(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動素子を有する振動部と、
前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた第１リードアレイ及び第２リードアレイを有するバッキングと、
前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、
を含み、
前記各振動素子は、下面電極、上面電極及び側面電極を有し、
前記各振動素子において、前記下面電極には当該振動素子に対応する第１リードが電気的に接続され、且つ、前記上面電極には前記側面電極を介して当該振動素子に対応する第２リードが電気的に接続され、
前記各振動素子の側面電極の下端部が前記バッキングの上層部内に入り込み、前記バッキングの上層部内において、前記各振動素子の側面電極の下端部が当該振動素子に対応する第２リードに電気的に接続された、
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、
前記各第２リードには、少なくとも１つの側面電極ペアが接続され、
前記側面電極ペアは、隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成される、
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、
前記各第２リードは、平板状の形態を有し、
前記各第２リードには、複数の側面電極ペアからなる側面電極ペア列が接続された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、
前記複数の振動素子は複数の分離溝によって分離形成され、
前記各分離溝は、前記整合部から前記バッキングの上層部内まで貫通する溝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、
前記各振動素子において前記側面電極と前記下面電極とを電気的に絶縁する絶縁手段が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記絶縁手段の下端部が前記バッキングの上層部内に入り込んでいる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、
前記第１リードアレイは、前記複数の振動素子の配列と同じ配列を有する複数の第１リードによって構成されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記複数の振動素子は、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の分離溝によって相互分離され、
前記各振動素子において前記Ｘ方向に向く２つの側面の内の少なくとも一方に側面電極が形成され、
前記第２リードアレイは、前記Ｘ方向に所定ピッチで並んだ複数の第２リードによって構成される、
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、
前記各振動素子においてＸ方向に向く２つの側面の一方に側面電極が形成され、前記振動子部において前記Ｘ方向に所定ピッチで複数の側面電極ペアが整列し、
前記各側面電極ペアは、前記Ｘ方向に隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成され、
前記所定ピッチは、前記Ｘ方向における分離溝ピッチの２倍に相当す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、
前記各振動素子においてＸ方向に向く２つの側面の両方に側面電極が形成され、前記振動子部において前記Ｘ方向に所定ピッチで複数の側面電極ペアが整列し、
前記各側面電極ペアは、前記Ｘ方向に隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成され、
前記所定ピッチは、前記Ｘ方向における分離溝ピッチに相当することを特徴とする超音波探触子。
【請求項１１】
複数の分離溝によって相互分離された二次元配列型の複数の振動素子を有する振動部と、
前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられたシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイを有するバッキングと、
前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、
を含み、
前記各振動素子は、下面電極、上面電極及び側面電極を有し、
前記各振動素子において、前記下面電極には当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続され、且つ、前記上面電極には前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードが電気的に接続され、
前記振動部には複数のグランド接続構造が構築され、
前記各グランド接続構造は、分離溝を介して対向する側面電極ペアを有し、
前記側面電極ペアがそれらに共通のグランドリードに電気的に接続された、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波探触子において、
前記振動子部における複数の下面電極の直下に、複数のシグナルリードの上端部が設けられ、
前記振動子部における複数のグランド接続構造の直下に、複数のグランドリードの上端部が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１３】
請求項１１記載の超音波探触子において、
前記各グランド接続構造において側面電極ペアの下端部が前記バッキングの上層部内に垂直に入り込んでいることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１４】
請求項１１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子において側面電極と下面電極との間に絶縁ギャップが形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１５】
請求項１１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子において側面電極と振動素子本体部との間に側面絶縁層が形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１６】
複数の分離溝によって相互分離された二次元配列型の複数の振動素子を有する振動部と、
前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられたシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイを有するバッキングと、
前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、
を含み、
前記各振動素子は、シグナル下面電極、グランド上面電極、シグナル内部電極、グランド内部電極、シグナル側面電極及びグランド側面電極を有し、
前記各振動素子において、前記シグナル下面電極には当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続されると共に前記シグナル内部電極には前記シグナル下面電極及び前記シグナル側面電極を介して当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続され、且つ、前記グランド上面電極及び前記グランド内部電極には前記グランド側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードが電気的に接続され、
前記振動部には複数のシグナル接続構造が構築され、前記各シグナル接続構造は、分離溝を介して対向するシグナル側面電極ペアを有し、
前記振動部には複数のグランド接続構造が構築され、前記各グランド接続構造は、分離溝を介して対向するグランド側面電極ペアを有する、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１７】
シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより積層体を製作する工程と、
前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の基礎溝を形成し、それらに導電性部材を導入する工程と、
前記導電性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、
を含み、
前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに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１８】
シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより第１積層体を製作する工程と、
前記第１積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の基礎溝を形成し、それらに導電性部材を導入する工程と、
前記導電性部材が導入された第１積層体上に整合板を積層し、これにより第２積層体を製作する工程と、
前記第２積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、
を含み、
前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに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１９】
請求項１７又は１８記載の製造方法において、
前記各基礎溝の溝幅よりも前記各分離溝の溝幅の方が狭いことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項２０】
シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより積層体を製作する工程と、
前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の第１基礎溝を形成し、それらに絶縁性部材を導入する工程と、
前記絶縁性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の第２基礎溝を形成し、これによって、各第２基礎溝の内面上に側面絶縁層を残留させ、更に、前記複数の第２基礎溝内に導電性部材を導入する工程と、
前記導電性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、側面絶縁層及び残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、
を含み、
前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに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２１】
請求項２０記載の製造方法において、
前記各第１基礎溝の溝幅よりも前記各第２基礎溝の溝幅の方が狭く、
前記各第２基礎溝の溝幅よりも前記各分離溝の溝幅の方が狭い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、複数の振動素子によって超音波の送波及び受波を行う超音波探触子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、２Ｄアレイ振動子を備えた超音波探触子が実用化されている。２Ｄアレイ振動子は、一般に、二次元配列された数百から数千の振動素子で構成される。２Ｄアレイ振動子の一種として複数の有効振動素子が分散的に設定されたスパースアレイ型振動子も知られている。一般に、２Ｄアレイ振動子の下面側（背面側）には後方に放射された超音波を散乱、吸収するバッキングが設けられる。２Ｄアレイ振動子の上面側には１層又は複数層からなる整合層が設けられる。２Ｄアレイ振動子を構成する各振動素子にシグナルライン及びグランドラインを接続するため、各種の方法が提案されている。
【０００３】
典型的には、バッキング内にシグナルリードアレイが埋設される。それを構成する各シグナルリードは、バッキング内を通って振動素子の下面電極（シグナル電極）に接続される。一方、複数の振動素子の上面側には、それらの上面電極（グランド電極）の全体を覆って、一枚の銅箔などからなる共通グランド電極が設けられる。この構成では、複数の振動素子の上に共通グランド電極を形成した後に共通グランド電極の上に整合層が設けられる。よって、振動部材のカッティングと整合層のカッティングとを別々に行う必要がある。後者のカッティングにおいて整合層の全部を切断すると、共通グランド電極を傷つけてしまうおそれがあるために、整合層の下部を部分的に残してその切断が行われる。この構成では、隣接する整合素子間が部分的に連結するので、音響的特性に悪影響が生じる可能性がある。例えば、各振動素子について十分に広がった音圧分布を得られず（指向特性の低下）、このため電子セクタ走査において超音波ビームの偏向角度を大きくした場合に、十分な音圧を得られないなどの問題が生じる。また、振動素子間における音響的なクロストークも問題となる。
【０００４】
以上のような背景から、複数の振動素子について共通グランド電極を設けることなく、各振動素子ごとにグランドラインを接続することが要望されている。あるいは、各振動素子に対するシグナルライン及びグランドラインの個別的な接続を実現するための構造が要望されている。
【０００５】
特許文献１に示される超音波探触子においては、各振動素子の上面電極と下面電極とを短絡する垂直電極が示されている。その超音波探触子では、複数の振動素子の上面側に共通グランド電極が設けられており、また、整合層はカッティングされていない。特許文献２に示される超音波探触子においては、共通グランド電極が設けられ、複数の整合素子間に部分的な連結が生じている。特許文献３に示される超音波探触子においてはプリント基板を利用して各振動素子の保持及び各電極に対する電気的な接続が図られている。この構成では、各振動素子の振動をプリント基板が拘束してしまうおそれがあり、また、超音波探触子の製作が複雑になるおそれがある。特許文献４に示される超音波探触子においては、バッキング内に複数のシグナルラインと複数のグランドラインとが設けられている。また、各振動素子の側面には垂直電極が設けられている。その垂直電極の下端部は、バッキング内へは進入しておらず、水平方向に屈曲しており、つまり振動素子の下面側に回り込んでいる。その回り込み部分にグランドリードが接続されている。この超音波探触子の製造過程では、複数のブロック（振動素子列に相当）がバッキング上に位置決め配置される。よって、上記回り込み部分による電界への悪影響や複数のブロックの位置決めの煩雑さが懸念される。なお、特許文献５，６には積層されたあるいは複合化された超音波探触子が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０９４９７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０７６１号公報
【特許文献３】特開２００１−３０９４９３号公報
【特許文献４】特開２００２−０２７５９３号公報
【特許文献５】特開２００４−０９７７９１号公報
【特許文献６】特開２００４−０９７７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、超音波探触子の特性を良好にすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波探触子において、音響的クロストークを低減し、指向特性を良好にし、あるいは、良好な電場を形成できるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、超音波探触子の製造コストを低減することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、複数の整合素子と複数の振動素子を同時に製作できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、複数の振動素子を有する振動部と、前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた第１リードアレイ及び第２リードアレイを有するバッキングと、前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、を含み、前記各振動素子は、下面電極、上面電極及び側面電極を有し、前記各振動素子において、前記下面電極には当該振動素子に対応する第１リードが電気的に接続され、且つ、前記上面電極には前記側面電極を介して当該振動素子に対応する第２リードが電気的に接続され、前記各振動素子の側面電極の下端部が前記バッキングの上層部内に入り込み、前記バッキングの上層部内において、前記各振動素子の側面電極の下端部が当該振動素子に対応する第２リードに電気的に接続された、ことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、バッキング内に第１リードアレイ及び第２リードアレイが設けられ、それらを用いて、各振動素子に対してシグナルライン及びグランドラインが接続される。望ましくは、第１リードアレイはシグナルリードアレイであり、第２リードアレイはグランドリードアレイであるが、それとは逆の対応関係も考えられる。各振動素子には、上面電極、下面電極及び側面電極が設けられる。各振動素子が積層型の場合には更に１又は複数の内部電極が設けられる。各振動素子において、下面電極には第１リードが接続される。上面電極には、側面電極を介して、第２リードが接続される。典型的には各振動素子は４つの側面を有するが、その４つの側面の内で１又は複数の側面に側面電極が設けられる。側面電極は、製造容易性の観点から面状電極であるのが望ましいが、それ以外の形態、例えば線状電極であってもよい。電気的絶縁性を向上し、また側面電極による電界への悪影響を防止するためには、振動素子本体部と側面電極との間に側面絶縁層を形成するのが望ましい。
【００１３】
上記構成においては、バッキング、振動部及び整合部の積層方向を垂直方向（上下方向）と仮定した場合において、側面電極の下端部がバッキングの上層部内まで延伸しており、バッキング上層部内で側面電極（の下端部）と第２リード（の上端部）との電気的な接続が図られる。よって、側面電極を特別な形態にする必要がなく、その形態をシンプルにできるので、側面電極の製造が容易となる。例えば、側面電極は、導電性材料の流し込みと、硬化した導電性材料の切削加工とによって簡便に形成できる。また、側面電極を垂直方向にストレートな形態をもって形成すれば、振動子本体部内で形成される電界への影響（電界の乱れ）を小さくすることができる。側面電極の実質的な直下位置に第２リード（の上端部）を位置決めできるので、第２リードを振動素子の中心位置（望ましくは第１リード位置）から隔てられる。なお、第２リードは、線状の導電部材として構成されてもよいが、板状の導電部材として構成されるのが望ましい。側面電極の厚みを薄くすれば、振動素子における振動への悪影響を事実上、無視することができる。更に、第１リードの周囲が第２リードによって包み込まれるような態様を採用することもでき、その場合には電気的なシールド作用を高められる。
【００１４】
また、上記構成によれば、各振動素子ごとに個別的に第２リードへの電気的な接続を行えるので、水平方向に大きく広がった共通グランド電極を設ける必要がなくなる。よって、振動部と整合部を一括してカッティングすることが可能となる。つまり、複数の分離溝の形成によって、複数の振動素子の分離と複数の整合素子の分離を同時に達成できる。但し、一括形成ではなく、それぞれについて個別的に分離溝を形成するようにしてもよい。整合部の構成としては各種のものを採用可能である。振動部の上に複数の整合層を設けるようにしてもよい。従来、共通グランド電極を設ける場合にはグランドラインの引き回し距離が増大してノイズを拾い易くなる問題があったが、上記構成によればそのような問題を解消あるいは改善できる。整合部において、各整合素子が完全に相互分離していれば、振動素子間における音響的クロストークを改善でき、また、各振動素子の指向角度を広くすることができる。よって、超音波ビームの偏向角度を大きくしたような場合においても、十分な感度を得られる。
【００１５】
（２）望ましくは、前記各第２リードには、少なくとも１つの側面電極ペアが接続され、前記側面電極ペアは、隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成される。側面電極ペアを構成する２つの側面電極の間には分離溝が存在し、その分離溝には一般に超音波振動に悪影響を与えないような目詰め材が充填されるが、それを空気層としてもよい。望ましくは、前記各第２リードは、平板状の形態を有し、前記各第２リードには、複数の側面電極ペアからなる側面電極ペア列が接続される。１つの第２リードに対して複数の側面電極ペアを接続できるようにすれば部品点数を少なくできる。
【００１６】
望ましくは、前記各分離溝は、前記複数の振動素子は複数の分離溝によって分離形成され、前記整合部から前記バッキングの上層部内まで貫通する溝である。各分離溝の底レベルは各側面電極の最下端レベルよりも下であってもよいし上であってもよい。いずれにしても、各側面電極が第２リードに確実に接続されるようにするのが望ましい。各分離溝の底レベルをバッキング上面よりも上にすることも可能であるが、その場合には振動素子間の分離が不完全となって音響的クロストークが生じやすくなるため、分離溝の底レベルはバッキング上面よりも下（つまりバッキングの上層部内）に設定されるのが望ましい。
【００１７】
望ましくは、前記各振動素子において前記側面電極と前記下面電極とを電気的に絶縁する絶縁手段が設けられる。望ましくは、前記絶縁手段の下端部が前記バッキングの上層部内に入り込んでいる。この構成によれば、絶縁性がより確実となる。絶縁手段は、絶縁ギャップあるいは側面絶縁層として構成されるのが望ましい。
【００１８】
望ましくは、前記第１リードアレイは、前記複数の振動素子の配列と同じ配列を有する複数の第１リードによって構成される。バッキング上面に現れる各第１リードの上端面に電極パッドを設けるようにしてもよい。
【００１９】
望ましくは、前記複数の振動素子は、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の分離溝によって相互分離され、前記各振動素子において前記Ｘ方向に向く２つの側面の内の少なくとも一方に側面電極が形成され、前記第２リードアレイは、前記Ｘ方向に所定ピッチで並んだ複数の第２リードによって構成される。望ましくは、前記各振動素子においてＸ方向に向く２つの側面の一方に側面電極が形成され、前記振動子部において前記Ｘ方向に所定ピッチで複数の側面電極ペアが整列し、前記各側面電極ペアは、前記Ｘ方向に隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成され、前記所定ピッチは、前記Ｘ方向における分離溝ピッチの２倍に相当する。望ましくは、前記各振動素子においてＸ方向に向く２つの側面の両方に側面電極が形成され、前記振動子部において前記Ｘ方向に所定ピッチで複数の側面電極ペアが整列し、前記各側面電極ペアは、前記Ｘ方向に隣接する２つの振動素子間において対向する２つの側面電極によって構成され、前記所定ピッチは、前記Ｘ方向における分離溝ピッチに相当する。
【００２０】
各振動素子において、一方の側面だけに側面電極を形成する場合には、隣接する２つの振動素子間で一対の側面電極を対向させることができ、その一対の側面電極を共通の第２リードに接続できる。つまり、バッキング内における第２リードの個数を削減できる。各振動素子において、両方の側面に側面電極を形成する場合には、各振動素子内において電場の対称性を得られる。
【００２１】
（３）本発明は、複数の分離溝によって相互分離された二次元配列型の複数の振動素子を有する振動部と、前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられたシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイを有するバッキングと、前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、を含み、前記各振動素子は、下面電極、上面電極及び側面電極を有し、前記各振動素子において、前記下面電極には当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続され、且つ、前記上面電極には前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードが電気的に接続され、前記振動部には複数のグランド接続構造が構築され、前記各グランド接続構造は、分離溝を介して対向する側面電極ペアを有し、前記側面電極ペアがそれらに共通のグランドリードに電気的に接続された、ことを特徴とする。
【００２２】
グランド接続構造は側面電極ペアを有し、望ましくは、分離溝の垂直中心線に対して左右対称の構造を有する。側面電極ペアを単位として共通のグランドリードへの接続を行えるので、構造及び製造プロセスを合理化、簡易化できる。また、側面電極ペアが同じ極性を有しているので、電気的な回り込みを防止して、ノイズを低減できる。
【００２３】
望ましくは、前記振動子部における複数の下面電極の直下に、複数のシグナルリードの上端部が設けられ、前記振動子部における複数のグランド接続構造の直下に、複数のグランドリードの上端部が設けられる。望ましくは、前記各グランド接続構造において側面電極ペアの下端部が前記バッキングの上層部内に垂直に入り込んでいる。
【００２４】
望ましくは、前記各振動素子において側面電極と下面電極との間に絶縁ギャップが形成される。望ましくは、前記各振動素子において側面電極と振動素子本体部との間に側面絶縁層が形成される。側面絶縁層によって電気的な絶縁性を向上でき、また、その誘電率を適宜設定して、側面電極の存在に起因して生じる振動素子本体部内での電場の歪みを効果的に防止又は軽減できる。
【００２５】
（４）本発明は、複数の分離溝によって相互分離された二次元配列型の複数の振動素子を有する振動部と、前記振動部の下面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられたシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイを有するバッキングと、前記振動部の上面側に設けられ、前記複数の振動素子の配列に対応して設けられた複数の整合素子を有する整合部と、を含み、前記各振動素子は、シグナル下面電極、グランド上面電極、シグナル内部電極、グランド内部電極、シグナル側面電極及びグランド側面電極を有し、前記各振動素子において、前記シグナル下面電極には当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続されると共に前記シグナル内部電極には前記シグナル下面電極及び前記シグナル側面電極を介して当該振動素子に対応するシグナルリードが電気的に接続され、且つ、前記グランド上面電極及び前記グランド内部電極には前記グランド側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードが電気的に接続され、前記振動部には複数のシグナル接続構造が構築され、前記各シグナル接続構造は、分離溝を介して対向するシグナル側面電極ペアを有し、前記振動部には複数のグランド接続構造が構築され、前記各グランド接続構造は、分離溝を介して対向するグランド側面電極ペアを有する、ことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、各振動素子を積層型振動素子として機能させることができる。シグナル接続構造及びグランド接続構造は、望ましくは分離溝の垂直中心線に対して左右対称の構造を有する。一般には、溝形成と溝充填の各過程を繰り返すことによって、左右対称性を有する水平方向の多層構造を形成できる。
【００２７】
（５）本発明は、シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより積層体を製作する工程と、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の基礎溝を形成し、それらに導電性部材を導入する工程と、前記導電性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、を含み、前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに電気的に接続される、ことを特徴とする。
【００２８】
本発明は、シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより第１積層体を製作する工程と、前記第１積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の基礎溝を形成し、それらに導電性部材を導入する工程と、前記導電性部材が導入された第１積層体上に整合板を積層し、これにより第２積層体を製作する工程と、前記第２積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、を含み、前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに電気的に接続される、ことを特徴とする。望ましくは、前記各基礎溝の溝幅よりも前記各分離溝の溝幅の方が狭い。
【００２９】
本発明は、シグナルリードアレイ及びグランドリードアレイが埋設されたバッキング上に、振動板を積層し、これにより積層体を製作する工程と、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の第１基礎溝を形成し、それらに絶縁性部材を導入する工程と、前記絶縁性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の第２基礎溝を形成し、これによって、各第２基礎溝の内面上に側面絶縁層を残留させ、更に、前記複数の第２基礎溝内に導電性部材を導入する工程と、前記導電性部材の導入後に、前記積層体に対してその上方から前記バッキングの上層部内まで貫通する複数の分離溝を形成し、これによって、側面絶縁層及び残留導電性部材としての側面電極を有する複数の振動素子を製作する工程と、を含み、前記各振動素子の下面電極が当該振動素子に対応するシグナルリードに電気的に接続され、前記各振動素子の上面電極が前記側面電極を介して当該振動素子に対応するグランドリードに電気的に接続される、ことを特徴とする。
【００３０】
望ましくは、前記各第１基礎溝の溝幅よりも前記各第２基礎溝の溝幅の方が狭く、前記各第２基礎溝の溝幅よりも前記各分離溝の溝幅の方が狭い。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、各振動素子へシグナルライン及びグランドラインを適切に接続して、良好な特性を有する超音波探触子を提供できる。また、本発明によれば、超音波探触子の製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１には、振動子アセンブリ（内部ユニット）１０の斜視図が示されている。振動子アセンブリ１０は図示されていない超音波探触子ケース内に配置される。本実施形態に係る超音波探触子は、図示されていない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。超音波診断装置は、医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波によって得られたエコーデータに基づいて超音波画像を形成する装置である。本実施形態に係る振動子アセンブリ１０は後に詳述するように２Ｄアレイ振動子１４を有している。この２Ｄアレイ振動子１４に対して２次元の電子走査を適用することにより、超音波ビームを二次元走査することができ、これによって生体内に三次元エコーデータ取込空間を形成することができる。本発明は、２Ｄアレイ振動子を有する超音波探触子の他に、二次元配列された複数の振動素子を有する１．５Ｄアレイ振動子を備えた超音波探触子などに適用することもできる。なお、電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査などが知られている。
【００３４】
図１において、振動子アセンブリ１０は、２Ｄアレイ振動子１４，バッキング１６及び整合層１８を有している。２Ｄアレイ振動子１４は上述したように超音波の送受波を行って超音波ビームを形成する振動部として機能する。２Ｄアレイ振動子１４の下側すなわち背面側には超音波の吸収、減衰などを行うバッキング１６が設けられ、２Ｄアレイ振動子１４の上側すなわち放射側には音響インピーダンスの整合を図るための整合層１８が設けられている。整合層１８は整合部として機能する。整合部が複数の整合層によって構成されてもよい。
【００３５】
図１において、超音波の放射方向をＺ方向（垂直方向）として定義すると、Ｘ方向及びＹ方向はそれぞれ水平方向として定義される。
【００３６】
上記の２Ｄアレイ振動子１４は、Ｘ方向及びＹ方向に整列した例えば数百あるいは数千の振動素子１５によって構成される。振動素子１５は以下に説明するように振動素子本体部の側面に形成された側面電極３４を有する。具体的には、振動素子１５はＰＺＴあるいは複合材料によって構成される圧電材料２９と、圧電材料２９の上面に形成された上面電極（グランド電極）３０と、圧電材料２９の下面に形成された下面電極（シグナル電極）３２と、圧電材料２９の側面に形成された側面電極３４と、を有している。各電極３０，３２，３４はそれぞれ薄膜状の電極層を構成している。
【００３７】
図１に示す実施形態においては、振動素子本体部におけるＸ方向に向く２つの側面の内で一方の側面にのみ側面電極３４が形成されている。側面電極３４は図示されるように側面全体に広がった面状の電極であり、後に詳述するようにその下端部はバッキング１６内に入り込んでいる。なお、振動素子１５における４つの側面の内で、後に説明するように例えばＸ方向に向く２つの側面のそれぞれに側面電極を形成するようにしてもよいし、４つの側面の全部に側面電極を形成することも可能である。側面電極３４における下端部と下面電極３２との間には絶縁ギャップが形成されており、これについては後に説明する。
【００３８】
バッキング１６は、バッキング材料２８とその内部に埋設されたシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイによって構成される。それらはバッキング１６の下面側に設けられるＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）基板に接続される。バッキング材料は、エポキシ樹脂を母材として、それに対して窒化ホウ素、タングステンなどのフィラーを添加したものとして構成される。もちろん、バッキング材料２８としては各種の材料が公知である。シグナルリードアレイは、図示されるように２次元配列された複数のシグナルリード２４によって構成される。複数のシグナルリード２４の配列は複数の振動素子１５の配列と同一であり、各振動素子ごとに一つのシグナルリード２４が設けられている。シグナルリード２４の上端部は、それに対応する振動素子１５における下面電極３２の中央部分に接続されている。図１においてはバッキング１６の上面に現れるシグナルリードの上端面が符号２４Ａによって表されている。その上端面２４Ａに対して電極パッドなどを設けるようにしてもよい。各シグナルリード２４の上端部が各振動素子における下面電極３２の中心に合致するように、バッキング１６と２Ｄアレイ振動子１４とが互いに位置決めされる。本実施形態において、各シグナルリード２４は線状の導電部材によって構成されている。
【００３９】
上記のグランドリードアレイは、本実施形態において複数のグランドリード２６によって構成される。複数のグランドリード２６は図示されるようにＸ方向に所定間隔で並んでいる。その間隔は後に説明するように振動子間ピッチの２倍（すなわち後に説明する分離溝ピッチの２倍）である。各グランドリード２６は図１に示す構成例においてＹ方向に伸長したプレート状の導電部材として構成されている。すなわち、各グランドリード２６はＹ−Ｚ平面に広がった部材として構成されている。図示されるように、Ｘ方向においては複数の振動素子間（複数の分離溝）が存在するが、１つおきの分離溝ごとにグランドリード２６がその直下に設けられている。各振動素子１５の側面電極３４はその振動素子１５に対応するグランドリード２４に電気的に接続される。具体的には側面電極３４の下端部がグランドリード２４の上端部に物理的に結合している。
【００４０】
後に説明するように、Ｘ方向において１つおきの分離溝２２ごとにグランド接続構造が構築され、すなわち側面電極ペアが構築されており、各側面電極ペアが共通のグランドリード２６に接続されている。Ｙ方向に着目すると、複数のグランド接続構造が整列しており、つまり複数の側面電極ペアからなる側面電極ペア列が共通のグランドリード２６に接続されている。このような構成により、部品点数を削減してバッキング１６の構造を簡易化できるという利点がある。
【００４１】
上記の整合層１８は、複数の振動素子１５と同一の配列をもった複数の整合素子１９によって構成される。整合部と振動部とからなる積層部分に対してＸ方向及びＹ方向に整列した複数の分離溝２０，２２をマトリクス状に形成することにより、整合部及び振動部をそれぞれ細分化することができる。これによって、整合層１８を構成する複数の整合素子１９と、２Ｄアレイ振動子１４を構成する複数の振動素子１５とを一括して分離形成できるという利点がある。すなわち、従来のように２Ｄアレイ振動子１４と整合層１８との間に共通グランド電極は設けられておらず、Ｚ方向に複数の分離溝２０，２２を切削形成することにより整合部と振動部とを一括して製作できるという利点がある。複数の整合素子を相互に完全に分離することが可能となるので、振動素子間における音響的なクロストークを著しく軽減でき、また隣接する整合素子が部分的に連結することによって指向角度が狭くなってしまう問題を解消して、各振動子ごとの指向角度を広くすることが可能となる。これにより、例えば電子セクタ走査において超音波ビームの偏向角度を増大したような場合においても十分な感度を得ることが可能となる。また、２Ｄアレイ振動子１４の上面側に音響的に重い部材が載らなくなるので２Ｄアレイ振動子１４における各振動素子の振動を良好に行わせることができるという利点もある。更に、従来のような共通グランド電極を設けた場合、各振動素子についてのグランドラインの経路長がどうしても長くなり、その結果としてノイズの混入する可能性が高くなっていたが、上記構成によれば、各振動素子ごとに個別的にグランドラインを形成してノイズの混入といった問題を効果的に軽減できるという利点がある。加えて、それぞれの振動素子１５ごとにグランドラインを形成できるので電気的なクロストークの面でも有利である。
【００４２】
次に、図２を用いて２Ｄアレイ振動子の構造について更に詳述する。
【００４３】
図２には２つの振動素子１５Ａ，１５Ｂが拡大図として示されている。図２はＸ−Ｚ断面を示している。上述したように、各振動素子１５Ａ，１５Ｂは、圧電材料２９、上面電極３０、下面電極３２、側面電極３４などを有している。図１及び図２に示す実施形態においては、各振動素子について一方の側面にのみ側面電極３４が形成されており、Ｘ方向において側面電極が形成される面は互い違いに設定されている。その結果として、Ｘ方向において、複数の振動素子間が存在するが、複数の振動素子間における１つおきの振動素子間にグランド接続構造４０が構築される。
【００４４】
すなわち、隣接する２つの振動素子１５Ａ，１５Ｂに着目した場合、振動素子１５Ａにおける振動素子１５Ｂ側の側面には側面電極３４が形成され、これと同様に、振動素子１５Ｂにおける振動素子１５Ａ側の側面には側面電極３４が形成されている。２つの側面電極３４は分離溝２２を介して互いに対向しており、それら２つによって側面電極ペアが構成される。このようにグランド接続構造４０は側面電極ペアを有するものである。ちなみに、符号４２は、隣接する振動素子間において側面電極が形成されていない側面を対向させた関係にある素子間構造を示している。上述したように、このようなグランド接続構造４０と、通常の構造４２とがＸ方向において互い違いに設定されることになる。各グランド接続構造４０が存在する位置についてだけそれぞれグランドリード２６が配設される。各振動素子１５Ａ，１５Ｂにおいては、側面電極３４の上端３４ａが上面電極３０の端部に結合されている。また、側面電極３４の下端部が絶縁ギャップ３６によって下面電極３２から電気的に絶縁されており、その下端３４ｂがグランドリード２６の上端部に接続されている。具体的には、図２に示されるように、グランドリード２６の上端部には、一対の側面電極の下端部及び分離溝２２の下端部が入り込んだ態様を呈している。
【００４５】
すなわち、各側面電極３４の下端部は、バッキングの上層部内に入り込んでおり、また分離溝２２の下端部もバッキングの上層部内に入り込んでいる。更に、絶縁ギャップ３６における下側部分もバッキング内に入り込んでいる。図２に示す例では、各側面電極３４の下端３４ｂのレベルよりも分離溝２２の底レベルが低い位置に設定されているが、それらの位置的関係を逆転させることも可能である。いずれにしても、各側面電極３４が確実にグランドリード２６に接続されるように構成するのが望ましい。絶縁ギャップ３６が部分的にバッキング内に入り込んでおり、すなわち下面電極３２を基準として上下方向に一定の幅をもって絶縁ギャップ３６が存在しているため、側面電極３４と下面電極３２との間における電気的な絶縁性を確実に確保できるという利点がある。絶縁ギャップ３６は後に説明するように絶縁性をもった接着剤の充填などによって形成されるものである。
【００４６】
以上のように、Ｘ方向において、複数の分離溝２２における一つおきの分離溝２２にはそれを中心としてグランド接続構造４０が構築される。グランド接続構造４０は分離溝２２における垂直中心線を基準としてＸ方向に左右対称の構造を有している。この対称性により後述するように溝形成及び溝充填のプロセスを繰り返すことによって簡便にグランド接続構造４０を形成できるという利点がある。なお、隣接関係にある側面電極ペアにおいて２つの側面電極の下端部は図２に示す構成例においては互いに分離されていたがそれらを連結するようにしてもよい。各側面電極３４の深さと各分離溝２２の深さとを適宜設定することにより所望のグランド接続構造を構築することが可能である。
【００４７】
図１及び図２に示した実施形態によれば、各振動素子１５における側面電極３４の下端部がバッキング１６の上層部内に差し込まれており、その上層部内において側面電極３４の下端部とグランドリード２６の上端部との電気的な接続が図られているため、グランドの確実な接続を達成できるという利点がある。また、側面電極３４を単純な面状の薄膜層として形成することが可能であるので、後に説明するように簡易な製造プロセスによって一対の側面電極を一括形成できるという利点がある。また各側面電極が垂直方向に伸長したストレートな形態を有しているため、従来のように屈曲部を形成する必要がないので、その意味でも製造プロセスを簡略化でき、また特別な側面電極構造を採用する場合に生じる振動素子内部における電場の乱れといった問題を効果的に防止できるという利点がある。本実施形態においては互いに向き合う一対の側面電極が共通のグランドリードに接続されているため、部品点数を削減できるという利点がある。上述したように、各振動素子１５ごとにグランドラインを短い経路によって形成できるので、ノイズの混入の問題を効果的に軽減できる。また、側面電極３４が熱伝導の良い導電体として構成されるため、振動素子１５内部において発生する熱を効果的に拡散して熱的な集中の問題を軽減でき、これによって臨床上問題となる超音波探触子表面温度を低減できるという利点がある。
【００４８】
図１及び図２に示す実施形態においては、各分離溝２０，２２内に音響的なクロストークを生じにくい目詰め材が充填されている。その目詰め材もバッキング１６における上層部内に部分的に進入している。図２にグランド接続構造４０の詳細を示したように、２Ｄアレイ振動子１４とバッキング１６との間の関係について着目した場合、２Ｄアレイ振動子１４から下方側へ複数のアンカー部材が突出してそれらがバッキング１６の上層部内に差し込まれて固定されている状態にあるので、２Ｄアレイ振動子１４とバッキング１６との間における機械的な結合関係を密にすることができる。これによって振動特性を良好にできるという利点がある。
【００４９】
なお、上記で説明した実施形態においては、側面電極３４が面状電極として構成されていたが、場合によってはそれをライン状電極として構成することも可能である。また、後に説明するように、各振動素子において、Ｘ方向に向く２つの側面のそれぞれに側面電極を形成すれば、Ｘ方向における対称性を良好にして振動特性を向上できるという利点もある。
【００５０】
本実施形態においては、バッキング１６内において所定の間隔をもってプレート状の複数のグランドリードが配置されているためバッキング１６内におけるシールド性能を向上できるという利点もある。
【００５１】
次に、図３〜図８を用いて、図１及び図２に示した実施形態に係る振動子アセンブリ１０の製造方法について説明する、まず、図３に示すように圧電板５０及びバッキング１６が用意される。圧電板５０は平板状の圧電材料５１に対して所定の加工が施されたものである。
【００５２】
具体的には、圧電材料５１の上面及び下面が研磨され、下面については振動素子間ピッチの２倍のピッチをもって複数の溝５６が形成される。各溝５６はＹ方向に伸長した溝である。複数の溝５６の形成後、圧電材料５１の下面に対して金などが蒸着される。その蒸着層が符号５４によって示されている。圧電材料５１の上面については必要なタイミングにおいて金などが蒸着される。その蒸着層が符号５２によって表されている。上面に対する蒸着層５２の形成は、後の段階において行うことも可能である。
【００５３】
一方、バッキング１６の上面が研磨され、その後にバッキング１６に対しても振動素子間ピッチの２倍のピッチをもって複数の溝６２が形成される。各溝６２はＹ方向に伸長した溝である。そして、バッキング１６の上面に対して金などが蒸着され、これによって蒸着層６０が形成される。
【００５４】
圧電板５０に形成された複数の溝５６及びバッキング１６の上面に形成された複数の溝６２は複数の絶縁ギャップを形成するためのものである。圧電板５０の下面及びバッキング１６の上面に対する蒸着処理により、各溝５６，６２の内部にも蒸着部分５８，６６が生じる。それらの蒸着部分５８，６６は本来不要なものであるが、それらの蒸着部分５８，５６がそれぞれ蒸着層５４，６０に電気的に接続されていなければそのような蒸着部分５８，６６が存在していても問題はない。ただし、蒸着層５４，６０を形成した後に溝５６，６２を形成することによりそのような蒸着部分５８，６６を生じさせないようにすることもできる。
【００５５】
次に、図４に示されるように、圧電板５０とバッキング１６とが絶縁性接着剤を用いて接合される。その絶縁性接着剤は上記の溝５６，６２によって形成される溝空間７２内に充填されることになる。符号７４は各溝空間７２に充填された絶縁材料を示している。ちなみに、図４においては上記の蒸着層５４，６０が２つ合わせて、一つの電極層として示されている。２つの蒸着層は完全に密着接合していれば電気的な接続不良の問題は生じない。必要に応じて、電気的なコンタクトを高めるために絶縁性接着剤を２つの部材間に塗布した後に各蒸着層５４，６０におけるコンタクト部分に対して露出処理などを行ってもよい。図４におけるＤ１は振動素子間ピッチを表しており、例えばＤ１は０．３ｍｍである。Ｄ２はリードフレーム２６間ピッチを示しており、そのピッチは上記のＤ１の２倍である。
【００５６】
次に、図５に示されるように、貼り合わせられた積層体の上方から２倍の素子間ピッチすなわちピッチＤ２をもって複数の基礎溝８０が形成される。各基礎溝８０はＹ方向に伸長した溝である。各基礎溝８０の深さは後に形成される側面電極層の深さ範囲を規定する。各基礎溝８０の形成により、各絶縁材料７４の中央部分が切断され、同様に圧電板も切断されることになる。更にグランドリードの上端部も部分的に切り欠かれる。なお図３において示した蒸着層５２は複数の基礎溝８０の形成によって複数の電極層５２Ａに分割される。ちなみに、圧電板の下面側の蒸着層における平面部分及びバッキングにおける上面の蒸着層における平面部分（符号５４Ａ）はこの段階においてはそのまま保存される。各基礎溝８０の形成により、絶縁材料７４が２つに分割された結果としてそれぞれの基礎溝８０ごとに一対の絶縁ギャップ３６が生じる。ちなみに、符号５８ａ，６６ａは基礎溝８０の形成によって分断された蒸着層部分における断片要素を示している。それらは実質的に機能しないものである。
【００５７】
次に、図６に示されるように、上記のように形成された複数の基礎溝８０に対してそれぞれ導電性部材（導電性樹脂）が充填され、それが硬化される。そして、図７に示されるように、圧電板及びバッキングからなる積層体８４の上面側に整合板８６が接着される。
【００５８】
次に、図８に示されるように、各振動素子間ごとに複数の分離溝２２が形成される。具体的には、整合板８６を含む積層体の全体に対して、その上方からバッキング１６における上層部まで達する複数の分離溝２２が形成される。またそれに前後して、Ｙ方向に伸長した複数の分離溝も形成される。これによって、整合層１８においては複数の整合素子１９が分離形成されることになり、振動部においても複数の振動素子１５が分離形成され、これによって２Ｄアレイ振動子１４が構成される。
【００５９】
各分離溝２２は、図５を用いて説明した各基礎溝８０よりも深い位置まで到達しており（両者の中心位置は同一であるが、各分離溝２２の方が溝幅が小さい）、これによって図６を用いて説明した導電性部材８２は、その中央部分を貫通する分離溝２２によって２つの部分に分けられ、それぞれが側面電極３４を構成することになる。すなわち、上述した基礎溝の両側面上にそれぞれ側面電極３４が残留することになる。したがって、分離溝２２の形成が、整合素子分割、振動素子分割、及び、側面電極ペアの形成に相当することになる。また、各分離溝２２の形成により各振動素子ごとに上面電極３０が構成され、また下面電極３２が構成される。各分離溝２２（２０）内にはそれぞれ目詰め材が充填される。
【００６０】
上記実施形態においては、１つの分離溝２２を形成するだけで、Ｙ方向に並んだ複数のグランド電極構造４０を構築することができる。すなわちＹ方向に並んだ複数の側面電極ペアを一括して形成することができる。それらの側面電極ペアは側面電極ペア列を構成し、側面電極ペア列は共通のグランドリード２６に一括して接続される。各側面電極ペアの直下にそれぞれグランドリード２６が位置決めされており、各側面電極ペアとグランドリード２６とは垂直方向に実質的に直線的に並んだ関係にある。一方、各振動素子における中心部分にはその直下にシグナルリード２４が設けられており、すなわち各シグナルリード２４の上端部が各振動素子の下面電極３２の中央部分に接続される。
【００６１】
次に、図９〜図１６を用いて振動子アセンブリの第２実施形態について説明する。なお、図１〜図８に示した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略することにする。
【００６２】
図９において、振動子アセンブリ１００は、２Ｄアレイ振動子１０２と、２Ｄアレイ振動子１０２の下面側に設けられたバッキング１６と、２Ｄアレイ振動子１０２の上面側に設けられた整合層１８と、を有している。２Ｄアレイ振動子１０２はＸ方向及びＹ方向に整列した複数の積層型振動素子１０４によって構成される。以下に、その積層型振動素子１０４について詳述する。
【００６３】
積層型振動素子１０４は、複数の振動層１０６を有している。それらの振動層１０６はＺ方向に積層されている。振動素子１０４の上面には上面電極１０８が設けられ、振動素子１０４の下面には下面電極１１０が設けられる。また隣接する振動層１０６の間には内部電極１１２，１１３が設けられている。上面電極１０８及び内部電極１１３はグランド電極として機能し、下面電極１１０及び内部電極１１２はシグナル電極として機能する。振動素子１０４において、Ｘ方向における一方側の側面には側面電極１１６が形成されており、他方側の側面には側面電極１２０が形成されている。振動素子１０４における振動素子本体部と側面電極１１６との間には側面絶縁層１１４が形成されており、振動素子本体部と側面電極１２２との間には側面絶縁層１２０が形成されている。側面絶縁層１１４は、側面電極１１６と内部電極１１２との間の絶縁性を確保するためのものである。側面電極１１６の上端部は上面電極１０８の一方端に接続されており、側面電極１１６の下端部は内部電極１１３の一方端に接続されている。側面絶縁層１２０は、側面電極１２２と内部電極１１３との間の絶縁性を確保するためのものである。側面電極１２２の上端部は内部電極１１２の一方端に接続されており、側面電極１２２の下方端は下面電極１１０に接続されている。
【００６４】
側面電極１１６は、グランドについての内部接続用の電極であり、側面電極１２２はシグナルについての内部接続用の電極である。更に、分離溝２２に面してかつ側面電極１１６に隣接して側面電極１１８が形成されている。この側面電極１１８はグランドについての外部接続用の電極である。側面電極１１８の上端部は側面電極１１６と共に上面電極１０８に接続されており、側面電極１１８の下端部はバッキング１１６の上層部内に差し込まれて、グランドリード２６の上端部に接続されている。下面電極１１０にはシグナルリード２４の上端部が接続されている。
【００６５】
以上のような接続関係により、シグナルリード２４は下面電極１１０に接続され、更に側面電極１２２を介して内部電極１１２に接続される。側面絶縁層１２０によって側面電極１２２と内部電極１１３との間における絶縁性が確保されている。グランドリード２６は側面電極１１８及び側面電極１１６を介して内部電極１１３及び上面電極１０８に接続される。この場合において、側面電極１１６，１１８と内部電極１１２との間における絶縁性が側面電極層１１４によって確保されている。
【００６６】
図１等に示した実施形態と同様に、図９に示す実施形態においても、Ｘ方向に着目した場合に各振動素子の向きが互い違いに設定されている。すなわち、Ｘ方向には複数の分離溝２２が形成されているが、各分離溝ごとにグランド接続構造１２４とシグナル接続構造１２６とが互い違いに設定されている。グランド接続構造１２４は、分離溝２２の垂直中心軸を境として左右対称の構造を有しており、これはシグナル接続構造についても同様である。ただし、シグナル接続構造においては２番目の側面電極は設けられておらず、一方、グランド接続構造１２４においては側面電極１１６を超えてグランドリード２６への電気的な接続を図るために２番目の側面電極１１８が設けられている。
【００６７】
このような構成により、各振動素子１０４を積層化することが可能であり、特に上下方向に並ぶ各電極１０８，１１２，１１３，１１０について互い違いにグランドあるいはシグナルを接続することが可能となる。また、グランドについては上下方向に貫通した側面電極１１８によってグランドリード２６への電気的な接続を確実に行うことが可能である。更に、各振動素子ごとに側面絶縁層１１４，１２０が設けられ、それらは振動素子の側面において面状に広がる絶縁層として構成されているため、振動素子について必要な絶縁性を十分に確保できると共に、両側面に垂直方向に側面電極１１６，１１８，１２２を形成することに起因する振動素子内部にて生じる電場の乱れを効果的に抑制することが可能である。また、そのような作用が達成できるように各側面絶縁層１１４，１２０を適切な材料で構成するのが望ましい。なお、図９に示す実施形態においても絶縁ギャップが設けられている。絶縁ギャップと側面絶縁層とを一体化して形成するようにしてもよい。
【００６８】
次に、図１０〜図１６を用いて図９に示した振動子アセンブリ１００の製造方法について説明する。
【００６９】
まず、図１０に示されるように積層型圧電板１３０とバッキング１６とが用意される。ここで、積層型圧電板１３０の製造方法については例えば特許文献５，６等に記載された内容が参考となる。積層型圧電板１３０は、上下方向に積層されたバッキング材料からなる３つの層１３２を有しており、また各層間には内部電極層１３４が設けられている。積層型圧電板１３０においては上方及び下方から互い違いの関係をもって複数の溝構造が構築されている。各溝構造は大きな溝幅をもって第１の基礎溝を形成した後にその内部に絶縁性材料を充填して硬化させ、更に幅の狭い第２の基礎溝を形成してその内部に導電性部材を充填して硬化させることによって構築できる。
【００７０】
図１０においては、上方側から構築される各溝構造において、符号１４２によって導電性部材が示されており、符号１１４によって絶縁性材料からなる側面絶縁層が示されている。この側面絶縁層１１４はＹ方向に伸長した板状の形態を有している。これは導電性材料１４２についても同様である。積層型圧電板１３０における下方側から形成される各溝構造においても、上記同様に、導電性材料が符号１４６によって示されており、その両側に形成される側面絶縁層が符号１２０によって示されている。
【００７１】
また、積層型圧電板１３０における下面側には振動素子間ピッチの２倍のピッチをもって複数の溝１５０が形成されており、またバッキング１６における上面についても複数の溝１５４が形成されている。図１０においてはバッキング１６における上面側に対して蒸着処理が施された状態が示されており、その蒸着処理によってバッキング１６の上面には蒸着層１５２が形成され、各溝の内部には蒸着部分が生じている。
【００７２】
次に、図１１に示されるように、積層型圧電板１３０の下面及び上面に対して蒸着処理が施される。例えば金などの材料が蒸着される。これによって、下面側においては蒸着層１５８が形成され、上面側には蒸着層１５６が形成される。それらは電極層を構成するものである。ちなみに、図１０に示した各溝１５０内には蒸着層部分が生じている。上述したように、各溝内に生じるこのような蒸着層部分については製造プロセスを適宜変更することによって除外することも可能である。
【００７３】
次に、図１２に示されるように、積層型圧電板１３０とバッキング１６とが絶縁性接着剤を用いて相互に貼り合わせられる。これによって上下２つの溝の貼り合わせによって形成される溝空間内に絶縁性材料が充填される。それが符号１５８で表されている。
【００７４】
次に、図１３に示されるように、積層型圧電板１３０とバッキング１６とからなる積層体に対して、その上方から一定間隔をもって中間的な基礎溝１６０が形成される。その一定間隔は振動子間ピッチの２倍であり、各グランドリードごとに基礎溝１６０が形成される。各基礎溝１６０の形成により、絶縁材料がその中間から２つに分断され、これによって一対の絶縁ギャップ１６２が構成される。これと共に、導電性部材もその中央から左右に分割されることになり、その結果として内部接続用の側面電極１６４が構成される。
【００７５】
そして、図１４に示されるように、各基礎溝１６０に対して導電性部材１６６が充填される。ちなみに、製造プロセスを適宜修正することにより、図９に示した内部接続用の側面電極１１６と外部接続用の側面電極１１８（図１６参照）とを１つの側面電極として一括形成することも可能である。
【００７６】
次に、図１５に示されるように、積層型圧電板１３０とバッキング１６とからなる積層体１６８の上面側に整合板１７０が接着される。そして、図１６に示されるように、振動素子間ピッチをもって複数の分離溝２２が形成される。段階的に多重形成される複数の溝の幅は段階的に小さく設定されている。各分離溝２２はＹ方向に伸長した溝である。それと直交する複数の分離溝は複数の分離溝２２の形成の前又は後に形成される。複数の分離溝２２を形成することにより、Ｘ方向において１つおきにグランド接続構造１２４が構築され、その間にシグナル電極構造１２６が構築されることになる。グランド接続構造１２４においては、分離溝２２の形成により、図１４を用いて説明した導電性部材１６６がその中央から左右に２分割されることになり残留する部分として一対の側面電極１１８が形成されることになる。これと共に、整合板１７０が複数の整合素子１９に分割形成され、これによって整合層１８が構成される。また、積層型圧電板においては複数の分離溝の形成により複数の振動素子が分離形成され、これによって２Ｄアレイ振動子１０２が構成される。
【００７７】
シグナル電極構造１２６においては、分離溝２２の形成により、図１０に示した導電性部材１４６が中央部分から２分割され、その結果として残留する部分として一対の側面電極１２２が形成されることになる。
【００７８】
したがって、各分離溝２２の形成により、グランド電極１２４においては一対の側面電極１１８を一括形成でき、シグナル電極構造１２６においては分離溝２２の形成によって一対の側面電極１２２を一括形成できる。上述したように、各分離溝２２はＹ方向に伸長しており、実際には、分離溝２２の形成によってＹ方向に並んだ複数のグランド電極構造１２４又は複数のシグナル電極構造１２６が一括形成されることになる。ここで、Ｙ方向に並ぶ複数のグランド接続構造１２４が有する複数の側面電極ペアはそれらに共通のグランドリードに電気的に接続される。
【００７９】
次に、図１７〜図２５を用いて振動子アセンブリの第３実施形態について説明する。なお、図１等に示した第１実施形態及び図９等に示した第２実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略することにする。
【００８０】
図１７において、振動子アセンブリ１３０は、２Ｄアレイ振動子１３２と、その下面側に設けられたバッキング１３３と、２Ｄアレイ振動子１３２の上面側に設けられた整合層１８と、を有している。
【００８１】
２Ｄアレイ振動子１３２は、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の振動素子１３４によって構成されている。各振動素子１３４は、圧電材料によって構成される振動素子本体部１４０と、そのＸ方向における両側面に形成された２つの側面電極１４４と、上面電極１４６と、下面電極１４８とを有している。また、振動素子本体部１４０と２つの側面電極１４４との間には垂直方向に広がる面状の側面絶縁層１４２が設けられている。それらの側面絶縁層１４２によって各側面電極１４４によって生じる電場の乱れの問題を効果的に抑制することができ、また電気的な絶縁性を極めて向上することが可能である。
【００８２】
図１７に示されるように、Ｘ方向においては、各振動素子間にグランド接続構造１３５が形成されている。各グランド接続構造１３５は、互いに対向する一対の側面電極１４４を有している。それらの側面電極１４４の下端部は、上述した各実施形態と同様にバッキング１３３における上層部内に入り込んでいる。ただし、この実施形態においては、一対の側面電極の下端部が相互に連結されており、図示されるように連絡部１５０が構成されている。そして、その連絡部１５０がグランドリード１３８の上端部に結合されている。ちなみに、各シグナルリード１３６はそれぞれ対応する振動素子１３４における下面電極１４８に接続されている。
【００８３】
図１７に示す実施形態によれば、各振動素子１３４においてＸ方向に向く２つの側面のそれぞれに側面電極１４４が形成されているため、Ｘ方向における電場の対称性を得ることが可能であり、また２つの側面を利用して熱的な拡散を図ることができるという利点がある。また各振動素子ごとにＸ方向の両端がバッキング１３３側に差し込まれてアンカーとしての役割を達成することになるので、各振動素子のバッキング１３３への機械的な結合をより良好にすることが可能となる。もちろん、各振動素子１３４が有する４つの側面の全部に側面電極を形成する変形例を採用することも可能である。
【００８４】
図１８〜図２５を用いて図１７に示した振動子アセンブリ１３０の製造方法について説明する。
【００８５】
まず、図１８に示されるように、圧電板１５２とバッキング１３３とが用意される。圧電板１５２の上面及び下面には金などの蒸着によって蒸着層１６０，１６２が形成される。また、バッキング１３３についてもその上面に金などの蒸着によって蒸着層１６４が形成される。ちなみに、各面への蒸着処理に先立って研磨処理が施される。これは他の実施形態と同様である。
【００８６】
図１９に示されるように、圧電板１５２とバッキング１３３とが導電性接着剤などを用いて相互に接着される。なお、図１９においては図１８に示した蒸着層１６２，１６４が１つの導電層として表されている。
【００８７】
次に、図２０に示されるように、圧電板の上方から振動素子間ピッチをもって複数の基礎溝１６６が一定の深さで形成される。各基礎溝１６６はバッキングにおける上層部に到達している。各基礎溝１６６の底面はそれぞれグランドリード１３８の上端部を切り欠く態様をもって形成されている。
【００８８】
次に、図２１に示されるように、各基礎溝１６６内に絶縁性材料１６８が充填され、それが硬化される。そして、図２２に示されるように、図２１で充填された各絶縁性材料１６８ごとにその中央部分を貫通するように複数の第２の基礎溝１７０が形成される。これによって各溝内にはその両側に側面絶縁層１４２が残留することになる。
【００８９】
次に、図２３に示されるように、各第２の基礎溝１７０に対して導電性部材が充填されると共に、積層体の上面にも導電性部材１７４が設けられる。そして、図２４に示されるように、各導電性材料が硬化した後に、積層体１７８の上面側に整合板１７６が接着される。導電性部材１７４を設けることなく、導電性接着材の層を形成してもよい。
【００９０】
そして、図２５に示されるように、振動素子間ピッチをもって複数の分離溝２２が形成される。それと前後してＸ方向に伸長する複数の分離溝も形成される。複数の分離溝２２の形成によって、各第２の基礎溝１７０内に充填された導電性部材がその中央部分から２つに分割されて残留された部分として一対の側面電極層１４４が生じる。これと共に、整合板が複数に分割され、これによって複数の整合素子からなる整合層が構築される。同様に、複数の振動素子が形成され、これによって２Ｄアレイ振動子１３２が構築される。
【００９１】
図２５に示されるように、複数の分離溝２２の深さは、上述した複数の第２の基礎溝１７０の深さよりも若干浅く設定されており、これによって各分離溝２２ごとにその下側に一対の側面電極１４２を連結する連絡部分１５０が残留する。その連絡部分１５０は、対応するグランドリード１３８の上端部に接合している。
【００９２】
以上説明したように、この実施形態においても溝形成及び溝充填の繰り返しにより、複数のグランド接続構造１３５を一括して形成することが可能である。また各振動素子についてＸ方向の両側面にそれぞれ側面電極を形成し、すなわち各振動素子のＸ方向の両側にそれぞれグランド接続構造１３５を形成できるので、Ｘ方向の対称性を確保してより良好な振動特性を実現できるという利点がある。
【００９３】
次に、図２６〜図３６を用いてバッキングについてのいくつかの構成例を説明する。まず、図２６〜図２８を用いてバッキングの第１例について説明する。
【００９４】
図２６に示されるように、バッキング板１９０、リードフレーム１８６及びバッキング板１８２を用いて貼り合わせ体が構成される。バッキング板１９０は平板状のバッキング材料で構成され、バッキング板１８２は上記のバッキング板１９０と同様の形態を有しているが、その上面には複数の溝１８４が形成されている。リードフレーム１８６は複数のリード１８８を有しており、各リード１８８は各溝１８４内に埋設されるものである。
【００９５】
各リード１８８を各溝１８４内に挿入しつつバッキング板１９０とバッキング板１８２を貼り合わせることにより、図２７に示される貼り合わせ体１９２を構成できる。複数の貼り合わせ体１９２と複数の導電性プレート１９４とを交互に接着することにより、図２８に示されるようにバッキング１９６を構成することができる。ここで、図２６に示した各リード１８８はシグナルリードを構成するものであり、図２７に示したスペーサとしての各導電性プレート１９４はグランドリードを構成するものである。
【００９６】
次に図２９〜図３１を用いてバッキングの第２例について説明する。
【００９７】
図２９は、図２７に示した貼り合わせ体１９２に相当するものが示されている。貼り合わせ体１９２に対してはその上面側から複数の溝１９８が形成される。なお、貼り合わせ体１９２は上側のバッキング板１９２Ｂと下側のバッキング板１９２Ａとで構成されるが、下側のバッキング板１９２Ａの方が上側のバッキング板１９２Ｂよりもやや厚く構成されている。複数の溝１９８の形成にあたっては下側のバッキング板１９２Ａが完全に切断されない程度の深さをもって各溝１９８が形成されることになる。
【００９８】
次に、図３０に示されるように、図２９に示した各溝１９８内に導電性材料が充填されつつ貼り合わせ体の上面側に一定の厚みをもって導電層２００Ａが形成される。また、貼り合わせ体１９０における下面側が一定の厚みをもって面取り除去される。そして、図３０に示される要素を複数並べて積層することにより、図３１に示されるようなバッキング２０２を構築することができる。図示されるように、各リードの周囲には導電性材料が設けられており、すなわち各リードが導電性材料によって包み込まれている。このようなバッキングによれば、各振動素子ごとにシールド性能を高めることが可能である。
【００９９】
図３２〜図３６にはバッキングの第３例が示されている。
【０１００】
図３２に示されるように、バッキング板２１２の上面及び下面に電極層２１４，２１６が形成される。図３３に示されるように、上面側の電極層に対してエッチング処理が施され、これによってその上面に複数のリード２１８が形成される。
【０１０１】
そして、図３４に示されるように、複数のリードが形成された後のバッキング板２１０の上面に対してバッキング板２２０が貼り合わされる。バッキング板２２０の下面側には複数の溝２２２が形成されており、各リードは各溝２２２内に入り込む。そして、図３５に示されるような貼り合わせ体２２４が形成される。その貼り合わせ体２２４の下面側には一定の厚みをもって電極層２１６が存在する。そして、図３５に示される要素２０８を複数並べて積層することにより、図３６に示されるようなバッキング２１０を構成することが可能である。
【０１０２】
以上説明したように、バッキングの製造方法としては各種のものを採用することができ、いずれにしても、振動素子パターンに応じてシグナルリードアレイ及びグランドリードアレイを構成できるようにするのが望ましい。なお、上記実施形態において複数の振動素子の中に部分的に送受波で機能しない振動素子が含まれてもよい。例えば、上記の２Ｄアレイ振動子がスパース型２Ｄアレイ振動子であってもよい。また、上記の手法を拡張して、例えば１．５Ｄアレイ振動子に本発明を適用することも可能である。上記の各実施形態に示した超音波探触子によれば、２Ｄアレイ振動子を構成する各振動素子の音響的な特性及び電気的な特性を良好にできるので、超音波診断にあたって送信強度や感度を高めることが可能であり、その結果、良好な画質を有する超音波画像を構築できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】振動子アセンブリの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す振動子アセンブリの拡大断面図である。
【図３】圧電板とバッキングの加工を説明するための図である。
【図４】圧電板とバッキングとの貼り合わせ状態を示す図である。
【図５】複数の基礎溝を形成した状態を示す図である。
【図６】複数の基礎溝に対して導電性部材を充填した状態を示す図である。
【図７】積層体に対して整合板を接合した状態を示す図である。
【図８】複数の分離溝の形成によって複数のグランド電極構造が形成される状態を示す図である。
【図９】振動子アセンブリの第２実施形態を示す斜視図である。
【図１０】積層型圧電板とバッキングの加工を説明するための図である。
【図１１】積層型圧電板に対する蒸着処理を説明するための図である。
【図１２】積層型圧電板とバッキングとの貼り合わせ状態を示す図である。
【図１３】複数の第１の基礎溝の形成を説明するための図である。
【図１４】複数の第１の基礎溝に対する導電性部材の充填を説明するための図である。
【図１５】積層体に対して整合板を接合した状態を示す図である。
【図１６】複数の分離溝の形成によって複数のグランド接続構造及び複数のシグナル接続構造が形成される状態を示す図である。
【図１７】振動子アセンブリの第３実施形態を示す斜視図である。
【図１８】圧電板とバッキングの加工を説明するための図である。
【図１９】圧電板とバッキングとの貼り合わせ状態を示す図である。
【図２０】複数の第１の基礎溝の形成を説明するための図である。
【図２１】複数の第１の基礎溝に対する絶縁性部材の充填を説明するための図である。
【図２２】複数の第２の基礎溝の形成を説明するための図である。
【図２３】複数の第２の基礎溝に対する導電性部材の充填を説明するための図である。
【図２４】積層体に対する整合板の接合を説明するための図である。
【図２５】複数の分離溝の形成による複数のグランド接続構造の形成を説明するための図である。
【図２６】バッキングの第１例における部品の製造方法を説明するための図である。
【図２７】バッキングの第１例における複数の部品の積層を説明するための図である。
【図２８】バッキングの第１例を示す斜視図である。
【図２９】バッキングの第２例における部品を説明するための図である。
【図３０】部品に対する導電性材料の形成を説明するための図である。
【図３１】バッキングの第２例を示す斜視図である。
【図３２】バッキングの第３例に用いられるプレートを説明するための図である。
【図３３】図３２に示したプレートに対するエッチング後の状態を示す図である。
【図３４】バッキングの第３例における部品を説明するための図である。
【図３５】バッキングの第３例における部品の貼り合わせ状態を示す図である。
【図３６】バッキングの第３例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  振動子アセンブリ、１４  ２Ｄアレイ振動子、１５  振動素子、１６  バッキング、１８  整合層、２０，２２  分離溝、２４  シグナルリード、２６  グランドリード、３０  上面電極、３２  下面電極、３４  側面電極、４０  グランド接続構造。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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