(57)【要約】【課題】信頼性が高い超音波探触子を提供する。【解決手段】実施形態に係る超音波探触子は、第１配線板と、第２配線板と、前記第１配線板と前記第２配線板との間に設けられた振動子と、を備える。前記振動子は、前記第１配線板上に設けられたバッキング材と、前記バッキング材上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第１音響整合層と、前記第１音響整合層上に設けられた第２音響整合層と、前記バッキング材と前記圧電体とを接着する導電性の第１接着層と、前記圧電体と前記第１音響整合層とを接合する第２接着層と、前記第１音響整合層と前記第２音響整合層とを接着する絶縁性の第３接着層と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配線板と、
第２配線板と、
前記第１配線板と前記第２配線板との間に設けられた振動子と、
を備え、
前記振動子は、
前記第１配線板上に設けられたバッキング材と、
前記バッキング材上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた第１音響整合層と、
前記第１音響整合層上に設けられた第２音響整合層と、
前記バッキング材と前記圧電体とを接着する導電性の第１接着層と、
前記圧電体と前記第１音響整合層とを接合する第２接着層と、
前記第１音響整合層と前記第２音響整合層とを接着する絶縁性の第３接着層と、
を有した超音波探触子。
【請求項２】
前記第２接着層は絶縁性である請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第２接着層は導電性である請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記バッキング材の剛性は前記圧電体の剛性よりも高く、前記圧電体の剛性は前記第１の音響整合層の剛性よりも高く、前記第１の音響整合層の剛性は前記第２の音響整合層の剛性よりも高い請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記第１接着層は、
樹脂材料からなる母材と、
前記母材中に分散した導電性のフィラーと、
を有するか、
又は、
前記第１接着層は、異方性導電膜である請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対して超音波を発信し、対象物によって反射された超音波を受信することにより、対象物の形状を画像化する超音波探触子が開発され、医療分野等で使用されている。このような超音波探触子においては、２枚の配線板の間に多数の振動子が一次元的又は二次元的に配列されている。各振動子においては、バッキング材、圧電体及び音響整合層がこの順に積層されている。バッキング材と圧電体、圧電体と音響整合層は、それぞれ接着層によって接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２０２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の目的は、信頼性が高い超音波探触子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る超音波探触子は、第１配線板と、第２配線板と、前記第１配線板と前記第２配線板との間に設けられた振動子と、を備える。前記振動子は、前記第１配線板上に設けられたバッキング材と、前記バッキング材上に設けられた圧電体と、前記圧電体上に設けられた第１音響整合層と、前記第１音響整合層上に設けられた第２音響整合層と、前記バッキング材と前記圧電体とを接着する導電性の第１接着層と、前記圧電体と前記第１音響整合層とを接合する第２接着層と、前記第１音響整合層と前記第２音響整合層とを接着する絶縁性の第３接着層と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る超音波探触子を例示する側面図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
【図３】図２に示す振動子の導電性接着層を例示する断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る超音波探触子の製造方法を例示する断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波探触子を例示する側面図である。
図２は、図１に示す超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
図３は、図２に示す振動子の導電性接着層を例示する断面図である。
【０００８】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波探触子１においては、２枚のフレキシブル印刷配線板１１及び１２が相互に平行に且つ離隔して設けられている。フレキシブル印刷配線板（以下、単に「配線板」ともいう）１１及び１２においては、樹脂材料からなる基板の表面上に配線（図示せず）が印刷されている。配線板１１と配線板１２との間には、例えば数百個の振動子２０が設けられており、一列に配列されている。各振動子２０の形状は短冊状である。
【０００９】
図２に示すように、各振動子２０においては、配線板１１から配線板１２に向かって、バッキング材２１、圧電体２２、音響整合層２３及び音響整合層２４（以下、総称して「部材」ともいう）がこの順に積層されている。バッキング材２１は、圧電体２２から配線板１１側へ向かう音を吸収し、余分な振動を抑えるための部材であり、例えば超硬合金により形成され、厚さは数百μｍ（ミクロン）程度である。圧電体２２は、電圧が印加されると振動し、振動が印加されると電圧を発信する部材であり、超音波の発信子兼受信子として機能する。圧電体２２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）からなり、厚さは２００〜３００μｍ程度である。
【００１０】
音響整合層２３及び２４は、音響インピーダンスを調整し、対象物に超音波を効率よく入力させるための部材である。音響整合層２３は、例えばガラスからなり、厚さは２００〜３００μｍ程度である。また、音響整合層２４は、例えば炭素からなり、厚さは１００μｍ程度である。そして、バッキング材２１、圧電体２２、音響整合層２３、音響整合層２４、配線板１１及び１２は、この順に剛性が高い。すなわち、バッキング材２１が最も剛性が高く、次いで、圧電体２２の剛性が高い。また、各部材の表面には金めっきが施されているが、バッキング材２１及び圧電体２２における相互に対向する表面には、金めっきが施されていない。
【００１１】
また、配線板１１とバッキング材２１との間には、絶縁性接着層３１が設けられており、バッキング材２１を配線板１１に接着している。バッキング材２１と圧電体２２との間には、導電性接着層３２が設けられており、圧電体２２をバッキング材２１に接着している。圧電体２２と音響整合層２３との間には、絶縁性接着層３３が設けられており、音響整合層２３を圧電体２２に接着している。音響整合層２３と音響整合層２４との間には、絶縁性接着層３４が設けられており、音響整合層２４を音響整合層２３に接着している。音響整合層２４と配線板１２との間には、絶縁性接着層３５が設けられており、配線板１２を音響整合層２４に接着している。
【００１２】
このように、振動子２０を配線板１１及び１２に接着する接着層、並びに、振動子２０の各部材を相互に接着する接着層のうち、導電性接着層３２のみが導電性であり、他の接着層は絶縁性である。導電性接着層３２の厚さは２〜１０μｍ程度であり、絶縁性接着層３１、３３〜３５の厚さは２〜３μｍ程度である。絶縁性接着層の厚さが２〜３μｍ以下であれば、各部材の表面の凹凸が完全に覆われることがなく、表面の微細な凸部同士が接触するため、各部材同士が電気的に接続される。なお、絶縁性接着層が厚くなり過ぎると、各部材の表面の凸部同士が接触しなくなり、部材間が不導通となる。この結果、圧電体２２に電圧が印加されなくなり、振動子２０は不良となる。
【００１３】
図３に示すように、導電性接着層３２においては、樹脂材料からなる母材３２ａ内に、複数のフィラー３２ｂが分散されている。母材３２ａは、例えば、熱硬化性樹脂材料からなり、例えば、エポキシ樹脂からなる。フィラー３２ｂは導電性材料からなり、例えば、銀又は炭素からなる。フィラー３２ｂの形状は特に限定されず、例えば、粒状、針状又は薄片状である。各フィラー３２ｂの最大径は、例えば、導電性接着層３２の厚さ未満である。一方、絶縁性接着層３１、３３〜３５においては、フィラーは設けられておらず、全体が熱硬化性樹脂材料、例えば、エポキシ樹脂により形成されている。
【００１４】
次に、本実施形態に係る超音波探触子の製造方法について説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る超音波探触子の製造方法を例示する断面図である。
なお、図４（ａ）及び（ｂ）においては、各部材の反りを誇張して描いている。
【００１５】
先ず、図４（ａ）に示すように、フレキシブル印刷配線板１１上に、それぞれ接着層３１〜３４（図２参照）を介して、バッキング材２１、圧電体２２、音響整合層２３及び音響整合層２４をこの順に積層させて、積層体２９を形成する。このとき、各部材の形状は、例えば、長さが６０〜７０ｍｍ（ミリメートル）、幅が１５ｍｍの長方形の板状である。この段階では、各部材には反りが発生しているが、反りの程度は部材によって異なる。例えば、バッキング材２１の反りは１０μｍ程度であり、圧電体２２の反りは４０μｍ程度であり、音響整合層２３の反りは２０μｍ程度であり、音響整合層２４の反りは１２０μｍ程度である。このため、各部材間には、反りの違いに起因した隙間Ｓ１〜Ｓ４が形成される。隙間Ｓ１〜Ｓ４内には、それぞれ、絶縁性接着層３１、導電性接着層３２、絶縁性接着層３３及び絶縁性接着層３４が充填される。
【００１６】
次に、図４（ｂ）に示すように、積層体２９に対して、配線板１１と音響整合層２４が相互に近づく方向に圧縮力を印加して、各部材の反りを矯正する。これにより、隙間Ｓ１〜Ｓ４が縮小し、且つ、均一になる。しかしながら、このとき、各部材のうち、剛性が最も高いバッキング材２１と、剛性が２番目に高い圧電体２２との間に形成された隙間Ｓ２を十分に解消することは困難である。従って、隙間Ｓ２は不均一なまま残留する。次に、熱処理を施し、絶縁性接着層３１、導電性接着層３２、絶縁性接着層３３及び絶縁性接着層３４を熱硬化させる。これにより、各部材が相互に接着される。
【００１７】
次に、図１に示すように、積層体２９をダイシングして、複数個の振動子２０に切り分ける。次に、振動子２０上に、絶縁性接着層３５を介して配線板１２を配置する。次に、熱処理を施して、絶縁性接着層３５を熱硬化させる。このようにして、超音波探触子１が製造される。
【００１８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、図４（ｂ）に示す工程において、積層体２９に対して圧縮力を印加しても、剛性が最も高いバッキング材２１と剛性が２番目に高い圧電体２２との間に形成された隙間Ｓ２を十分に解消することは困難である。このため、製造後の超音波探触子１において、いくつかの振動子２０においては、導電性接着層３２が他の接着層よりも厚くなる。しかしながら、本実施形態においては、導電性接着層３２が導電性であるため、導電性接着層３２が厚くなっても、バッキング材２１と圧電体２２との間の導通を確保することができる。このため、超音波探触子１は電気的な信頼性が高い。また、本実施形態においては、バッキング材２１及び圧電体２２における相互に対向する表面において、金めっきを省略することができる。これにより、超音波探触子１のコストを低減することができる。
【００１９】
なお、仮に、導電性接着層３２の代わりに絶縁性接着層を設けると、隙間Ｓ２が十分に解消されず、いくつかの振動子２０においてこの絶縁性接着層が厚くなったときに、バッキング材２１の表面の凸部と圧電体２２の表面の凸部とが接触しなくなり、バッキング材２１と圧電体２２とが不導通となる。また、図４（ｂ）に示す工程において、積層体２９に強い力を印加することにより、隙間Ｓ２を十分に薄くすることも考えられるが、その場合は、元々隙間が小さかった部分において接着層が薄くなり過ぎてしまい、接着力が低下する。この結果、積層体２９をダイシングしたときに、一部の振動子２０が破断してしまう可能性がある。
【００２０】
また、本実施形態においては、配線板１１とバッキング材２１との間、圧電体２２と音響整合層２３との間、音響整合層２３と音響整合層２４との間、音響整合層２４と配線板１２との間に、それぞれ、絶縁性接着層３１、３３、３４及び３５が配置されている。絶縁性接着層は導電性接着層と比較して、フィラーが分散されていない分だけ接着力が高い。このため、これらの部材は互いに強固に接着されており、本実施形態に係る超音波探触子１は、機械的な信頼性が高い。
【００２１】
なお、導電性接着層には接着に寄与しないフィラーが含まれているため、絶縁性接着層と比較して接着強度が低い。このため、仮に、全ての接着層を導電性接着層とすると、超音波探触子全体の機械的強度が低下し、信頼性が却って低下してしまう。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
図５に示すように、本実施形態に係る超音波探触子２は、前述の第１の実施形態に係る超音波探触子１（図２参照）と比較して、絶縁性接着層３３の代わりに、導電性接着層４３が設けられている点が異なっている。
【００２３】
本実施形態においては、各部材のうち、剛性が２番目に高い圧電体２２と、剛性が３番目に高い音響整合層２３とを、導電性接着層４３によって接着している。圧電体２２と音響整合層２３との間の隙間Ｓ３は、隙間Ｓ２に次いで縮小されにくいため、隙間Ｓ３内に導電性接着層４３を充填させることにより、導通不良をより確実に防止することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態に係る超音波探触子の振動子を例示する断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係る超音波探触子３は、前述の第１の実施形態に係る超音波探触子１（図２参照）と比較して、導電性接着層３２の代わりに、導電性接着層４２が設けられている点が異なっている。導電性接着層４２は、フィラーが分散されたエポキシ樹脂ではなく、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）によって構成されている。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００２５】
以上説明した実施形態によれば、信頼性が高い超音波探触子を実現することができる。
【００２６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、３：超音波探触子、１１、１２：フレキシブル印刷配線板、２０：振動子、２１：バッキング材、２２：圧電体、２３、２４：音響整合層、２９：積層体、３１：絶縁性接着層、３２：導電性接着層、３２ａ：母材、３２ｂ：フィラー、３３、３４、３５：絶縁性接着層、４２、４３：導電性接着層、Ｓ１〜Ｓ４：隙間
【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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