(57)【要約】【課題】振動子板に配列される振動子数を増加することが可能であり、振動子の配列ピッチを小さくすることが可能な超音波トランスジューサを提供すること。【解決手段】超音波トランスジューサは、プリント配線板に分散して設けられた複数の導体露出部２３と、振動子板に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続され、プリント配線板は、所定の配線パターンに従う導電層、およびこの導電層の上に設けられる電気絶縁層、前記電気絶縁層から前記導電層に到達する露出孔が導体露出部２３上に設けられて成る超音波トランスジューサにおいて、プリント配線板は、交互に重ね合わされる複数の導電層２０及び電気絶縁層２１を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板に分散して設けられた複数の導体露出部と、振動子板に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続され、前記プリント配線板は、所定の配線パターンに従う導電層、およびこの導電層の上に設けられる電気絶縁層、前記電気絶縁層から前記導電層に到達する露出孔が導体露出部上に設けられて成る超音波トランスジューサにおいて、
前記プリント配線板は、交互に重ね合わされる複数の導電層及び電気絶縁層を有することを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２】
前記複数の導電層間は、スルーホールを介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項３】
前記スルーホールの位置に導体露出部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項４】
前記導体露出部は、前記プリント配線板面から突出することを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項５】
前記露出孔は、導電材で充填されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項６】
前記プリント配線板に分散して設けられた複数の導体露出部と、振動子板に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続された状態で、前記プリント配線板と振動子板とが電気絶縁性樹脂を介して接着されて成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項７】
前記複数の導体露出部が、同一の導電層で共通接続されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項８】
前記プリント配線板は、フレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【請求項９】
前記導体露出部および超音波振動子は、二次元的に入れるされることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスジューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に接続される超音波トランスジューサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているこの種の超音波トランスジューサのうち、二次元アレイ型超音波トランスジューサと称されるものは複数の超音波振動子（圧電振動子）がマトリクス状に配置されたものである。このような二次元アレイ超音波トランスジューサによれば、駆動口径やフォーカス距離の調整が自在であり、また被検体に対してプローブを固定した状態で三次元領域を超音波ビームによって走査可能であるので、二次元アレイ超音波トランスジューサは、画質向上に寄与するとともに三次元画像を作成する際に好適である。
【０００３】
二次元アレイ型超音波トランスジューサは、個々の超音波振動子が送受信した信号を引き出す複数の信号線が配線されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）と、圧電板とを電気接続した後、圧電板をアレイ状に分割し、圧電振動子アレイを形成することにより製造するのが一般的である。二次元アレイ型超音波トランスジューサの中でも、圧電振動子アレイが凸形状に配置されたコンベックス型の超音波トランスジューサ（コンベックストランスジューサ）は、圧電板を分割して圧電振動子アレイを形成した後、その配列方向に沿ってアレイを曲面状に屈曲させて凸形状化する。
【０００４】
このようなコンベックストランスジューサにおいては、ＦＰＣの配線パターン間隙にスリットを形成し、このスリット毎でＦＰＣを分割して折り畳むものとなっている。すなわち、このようなスリットは振動子アレイを曲面状に屈曲させた場合であってもＦＰＣを収納性良く折り畳むために設けられる。
【０００５】
図９〜図１１は従来例に係る超音波トランスジューサの構造および製造方法を示す図である。まず、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、個々の配線パターン２の間隙に予めスリット５が形成されたＦＰＣ３と圧電板１とを接合する。スリット５は、圧電板１の近傍にまで至る様に形成される。図９に示すＦＰＣ３では、個々の配線パターン２は互いに平行となっているが、他のＦＰＣにおいては、圧電板からの信号引きだしが容易となるように回路間隙が除々に広げられ、配線パターンを放射状にするのが一般的である。
【０００６】
次に図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、圧電板１およびＦＰＣ３の一部を割してアレイ状の超音波トランスジューサを形成する。ＦＰＣ３のスリット５の位置では圧電板１の分割と同時にスリット５が形成された配線パターン２の間隙においてＦＰＣ３が完全に分割される。この工程の前後において、バッキング材接続、音響整合層の形成、アース電極引き出しが適宜行なわれる。
【０００７】
そして、図１１に示すように、超音波振動子アレイをコンベックス形状にするために、平面状に形成されたアレイトランスジューサを、アレイ配列方向に沿って屈曲させると共に、スリット及び圧電板分割によって分離されたＦＰＣを分離ブロック毎で折り畳む。これによりコンベックストランスジューサに於いてもＦＰＣを収納性良く処理することが可能となる。
【０００８】
しかしながらこのようなコンベックス型の超音波トランスジューサには次のような問題点がある。アレイを構成する圧電振動子の配列ピッチが小さくし、これに応じてＦＰＣの回路配線ピッチを小さくするような場合、製造限界等の理由により配線パターンの間隙にスリットを形成できなくなる恐れがある。図１２は圧電板１の近傍までスリット５を形成可能な場合、図１３は圧電板１の近傍までスリット５を形成できない場合、をそれぞれ示している。
【０００９】
このため振動子配列を曲面状に変形してＦＰＣを折り畳むことができず、あるいは圧電振動子の隣接位置で折り畳むことができない。したがって超音波トランスジューサの収納性が悪化するという問題点がある。
【００１０】
ところで、圧電振動子の背面にプリント配線板を配置し、プリント配線板の所定の位置に設けられた導体露出部（導体パッド）と圧電振動子背面の駆動電極とを電気接続して電気端子を引き出すことを特徴とした二次元アレイ超音波トランスジューサが知られている。このような二次元アレイ超音波トランスジューサにおいては、一般に、導体露出部としてバンプ（突出）構造を採用している。
【００１１】
図１４及び図１５は、振動子板の背面に配置するプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図であって、列方向に８つの素子を配置した２次元アレイトランスジューサに用いるプリント配線板の第ｍ行トランスジューサに接続される導体露出部の配線パターンを示す。図１４においては、列方向８素子の駆動電極をそれぞ独立して引き出す為の配線パターンを示している。また、図１５は中央部の第４列と第５列、第３列と第６列の駆動電極を共通接続して引き出す為の配線パターンを示している。
【００１２】
図１６は、プリント配線板の導体露出部の断面を示す図である。配線パターン上の電気絶縁層（ポリイミド）に露出孔を設けて導体露出部を形成する。この露出孔内に導電性部材を充填し、且つ電気絶縁層の表面に突出するようにバンプ２００を形成する。尚、図１６において２０１はカバーレイ（ポリイミド）、２０２は接着剤、２０３は導体層、２０４はベースである。
【００１３】
このような従来のプリント配線板には次のような問題点がある。プリント配線板の回路配線の製造限界によって、導体露出部の配列ピッチ及び配列個数は制限され、これにより配線パターンの形成方法に制約がある。すなわち導体露出部を回避して配線パターンを形成するため隣接する導体露出部間の距離（繰返しピッチ）に応じて配線可能なパターン数が制限される。このため所要の導体露出部の数を満足するように配線回路数を増やすことができない。また導体露出部を共通接続するといった複雑な配線にも制約が生じる。また隣接する導体露出部間の距離（繰返しピッチ）を狭めることにも制約がある。
【００１４】
したがって、導体露出部と接続される圧電振動子数あるいは圧電振動子の配列ピッチに制約があるという問題点がある。図１４に示したプリント配線板では、配線パターン形成の限界により行方向の繰り返しピッチを小さくすることができない。また仮に繰り返しピッチが同じであっても配線パターン数の増加につながる列方向の導体露出部数を増やすことができない。したがって、行方向のトランスジューサ配列ピッチを小さくすることができないという問題点がある。また、列方向のトランスジューサ配列数を増やすこともできない。
【００１５】
また図１５にしめしたプリント配線板では、行方向の繰返しピッチ（すなわち行方向のトランスジューサピッチ）を大きくすることなく第１列と第８列、第２列と第７列の導体露出部を共通接続するとともに列方向において対称の位置にある導体露出部をプリント配線板上で完全に共通接続することができないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、振動子板に配列される振動子数を増加することが可能であり、振動子の配列ピッチを小さくすることが可能な超音波トランスジューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の超音波トランスジューサは、プリント配線板に分散して設けられた複数の導体露出部と、振動子板に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続され、前記プリント配線板は、所定の配線パターンに従う導電層、およびこの導電層の上に設けられる電気絶縁層、前記電気絶縁層から前記導電層に到達する露出孔が導体露出部上に設けられて成る超音波トランスジューサにおいて、前記プリント配線板は、交互に重ね合わされる複数の導電層及び電気絶縁層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動子板に配列される振動子数を増加することが可能であり、振動子の配列ピッチを小さくすることが可能な超音波トランスジューサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。なお図９乃至図１３に示す従来例と同一の要素部品には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
まず図１（ａ）に示すように、本実施形態の超音波トランスジューサは、複数の超音波振動子が二次元的に配置された振動子板１と、これら超音波振動子に対し接続される信号線２が配線されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）３とを有しており、ＦＰＣ３の所定位置には、表面から裏面に達する貫通孔４が形成されている。この貫通孔４は、ＦＰＣを形成した後、レーザーエッチングあるいはケミカルエッチング処理によりＦＰＣの樹脂部分を除去することにより形成可能である。また貫通孔４はＦＰＣ３上の信号線２の配線間隔の最短長よりも大なる幅を有している。なお、貫通孔４は単一の配線パターン間隙のみならず隣接する複数の配線パターン間隙に及んで形成されているが、形成方法によれば単一の配線パターン間隙のみに貫通孔４を形成するように構成しても良い。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように貫通孔４と重なる位置に配線された信号線２は、ＦＰＣ３の表面側および裏面側共に露出しているが、この信号線２の露出部分を特定の被覆部材、例えばＦＰＣの他の部分とは異なる部材（樹脂）により被覆しても良い。
【００２２】
以下、図２〜図５を参照しながら、二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法について具体的に説明する。先ず、図２（ａ）〜同図（ｃ）に示すように、分割電極が形成された振動子板９０の背面にＦＰＣ９１を位置整合して装着し、その後、ＦＰＣ９１の背面に音響漏れを防止するためのバッキング材９２を装着する。なおＦＰＣ９１には、上述したような複数の貫通孔が予め形成されている（図示していない）。バッキング材９２としては超音波振動子と同様の部材あるいはＦＰＣ９１とほぼ等しい音響インピーダンスを有する材料を使用しＦＰＣ９１での音響反射を軽減することが好ましい。また、バッキング材９２としては後工程での製造誤差を抑えるために熱変化が少なく、耐圧性の高い材料が好ましい。また、厚み方向に複数の部材を積層してバッキング材９２を形成すること、すなわち熱変化が少なく耐圧性の高い材料を下層に、また上層には音響性能を調整するための層を有する積層バッキング材を形成することによって、製造誤差を抑えて、なおかつ良好な音響特性を得ることができる。
【００２３】
次に図３（ａ）に示すように、振動子板９０を行方向に沿って少なくとも厚みの１／２以上の深さまで切削し、振動子板９０を完成時の列方向の振動子数分（ここでは便宜上二つとする）に分割する。勿論、信号線を分断せずに振動子板９０を分割することが可能な場合には振動子板９０を完全に分離し、ＦＰＣ９１まで切削するようにしてもよい。そして切削により形成された溝９３に、図３（ｂ）に示すように非導電性且つ硬化性の充填材９４を充填する。この充填材９４の材料としては、隣接する素子間の音響結合が小さく且つ機械的強度が大きい樹脂を採用する。充填材９４の充填後、図３（ｃ）に示すように振動子板９０の前面（超音波放射面）一面に共通アース電極９５としてのＡｕ薄膜を例えばスパッタ処理により形成する。
【００２４】
共通アース電極９５上には、図４（ａ）に示すように、音響整合層９６が装着される。続いて図４（ｂ）に示すように、音響整合層９６から振動子板９０を経て少なくともＦＰＣ９１及びバッキング材９２に到達する深度で、切削により列方向に沿って圧電振動子分割溝９７を形成し、音響整合層９６および振動子板９０を完成時の行方向の振動子数分（ここでは便宜上三つとする）に分割する。この分割は、上述した配線パターン非形成領域にて行なうため、配線パターンを分断することはない。なお、複数形成される溝９７のうち、幾つかの溝９７は上述した貫通孔に連結して形成される。
【００２５】
そして図５（ａ）に示すように、ＦＰＣ９１を折り畳むためのスリット９８を切削により形成した後、全体を強制的に湾曲させる。ここで、スリット９８は、ＦＰＣ９１の端部から貫通孔１００に至る溝であって、ＦＰＣ９１を完全に分離するものである。そして図５（ｂ）に示すように、スリット９８毎にＦＰＣ９１を分割し、この分割されたＦＰＣ９１の信号取出し面を、貫通孔１００の位置においてバッキング材９２を包み込む方向に折り畳む。
【００２６】
以上により、複数の超音波振動子が曲面状に配置され、超音波送受波面が凸状をなす二次元アレイ超音波トランスジューサ（コンベックスプローブ）を形成できる。
【００２７】
従来では配線パターンが放射状に形成（図示しない）され、かつ振動子板９０近傍位置における配線パターン間隔が非常に狭いような場合は、スリット９８を振動子板９０の側面に近い位置まで形成できず、このためＦＰＣ９１を当該位置で折り畳むことができなかったが、本実施形態では、予め形成された貫通孔１００にスリット９８を連結して形成するのみで、ＦＰＣ９１を振動子板９０の側面に近い位置で折り畳むことができる。したがってＦＰＣ９１の端部が振動子板９０の側面から極度に突出することがないためトランスジューサの収納性を向上できる。
【００２８】
（第２実施形態）上記第１実施形態においては、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）の折り畳みについて説明したが、続いて第２実施形態においては、ＦＰＣの導体露出部、配線パターン等の具体例について説明する。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態に係るＦＰＣの断面図である。本実施形態のＦＰＣは、交互に重ね合わされる複数の導電層及び電気絶縁層を有することを特徴としている。すなわち、図６に示すように複数の導体層２０（ここでは二層）と電気絶縁層２１とが交互に重ね合わされて成り、個々の導体層間はスルーホール２２を介して電気的に接続されている。導体層２０の数は二層に限定されず、層の数をさらに増やしても良い。
【００３０】
ＦＰＣに分散して設けられた複数の導体露出部と、振動子板（図示しない）に設けられた複数の超音波振動子の各背面の電極とが電気的に接続された状態で、ＦＰＣと振動子板とが電気絶縁性樹脂を介して接着される。
【００３１】
ところで、図６（ａ）は、導体層間を接続するスルーホール２２と同一の位置に導体露出部２３が形成されている例、図６（ｂ）は、導体層間を接続するスルーホール２２とは異なる位置に導体露出部２３が形成されている例、をそれぞれ示している。
【００３２】
図６（ａ）に示す例では、ポリイミドから成る電気絶縁層２１に、下層側の導体層２０の表面に達する露出孔（スルーホール）２２を形成し、この露出孔内に導電材を充填し、その上に電気絶縁層表面から突出する突出部（バンプ）を形成してこれを導体露出部２３とする。この導体露出部２３は、ＦＰＣ表面から突出する。このような図６（ａ）の例では、導体露出部形成および導体層間の電気接続を同じ位置で実現可能であるため、ＦＰＣ内のスペース効率に優れている。
【００３３】
また、図６（ｂ）に示す例では、図６（ａ）と同様にスルーホール２２および導体露出部２３が形成されるが、スルーホール２２と導体露出部２３とが互いに離間した位置に形成されているため、スペース効率に関して言えば図６（ａ）の例に劣るが、その一方で製造が容易であるという利点を有している。
【００３４】
図７および図８は、図６（ａ）および（ｂ）に示した導体露出部を有するＦＰＣにおける配線パターンを示す図であって、図７は図１４に示した配線パターンに対し図６（ａ）のような層構造を適用したものである。また図８は、図１５に示した配線パターンに対し図６（ｂ）のような層構造を適用したものである。
【００３５】
図７によれば、配線パターンの一部を、他のパターンを形成した導体層とは異なる導体層を経由させることによって、行方向の繰返しピッチを小さくすることができる。または、列方向における導体露出部の配置数を増やす（配線パターン数を増やすことに相当する）ことができる。したがって、行方向におけるトランスジューサ配列ピッチを小さくすることができ、列方向におけるトランスジューサ配列数を増やすことができる。
【００３６】
また、図８によれば、配線パターンの一部を、他のパターンを形成した導体層とは異なる導体層を経由させることによって、行方向の繰返しピッチを大きくすることなしに導体露出部間を共通接続することができる。したがって、行方向におけるトランスジューサ配列ピッチを大きくすることなしに、列方向において対称となる位置にあるトランスジューサの駆動電極を共通接続することができ、複雑な配線パターンを形成できる。尚、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る二次元アレイ超音波トランスジューサの製造方法を説明するための斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＦＰＣの断面図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る導体露出部を有するＦＰＣにおける配線パターンを示す図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る導体露出部を有するＦＰＣにおける配線パターンを示す図。
【図９】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図１０】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図１１】従来例に係る超音波トランスジューサの製造方法を説明するための図。
【図１２】従来例に係る超音波トランスジューサにおいて圧電板の近傍までスリットを形成可能な場合を示す図。
【図１３】従来例に係る超音波トランスジューサにおいて圧電板の近傍までスリットを形成できない場合を示す図。
【図１４】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図。
【図１５】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の配線パターン及び構造を示す図。
【図１６】従来例に係る超音波トランスジューサのプリント配線板の導体露出部の断面を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１…圧電振動子板、２…配線パターン、３…ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、４…貫通孔、５…スリット。
【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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