導電性薄膜７８との接続部分を含むＦＰＣ基板８０および導電性薄膜７８の一部の外表面を封止する。
　ＦＰＣ基板８０は、ポリイミド等により形成された絶縁性および屈曲性を有するフィルム状の基材上に、銅箔等の導電性金属により形成された配線パターンが形成された基板である。
　以上の構成を有する超音波振動子７は、パルス信号の入力によって圧電素子７１が振動することで、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４を介して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子７１において、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４の配設側の反対側は、バッキング材７５により、圧電素子７１の振動が減衰され、ＦＰＣ基板８０などには圧電素子７１の振動は伝わらないようになっている。また、観測対象から反射された超音波は、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４を介して圧電素子７１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子７１が振動し、圧電素子７１が該振動を電気的なエコー信号に変換して、エコー信号として導電性薄膜７８を介してＦＰＣ基板８０に出力する。
　次に、超音波振動子７の製造方法について、図５～１２を参照して説明する。図５～１０は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図である。まず、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６および第２電極７７を形成するための成形用部材（後述する成形用部材７００）を作製する処理について説明する。
　圧電素子７１を構成する材料を用いて形成された長方体状の圧電素子用母材７１０の対向する主面に、第１電極７６を構成する材料を用いて形成された第１薄膜７６０、および第２電極７７を構成する材料を用いて形成された第２薄膜７７０をそれぞれ積層した後、第１薄膜７６０の圧電素子用母材７１０側と反対側にバッキング材７５を構成する材料を用いて形成されたバッキング材用母材７５０を積層する（図５参照：積層部材作製工程）。バッキング材用母材７５０には、ＦＰＣ基板８０の一部が埋め込まれて積層されている。
　その後、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部を被覆するマスキング材９０を配設する（図６参照）。マスキング材９０は、後述するスパッタ処理による成膜領域において、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部をマスクするものであればよい。これにより、スパッタ処理による第２薄膜７７０への成膜を防止する。
　マスキング材９０の配設後、導電性薄膜７８の一部を構成する材料を用いたスパッタ処理により、第３薄膜７８１を形成する（図７参照）。ここで、第３薄膜７８１としては５０ｎｍの厚さのクロム（Ｃｒ）を下地に３００ｎｍの厚さの金（Ａｕ）を形成したり、５０ｎｍの厚さのニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を下地に１００ｎｍの厚さの銅（Ｃｕ）、そして４００ｎｍの厚さの白金（Ｐｔ）を積層して、密着力が良好な導電性薄膜を形成したりすることができる。スパッタ以外の成膜方法としては、蒸着により１０００ｎｍの銀（Ａｇ）や、７００ｎｍの銀パラジウム（ＡｇＰｄ）を成膜して形成してもよい。第３薄膜７８１の形成により、第１薄膜７６０とＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンとが電気的に接続可能となる。
　第３薄膜７８１を形成後、マスキング材９０を除去し（図８参照）、電解めっき処理によりめっき皮膜７８２を形成する（図９参照）。第３薄膜７８１およびめっき皮膜７８２により導電性薄膜７８を構成する積層膜（接続用部材）が形成される（接続電極用部材配設工程）。めっき皮膜７８２としては、スルファミン酸浴やピロリン酸浴により形成された導電性薄膜７８の一部を構成する材料であってニッケルや銅が用いられる。電解めっき処理により、第３薄膜７８１がめっき皮膜７８２に覆われた状態となる。物理蒸着では、膜応力が課題となるため、抵抗を下げるための厚膜化ができなかった。より具体的には、膜応力が強いとダイシングソーなどの精密裁断機による切断時に剥離してしまい、厚膜形成が困難であった。一方で、スルファミン酸ニッケルやピロリン酸銅のメッキは膜応力の制御が可能で１～１０μｍの厚膜形成が可能であり、振動子への配線として必要な導電性皮膜の厚さを確保できる。つまり、めっき皮膜７８２により導電性薄膜７８の強度などの物理的特性や電気的特性を向上させることが可能となる。以上の処理によって積層部材が作製され、これらの処理が、本発明の積層部材作製工程に相当する。
　めっき皮膜７８２を形成後、バッキング材用母材７５０の表面であって、ＦＰＣ基板８０が埋設された表面に封止用部材７９０を設けて、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１との接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１の一部およびめっき皮膜７８２の一部の外表面を封止用部材７９０により封止する（図１０参照：成形用部材作製工程）。上述した処理により成形用部材７００を作製する。
　図１１は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図であって図１０のＦＰＣ基板８０側から見た図である。図１１は、上述した処理により作製された成形用部材７００の第２薄膜７７０上に、第２音響整合層７３を積層した第１音響整合層用母材７２０を配設し、加工治具１０１に載置した状態を示す上面図である。第１音響整合層用母材７２０は、第１音響整合層７２の構成材料を用いて形成されている。
　ここで、ＦＰＣ基板８０には、配線パターンを形成する導電性の材料を用いて形成され、当該ＦＰＣ基板８０の表面の一部に一様に延びる箔状のベタ部８１と、ベタ部８１から配線パターンに応じて複数の配線８２ａがそれぞれ延びるパターン部８２とが形成されている。ベタ部８１およびパターン部８２は、例えば銅を用いて形成される。上述した第３薄膜７８１は、ベタ部８１と接触している。
　また、ＦＰＣ基板８０は、位置決めピン９１により加工治具１０１上で位置決めされる。この際、ベタ部８１のパターン部８２に連なる側の端部は、マシナブルセラミックスなどにより形成された高さ調整部材Ｍ（図１２参照）によって高さが調整されている。ここでは、ＦＰＣ基板８０の表面であって、高さ調整部材Ｍと接触する表面を通過する平面が、第１音響整合層用母材７２０を通過する高さに調整されている。
　図１２は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図であって、図１１において、パターン部８２の各配線８２ａの配列方向からみた側面図である。図１２に示すように、加工治具１０１に対して、ＦＰＣ基板８０や、該ＦＰＣ基板８０に接続された成形用部材７００、成形用部材７００に配設され、第２音響整合層７３が積層された第１音響整合層用母材７２０を配置後、ダイシングソー１００を用いてベタ部８１を含むＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００、および第１音響整合層用母材７２０に切り込みを入れる。具体的には、図１１，１２に示すように、パターン部８２の配線８２ａ間を通過し、ＦＰＣ基板８０の長手方向に延びる切断経路Ｃ１に沿ってダイシングソー１００などの精密裁断機の刃を回転させながら移動させることによって、ＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００および第１音響整合層用母材７２０を、成形用部材７００の積層方向に沿って切断して分割する（成形工程）。なお、ここでいう積層方向とは、圧電素子用母材７１０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０およびバッキング材用母材７５０の積み重ね方向のことをいう。ダイシングソー１００により、各配線８２ａに応じてベタ部８１が分割されるとともに、圧電素子７１、第１音響整合層７２、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８および封止部７９が形成され、その後音響レンズ７４を配設することで、図３，４に示す超音波振動子７を得る。
　圧電素子７１は、ダイシングソー１００により圧電素子用母材７１０が分割されることにより成形される。この際、圧電素子７１は、長方体状をなしており、切断面と直交する平面における複数の圧電素子７１の配列方向の長さをｗ、この配列方向と直交する方向であって、第１音響整合層７２などの積層方向の長さをｔとすると、ｗ／ｔで表される比が、０．３～０．７であることが、電気－機械の変換効率を高効率で得ることができるという点で好ましい。
　以上説明した本実施の形態１によれば、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０および第３薄膜７８１を含む成形用部材７００であって、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１との接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１の一部およびめっき皮膜７８２の一部を封止用部材７９０により封止した成形用部材７００を形成し、ベタ部８１を含むＦＰＣ基板８０とともに成形用部材７００を配線８２ａに応じて切断するようにした。半田など熱が生じる接合材を使用せずに圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とを電気的に接続するため、圧電素子７１の特性劣化を抑制するとともに、圧電素子７１間が、ダイシングソー１００などの刃の厚さ程度の間隔となるため、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる。
　また、上述した実施の形態１によれば、ダイシングソー１００を用いた切断により、ベタ部８１を分割するのみで複数の圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とをそれぞれ接続するようにしたので、圧電素子７１と配線（例えば配線８２ａ）との位置合わせを高精度に行う必要がなく、圧電素子７１間が微細なピッチであっても容易に作製することができる。そのために、狭ピッチ化が求められた高画質の超音波振動子の作製が可能となる。
　なお、上述した実施の形態１において、成形用部材７００とＦＰＣ基板８０との間にワックスなどを充填して、成形用部材７００およびＦＰＣ基板８０の相対的な位置関係を固定してもよい。
　また、上述した実施の形態１では、成形用部材７００が、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０および第３薄膜７８１を含むものとして説明したが、第１音響整合層用母材７２０などをさらに含むものであってもよい。
（実施の形態１の変形例１）
　図１３は、本実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、一つのバッキング材（バッキング材７５）のみを備えるものとして説明したが、本変形例１では、二つのバッキング材を備える。図１３に示すように、上述した超音波振動子７の構成において、第１音響整合層７２に中空角柱状をなす壁部９２を立設し、該壁部９２のなす中空空間に第２バッキング材７５ａを充填することにより超音波振動子７ａを作製する。壁部９２は、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８および封止部７９からなる複数の発振部を取り囲む。第２バッキング材７５ａは、壁部９２と複数の発振部とが形成する中空空間に設けられる。
　第２バッキング材７５ａは、音響インピーダンスが、バッキング材７５（第１バッキング材）の音響インピーダンスよりも小さい。このような関係を有する二つのバッキング材を用いることで、バッキング材７５が圧電素子７１を保持し、高効率に不要振動を減衰させることができるとともに、第２バッキング材７５ａにより、隣接する圧電素子７１に対してクロストークの原因となる振動を伝達しないようにすることができる。このため、本変形例１によれば、パルス幅低減と、クロストークの抑制とを実現することができる。
（実施の形態１の変形例２）
　図１４は、本実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、平板状をなす第１電極７６を備えるものとして説明したが、本変形例２では、超音波振動子７ｂが、第１電極７６の導電性薄膜７８と接触する側に、肉厚部７６ａを備える。
　肉厚部７６ａは、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との間の電気的な導通経路の一部をなし、例えば、第１電極７６と同じ導電性の材料を用いて形成され、導電性薄膜７８と接触する。図１５，１６は、本実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。変形例２にかかる超音波振動子７ｂの成形用部材は、図１５に示すように、圧電素子用母材７１１の一方の主面に、切断処理後に肉厚部７６ａとなる複数の凸部７６１が形成された第１薄膜７６２が形成され、他方の主面に第２薄膜７７１が形成された部材を用いて作製される。具体的には、図１６に示すように、第１薄膜７６２上にバッキング材用母材７５１を配設後、凸部７６１を通過する切断経路Ｃ２に沿って切断することで、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第２薄膜７７０などを含む、成形用部材を形成するための積層体を得る。
　本変形例２によれば、肉厚部７６ａの形成により、上述した肉厚部７６ａを有しない第１電極７６と比して、第１電極７６と導電性薄膜７８との接触面積が大きくなり、電気的な接続を一層確実なものとすることができる。
（実施の形態１の変形例３）
　図１７は、本実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した変形例２では、超音波振動子７ｂが、肉厚部７６ａを有する第１電極７６を備えるものとして説明したが、本変形例３では、超音波振動子７ｃが、対向する側面でそれぞれ露出する第１電極７６ｂおよび第２電極７７ａを備える。
　第１電極７６ｂは、導電性薄膜７８が配設される側に肉厚部７６ａを有し、導電性薄膜７８が配設される側で圧電素子７１の側面に連なって外部に露出するとともに、導電性薄膜７８と接触する側と反対側の圧電素子７１の側面に対して退避している。また、第２電極７７ａは、導電性薄膜７８が配設される側と反対側で圧電素子７１の側面に連なって外部に露出するとともに、導電性薄膜７８が配設される側の圧電素子７１の側面に対して退避している。
　図１８は、本実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。変形例３にかかる超音波振動子７ｃの成形用部材は、図１８に示すように、圧電素子用母材７１１の一方の主面に、肉厚部７６ａとなる凸部７６３が形成された複数の第１薄膜７６４が形成され、他方の主面に複数の第２薄膜７７２が形成された部材を用いて作製される。第１薄膜７６４および第２薄膜７７２は、圧電素子用母材７１１の厚さ方向からみて互い違いに並べられており、凸部７６３と対向する位置に、第２薄膜７７２間のスペース（ギャップ）が存在している。凸部７６３を有する第１薄膜７６４上にバッキング材用母材７５１を配設後、凸部７６３を通過する切断経路Ｃ３に沿って切断することで、成形用部材を形成するための積層体を得る。
（実施の形態１の変形例４）
　図１９は、本実施の形態１の変形例４に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例４のように、スリットが、ＦＰＣ基板８０側に向けて幅が大きくなるような略Ｖ字状をなすものであってもよい。本変形例４によれば、ＦＰＣ基板８０側の溝幅を広げることで、コンベックス型振動子やラジアル型振動子の作製時、切断した積層体を湾曲させた後の第２バッキング材の注型作業がしやすくなる。
（実施の形態１の変形例５）
　図２０は、本実施の形態１の変形例５に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例５のように、スリットが、ＦＰＣ基板８０側に向けて幅が大きくなる段付き形状をなすものであってもよい。
（実施の形態１の変形例６）
　図２１は、本実施の形態１の変形例６に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例６に係る超音波振動子７ｄのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側の面の外縁が面取りされたバッキング材７５ｂであってもよい。この面取りによって導電性薄膜７８の損傷を抑制することができる。
（実施の形態１の変形例７）
　図２２は、本実施の形態１の変形例７に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例７に係る超音波振動子７ｅのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側に向けて幅が小さくなるような側面視で台形状をなすバッキング材７５ｃであってもよい。
（実施の形態１の変形例８）
　図２３は、本実施の形態１の変形例８に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例７に係る超音波振動子７ｆのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側の面が曲面をなすバッキング材７５ｄであってもよい。
（実施の形態１の変形例９）
　図２４は、本実施の形態１の変形例９に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、ＦＰＣ基板８０がバッキング材７５に埋め込まれ、導電性薄膜７８により第１電極７６と接続するものとして説明したが、本変形例９に係る超音波振動子７ｇのように、ＦＰＣ基板８０をバッキング材７５の側面に配置して、第１電極７６とＦＰＣ基板８０の分割後のベタ部８１とを直接接続するようにしてもよい。この場合、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との接続部分に封止部７９ａが形成される。
　なお、本変形例９において、上述した変形例２に係る超音波振動子７ｂの構成を適用すれば、肉厚部７６ａによりＦＰＣ基板８０との接触領域が増大するため、電気的な接続を一層容易かつ確実なものとすることができる。
（実施の形態１の変形例１０）
　図２５は、本実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。図２６は、本実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、１Ｄアレイを例に説明したが、超音波振動子の走査方向（１Ｄアレイにおける圧電素子の配列方向であって、成形用部材７００を分割してなる圧電素子の配列方向）と略直交する方向（エレベーション方向）に複数の圧電素子（発振部）が配列される１．２５Ｄアレイや１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイなどであっても適用できる。なお、コンベックス型の超音波振動子においては、圧電素子の配列方向に沿った球面に沿った方向であって、走査方向と直交する方向に複数の圧電素子（発振部）が配列されるものとする。例えば、図２５に示す１．２５Ｄアレイの超音波振動子の製造方法では、上述したような成形用部材を三つ、例えば、異なるＦＰＣ基板８０ａ～８０ｃにそれぞれ接続する第１成形用部材７０１、第２成形用部材７０２および第３成形用部材７０３を設けて、ダイシングソー１００の移動方向に配列した後、ダイシングソー１００を用いて切断経路Ｃ４に沿って各々分割することより、図２６に示すようなエレメント７０ａ～７０ｃを有する１．２５Ｄアレイの超音波振動子７ｈを作製することができる。
　図２６に示す１．２５Ｄアレイの超音波振動子７ｈは、変形例１（図１３参照）に示すようなバッキング材を注型する際の堰となる壁部を立設後、ダイシングソー１００によって分割した溝部および壁部との間を液状のバッキング材により注型し、該バッキング材を固化させて１．２５Ｄアレイの超音波振動子としてもよい。液状のバッキング材としては、硬化後も柔軟性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂にフィラーとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やジルコニア（ＺｒＯ2）などを混合した液状材料が挙げられる。なお、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイなどの超音波振動子においても同様である。
（実施の形態２）
　図２７は、本実施の形態２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、第２電極７７が第１音響整合層７２に設けられたグラウンド電極７２ａと接続するものとして説明したが、本実施の形態２では、第２電極７７が、ＦＰＣ基板８０に形成されたグラウンドパターン８３と電気的に接続する。
　本実施の形態２に係る超音波振動子７ｉは、図２７に示すように、上述した超音波振動子７に対して、ＦＰＣ基板８０の導電性薄膜７８の接続面と反対側の面に設けられたグラウンドパターン８３と第２電極７７とを接続する第２導電性薄膜７８ａを備える。なお、本実施の形態２では、第１音響整合層７２は、グラウンド電極７２ａを有しない。
　次に、超音波振動子７ｉの製造方法について、図２８～３２を参照して説明する。図２８～３２は、本実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。ここでは、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８（第１導電性薄膜）および第２導電性薄膜７８ａを形成するための成形用部材の作製について説明する。
　まず、上述したように、圧電素子用母材７１０の対向する主面に、第１薄膜７６０および第２薄膜７７０をそれぞれ形成した後、第１薄膜７６０の圧電素子用母材７１０側と反対側にバッキング材用母材７５０を設ける（図５参照）。
　その後、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部を被覆するマスキング材９３、および第１薄膜７６０の導電性薄膜７８形成面の反対側の面には、スパッタによる薄膜形成を防止する薄膜形成防止部材７６５を配設する（図２８参照）。導電性薄膜７８および第２導電性薄膜７８ａの一構成材料である積層膜の材料を用いたスパッタ処理により、第４薄膜７８３を形成する（図２９参照）。
　第４薄膜７８３を形成後、マスキング材９３を除去すると（図３０参照）、第４薄膜７８３が、第１薄膜７６０およびＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンを接続する第３薄膜７８１と、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０上に形成されたグラウンドパターンを接続する第５薄膜７８４とに分割される。その後、電解めっき処理により、第３薄膜７８１を被覆するめっき皮膜７８２と、第５薄膜７８４を被覆する第２めっき皮膜７８５と、を形成する（図３１参照）。
　めっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５を形成後、バッキング材用母材７５０の表面であって、ＦＰＣ基板８０が埋設された表面に封止用部材７９１を設けて、ＦＰＣ基板８０と、第３薄膜７８１および第５薄膜７８４との各接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１および第５薄膜７８４の一部、およびめっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５の一部を封止用部材７９１により封止する（図３２参照）。上述した処理により成形用部材７００Ａを作製する。
　その後は、上述した処理と同様に、成形用部材７００Ａの第２薄膜７７０上に、第２音響整合層７３を積層した第１音響整合層用母材７２０を配設し、加工治具１０１に載置して、ＦＰＣ基板８０の長手方向に延びる切断経路Ｃ１（図１１，１２参照）に沿ってダイシングソー１００を回転させながら移動させることによって、ＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００Ａおよび第１音響整合層用母材７２０を切断する。ダイシングソー１００により、各配線８２ａに応じてベタ部８１およびグラウンドパターン８３が切断されるとともに、圧電素子７１、第１音響整合層７２、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８、第２導電性薄膜７８ａおよび封止部７９ｂが形成され、その後音響レンズ７４を配設することで、図２７に示す超音波振動子７ｉを得る。なお、第１電極７６の第２導電性薄膜７８ａ側は、薄膜形成防止部材７６５により形成された第２封止部７６ｃが形成され、第１電極７６と第２導電性薄膜７８ａとの間を絶縁している。
　以上説明した本実施の形態２によれば、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０、第５薄膜７８４および第２めっき皮膜７８５を含む成形用部材７００Ａであって、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１および第５薄膜７８４との各接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第１薄膜７８１および第５薄膜７８４の一部およびめっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５の一部を封止用部材７９１により封止した成形用部材７００Ａを形成し、ベタ部８１およびグラウンドパターン８３を含むＦＰＣ基板８０とともに成形用部材７００Ａを配線８２ａに応じて切断するようにした。半田など熱が生じる接合材を使用せずに圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とを電気的に接続するため、圧電素子７１の特性劣化を抑制するとともに、圧電素子７１間が、ダイシングソー１００などの刃の厚さ程度の間隔となるため、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる。
　なお、本実施の形態２において、上述した実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子７ｃの構成を適用すれば、バッキング材７５（バッキング材用母材７５０）により、第１電極７６ｂの導電性薄膜７８との接触側と反対側が外部に露出しないため、薄膜形成防止部材７６５が不要となり、部品点数を削減した超音波振動子を作製することができる。
　ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態および変形例によってのみ限定されるべきものではない。本発明は、以上説明した実施の形態および変形例には限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。また、実施の形態および変形例の構成を適宜組み合わせてもよい。
　このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
　以上のように、本発明にかかる超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法は、圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現するのに有用である。
　１　内視鏡システム
　２　超音波内視鏡
　３　超音波観測装置
　４　内視鏡観察装置
　５　表示装置
　６　光源装置
　７～７ｉ　超音波振動子
　２１　挿入部
　２２　操作部
　２３　ユニバーサルケーブル
　２４　コネクタ
　３１　超音波ケーブル
　４１　ビデオケーブル
　６１　光ファイバケーブル
　７０　エレメント
　７１　圧電素子
　７２　第１音響整合層
　７３　第２音響整合層
　７４　音響レンズ
　７５　バッキング材
　７５ａ　第２バッキング材
　７６，７６ｂ　第１電極
　７６ａ　肉厚部
　７７，７７ａ　第２電極
　７８　導電性薄膜
　７８ａ　第２導電性薄膜
　７９　封止部
　８０，８０ａ～８０ｃ　ＦＰＣ基板
　９２　壁部
　１０１　加工治具
　１００　ダイシングソー
　２１１　硬性部材
　２１２　湾曲部
　２１３　可撓管部
　２２１　湾曲ノブ
　２２２　操作部材
　２２３　処置具挿入口
　２４１　第１コネクタ部
　２４２　第２コネクタ部
　２４３　第３コネクタ部
　７００，７００Ａ　成形用部材
　７１０，７１１　圧電素子用母材
　７２０　第１音響整合層用母材
　７５０，７５１　バッキング材用母材
　７６０，７６２，７６４　第１薄膜
　７６１，７６３　凸部
　７７０，７７１　第２薄膜
　７８１　第３薄膜
　７８２　めっき皮膜
　７８３　第４薄膜
　７８４　第５薄膜
　７８５　第２めっき皮膜
　７９０　封止用部材

Claims (15)

  1. 　電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、
    　各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、
    　前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、
    　前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、
    　前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、
    　を備え、
    　前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる
    　ことを特徴とする超音波振動子。
  2. 　前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を少なくとも有する複数の発振部を取り囲む壁部と、
    　前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、
    　をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
  3. 　前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。
  4. 　前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の超音波振動子。
  5. 　前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、
    　前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
  6. 　前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする請求項４または５に記載の超音波振動子。
  7. 　前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
  8. 　前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
  9. 　前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、
    　前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
    　をさらに備え、
    　前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
  10. 　前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列されることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
  11. 　請求項１～１０のいずれか一つに記載の超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする超音波プローブ。
  12. 　電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、
    　前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、
    　前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部を成形する成形工程と、
    　を含むことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
  13. 　前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含む
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子の製造方法。
  14. 　前記接続電極用部材配設工程は、
    　物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、
    　湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、
    　を含むことを特徴とする請求項１３に記載の超音波振動子の製造方法。
  15. 　前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、
    　前記成形工程は、
    　前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子の製造方法。
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