(57)【要約】【課題】振動素子アレイの背面側に設けられるバッキング部材においては、その内部に設けられた各基板において超音波の反射が生じており、また基板上において超音波の伝搬が生じていた。【解決手段】バッキング部材５２はバッキング本体７３と複数の基板７２とで構成される。各基板７２はベース層７４とリードパターンとによって構成される。各リードパターンは複数のリードによって構成される。基板７２における上端部分には複数の突出部が形成されている。つまり、基板７２における不要（障害）部分が除去されている。よって、各突出部分間においてはバッキング材料が満たされることになるので、基板による超音波の反射や伝搬という問題を防止できる。【選択図】図４
2006339748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動素子で構成されるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の下方に設けられ、前記アレイ振動子に対して電気的に接続される複数の基板を有するバッキング部材と、
を含み、
前記各基板は、ベース層と、前記ベース層に設けられた複数のリードと、を有し、
前記各基板の上端部には、前記アレイ振動子側へ突出した複数の突出部と、複数の切欠部と、が交互に形成され、
前記各突出部はリード突出要素を有し、
前記バッキング部材の上層部は、バッキング材料と、そのバッキング材料に埋設された突出部アレイと、で構成さ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、
前記各切欠部の幅は、前記アレイ振動子における振動素子間に形成される各分離溝の幅よりも大きいことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記各切欠部の深さは、前記各分離溝における前記バッキング部材内への進入深さよりも大きい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、
前記各突出部の突出量は、前記アレイ振動子で送受波される超音波の波長の２倍以上であ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、
前記各突出部は、細長い形状を有するベース層突出要素と、細長い形状を有する前記リード突出要素と、を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各リードは、
前記リード突出要素と、
前記リード突出要素の下端側に設けられ、水平方向に広がったリード中継要素と、
前記リード中継要素を介して前記リード突出要素に対して電気的に接続されたリード本体要素と、
で構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各基板はフレキシブル回路基板であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
Ｘ方向及びＹ方向で定義される面上に配列された複数の振動素子で構成されるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の下方に設けられ、前記アレイ振動子から後方へ放射される超音波を減衰する部材であって、前記アレイ振動子に対して電気的に接続されるＸ方向に並んだ複数の基板を有するバッキング部材と、
を含み、
前記バッキング部材の上層部には、Ｙ方向に並び且つそれぞれＸ方向に伸長した複数の切欠溝が形成され、これにより、前記各基板の上端部に複数の突出部が形成され、
前記各突出部は、前記アレイ振動子側へ突出しつつリード突出要素を有し、
前記各切欠溝にはバッキング材料が充填され、これにより、前記バッキング部材内において隣り合う突出部間がバッキング部材で満たされたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
請求項８記載の超音波探触子において、
前記各切欠溝の底面は平坦であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
請求項８記載の超音波探触子において、
前記各切欠溝の底面は１又は複数の斜面で構成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１１】
請求項８記載の超音波探触子において、
前記各切欠溝に充填されるバッキング材料は、前記バッキング部材のバッキング本体を構成するバッキング材料と実質的に同一であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
請求項８記載の超音波探触子において、
前記各突出部の上端のＹ方向幅は、その両側を通過する２つの切欠溝の間隔によって規定されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１３】
複数の基板を有するバッキング部材を製作する工程と、
前記バッキング部材の上側に複数の振動素子を設ける工程と、
前記複数の振動素子の上側に複数の整合素子を設ける工程と、
を含み、
前記バッキング部材を製作する工程では、前記各基板の上端部に複数の突出部が形成され、
前記各突出部はリード突出要素を有し、
前記複数の振動素子を設ける工程では、前記バッキング部材の上面に露出した複数のリード突出要素端面が前記複数の振動素子に対して電気的に接続される、
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の製造方法において、
前記バッキング部材を製作する工程は、
前記複数の基板を用いてバッキングブロックを製作する工程と、
前記バッキングブロックに対して複数の切欠溝を形成し、これによって前記各基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、
前記複数の切欠溝にバッキング材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の製造方法において、
前記バッキング部材を製作する工程は、
前記複数の基板として、上端部におけるリード間に複数の空洞部が形成された複数の加工基板を製作する工程と、
前記各空洞部にバッキング部材を充填させつつ、前記複数の加工基板を用いてバッキングブロックを製作する工程と、
前記バッキングブロックの上端縁を取り除き、前記各加工基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の製造方法において、
前記バッキング部材を製作する工程は、
前記複数の基板として、上端部におけるリード間に複数の空洞部が形成された複数の加工基板を製作する工程と、
前記各空洞部にバッキング部材を充填させ、その後に、前記各加工基板の上端縁を取り除き、前記各加工基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、
前記複数の突出部が形成された複数の加工基板を用いて、前記バッキング部材を製作する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の製造方法において、
前記複数の切欠溝の形成前においては、前記各基板における各リードの上端部が幅広に形成され、
前記複数の切欠溝の形成時に、前記各リードの上端部が部分的に除去されて前記リード突出要素が残存す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】
【技術分野】
【０００１】
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したバッキング部材の構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探触子は、超音波の送受波を行うアレイ振動子と、アレイ振動子の上側に設けられた整合層と、アレイ振動子の下側に設けられたバッキング部材と、を有する。バッキング部材は、一般に、アレイ振動子から後方へ放射された超音波を減衰あるいは吸収する作用を発揮する。バッキング部材が良好な特性を有していない場合、アレイ振動子それ本来の特性を十分に発揮させることができない。
【０００３】
アレイ振動子は複数の振動素子で構成される。近年、２Ｄアレイ振動子が実用化されつつあり、その２Ｄアレイ振動子は複数の振動素子を二次元配列したもので、例えば、数百個あるいは数千個の振動素子によって構成される。２Ｄアレイ振動子の一種として、分散配置された複数の有効素子を用いて超音波を送受波するスパース型２Ｄアレイ振動子も知られている。
【０００４】
２Ｄアレイ振動子を構成する多数の振動素子に対して個別的に信号線を接続するために、バッキング部材内に二次元リードアレイを埋設する技術が提案されている。つまり、２Ｄアレイ振動子の下方側から複数の信号線を引き出すものである。そのような二次元リードアレイ内蔵型バッキング部材の製造方法として各種の方法が提案されているが、その中でフレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）基板（以下、単に「基板」という。）を利用する方法が注目されている。これは複数の基板をバッキング材料内に埋設するものである。この種の基板を利用すればリード列パターンを自在に設定できる、各リードの引出しを簡便に行える、などの利点を得られる。典型的な従来技術によれば、複数のバッキング板と複数の基板とが交互に配列されつつそれら全体が接着剤によって接着される（特許文献１、２参照）。なお、複数の基板を型枠内に位置決めし、型枠内にバッキング材料を充填し、それを硬化させることにより、バッキング部材を形成することも可能である。なお、本願に関連する未公開の先願として特願２００４−１６４０８１号（出願日：２００４年６月２日）をあげることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３１８９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３０９４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者の実験によれば、複数の基板を内蔵したバッキング部材を利用した超音波振動子において、複数の基板の配列方向とそれに直交する方向とで超音波の周波数特性及びビーム指向性が異なることが確認されている。つまり、バッキング部材の構造（つまり複数の基板の配列）がアレイ振動子の特性に影響を与えているものと推察される。その原因として、バッキング部材内において、基板それ自体を伝搬する超音波による影響、及び、基板間での内部反射（多重反射）などが考えられる。なお、ＦＰＣ基板以外の基板を用いる場合にも、上記同様の問題が生じるものと予想される。
【０００７】
上記問題を図１〜図３を用いて説明する。図１には従来のバッキング部材１０が示されている。バッキング部材１０は、バッキング材料で構成されたバッキング本体１２と、複数の基板１４とで構成される。各基板１４は、絶縁部材で構成されたフィルム状のベース層と、その一方面に形成されたリードパターンとで構成される。リードパターンは複数のリード１８を有する。各リード１８は図１においてＺ方向に伸長している。図１に示されるように、各基板１４は矩形の形状を有し、その上面はバッキング部材１０の上面に露出している。図２には超音波探触子のケース内に配置される振動子アセンブリが示されている。振動子アセンブリは、上記のバッキング部材１０、振動素子アレイ（アレイ振動子）２０、整合素子アレイ（整合層）２２、等を有する。振動素子アレイ２０は、二次元配列された複数の振動素子２４で構成され、整合素子アレイ２２も二次元配列された複数の整合素子３８で構成される。図２には３×３個の振動素子が示されているが、実際には数百から数千の振動素子が設けられる。各振動素子２４の下面側にはシグナル電極２６が個別的に設けられ、複数の振動素子２４の上面側には共通のグランド電極３６が設けられている。
【０００８】
複数の振動素子２４は、振動材料で構成された１枚のプレートに対して、Ｘ方向及びＹ方向に複数の分離溝２８を形成することによって製作される。各分離溝２８の下端はバッキング部材１０の上層部に若干入り込んでいる。これはプレートを複数の振動素子に完全に分離するためである。これと同様に、複数の整合素子３８は、整合材料で構成された１枚のプレートに対して、Ｘ方向及びＹ方向に複数の分離溝３２を形成することによって製作される。
【０００９】
図３には、上記バッキング部材１０を上方から見た模式図が示されている。図３においては、複数の基板１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが示されており、破線４０は振動素子区画を示している。今、中央の振動素子４２に着目すると、その背面から放射された超音波の内で、一部の超音波が水平方向に伝搬し、それが隣接する基板１４Ａ，１４Ｃ側へ進行し、それらにより反射する（符号４４、４６参照）。つまり、不要な反射波が生じる。一方、振動素子４２の背面から放射された超音波の内で、他の一部の超音波が基板１４Ｂ上を直接的に伝搬し（符号４８、５０参照）、両隣の振動素子へその超音波が回り込む。
【００１０】
以上の原因により、アレイ振動子の周波数特性や指向特性に悪影響が生じる。特に、バッキング部材内においてＸ方向とＹ方向とで超音波の応答に差異が生じるので、超音波ビームの指向性がＸ方向とＹ方向とでは異なってしまう。その結果、Ｘ方向についての断層画像とＹ方向についての断層画像とで画質に差異が生じてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、良好な特性を有する超音波探触子を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、超音波振動子に設けられるバッキング部材の特性を良好にすることにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、バッキング部材内において水平方向に伝搬する超音波による問題を解消又は軽減することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、良好な特性をもったバッキング部材を簡便にあるいは精度良く製作することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）本発明は、複数の振動素子で構成されるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の下方に設けられ、前記アレイ振動子に対して電気的に接続される複数の基板を有するバッキング部材と、を含み、前記各基板は、ベース層と、前記ベース層に設けられた複数のリードと、を有し、前記各基板の上端部には、前記アレイ振動子側へ突出した複数の突出部と、複数の切欠部と、が交互に形成され、前記各突出部はリード突出要素を有し、前記バッキング部材の上層部は、バッキング材料と、そのバッキング材料に埋設された突出部アレイと、で構成されたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、バッキング部材が複数の基板を有し、各基板が複数の突出部を有する。これにより、バッキング部材の上層部には、バッキング材料内に突出部アレイが構成される。つまり、リード突出要素を備えた各突出部の周囲（隣接する突出部間）がバッキング材料で満たされる。このように、バッキング部材の上層部において、各基板における不要（障害）部分が部分的に除去されているので、基板それ自体の伝搬による超音波の回り込み、及び、基板間で生じる超音波の反射という上層部において顕著となる問題を軽減及び解消できる。
【００１７】
上記の基板は、薄いフィルム状のＦＰＣであるのが望ましいが、それ以外であってもよい。アレイ振動子は、スパース型アレイ振動子を含む２Ｄアレイ振動子であるのが望ましいが、１．５Ｄアレイ振動子などであってもよい。各突出部を細長い形状として構成するのが望ましいが、上方に向かって先細となった形状などを採用してもよい。切欠部は、矩形の他に上方に広がった三角形、台形などの各種の形態で構成することができる。
【００１８】
各基板に対してあらかじめ複数の突出部を形成しておくこともできるが、一般に、各突出部の強度が問題となり、つまり、複数の突出部の適正な配列を維持することが困難となるので、後述するように、複数の基板を用いてバッキングブロック（積層体）を構成した後に、そのバッキングブロックを加工することによって、結果として、各基板に複数の突出部が形成されるようにするのが望ましい。
【００１９】
望ましくは、前記各切欠部の幅は、前記アレイ振動子における振動素子間に形成される各分離溝の幅よりも大きい。望ましくは、前記各切欠部の深さは、前記各分離溝における前記バッキング部材内への進入深さよりも大きい。
【００２０】
一般に、分離溝（素子分離溝）の形成時に、基板の上辺が部分的に切削されることになるが、その分離溝は極めて細いスリットであって、上記の各種問題を解決できるものではない。また、その幅を大きくすると、振動素子それ自体のサイズが小さくなってしまうことになる。上記構成によれば、そのような分離溝とは別に切欠部（あるいは後述する切欠溝）を形成して、基板における必要な部分のみを残して不要部分を事後的に除去し、これによって、上記の各種問題に効果的に対処できる。
【００２１】
望ましくは、前記各突出部の突出量は、前記アレイ振動子で送受波される超音波の波長の２倍以上である。各突出部の突出量、換言すれば、切欠部の深さは、超音波の回り込みや反射を効果的に防止できる程度の大きさに設定するのが望ましい。バッキング部材内における超音波の減衰を考慮すると、各突出部の突出量は超音波の波長の２倍以上であることが望ましく、特に望ましくは３倍以上である。あまり突出量を大きくし過ぎると、各突出部（あるいは後述する突出壁）についての強度の問題等が生じることになるので、それを考慮して突出量を設定するのが望ましい。
【００２２】
例えば、バッキング材料における超音波の減衰を４０dB/cm・MHzとし、超音波の周波数を３MHzとした場合、片道での減衰を検討すると、６dB減衰を得るには０．５mmの深さが必要であり、１０dB減衰を得るには０．８３mmの深さが必要であり、２０dB減衰を得るには１．６６mmの深さが必要である。一般的には、数〜数十MHzの超音波が用いられ、バッキング材料としては２０〜６０dB/cm・MHz程度のものが用いられるので、突出部の突出量は０．３〜４．０mmの範囲内に設定されるのが望ましく、特に０．５〜２mmの範囲内に設定されるのが望ましい。勿論、諸条件によってそれらの数値は変動し得る。
【００２３】
望ましくは、前記各突出部は、細長い形状を有するベース層突出要素と、細長い形状を有する前記リード突出要素と、を有する。各突出部において、ベース層突出要素はリード突出要素の補強材あるいは形成媒体として機能する。なお、各突出部を基板上のリードパターンに連結された線状導電部材によって構成してもよい。つまり、各基板の上辺に櫛歯状の線状部材アレイを別途付加するようにしてもよい。
【００２４】
望ましくは、前記各リードは、前記リード突出要素と、前記リード突出要素の下端側に設けられ、水平方向に広がったリード中継要素と、前記リード中継要素を介して前記リード突出要素に対して電気的に接続されたリード本体要素と、で構成される。この構成によれば、水平方向に広がったリード中継要素によって、リード本体要素を基準として、リード突出要素の形成位置に自由度をもたすことが可能となる。望ましくは、前記各基板はフレキシブル回路基板である。フレキシブル回路基板であれば、エッチング等の手法によって、リードパターンを自在に形成できるので、例えば、スパース型アレイ振動子に容易に対応できる。
【００２５】
（２）本発明は、Ｘ方向及びＹ方向で定義される面上に配列された複数の振動素子で構成されるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の下方に設けられ、前記アレイ振動子から後方へ放射される超音波を減衰する部材であって、前記アレイ振動子に対して電気的に接続されるＸ方向に並んだ複数の基板を有するバッキング部材と、を含み、前記バッキング部材の上層部には、Ｙ方向に並び且つそれぞれＸ方向に伸長した複数の切欠溝が形成され、これにより、前記各基板の上端部に複数の突出部が形成され、前記各突出部は、前記アレイ振動子側へ突出しつつリード突出要素を有し、前記各切欠溝にはバッキング材料が充填され、これにより、前記バッキング部材内において隣り合う突出部間がバッキング部材で満たされたことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、バッキング部材の上層部への複数の切欠溝の形成によって、複数の基板が横断的に切削され、その結果として、バッキング部材の上層部に（隣接する切欠溝間に）複数の突出壁が形成され、つまり、各基板に複数の突出部が形成される。複数の切欠溝にはバッキング部材が充填されるので、各突出部間はバッキング材料で満たされる。これによって、各基板において超音波の回り込みや反射を生じさせていた部分が除去されるので、簡便な手法でありながら、それらの問題に効果的に対処できる。
【００２７】
望ましくは、前記各切欠溝の底面は平坦である。望ましくは、前記各切欠溝の底面は１又は複数の斜面で構成される。底面（境界面）での超音波の反射が無視できるならば、その底面を水平にしてもよいが、そこでの超音波の反射が無視できない場合には、その底面を何らかの傾斜面として多重反射ができるだけ生じないようにするのが望ましい。
【００２８】
望ましくは、前記各切欠溝に充填されるバッキング材料は、前記バッキング部材のバッキング本体を構成するバッキング材料と実質的に同一である。望ましくは、前記各突出部の上端のＹ方向幅は、その両側を通過する２つの切欠溝の間隔によって規定される。
【００２９】
（３）本発明は、複数の基板を有するバッキング部材を製作する工程と、前記バッキング部材の上側に複数の振動素子を設ける工程と、前記複数の振動素子の上側に複数の整合素子を設ける工程と、を含み、前記バッキング部材を製作する工程では、前記各基板の上端部に複数の突出部が形成され、前記各突出部はリード突出要素を有し、前記複数の振動素子を設ける工程では、前記バッキング部材の上面に露出した複数のリード突出要素端面が前記複数の振動素子に対して電気的に接続される、ことを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、複数の基板を有するバッキング部材の製作に当たって、各基板に複数の突出部が形成される。バッキング部材は、複数の基板と複数のスペーサ板とを交互に積層する方法、バッキング板に形成された複数のスリットに複数の基板を挿入する方法、型枠内に複数の基板を位置決めしてバッキング材料を流し込む方法、などによって製作できる。複数の振動素子は、振動材料で構成されるプレートを二次元的にカッティングすることなどによって製作でき、これは複数の整合素子についても同様である。複数の振動素子と複数の整合素子とを同時にカッティングによって製作することもできる。この場合には、各振動素子の上面側に共通電極ではなく個別電極が形成される。
【００３１】
望ましくは、前記バッキング部材を製作する工程は、前記複数の基板を用いてバッキングブロックを製作する工程と、前記バッキングブロックに対して複数の切欠溝を形成し、これによって前記各基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、前記複数の切欠溝にバッキング材料を充填する工程と、を含む。
【００３２】
この方法によれば、最初にバッキングブロックを最初に製作した後に複数の切欠溝を形成することによって、簡便に各基板における不要部分を除去でき、つまり複数の突出部を容易に形成できる。その場合においても、各突出部は、それ単体で独立して存在するのではなく、その前後のバッキング材料によって保持されるため、強度的に良好な状態を構築できる。これにより、バッキング材料を流し込む時に各突出部が不用意に屈曲してしまう問題を未然に防止できる。
【００３３】
望ましくは、前記バッキング部材を製作する工程は、前記複数の基板として、上端部におけるリード間に複数の空洞部が形成された複数の加工基板を製作する工程と、前記各空洞部にバッキング部材を充填させつつ、前記複数の加工基板を用いてバッキングブロックを製作する工程と、前記バッキングブロックの上端縁を取り除き、前記各加工基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、を含む。この方法によれば、各基板に複数の空洞部が形成されており、つまり、複数の突出部がその上端を相互に連結した状態で予め形成されている。よって、各空洞部にバッキング材料を充填して、各突出部の強度を確保してから、連結部分が除去される。
【００３４】
望ましくは、前記バッキング部材を製作する工程は、前記複数の基板として、上端部におけるリード間に複数の空洞部が形成された複数の加工基板を製作する工程と、前記各空洞部にバッキング部材を充填させ、その後に、前記各加工基板の上端縁を取り除き、前記各加工基板の上端部に前記複数の突出部を形成する工程と、前記複数の突出部が形成された複数の加工基板を用いて、前記バッキング部材を製作する工程と、を含む。この方法によれば、各基板の空洞部へのバッキング材料の流し込みによって基板単位で強度を確保してからバッキングブロックが製作され、その上端縁が除去される。
【００３５】
望ましくは、前記複数の切欠溝の形成前においては、前記各基板における各リードの上端部が幅広に形成され、前記複数の切欠溝の形成時に、前記各リードの上端部が部分的に除去されて前記リード突出要素が残存する。この構成によれば、各基板に位置決め誤差があっても、各リードの上端部が幅広に形成されているため、複数の切欠溝を形成しても、確実に複数の突出部を形成することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、良好な特性を有する超音波探触子を提供することができる。特に、超音波振動子に設けられるバッキング部材の特性を良好にできる。あるいは、本発明によれば、良好な特性をもったバッキング部材を簡便にあるいは精度良く製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図４には本実施形態に係る振動子アセンブリが示されている。この振動子アセンブリは超音波探触子のケース（図示せず）内に配置されるものである。超音波探触子は生体の表面上に当接され、あるいは、生体の体腔内に挿入される。超音波探触子において超音波を送受波することにより、受信信号が取得され、超音波探触子が接続された医療用超音波診断装置においては、その受信信号に基づいて超音波画像が形成される。超音波画像としては、二次元断層画像、二次元ドプラ画像、三次元画像などが知られている。
【００３９】
図４において、振動子アセンブリは、バッキング部材５２、振動素子アレイ（アレイ振動子）５４、整合素子アレイ（整合層）５６などを有している。なお、図４において、Ｘ方向及びＹ方向は複数の振動素子５８の配列方向を示しており、Ｚ方向は超音波の送受波方向を示している。
【００４０】
バッキング部材５２は、バッキング材料で構成されるバッキング本体７３と、複数の基板７２とで構成されている。バッキング材料は、例えば、エポキシ樹脂に対して、添加材としてタングステン、シリコーンゴムなどを加えたものである。各基板７２は、フィルム状のベース層７４と、そのベース層７４の一方面に形成されたリードパターンとによって構成されている。リードパターンは複数のリード７６によって構成されている。リード７６は、ベース層７４上に形成された銅層をエッチング処理することで形成される。導伝性および接着性の向上のため、更にニッケルや金などをメッキしてもよい。その厚みは、例えば数μｍ〜３０μｍである。基板７２全体の厚みはリード７６の厚みを含めて例えば数十〜百μｍである。ベース層７４は例えばポリイミドなどの絶縁部材によって構成されている。バッキング部材５２の構造及び各基板７２の形態については後に詳述する。
【００４１】
バッキング部材５２の上側には振動素子アレイ５４が設けられている。振動素子アレイ５４はＸ方向及びＹ方向に配列された、つまり二次元配列された、複数の振動素子５８によって構成される。図４においては、少数の振動素子５８のみが示されているが、実際には、振動素子アレイ５４は数百から数千の振動素子５８によって構成される。振動素子アレイ５４がいわゆるスパース型２Ｄアレイ振動子であってもよい。
【００４２】
振動素子アレイ５４は、振動材料で構成される１枚のプレートに対してＸ方向及びＹ方向に整列した複数の分離溝６０を形成することによって製作される。各分離溝６０内には目詰め部材６２が充填される。符号５９は各振動素子５８ごとに設けられたシグナル電極を表しており、符号６４は複数の振動素子５８に対する共通のグランド電極を表している。各分離溝６０の下端はバッキング部材５２の上面から内部へ若干入り込んでいるが、本実施形態において、その入り込み量は非常に小さく、後に説明する切欠部あるいは切欠溝の深さよりも浅いものであり、またその溝幅も小さいものである。
【００４３】
振動素子アレイ５４の上側には整合素子アレイ５６が設けられる。整合素子アレイ５６は複数の整合素子７０によって構成されている。それらの整合素子７０は、整合材料からなる１枚のプレートに対してＸ方向及びＹ方向に整列した複数の分離溝６６を形成することによって製作される。各分離溝６６内には目詰め材６８が充填される。なお、分離溝６６と分離溝６０を同時に形成することも可能である。この場合においては、各振動素子５８ごとにグランド電極が設けられる。
【００４４】
次に、バッキング部材５２について更に説明する。各基板７２には、その上端部に、以下に図５を用いて説明するように、複数の突出部が形成されている。図４においては、２つの突出部における２つの上端面が示されている。バッキング部材５２を上層部７３Ａとそれ以外の部分（下層部）７３Ｂとに区分すると、上層部７３Ａにおいては複数の突出部からなる突出部アレイが構成されることになり、各突出部の上端面がバッキング部材５２の上面に露出する。バッキング部材５２における下層部７３Ｂにおいては各基板７２におけるベース層本体が存在する。ちなみに、図４においては、バッキング本体７３において、上層部７３Ａと下層部７３Ｂとが一体化された部材となっているが、後に説明するように、バッキング本体７３を複数のパーツによって構成するようにしてもよい。
【００４５】
図５には、上述した基板７２が斜視図として示されている。上述したように、基板７２はベース層７４と複数のリード７６とによって構成される。本実施形態では、図５に示されるように、基板７２における上端部が部分的に除去されており、具体的には、上層部７３Ａに属する区間において複数の切欠部８０が形成されている。複数の切欠部８０を形成した結果として、ベース層７４の上端部分には上方に突出する複数の突出部８２が形成されている。各突出部８２は、ベース層突出要素７４Ａとリード突出要素７６Ａとで構成される。リード突出要素７６Ａはリード７６の上端部分を構成し、ベース層突出要素７４Ａはベース層７４の一部分であって、リード突出要素７６Ａの補強材あるいは支持媒体として機能している。突出部８２の上端面は、ベース層突出要素７４Ａの上端面７４Ｂと、リード突出要素７６Ａの上端面７６Ｂと、で構成される。突出部８２の上端面が上述したようにバッキング部材の上面において露出することになり、特に、リード突出要素７６Ａの上端面７６Ｂが、それに対応する振動素子のシグナル電極に電気的に接続される。
【００４６】
以上のように、基板７２の上端部には複数の突出部８２が構成され、ベース層７４はベース層本体７４Ｃと複数のベース層突出要素７４Ａとで構成されることになる。つまり、複数の切欠部８０を形成したことによってベース層７４における不要な部分が除去されている。ただし、基板７２においてあらかじめ複数の切欠部８０を形成すると、各突出部８２の強度が不十分となり、複数の突出部８２の配列を十分に維持することが難しくなる。そこで、本実施形態においては、後に説明するように、上記のような複数の切欠部８０を形成する前に複数の基板をバッキング材料と共に一体化し、その後において複数の切欠溝を形成することにより、結果として、各基板７２ごとに複数の切欠部８０を形成するようにしている。
【００４７】
本実施形態において、複数の振動素子についての素子間ピッチは例えば０．３ｍｍであり、突出部８２におけるＹ方向の大きさは例えば０．１ｍｍである。よって、隣接する２つの突出部８２の間の距離は例えば０．２ｍｍである。もちろん、それらの数値は一例であって、それ以外の数値を採用することもできる。突出部８２におけるＹ方向の大きさは、電気的な接続を良好に行える限りにおいてできる限り小さくするのが望ましい。すなわち、切欠部８０の大きさを増大することにより、超音波の反射や超音波の伝搬などの問題をより効果的に防止することが可能となる。
【００４８】
各切欠部８０の深さつまり各突出部８２の突出量は超音波の波長の２倍以上に設定するのが望ましく、特に超音波の波長の３倍以上に設定するのが望ましい。その突出量をより大きくするようにしてもよいが、強度面の問題が生じる可能性があるため、例えば超音波の波長の３倍に設定するのが望ましい。例えば、バッキング部材内での超音波の速度を２０００ｍ／ｓとし、超音波の周波数を５ＭＨｚとした場合、波長は０．４ｍｍとなるので、切欠部８０の深さとしては例えば１．２ｍｍをあげることができる。その数値は諸条件によって変動し得るものであり、一般には、０．３〜４．０ｍｍの範囲内に設定され、特に望ましくは０．５〜２．０ｍｍの範囲内に設定される。
【００４９】
図５に示す各突出部８２の形状は図示のように細長形状とするのが望ましいが、例えば上方に向けて先細となった形態を採用することもできる。同様に、各切欠部８０の形態についても矩形の他に上方に広がった台形、三角形などの各種の形態を採用し得る。ただし、後に説明するように、複数の切欠溝における底面での超音波の反射が問題となるような場合には、その底面の形態として、超音波の反射をできる限り防止できるようなものを採用するのが望ましい。
【００５０】
図４に示したバッキング部材５２を製作する場合には、上述した複数の切欠部が形成されていない従来同様の複数の基板をバッキング材料と共に一体化させて、立方体形状のバッキングブロックが形成される。そして、図６に示すように、バッキングブロック８３に対してＹ方向に一定の並びをもって複数の切欠溝８４が形成される。各切欠溝８４はＸ方向に伸長した横断溝である。なお、各切欠溝８４は、ダイシングソーによる切削、レーザーによる切削、サンドブラストによる切削などによって形成することができる。
【００５１】
複数の切欠溝８４を形成すると、バッキングブロック８３における上端部に複数の突出壁８６が残される。複数の突出壁８６は、Ｙ方向に所定間隔で整列しており、具体的には、振動素子ピッチで整列しており、各突出壁８６はＸ方向に伸長した壁部分である。各突出壁８６は図示されるように複数の突出部８２及びそれらの間に存在するバッキング材料部分８８によって構成される。つまり、複数のバッキング材料部分８８により各突出部８２が物理的に保持されることになり、ここの突出部８２の強度が不十分であったとしても、突出壁８６全体としての強度により突出部アレイのパターンを維持することが可能となる。なお、図６において、符号８３Ａはバッキングブロック８３の上層部を示しており、符号８３Ｂはバッキングブロック８３の下層部を表している。
【００５２】
以上のようにバッキングブロック８３に複数の突出壁８６が形成されると、次に、図７に示すように、複数の切欠溝８４内に対してバッキング材料９０が充填され、それが硬化される。そのバッキング材料９０は上記のバッキング本体７３を構成していたバッキング材料と同一のものである。以上により、バッキング部材９２が完成する。このバッキング部材９２は図４に示したバッキング材５２に相当するものである。なお、図７において、符号９４は振動素子配列を表している。各振動素子の下面中央に各突出部の上端面が現れている。
【００５３】
次に、図８を用いて、本実施形態に係る超音波探触子の製造方法についてより詳しく説明する。まず、Ｓ１０１では上述したバッキングブロックが製作される。バッキングブロックの製作方法としては各種の方法をあげることができ、これについては後に図９〜図１２を用いて説明する。
【００５４】
Ｓ１０２では、図６に示したように、バッキングブロックに対してその上面側から複数の切欠溝が形成される。これによって、バッキングブロックの上端部に複数の突出壁が形成される。Ｓ１０３では、各切欠溝に対してバッキング材料が充填され、すなわち溝埋めが行われる。
【００５５】
次に、Ｓ１０４では、以上のように形成されたバッキング部材の上面に対して研磨処理が行われる。そして、その上面に電極層が形成される。この場合、各振動素子ごとに電極パットを形成するようにしてもよいし、一層からなる電極層を形成し、後のダイシングによってその電極層を複数の素子電極に分割するようにしてもよい。
【００５６】
Ｓ１０５では、バッキング部材の上面に圧電板が接着される。この圧電板は複数の振動素子を構成するものであり、周知のＰＺＴなどの材料を用いることもできるし、あるいは複合材料を用いることもできる。Ｓ１０６では、圧電板に対して二次元的なダイシングが行われる。すなわち、１枚の圧電板が複数の振動素子に分割されることになる。また、Ｓ１０６では、各ダイシング溝（分離溝）に対して目詰め材が充填される。その分離溝は空気層であってもよいが、このような目詰めを行うことにより音響的及び電気的な特性を長期間にわたって維持することが容易となる。
【００５７】
Ｓ１０７では、複数の振動素子の上面に共通のグランド電極が設けられる。このグランド電極は例えば銅箔などである。そして、Ｓ１０７では、グランド電極の上面側に音響整合板が接着される。Ｓ１０８では、音響整合板が二次元的にダイシングされ、また、各ダイシング溝（分離溝）に対する目詰め処理がなされる。Ｓ１０９では、以上のように構成された振動子アセンブリが探触子ケース内に配置されつつ、必要な配線が行われる。これによって超音波探触子が完成する。
【００５８】
図９〜図１１には、バッキングブロックの製作方法が示されている。図９に示す方法では、複数の基板１０２と複数のスペーサ板１０８とが交互に積層されて、バッキングブロック１００が構成されている。それらは接着剤によって接着される。スペーサ板１０８はバッキング材料によって構成され、基板１０２は上述同様にＦＰＣなどであって、それはベース層１０３とリードパターン１０４とで構成される。リードパターン１０４は上述したように複数のリード１０６から成るものである。
【００５９】
図１０に示すバッキングブロック１１０においては、２つのバッキング材料１１０Ｒ，１１０Ｌが貼り合わせて１つのブロックが構成されており、そのブロックにはスリット列１１２が形成されている。スリット列１１２は複数のスリット１１４によって構成され、各スリット１１４にはそれぞれ基板１１６が差し込まれる。基板１１６にはリードパターン１１８が構成されている。各スリット１１４に対してそれぞれ基板１１６を挿入してそれらを位置決めした後、ブロックに対して符号１２０，１２２で示すように、切削加工が行われ、これによってバッキングブロック１１０が構成される。
【００６０】
また、図１１に示すように、２つのフレーム１２１，１２３の間に複数の基板１２４を配置し、２つのフレーム１２１，１２３の間にバッキング材料１２６を充填し、その後に符号１２８，１３０で示されるように上面及び下面の切削加工を行うようにしてもよい。更に、図１２に示されるように、型枠１３１内に２つのフレーム１２１，１２３を配置し、それらによって複数の基板１２４を位置決めした後に、上記同様にバッキング材料１２６を型枠１３１内に充填するようにしてもよい。
【００６１】
ところで、バッキングブロックに対して複数の切欠溝を形成する場合において、各切欠溝が単純な矩形の溝であると、場合によっては図１３に示すような問題が生じる。すなわち、バッキング部材９２には上層部８３Ａと下層部８３Ｂで区分されるが、この場合において、上層部８３Ａに存在するバッキング材料１３４と、下層部８３Ｂに存在するベース層本体あるいはバッキング材料１３２と、の間における境界面１３５が水平で平坦であるために、その境界面１３５において超音波の反射が生じる（符号１４２参照）。このような反射波１４２は、多重反射を引き起こすものであり、場合によっては超音波の送受波特性に悪影響を及ぼす。
【００６２】
そこで、図１４に示すように、上層部１５０Ａと下層部１５０Ｂとの間の境界面を１又は複数の斜面とするのが望ましい。図１４に示す例では、上層部１５０Ａにおけるバッキング材料１５４が下方に向かって突出した三角形の形状を有しており、これによって２つの斜面１５６Ａ，１５６Ｂが形成されている。ちなみに、符号１５２は下層部１５０Ｂに存在するベース層本体あるいはバッキング材料を表している。
【００６３】
この図１４に示すバッキング部材１５０によれば、各分離溝ごとに２つの斜面１５６Ａ，１５６Ｂが形成されているので、符号１５８に示すように、振動素子から後方に放射された超音波はいずれかの斜面１５６Ａ，１５６Ｂで水平方向に反射することになり、上述した多重反射の問題を効果的に抑制することが可能となる。よって、そのような問題を解消できる限りにおいて、各分離溝の底面の形状としては各種の形態を採用することができる。例えば、鋸歯状の形態、単一斜面の形態、湾曲面の形態などを採用することができる。ただし、上層部１５０Ａと下層部１５０Ｂとにおいて同じバッキング材料が用いられて、それらの境界面における超音波の反射が実質的に無視できるような程度であれば、各切欠溝の底面を水平面とすることも可能である。
【００６４】
図１５及び図１６には、図１４に示したバッキング部材を製作する方法が示されている。図１５に示されるように、バッキングブロック１６０に対して複数の切欠溝１６４が形成される。この場合においては、ダイシングソーで用いられるブレードの形態を適宜選択することにより、隣接する突出壁１６６間において下方に向かって突出した溝形状を実現することが可能である。なお、符号１６１は基板を表しており、符号１６２はバッキング本体を表している。
【００６５】
複数の切欠溝１６４が形成された後、それらに対してバッキング材料１７２が充填される。それが図１６に示されている。これによって、バッキング部材１７０が構成され、そのバッキング部材１７０は図１４に示したバッキング部材１５０に相当するものである。
【００６６】
次に、図１７及び図１８を用いて基板の変形例について説明する。図１７に示す基板１８０は複数のリード１８４からなるリードパターン１８２を有している。各リード１８４は、リード本体１８６とその上端側に形成された幅広上端部１８８とで構成される。ちなみに、符号１９０はリード本体１８６と幅広上端部１８８とを連絡している中継部分を表しており、それはテーパー形状を有している。
【００６７】
また、図１８には、基板についての更に他の変形例が示されており、この基板１９２は図示のようなリードパターン１９４を有している。すなわち、各リード１９６はリード本体１９８と幅広上端部に相当する部分２０２とを有しているが、幅広上端部２０２は相互に連結されており、それら全体として上端連結部２００を構成している。図１７に示した基板１８０及び図１８に示した基板１９２を用いれば、以下に説明するように、基板の位置決め誤差が発生した場合においても上端部配列を適正なものにできるという利点がある。これについて説明する。
【００６８】
図１９には、バッキング部材を上面から見た模式図が示されている。バッキング部材内には上記の図１７に示した基板１８０に相当する３つの基板１８０Ａ，１８０Ｂ，１８０Ｃが設けられている。それぞれの基板１８０Ａ，１８０Ｂ，１８０Ｃは位置的に不統一となっている。このような状態において、複数の切欠溝２０４を形成した場合、複数の幅広上端部１８８Ａ，１８８Ｂ，１８８Ｃのいずれについても部分的な残留が生じ、すなわち、その部分をもってリード上端要素１８８Ａａ，１８８Ｂａ，１８８Ｃａを構成することができる。
【００６９】
すなわち、その状態では、図２０に示されるように、リード１８４がリード本体１８６と、中継要素１９０と、幅広上端部１８８において残された部分（リード上端要素）１８８ａとで構成される。つまり、振動素子に電気的に接続されるリード上端要素１８８ａを確実にリード本体１８６に接続することが可能となる。また、その場合においても、隣接するリード間において電気的な短絡等は生じない。ちなみに、符号２０６は切欠溝の深さを表しており、符号２０８は幅広となっている部分の最大深さを表している。それらの差が中継要素１９０の存在領域となり、その中継要素１９０によって上述したようにリード上端要素１８８ａとリード本体１８６との電気的な接続が図られる。なお、符号２０９はバッキング部材に形成された切欠溝内に充填されたバッキング材料を表している。符号１８０Ａは基板１８０の上層部を表しており、符号１８０Ｂは基板１８０の下層部を表している。
【００７０】
以上においては、図１７に示した基板１８０についての作用を説明したが、図１８に示した基板１９２についても上記同様の作用を得ることができる。すなわち、複数の切欠溝の形成により上述した上端連結部２００が各リードごとの部分に分離されることになる。
【００７１】
次に、図２１及び図２２を用いて複数の突出部の他の製造方法について説明する。基板２１０には、その上端部２１２に複数の空洞部２１４が形成されている。各空洞部２１４は、隣接する２つのリード２１５間に設けられている。各空洞部２１４は閉じた空洞であり、その上側には連絡部２１８が存在している。すなわち、各突出部２１６はそれぞれ相互に上端部分で連結されており、それらの配列が維持されている。
【００７２】
上記の空洞部２１４は例えば、レーザー加工、エッチング加工、パンチング加工などによって容易に製作することができる。基板２１０を用いてバッキングブロックを製作する場合、図９−図１２に示したような各種の手法を用いることができる。その場合において、バッキングブロックの製作段階において各空洞部２１４にバッキング材料２２０を充填するようにしてもよいし、バッキングブロックの製作前に各基板２１０ごとにそれぞれの空洞部２１４に対してバッキング材料２２０を充填するようにしてもよい。いずれにしても、バッキングブロックが完成した後、その上端縁部分が切削加工されることになり、具体的には、各基板２１０に着目すると、符号２２２で示されるように上端縁が除去され、これによって図４や図７に示したようなバッキング部材と同様のバッキング部材を得ることが可能となる。つまり、図２１に示す手法によれば、バッキングブロックを製作した後に複数の切欠溝を形成する必要がなくなる。
【００７３】
図１３及び図１４を用いて説明したように、バッキング部材内における垂直方向の超音波の反射が問題となるような場合には、図２２に示すような基板２３０を用いるのが望ましい。基板２３０において、リードパターン２３２は複数のリード２３４によって構成され、隣接するリード間には空洞部２３６が形成され、それらには最終的にバッキング材料２４０が充填される。各空洞部２３６の下端部分は下側に突状の三角形の形態を有しており、つまり境界面（境界辺）２３８が２つの斜面によって構成されている。複数の基板２３０を用いてバッキングブロックを形成した後、符号２４２で示されるようにその上端縁が除去され、これによって図１４あるいは図１６に示したようなバッキング部材と同様のバッキング部材を構成することが可能となる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態のバッキング部材によれば、複数の基板による超音波の反射や超音波の伝搬という問題を効果的に防止又は軽減することができるので、アレイ振動子の周波数特性及び指向特性を良好にすることが可能となる。特に、Ｘ方向の断層画像とＹ方向の断層画像とで均一な画質を得ることができるので、疾病診断上も有益なる効果を得られる。バッキング部材における上層部に上記の突出部アレイを形成する方法としては、上記であげたものを用いるのが望ましいが、それ以外の手法を採用することも可能である。例えば、基板の上縁に複数の線状部材（導線）などを櫛歯状に配列し、そのような基板を複数整列させることにより、バッキング部材の上層部に複数の突出部アレイを構築するようにしてもよい。このような構成によれば、複数の切欠溝を形成しなくても上述のような基板における不要部分を上層部から除外することが可能となる。なお、上記実施形態においては２Ｄアレイ振動子について説明したが、１．５Ｄアレイ振動子などにも本発明を適用することが可能である。すなわち、バッキング部材内に複数の基板が埋設されるような超音波振動子に対して広く本発明を適用することが可能である。上記の基板としてはＦＰＣを用いるのが望ましいが、それ以外の基板を用いるようにしてもよい。また、各基板におけるケーブル側の端部をバッキング部材から引き出して信号線の接続をより容易に行えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】バッキング部材の従来例を示す図である。
【図２】振動子アセンブリの従来例を示す図である。
【図３】従来例における超音波の反射及び伝搬の問題を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る振動子アセンブリを示す図である。
【図５】本実施形態に係る基板を示す図である。
【図６】バッキングブロックに対して形成される複数の切欠溝を示す図である。
【図７】複数の切欠溝に対するバッキング材料の充填により製作されたバッキング部材を示す図である。
【図８】本実施形態に係る超音波探触子の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】接着法によるバッキングブロックの製作方法を示す図である。
【図１０】基板挿入法によるバッキングブロックの製作方法を示す図である。
【図１１】複数のフレームを利用したバッキングブロックの製作方法を示す図である。
【図１２】型枠内へのバッキング材料の充填によるバッキングブロックの製作方法を示す図である。
【図１３】バッキング部材内における超音波の反射の問題を説明するための図である。
【図１４】バッキング部材内における超音波の反射を防止する原理を説明するための図である。
【図１５】バッキングブロックに形成された複数の切欠溝を示す図である。
【図１６】複数の切欠溝に対するバッキング材料の充填により製作されたバッキング部材を示す図である。
【図１７】基板の第１の変形例を示す図である。
【図１８】基板の第２の変形例を示す図である。
【図１９】図１７に示した基板を用いた場合の利点を説明するための図である。
【図２０】図１７に示した基板を用いた場合の利点を説明するための図である。
【図２１】複数の空洞部を有する基板の一例を示す図である。
【図２２】複数の空洞部を有する基板の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
５２  バッキング部材、５４  振動素子アレイ、５６  整合素子アレイ、５８  振動素子、５９  シグナル電極、６０，６６  分離溝、７２  基板、７３  バッキング本体、７４  ベース層、７６  リード、８０  切欠部、８２  突出部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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