(57)【要約】      （修正有）【課題】バッキング層の貫通配線を、高い信頼性で、低コストに作成するアレイ型超音波振動子の製造方法、およびアレイ型超音波振動子を提供する。【解決手段】１次元または２次元配列された多数の圧電素子を有する超音波振動子１において、バッキング層９を貫通して個別の信号線１１を形成するにあたって、穿孔に使用した微細ドリル２２を、穿孔の際に微細ドリル２２を駆動したチャック２３から切離すことで穿孔した孔２１内に残留させ、その残留させた微細ドリル２２をそのまま信号線１１として使用する。したがって、バッキング層９内の信号線１１を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって、低コストに作成することができる。また、個別の信号線１１はバッキング層９内を貫通しているので、無機圧電層８の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層が１次元または２次元の複数の圧電素子に素子分離されて成るアレイ型超音波振動子の製造方法において、
駆動部材に保持された穿孔部材を前記バッキング層に押し当てて前記バッキング層を穿孔する工程と、
前記穿孔後に前記穿孔部材を前記駆動部材から切離す工程とを含むことを特徴とするアレイ型超音波振動子の製造方法。
【請求項２】
前記穿孔工程の前に、前記バッキング層上に電極層を形成する工程と、
前記電極層上に圧電層を積層する工程とを備え、
前記穿孔工程では、前記穿孔部材と前記電極層との間の導通を検知する検知手段および前記駆動部材を制御する制御手段がさらに用いられ、前記検知手段で前記導通が検知されると、前記制御手段は駆動部材に穿孔を停止させ、
その後に、複数の各圧電層を素子分離する工程を行うことを特徴とする請求項１記載のアレイ型超音波振動子の製造方法。
【請求項３】
バッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層が１次元または２次元の複数の圧電素子に素子分離されて成るアレイ型超音波振動子において、
前記バッキング層には、該バッキング層を貫通する個別信号配線が形成され、該個別信号配線は、前記バッキング層の穿孔に使用された穿孔部材から成ることを特徴とするアレイ型超音波振動子。
【請求項４】
前記圧電層は、前記バッキング層側から、無機圧電層と有機圧電層とを積層して成ることを特徴とする請求項３記載のアレイ型超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ型超音波振動子の製造方法およびアレイ型超音波振動子に関し、特にバッキング層を貫通する信号配線の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、超音波診断装置（エコー）における超音波振動子には、圧電素子の素子数増加による信号配線の引回しの困難性から、バッキング層を貫通した信号配線が使用されようとしている。すなわち、近年では、超音波ビームを左右（Ｘ）方向にスイングさせるだけでなく、前後（Ｙ）方向にもスイングさせるようになっており、それを実現する２次元配列のアレイでは、配線数の増加とともに、１次元配列のアレイのように、配列方向と直交する方向へのＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）による配線出しは、隣接する素子との干渉で困難であるためである。したがって、その対策として、２次元の配列面とは直交する高さ（Ｚ）方向に信号線やＧＮＤ線を引き出すことになるが、素子裏面には不要反射を防ぐ目的で設置される前記バッキング層があり、これを貫通する形での配線が必要となる。そこでそのようなバッキング層を貫通した信号配線の形成方法として、たとえば特許文献１〜３が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、信号配線に相当する複数の凸部（棒状）を有する剣山状の導電性アレイに、バッキング材料を流し込んだ後、その導電性アレイの基部に、先端部を切り落とすという特殊な製法を採用することで、前記バッキング材料中に前記凸部（棒状）が埋込まれたバッキング層が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２では、バッキング層に、Ｘ方向に延びる溝を形成して該溝内に前記信号配線となる材料を充填し、次にＹ方向に延びる溝を形成して前記信号配線を分割した後、その溝にバッキング材を充填することで、前記信号配線をバッキング層に埋込むようにしたバッキング製造方法が提案されている。
【０００５】
さらにまた、特許文献３では、前後（Ｙ）方向に延びる圧電体の表裏各面にＧＮＤ電極および信号電極をそれぞれ形成した後、型枠に嵌め込んでバッキング材および音響整合材を流し込むことで、前記前後（Ｙ）方向に延びる板状のアレイ状圧電素子を形成し、その左右（Ｘ）面に、相互に前後（Ｙ）方向に分離して、高さ（Ｚ）方向に延びる信号線およびＧＮＤ線を形成することで、櫛歯状に前記信号線およびＧＮＤ線が形成された板状のアレイ状圧電素子を、前後（Ｙ）方向から見て円弧状となるように左右（Ｘ）方向に高さを違えて接合し、前記信号線およびＧＮＤ線に合わせて、圧電体ならびにＧＮＤ電極および信号電極を切離すことで、被検体への密着性の良い２次元配列のアアレイ型超音波振動子が提案されている。
【特許文献１】米国特許第５６４８９４２号明細書
【特許文献２】特開２００４−３３８２９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７７８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術は、いずれも複雑な製造工程を必要として、コストの問題があり、またバッキング層内に埋込まれる信号線やＧＮＤ線が、剥離したり、断線したりして、信頼性が低いという問題もある。
【０００７】
本発明の目的は、バッキング層を貫通する信号配線を、高い信頼性で、容易に作成することができるアレイ型超音波振動子の製造方法およびアレイ型超音波振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアレイ型超音波振動子の製造方法は、バッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層が１次元または２次元の複数の圧電素子に素子分離されて成るアレイ型超音波振動子の製造方法において、駆動部材に保持（チャック）された穿孔部材を前記バッキング層に押し当てて前記バッキング層を穿孔する工程と、前記穿孔後に前記穿孔部材を前記駆動部材から切離す工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、超音波振動子のバッキング層を貫通する信号配線を形成するにあたって、微細なドリルや針などの穿孔部材がボール盤などの駆動部材に保持（チャック）され、その穿孔部材が前記駆動部材によって前記バッキング層に押し当てられて該バッキング層を穿孔すると、通常では穿孔部材が孔から抜取られて、孔内がメッキ或いは別途配線が挿入されるのに対して、本発明では、前記穿孔部材を孔内に残留させ、そのまま前記メッキの代りの信号配線として使用する。このため、穿孔後は、前記穿孔部材を駆動部材から取外し（チャックを外し）たり、前記穿孔部材を切断するなどして、前記穿孔部材を前記駆動部材から切離し、該穿孔部材の両端を前記バッキング層の表裏面のそれぞれの配線パターンや電極に接続する。
【００１０】
したがって、バッキング層内を貫通する信号配線を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって低コストに作成することができる。また、前記信号配線はバッキング層内を貫通しているので、圧電素子の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。
【００１１】
また、本発明のアレイ型超音波振動子の製造方法は、前記穿孔工程の前に、前記バッキング層上に電極層を形成する工程と、前記電極層上に圧電層を積層する工程とを備え、前記穿孔工程では、前記穿孔部材と前記電極層との間の導通を検知する検知手段および前記駆動部材を制御する制御手段がさらに用いられ、前記検知手段で前記導通が検知されると、前記制御手段は駆動部材に穿孔を停止させ、その後に、複数の各圧電層を素子分離する工程を行うことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、超音波振動子を構成するバッキング層に孔を形成し、その孔に個別信号配線を形成するにあたって、その前の工程において、前記バッキング層に電極層および圧電層が形成されていることから、ダイシングなどによる各圧電層を素子分離する（切出す）工程の前に、各圧電素子間で前記電極層が共通となっていることを利用して、その共通の電極層と穿孔部材との間に検知手段を設け、穿孔を行ってゆき、この検知手段で前記電極層との間の導通が検知されると、穿孔部材が電極層に到達したことを表すので、その時点で、制御手段が駆動部材を停止する。
【００１３】
したがって、孔の深さを測る特別な構成を用いることなく、前記バッキング層を貫通するだけの適切な深さの孔を穿孔することができ、ドリルや針などの前記穿孔部材による圧電層へのダメージ（割れ）などを未然に防止することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明のアレイ型超音波振動子は、バッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層が１次元または２次元の複数の圧電素子に素子分離されて成るアレイ型超音波振動子において、前記バッキング層には、該バッキング層を貫通する個別信号配線が形成され、該個別信号配線は、前記バッキング層の穿孔に使用された穿孔部材から成ることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、超音波を吸収するバッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層がダイシングなどによって素子分離（切出）されることで、１次元または２次元配列された複数の圧電素子を有することになるアレイ型超音波振動子において、その複数の各圧電素子に、バッキング層を貫通して個別信号配線を形成するにあたって、穿孔に使用したドリルや針などの穿孔部材を、穿孔の際に該穿孔部材を駆動した駆動部材から切離すことで穿孔した孔内に残留させ、その残留させた穿孔部材をそのまま前記個別信号配線として使用する。
【００１６】
したがって、バッキング層内の個別信号配線を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって低コストに作成することができる。また、個別信号配線はバッキング層内を貫通しているので、圧電素子の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。
【００１７】
また、本発明のアレイ型超音波振動子では、前記圧電層は、前記バッキング層側から、無機圧電層と有機圧電層とを積層して成ることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、各圧電素子は、大パワー送信が可能な無機圧電層上に、高調波帯域の高周波の信号を高感度に受信可能な有機圧電層が積層されて成る。
【００１９】
したがって、高解像な断層像を得ることができるハーモニックイメージングを実現することができるとともに、そのようなハーモニックイメージングを実現する有機無機の積層圧電層で、個別信号配線の増加に対して、本発明は無機圧電層の個別信号配線を、高い信頼性で、容易に作成することができ、好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のアレイ型超音波振動子の製造方法は、以上のように、超音波振動子のバッキング層を貫通する信号配線を形成するにあたって、微細なドリルや針などの穿孔部材がボール盤などの駆動部材に保持（チャック）され、その穿孔部材が前記駆動部材によって前記バッキング層に押し当てられて該バッキング層を穿孔すると、前記穿孔部材を前記駆動部材から切離して孔内に残留させ、そのまま信号配線として使用する。
【００２１】
それゆえ、バッキング層内を貫通する信号配線を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって低コストに作成することができる。また、前記信号配線はバッキング層内を貫通しているので、圧電素子の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明のアレイ型超音波振動子は、以上のように、超音波を吸収するバッキング層上に圧電層が積層され、その圧電層がダイシングなどによって素子分離（切出）されることで、１次元または２次元配列された複数の圧電素子を有することになるアレイ型超音波振動子において、その複数の各圧電素子に、バッキング層を貫通して個別信号配線を形成するにあたって、穿孔に使用したドリルや針などの穿孔部材を、穿孔の際に該穿孔部材を駆動した駆動部材から切離すことで穿孔した孔内に残留させ、その残留させた穿孔部材をそのまま前記個別信号配線として使用する。
【００２３】
それゆえ、バッキング層内の個別信号配線を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって低コストに作成することができる。また、個別信号配線はバッキング層内を貫通しているので、圧電素子の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施の一形態に係るアレイ型の超音波振動子１の１素子分の圧電素子の構造例を示す断面図である。この超音波振動子１は、圧電材料を用いて構成された超音波トランスデューサであり、基板２上に、１次元または２次元に配列された多数の圧電素子を備えて構成され、このアレイ振動子で形成された超音波ビームが電子走査される。各圧電素子は、素子の上（生体側）から、音響レンズ３、第１の整合層４、有機圧電層５、第１のバッキング（ダンパー）層６、第２の整合層７、無機圧電層８、第２のバッキング（ダンパー）層９、および前記基板２から構成される。
【００２５】
前記無機圧電層８は、大パワー送信が可能なＰＺＴのような無機セラミック素子から成り、前記有機圧電層２５には、高調波帯域の高周波の信号を高感度に受信可能な高分子材料の弗化ビニリデン／３弗化エチレン共重合体を用いることができる。そして、この無機圧電層８の下面に設けられる電極１０からは、第２のバッキング層９を貫通して送信用の信号線１１が引出され、有機圧電層５の上面に設けられる電極１２からは、該圧電素子の一方の側面に受信用の信号線１３が引出され、無機圧電層８の上面に設けられる電極１４および有機圧電層５の下面に設けられる電極１５からは、該圧電素子の他方の側面に共通のＧＮＤ線１６が引出される。
【００２６】
図２は、上述のように構成される超音波振動子１の製造工程を説明するための斜視図である。この図２の状態は、蒸着などによって金などの金属で電極１０の形成を行った無機圧電層８を、導電性接着剤樹脂を介して第２のバッキング層９上に積層した後の状態を示す。注目すべきは、本実施の形態では、送信用の信号線１１に、該信号線１１のための孔２１の穿孔に用いた微細ドリル２２を用いることである。穿孔部材である前記微細ドリル２２は、たとえば１００μｍ、最小で３０μｍ程度の径を有し、圧電素子数が、たとえば２５６×２５６の微細ピッチに対応することができる。穿孔にあたって、前記微細ドリル２２は駆動部材であるチャック２３に保持され、モータ２４の回転および該微細ドリル２２の第２のバッキング層９への押圧によって穿孔を行うことができる。なお、第２のバッキング層９の素材によっては、微細ドリル２２に代えて、針を用いることができる。
【００２７】
穿孔後は、前記チャック２３を開放し、または微細ドリル２２を切断することで、該微細ドリル２２を前記第２のバッキング層９から切離し（取外す）、ＧＮＤ用の電極１４が形成された後、ダイシングなどによって、第２のバッキング層９に達する溝２５が形成されて、素子分離（切出）されることで、前記１次元または２次元配列された多数の圧電素子が形成される。その溝２５には、絶縁性で活音響インピーダンスの低い素子間充填剤６が充填される。
【００２８】
こうして平坦になった無機圧電層８上には、第２の整合層７、第１のバッキング層６、ＧＮＤ用の電極１５、有機圧電層５、電極１２が順次積層された後、再び素子分離が行われる。その後、第１の整合層４および音響レンズ３が積層されるとともに、ＦＰＣなどによって前記受信用の信号線１３が形成され、さらに基板２上に第２のバッキング層９の裏面が導電性接着剤などで貼付けられて、該基板２上に形成されたパターンに前記微細ドリル２２が接続される。このとき、第２のバッキング層９から突出した微細ドリル２２の高さを揃えるために、適宜切断や研磨の工程が行われてもよい。
【００２９】
このように本実施の形態では、複数の各圧電素子において、第２のバッキング層９を貫通して、個別の信号線１１を形成するにあたって、穿孔に使用した微細ドリル２２を、穿孔の際に該微細ドリル２２を駆動したチャック２３から切離すことで穿孔した孔２１内に残留させ、その残留させた微細ドリル２２をそのまま前記信号線１１として使用することで、該第２のバッキング層９内の信号線１１を、高い信頼性で、容易に（少ない工数で）、したがって、低コストに作成することができる。また、個別の信号線１１は第２のバッキング層９内を貫通しているので、無機圧電層８の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができる。
【００３０】
上述のような作成方法は、多層基板にも適用することができる。その場合、バッキング層は絶縁基板となり、信号線はビアとなる。しかしながら、前記のように複数の圧電素子が１次元または２次元配列されて成るアレイ型超音波振動子１の場合には、前記のように個別の信号線１１は第２のバッキング層９内を貫通しているので、送信用の無機圧電層８の振動による剥離などの虞は小さく、信頼性を向上することができ、特に好適である。
【００３１】
また、注目すべきは、本実施の形態では、前記微細ドリル２２による穿孔の際に、シート状に形成された電極１０が溝２５によって分断されていないことを利用して、該微細ドリル２２と電極１０との間に、それらの導通を検知する検知手段２７が設けられ、該検知手段２７で前記導通が検知されると、制御手段２８が前記モータ２４の駆動を停止することである。前記検知手段２７は、微細ドリル２２と電極１０との間の短絡を検知する手段で実現することができ、たとえば微細ドリル２２側をプルアップしておき、電極１０にその電圧が現れたときに両者の導通を検知する。
【００３２】
このように構成することで、微細ドリル２２の刃先が、第２のバッキング層９を貫通し、導電性接着剤層に到達した時点で穿孔が停止されるので、孔の深さを測る特別な構成を用いることなく、前記第２のバッキング層９を貫通するだけの適切な深さの孔２１を穿孔することができ、微細ドリル２２による無機圧電層８へのダメージ（割れ）などを未然に防止することができる。
【００３３】
この図１に示す超音波振動子１は、送信用の無機圧電層８と受信用の有機圧電層５とが一体の積層構造としているが、それらを共用する従来の１層の圧電素子であってもよい。しかしながら、前述のように大パワー送信が可能な無機圧電層８上に、高調波帯域の高周波の信号を高感度に受信可能な有機圧電層５を積層した２層構成とすることで、高解像な断層像を得ることができるハーモニックイメージングを実現することができる。そして、そのようなハーモニックイメージングを実現する有機無機の積層圧電層５，８において、無機圧電層８の個別の信号線１１を、高い信頼性で、容易に作成することができ、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の一形態に係るアレイ型の超音波振動子の１素子分の圧電素子の構造例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態の超音波振動子の製造工程を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    超音波振動子
２    基板
３    音響レンズ
４    第１の整合層
５    有機圧電層
６    第１のバッキング（ダンパー）層
７    第２の整合層
８    無機圧電層
９    第２のバッキング（ダンパー）層
１０，１２，１４，１５    電極
１１，１３    信号線
１６    ＧＮＤ線
２１    孔
２２    微細ドリル
２３    チャック
２４    モータ
２５    溝
２６    素子間充填剤
２７    検知手段
２８    制御手段
【図１】
2010073845.tif 000003
【図２】
2010073845.tif 000004