(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）又は金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）をスパッター等の蒸着手段により等電位面を形成し電極となした圧電素子に、画像化の為の超音波信号の送受信を司る電気的な接続媒体を接続するに際し、
組成比がインジウム（Ｉｎ）５２％、錫（Ｓｎ）４８％の固形状半田を基材として厚さ４００μｍ以下のシート状に圧延し、それを打ち抜き或いは切削等の手段により、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒形若しくは略球状ペレットに加工した半田を前記電気的な接続媒体として用いることを特徴とする圧電振動子の製造工程。
【請求項２】
外径が３．４ｍｍ以下のカテーテルタイプの超音波プローブの圧電素子に、画像化の為の超音波信号の送受信を司る電気的な接続媒体を接続するに際し、
組成比がインジウム（Ｉｎ）５２％、錫（Ｓｎ）４８％の固形状半田を基材として厚さ４００μｍ以下のシート状に圧延し、それを打ち抜き或いは切削等の手段により、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒形若しくは略球状ペレットに加工した半田を前記電気的な接続媒体として用いることを特徴とする圧電振動子の製造工程。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の加工半田により製造される圧電振動子であって、超音波画像診断に供する医療用超音波プローブに実装されることを特徴とする圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の製造工程及び圧電振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波画像診断機器は、生体に対する侵襲性が低く、リアルタイムに患者の断層像が得られ、他の画像診断機器等と比較してコンパクトで比較的安価かつ簡便なシステムであるがゆえに広く普及している。特に最近の超音波診断の潮流として振動子の帯域を広帯域化し、深達度の改善と画質向上を両立させる幾多のアプリケーションが開発され臨床適応されることが多い。
【０００３】
又、最近では病変近傍からより詳細な診断情報を得るべく消化器官や尿路器官或いは呼吸器官更には血管等に挿入して超音波走査を行う管腔内超音波診断も普及しており、この診断に供するカテーテルタイプの超音波プローブが製品化されている。
【０００４】
こうした超音波診断に供する超音波プローブの構造は、一般的に関心部位、診断目的に応じて被検体に所要の周波数と音響パワーを有した超音波を送信し、生体内の各組織からその音響インピーダンス（当該媒質の音の伝播速度と密度の積）の違いにより反射されてくる超音波信号を受信する振動子を生体接触部に実装し、その振動子を保持する筐体及び超音波診断装置本体側との信号の送受信を担うケーブル、更には前記超音波診断装置本体との電気的機械的接続を担うコネクター部を有するものである。
【０００５】
振動子のより詳細な構造は図６に示す通りである。電気−機械の可逆的な変換を行う機能性材料としての圧電素子１００、この圧電素子１００を保持し、背面にも伝播される超音波を減衰させるバッキング材１０３、効率よく超音波を生体内に送信し、受信時には生体からの超音波を効率よく圧電素子１００に入力する音響整合層１０４及び音響レンズ１０５で構成される。
【０００６】
圧電素子１００は概して矩形又は円形の板状で、代表的な材料としてはＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）やＰＴ（チタン酸鉛）等である。この圧電素子１００は振動させ、更には前記ケーブルとの電気的接続をとる為、圧電素子１００の振動方向の両面を等電位面に形成し電極とする必要がある。
【０００７】
この電極面は通常、銀（Ａｇ）の焼き付け或いは金（Ａｕ）のスパッター等蒸着手段により形成されることが多い。さて前述の振動子の広帯域化に際しては、前記ＰＺＴ圧電素子を柱状に複数個加工し、所望の間隔ピッチで配し、その空隙部をエポキシ系樹脂で充填した所謂複合圧電体素子を用いる方法等がある。
【０００８】
複合圧電体素子の場合、前記電極形成工程に際しては金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）或いは金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）をスパッタ等の蒸着手段により素子両面に厚み均一に形成することが一般的である。又、カテーテルタイプの超音波プローブの場合、体腔内に挿入するため外形的な制約を受ける。
【０００９】
このため前記圧電素子の開口面積が小さいものとなってしまう。素子面積の小開口化により超音波画像の画質を決定する感度が劣化する傾向にあり、圧電素子の比誘電率を高くすることが設計上求められるが、ＰＺＴをはじめとする圧電素子では比誘電率を高くすると圧電特性を示す限界温度（キュリー点）が下がる傾向にあり、臨床的な適応分野と求められる感度を合理的に判断すると前記キュリー点は１３０度前後になる場合が多い。
【００１０】
金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）或いは金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）で形成された電極面と前記ケーブルの導体との電気的接続や圧電特性を犠牲にすることのない低い温度範囲での電気的接続、更には空間的に狭い領域での電気的接続には、低融点半田による用手法的な半田付けや導電性接着材による接着或いはワイヤーボンディング等の手段が一般的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電極部が金（Ａｕ）で形成されている表面と前述のケーブルとの電気的接続を行なう場合或いは空間的に狭く且つ低い温度での電気的接続を実施する場合の従来技術の課題について以下に述べる。
【００１２】
（１）  半田の場合：Ａｕ電極部に半田を適応する場合、適応温度が高いと金（Ａｕ）が蒸散してしまい電気的接続の信頼性が低いものとなってしまう。種々の検討結果から半田適応温度は１８０℃以下（半田融点では１４０℃以下）が望ましく、又、半田面積も極力小さくする必要があり作業者に高い技量を要求することになる。
【００１３】
更には昨今の環境対策の一環から鉛を含有しない半田（以下鉛フリー半田）が望まれる。以上より当該目的に合致する半田仕様は非常に限定的なものでありＳＯＬＤＥＲＩＮＧ  ＨＡＮＤＢＯＯＫ等公知技術を参考にし合目的的半田を検討した結果、半田の組成としてはビスマス（Ｂｉ）と錫（Ｓｕ）或いはインジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）２成分共晶系の半田が選択される。
【００１４】
空間的に狭い領域で半田付けを行う作業性を勘案した場合ペースト半田が好適である。Ｂｉ／Ｓｎ及びＩｎ／Ｓｎのペースト半田はそれぞれ半田融点１３８℃、１１８℃であるが、４ヶ月以内（Ｉｎ／Ｓｎ系は数週間以内）といった比較的早期に半田特性が劣化してしまう。
【００１５】
（２）  ワイヤーボンディングの場合：ワイヤーボンディング装置はその価格が高価な上、生産する超音波プローブの台数を考慮した場合、設備の投資効果が必ずしも高くない。又、前記ケーブル導電部の仕様も任意に選択できない等の問題点がある。
【００１６】
（３）  導電性接着剤の場合：図７は導電性接着剤と低融点半田の強度と電気抵抗の測定結果を示している。図７からわかるように、電極部とケーブル導電部の電気的接点のインピーダンスは半田仕様に比べて有意に劣る。又、接着強度についても必ずしも高くない。
【００１７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、半田位置への留置が比較的容易であり、きわめて小さい半田面積で圧電素子と接続媒体とを接続可能な圧電振動子の製造工程及び圧電振動子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明に係る圧電振動子の製造工程は、金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）又は金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）をスパッター等の蒸着手段により等電位面を形成し電極となした圧電素子に対して、画像化の為の超音波信号の送受信を司る電気的な接続媒体を接続するに際し、組成比がインジウム（Ｉｎ）５２％、錫（Ｓｎ）４８％の固形状鉛フリー半田を基材として厚さ４００μｍ以下のシート状に圧延し、それを打ち抜き或いは切削等の手段により、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒形若しくは略球状ペレットに加工した半田を前記電気的な接続媒体として用いる。
【００１９】
また、第２の発明に係る圧電振動子の製造工程は、外径が３．４ｍｍ以下のカテーテルタイプの超音波プローブの圧電素子に対して、画像化の為の超音波信号の送受信を司る電気的な接続媒体を接続するに際し、組成比がインジウム（Ｉｎ）５２％、錫（Ｓｎ）４８％の固形状鉛フリー半田を基材として厚さ４００μｍ以下のシート状に圧延し、それを打ち抜き或いは切削等の手段により、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒形若しくは略球状ペレットに加工した半田を前記電気的な接続媒体として用いる。
【００２０】
また、第３の発明に係る圧電振動子は、第１及び第２の発明に係る加工半田により製造される圧電振動子であって、超音波画像診断に供する医療用超音波プローブに実装される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
ここでは、金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）又は金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）をスパッター等の蒸着手段により等電位面を形成し電極となした圧電素子に、画像化の為の超音波信号の送受信を司る電気的な接続媒体を接続することを考える。本実施形態における電気的接続に関しては半田を基本とするが、その構成は以下の通りとする。
【００２３】
インジウムＩｎ及び錫Ｓｎの２元共晶系の固形状鉛フリー半田（このときの組成比はインジウム（Ｉｎ）５２％、錫（Ｓｎ）４８％）を製造し、同固形半田を圧延加工し、４００μｍ以下の厚み均等なシート状にする。次にシート状のＩｎ／Ｓｎ半田を専用の打ち抜き治工具を用いて、その最大外形寸法がφ０．４ｍｍ以下になるように追加工する。この工程により最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒状若しくは略球状の半田ペレットが完成する。
【００２４】
図１（ａ）は、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略円筒状の半田ペレットを示しており、図１（ｂ）は、最大外径寸法がφ０．４ｍｍ以下の略球状の半田ペレットを示している。
【００２５】
この半田ペレットをイソプロピルアルコールに含浸させ前記圧電素子の表面電極部の所定位置に置き、予め導体露出された前記ケーブルの導体部を実体顕微鏡下に観察しながら前記半田ペレットに当接させ１３０℃程度で接続する。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、本発明のペレット状半田を用いた複合圧電振動子に関している。
【００２７】
図２は、本実施形態の圧電振動子５０の構造を示しており、電気−機械変換を司る機能部材としての圧電素子１と、この圧電素子１を保持し、後方へ伝播する超音波を減衰させる部材としてのバッキング材２と、超音波を効率よく生体内へ送信し、受信超音波を効率よく圧電素子１へ導く部材としての音響整合層３と、関心部位へ超音波を集束させる部材としての音響レンズ４とがハウジング７内に配置されている。圧電素子１の音響レンズ４側の面には半田部６−１が、バッキング材２側の面には半田部６−２が設けられている。これらの半田部６−１、６−２は、圧電素子１とケーブル８のケーブル導体５とを接続する電気的な接続媒体である。ケーブル８は、圧電振動子５０から図示せぬ超音波診断装置本体へと延在する。
【００２８】
バッキング材２側の半田部６−２は、ケーブル導体５を直接圧電素子１に接続している。また、音響レンズ４側の半田部６−１は、図２及び図３に示すように、超音波診断装置本体に接続されるケーブル導体５を一旦ハウジング７に接続し、同ハウジング７と、圧電素子１をリード線１０を介して接続するようにする。
【００２９】
図４は、本実施形態の圧電振動子５０を実装した医療用超音波プローブを示す図であり、圧電振動子５０は振動子ホルダー５１により保持されている。ケーブル８は半田部６により圧電振動子５０に接続されている。
【００３０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、ペレット状半田を用いたカテーテルタイプの超音波プローブの圧電振動子に関している。
【００３１】
図５は、本実施形態の圧電振動子の構成を示しており、電気−機械変換を司る機能部材としての圧電素子１と、この圧電素子１を保持し、後方へ伝播する超音波を減衰させる部材としてのバッキング材２と、超音波を効率よく生体内へ送信し、受信超音波を効率よく圧電素子１へ導く部材としての音響整合層３と、関心部位へ超音波を集束させる部材としての音響レンズ４とがハウジング７に配置されている。圧電素子１の音響レンズ４側に設けられた半田部６によりケーブル８のケーブル導体５が圧電素子１に接続されている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、インジウムＩｎ５２％及び錫Ｓｎ４８％を主成分とする鉛フリー半田ペレットは１３０℃以下の温度で融解し、又、その形状から半田位置への留置が比較的容易であり、きわめて小さい半田面積で圧電素子とケーブル導体を接続可能である。
【００３３】
又、ペースト半田と違い半田の寿命も通常の固形半田同様数年と長期保存が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における半田ペレットを示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態の圧電振動子の構造を示す図である。
【図３】音響レンズ４側の半田部６−１の接続状態を示す図である。
【図４】本実施形態の圧電振動子５０を実装した医療用超音波プローブを示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態の圧電振動子の構成を示す図である。
【図６】従来の振動子の構造を示す図である。
【図７】導電性接着剤と低融点半田の強度と電気抵抗の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  圧電素子
２  バッキング材
３  音響整合層
４  音響レンズ
５  ケーブル導体
６、６−１、６−２  半田部
７  ハウジング
８  ケーブル
５０  圧電振動子
５１  振動子ホルダー
【図１】
0003556637.tif 000002
【図２】
0003556637.tif 000003
【図３】
0003556637.tif 000004
【図４】
0003556637.tif 000005
【図５】
0003556637.tif 000006
【図６】
0003556637.tif 000007
【図７】
0003556637.tif 000008