(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の背面側に設けられ、前記複数の圧電素子から背面側へ放射される超音波を吸収するバッキングと、
前記複数の圧電素子と前記バッキングとの間に設けられた複数の背面中間層と、
前記バッキング及び前記複数の背面中間層を通過して前記複数の圧電素子に電気的に接続された複数のリードと、
を含み、
前記複数の背面中間層においては、隣接する背面中間層を互いに分離する複数の分割溝が形成され、
前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各リードは、
前記バッキング内に挿通された第１リード部分と、
前記各背面中間層に挿通された第２リード部分と、
で構成され、
前記第１リード部分と前記第２リード部分は１本の導線からなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各圧電素子の音響インピーダンスをＺ１とし、前記各背面中間層の音響インピーダンスをＺ２とし、前記バッキングの音響インピーダンスをＺ３とした場合に、Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３の関係が成り立ち、
前記各背面中間層が背面側整合層として機能することを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各圧電素子の音響インピーダンスをＺ１とし、前記各背面中間層の音響インピーダンスをＺ２とし、前記バッキングの音響インピーダンスをＺ３とした場合に、Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２の関係が成り立ち、
前記各背面中間層が背面側反射層として機能することを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各背面中間層は導電性部材で構成され、
前記各背面中間層が前記各圧電素子の電極パッドとして兼用されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の背面側に設けられ、前記複数の圧電素子から背面側へ放射される超音波を吸収するバッキングと、
前記複数の圧電素子と前記バッキングとの間に設けられた電極パッドとして機能する複数の背面中間層と、
前記複数の背面中間層に電気的に接続された複数のリードと、
を含み、
前記複数の背面中間層においては、隣接する背面中間層を互いに分離する複数の分割溝が形成され、
前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
背面中間部材と基板との間に複数の導線を掛け渡す工程と、
前記背面中間部材と前記基板との間にバッキングを設ける工程と、
前記背面中間部材の上面側に圧電部材を設ける工程と、
前記圧電部材及び前記背面中間部材をカッティングし、これにより、複数の圧電素子及び複数の背面中間層を形成する工程と、
を含み、
前記カッティングにより、前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が形成されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の製造方法において、
前記バッキングを設ける工程と前記圧電部材を設ける工程との間で、前記背面中間層の上面に電極部材を設ける工程を含み、
前記カッティングにより、前記複数の圧電素子、複数の電極パッド及び前記複数の背面中間層が形成されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の製造方法において、
前記バッキングを設ける工程では、前記背面中間部材と前記基板との間に流動性あるバッキング材料が充填され、且つ、それが硬化され、
その際に、前記背面中間部材と前記基板とが前記複数の導線の位置決め部材として機能することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の製造方法において、
前記背面中間部材には複数の貫通孔があらかじめ形成され、
前記各貫通孔に前記各導線が挿通されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特にリードアレイを内蔵するバッキングを備えた超音波探触子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の振動素子からなる例えば２Ｄアレイ振動子においては、各振動素子に対してリード（シグナルリード）を接続するために、リードアレイを内蔵したバッキングが用いられる（例えば、特許第３２７９３７５号参照）。ここで、バッキングの上面及び下面には、複数のリードに接続された複数の電極パッドが形成される。上面の各電極パッドが各圧電素子の電極面（下面）に接合される。これにより、各圧電素子に対して各リードが電気的に接続される。
【０００３】
従来から、各圧電素子ごとにその前面側に整合層が設けられている。これは、圧電素子の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの整合を図るためである。その一方、各圧電素子ごとにその背面側に背面中間層を設けることも提案されている。ここで、背面中間層は、その特性如何によって、背面側整合層あるいは背面側反射層として機能させることができるものと考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の背面中間層を設けると、そのままでは、バッキング内に設けられた複数のリードを各圧電素子に対して電気的に接続することができなくなる。また、そのような背面中間層を設ける合理的な製造プロセスが求められる。
【０００５】
本発明の目的は、背面中間層を設けた場合においても、各圧電素子に対してリードを確実に接続できるようにすることにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、複数の背面中間層及びリードアレイ内蔵のバッキングを有する超音波探触子の製法プロセスを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の背面側に設けられ、前記複数の圧電素子から背面側へ放射される超音波を吸収するバッキングと、前記複数の圧電素子と前記バッキングとの間に設けられた複数の背面中間層と、前記バッキング及び前記複数の背面中間層を通過して前記複数の圧電素子に電気的に接続された複数のリードと、を含み、前記複数の背面中間層においては、隣接する背面中間層を互いに分離する複数の分割溝が形成され、前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、バッキング及び複数の背面中間層を貫通して、複数のリードが設けられ、それらによって、各圧電素子に対してシグナルを供給でき、あるいは、グランドを接続できる。本発明は、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子（スパース型アレイ振動子を含む）などの各種のアレイ振動子に適用できる。
【０００９】
望ましくは、前記各リードは、前記バッキング内に挿通された第１リード部分と、前記各背面中間層に挿通された第２リード部分と、で構成され、前記第１リード部分と前記第２リード部分は１本の導線からなる。この構成によれば、第１リード部分と第２リード部分とを接続する必要がなくなる。
【００１０】
望ましくは、前記各圧電素子の音響インピーダンスをＺ１とし、前記各背面中間層の音響インピーダンスをＺ２とし、前記バッキングの音響インピーダンスをＺ３とした場合に、
Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３    ・・・（１）
の関係が成り立ち、前記各背面中間層が背面側整合層として機能する。
【００１１】
この構成によれば、背面中間層は、音響インピーダンスを整合させる整合層として機能し、つまり、バッキングにおける超音波の吸収作用をより高めることが可能となる。
【００１２】
望ましくは、前記各圧電素子の音響インピーダンスをＺ１とし、前記各背面中間層の音響インピーダンスをＺ２とし、前記バッキングの音響インピーダンスをＺ３とした場合に、
Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２    ・・・（２）
の関係が成り立ち、前記各背面中間層が背面側反射層として機能する。
【００１３】
この構成によれば、背面中間層が音響インピーダンスの相違を積極的に利用した反射層として機能する。つまり、背面側へ放射させる超音波の一部を前方へ反射して、圧電素子から前方へ放射される超音波の音圧を高めることができる。いずれにしても、背面中間層を整合層又は反射層として機能させるために、その厚さを超音波の波長との関係で適切なものにするのが望ましい。
【００１４】
望ましくは、前記各背面中間層は導電性部材で構成され、前記各背面中間層が前記各圧電素子の電極パッドとして兼用される。この構成によれば、各圧電素子ごとに電極パッドを別途設ける必要がないので、構造を簡易化でき、製造コストを低減できる。
【００１５】
（２）また、本発明は、複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の背面側に設けられ、前記複数の圧電素子から背面側へ放射される超音波を吸収するバッキングと、前記複数の圧電素子と前記バッキングとの間に設けられた電極パッドとして機能する複数の背面中間層と、前記複数の背面中間層に電気的に接続された複数のリードと、を含み、前記複数の背面中間層においては、隣接する背面中間層を互いに分離する複数の分割溝が形成され、前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が設けられたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、各リードは、バッキング及び各背面中間層の両者を貫通してもよいし、バッキングだけを貫通して各背面中間層の下面に電気的に接続されてもよい。いずれにしても、各リードは各背面中間層に電気的に接続される。
【００１７】
（３）また、本発明は、背面中間部材と基板との間に複数の導線を掛け渡す工程と、前記背面中間部材と前記基板との間にバッキングを設ける工程と、前記背面中間部材の上面側に圧電部材を設ける工程と、前記圧電部材及び前記背面中間部材をカッティングし、これにより、複数の圧電素子及び複数の背面中間層を形成する工程と、を含み、前記カッティングにより、前記各圧電素子ごとに、分離した背面中間層が形成されることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、背面中間部材と基板に複数の導線を掛け渡した状態でバッキングが形成され、また、圧電部材と背面中間部材とが共にカッティングされる。各背面中間層は、望ましくは絶縁性を有する。
【００１９】
望ましくは、前記バッキングを設ける工程と前記圧電部材を設ける工程との間で、前記背面中間部材の上面に電極部材を設ける工程を含み、前記カッティングにより、前記複数の圧電素子、複数の電極パッド及び前記複数の背面中間層が形成される。
【００２０】
望ましくは、前記バッキングを設ける工程では、前記背面中間部材と前記基板との間に流動性あるバッキング材料が充填され、且つ、それが硬化され、その際に、前記背面中間部材と前記基板とが前記複数の導線の位置決め部材として機能する。この構成によれば、各導線の位置決めを簡便に行える。
【００２１】
望ましくは、前記背面中間部材には複数の貫通孔があらかじめ形成され、前記各貫通孔に前記各導線が挿通される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係る超音波探触子の製造プロセスの要部がフローチャートとして示されている。以下に、各図を参照しながら、その製造プロセスについて説明すると共に、本実施形態に係る超音波探触子が有する超音波振動子の構造上の特徴についても説明することにする。
【００２４】
本実施形態に係る超音波探触子は、超音波診断装置本体に対してケーブルを介して接続される。また、その使用時においては生体の体表面上に当接して用いられ、その状態において超音波の送受波がなされる。もちろん、本実施形態に係る超音波探触子は体腔内に挿入されるものであってもよい。
【００２５】
図１に示されるＳ１０１の工程について説明する。図２において、背面中間部材１０と基板１２とが一定の間隔を隔てて位置決めされる。ここで、背面中間部材１０は、各振動素子ごとに背面中間層を構成するための部材であり、その背面中間部材１０は、図２に示す例において板状の部材として構成されている。背面中間部材１０は、例えばエポキシ樹脂に無機粉末などを混入した材料によって構成することができる。またその背面中間部材１０には、振動素子の二次元配列に対応して複数の貫通孔１０Ａが形成されている。貫通孔１０Ａは例えばレーザー加工や極細径ドリルなどを用いて形成することができる。背面中間部材１０は、図２に示す例において、絶縁性をもった部材であるが、後述するようにそれが導電性の部材によって構成されてもよい。背面中間部材１０の厚さは超音波の波長との関係において設定され、望ましくはその厚さは４分の１波長の奇数倍に設定される。
【００２６】
上述した基板１２は絶縁性をもった板状の部材として構成される。また、背面中間部材１０に形成された複数の貫通孔１０Ａと同一の配列で、その基板１２にも複数の貫通孔１２Ａが形成されている。もちろん、背面中間部材１０に形成された複数の貫通孔１０Ａと異なる配列で、その基板１２にも複数の貫通孔１２Ａが形成されていてもよい。基板１２の背面側すなわち図において下面側には、それらの複数の貫通孔１２Ａに対応して複数の電極パッド１４が設けられている。この電極パッド１４は導電性部材により構成される。各電極パッド１４の中央部分には貫通孔１４Ａが形成され、基板１２に形成された各貫通孔１２Ａと電極パッド１４に形成された貫通孔１４Ａは互いに連通している。
【００２７】
図１に示すＳ１０１の工程では、図２に示したように、背面中間部材１０及び基板１２を一定間隔隔てて位置決めした状態において、それらの間に複数の導線１８が掛け渡される。具体的には、背面中間部材１０に形成された各貫通孔１０Ａに導線１８の一方端側が刺し通され、また基板１２の各貫通孔１２Ａ（及び貫通孔１４Ａ）に導線１８の他方端側が刺し通される。
【００２８】
そして、各電極パッド１４の貫通孔１４Ａに対して例えば半田付けなどを行なった後、各導線１８における電極パッド１４から下方に引き出された部分を切断する。図２はその状態を表しており、符号１６は半田付け部分を示している。もちろん、そのような導線１８の引き出された部分の切断は後の工程において行われてもよい。
【００２９】
図１のＳ１０２では、図２に示した背面中間部材１０と基板１２との間の空間２０が図示されていない枠体によって取り囲まれ、その空間２０内にバッキング材料が充填される。図２には背面中間部材１０及び基板１２を保持している位置決め部材について図示省略されている。
【００３０】
なお、図２においては、発明の理解のため、貫通孔１０Ａ、貫通孔１２Ａ及び貫通孔１４Ａがそれぞれ大きく示されているが、実際にはそれらの貫通孔１０Ａ，１２Ａ，１４Ａの直径は導線１８の直径よりも若干だけ大きいものとして設定される。それらの貫通孔１０Ａ，１２Ａ，１４Ａについては、後の図３及び図４などにおいて図示省略されている。
【００３１】
ここで、バッキング材料について説明すると、本実施形態においては、そのバッキング材料として、例えば、エポキシ樹脂にタングステン粉末などを混入した材料を用いることができる。ここで、エポキシ樹脂にタングステン粉末などを混入する目的は、所望の音響インピーダンス及び所望の減衰率を得るためである。上記のＳ１０２では、充填されたバッキング材料に対する真空脱泡後、例えば８０℃で５時間放置し、そのバッキング材料を硬化させる。そして、そのバッキング材料を所定の外形が得られるように加工する。
【００３２】
図１のＳ１０３では、図３に示されるように、背面中間部材１０の上面に電極部材２４を形成する。この電極部材２４は、図３に示す例において板状の部材として構成されているが、この段階において各振動素子ごとに電極部材２４すなわち電極パッドを設けるようにしてもよい。電極部材２４は、例えば無電解メッキ法、蒸着法、スパッタ法、導電性塗料の塗布などの手法を用いて形成することができる。
【００３３】
図３に示されるように、電極部材２４は、後にシグナルリードとして機能する導線１８の上端に電気的に接続される。各導線１８は、大別して、第１部分１８Ａと第２部分１８Ｂとからなり、第１部分１８Ａはバッキング２２内を挿通しており、第２部分１８Ｂは背面中間部材１０内を挿通している。それらの部分ごとに個別的に導線の埋設を行う場合に比べて、本実施形態においては、背面中間部材１０及びバッキング２２の両者に対して、導線を一括して設けることができるという利点がある。
【００３４】
図１に示すＳ１０４の工程では、図３に示したブロック体の上面、すなわち電極部材２４の上面に、板状の圧電部材（圧電板）が接着される。この場合においては、例えば導電性接着剤あるいは非導電性接着剤が用いられる。圧電部材は、後に示すように、シグナル電極として機能する下面電極層及びグランド電極として機能する上面電極層を有している。それらの電極層はたとえば蒸着法やスパッタ法など用いて膜状に形成することができる。
【００３５】
次に図１のＳ１０５の工程では、圧電部材が接着された後の加工体に対してその上面側から、縦方向及び横方向に沿って、複数の分割溝がマトリクス状に形成される。
【００３６】
上記の分割溝の形成により、背面中間部材１０は、複数の背面中間層に分割され、また、図３に示した電極部材２４も複数の電極パッドに分割される。さらに上述した圧電部材も複数の圧電素子に分割される。
【００３７】
図１のＳ１０６では、複数の圧電素子の上面側にグランドリードが設けられる。このグランドリードは例えば平面的な形状をもった銅箔などによって構成される。そのグランドリードには各圧電素子に設けられた上面電極層が電気的に接続される。そして、その後に、そのグランドリードの上面側に板状の整合部材が接着される。そして、Ｓ１０７では、その整合部材に対して、縦方向及び横方向に沿って、マトリクス状に分割溝が形成され、これにより複数の振動素子に対応して複数の整合層が形成されることになる。
【００３８】
図４には、Ｓ１０７の工程を実行した後の状態が示されている。上述したＳ１０５の工程では、例えばダイシング・ソーなどを利用して分割溝１００が形成され、上述したＳ１０７の工程では、上記同様にダイシング・ソーなどを利用して分割溝１０２が形成される。各振動素子について見ると、バッキング２２の上面側には背面中間層１０Ｂが設けられ、その上面側には電極パッド２４Ａが形成されている。その電極パッド２４Ａの上面側には圧電素子２６が設けられている。圧電素子２６の下面電極層２６Ｂは電極パッド２４Ａと電気的に接続されている。圧電素子２６の上面側にはグランドリード２８が設けられ、そのグランドリード２８は圧電素子２６の上面電極層２４Ａと電気的に接続されている。グランドリード２８の上面側には整合層３０が設けられている。上記説明から明らかなように、また図示されるように、上方から垂直に形成される各分離溝１００は、背面中間部材１０の厚みを越えてバッキング２２に入り込む深さを有しており、これにより、各背面中間層１０Ｂが他の背面中間層１０Ｂから分離されている。
【００３９】
すなわち、以上の各工程を実行することにより、例えば２Ｄアレイ振動子を構成することができる。上記の分割溝１００は、各振動素子間（及び各背面中間層間）において各振動素子（及び各背面中間層）を互いに電気的かつ音響的に分離するための溝として機能し、その分離溝１００内には必要に応じて電気的かつ音響的な隔絶性を有する部材を充填するようにしてもよい。これは分割溝１０２についても同様である。
【００４０】
次に、各背面中間層１０Ｂの機能について説明する。圧電素子２６の音響インピーダンスをＺ１とし、各背面中間層１０Ｂの音響インピーダンスをＺ２とし、バッキング２２の音響インピーダンスをＺ３とする。
【００４１】
この場合において、各背面中間層１０Ｂを背面側整合層として機能させる場合には、Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３の関係が満たされるように、各音響インピーダンスを設定する。
【００４２】
一方、各背面中間層１０Ｂを背面側反射層として機能させる場合には、Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２の関係が成り立つように、各部材の音響インピーダンスを設定する。
【００４３】
各背面中間層１０Ｂが背面側整合層として機能する場合には、バッキング２２における不要超音波の吸収作用をより高めることができ、一方、各背面中間層１０Ｂを背面側反射層として機能させる場合には、前方に放射される超音波の音圧をより高めることも可能となる。そのような作用をより生じさせるために、背面中間層１０Ｂの厚さは超音波の波長の４分の１の奇数倍に設定するのが望ましい。
【００４４】
図５には、他の実施形態の要部構成が示されている。この実施形態においては、背面中間層３０として導電性の部材が用いられる。リード１８はバッキング内に挿通された第１部分１８Ａと背面中間層３０に挿通された第２部分１８Ｂとから構成されている。背面中間層３０が導電性の部材で構成されているために、図４などに示した電極パッド２４Ａを排除することができ、その分だけ構造を簡略化でき、製造プロセスを簡略化できるという利点がある。
【００４５】
また、図６には、さらに他の実施形態が示されており、この図６に示す構成例では、図５に示す例と同様に導電性の背面中間層３０が用いられているが、導線１８の上端は背面中間層３０の下面レベルまでしか到達しておらず、背面中間層３０の全体を貫通していない。
【００４６】
バッキング２２が導電性の部材で構成される場合には、導線の外側に絶縁性の被覆層を設けるのが望ましい。
【００４７】
なお、図２に示した貫通孔１０Ａには、背面中間部材１０と同一の部材を充填硬化するようにしてもよいし、これと同様に、基板１２における貫通孔１２Ａにも基板１２と同様の部材を充填硬化するようにしてもよい。さらに、本実施形態においては、背面中間層が一層のみ設けられていたが、複数の背面中間層を積層する構成を採用するようにしてもよい。この場合においては、各層の音響インピーダンスを段階的に異ならせるようにしてもよい。そして、その場合においては各層の厚みを超音波の波長の波長の４分の１の奇数倍とするのが望ましい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、背面中間層を設けた場合においても各圧電素子に対してリードを確実に接続できる。また、本発明によれば複数の背面中間層及びリードアレイ内蔵のバッキングを有する超音波探触子の製造プロセスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探触子の製造プロセスを説明するためのフローである。
【図２】導線を挿通する工程を説明するための図である。
【図３】電極部材を形成する工程を説明するための図である。
【図４】最終的に形成された二次元アレイ振動子を示す図である。
【図５】他の実施の形態の構成を示す図である。
【図６】更に他の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  背面中間部材、１２  基板、１４  電極パッド、１８  導線、２２  バッキング、２４  電極部材、２６  圧電素子、２８  グランドリード、１００，１０２  分割溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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