(57)【要約】【課題】簡易な製造方法により、素子間の音響的なクロストークを低減し、Ｓ／Ｎの劣化を防止したマトリクスアレイ用積層振動子を有した超音波探触子を提供する。【解決手段】複数の誘電体層が積層されてなる積層体と、積層体の中間部に複数の誘電体層の各々と交互に積層された複数の内部電極と、積層体の最上面および最下面に設けられた外部電極と、積層体の両側面に沿って、奇数番目の内部電極および偶数番目の内部電極のそれぞれに接続された側面電極とを有し、積層体は、内部または外部電極と側面電極との間に電気的な接触を防止するための間隙を設けた電極構造を備え、該積層体を２次元配列して振動子素子を構成し、該振動子素子毎に超音波の送受信を行うようにした超音波探触子。【選択図】図１
2012019326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層が積層されてなる積層体と、
前記積層体の中間部に前記複数の誘電体層の各々と交互に積層された複数の内部電極と、
前記積層体の最上面および最下面に設けられた外部電極と、
前記積層体の第１側面に沿って設けられ、前記複数の内部電極の中で奇数番目の内部電極の第１端部に電気的に接続された第１側面電極と、
前記積層体の第２側面に沿って設けられ、前記複数の内部電極の中で偶数番目の内部電極の第２端部に電気的に接続された第２側面電極と、を有し、
前記積層体の最下面に設けられた外部電極は、前記第１側面電極に電気的に接続された第１電極と、前記第２側面電極に電気的に接続された第２電極とを有し、
前記第１電極と前記第２電極とは、間隙を介して電気的に分離され、
前記積層体を２次元配列して振動子素子を構成し、該振動子素子毎に超音波の送受信を行うようにしたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記積層体は、前記第１端部の他端部である第２端子および前記最上面の外部電極と前記第２側面電極との間、並びに前記第２端部の他端部である第１端子および前記最下面の外部電極と前記第１側面電極との間に電気的な接触を防止するための間隙を設けた電極構造を備えることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記第１電極はＧＮＤ電位に接続され、前記第２電極は信号電位に接続されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記積層体の最上面に設けられた外部電極は、前記第１側面電極に電気的に接続され、
前記第２側面電極とは間隙を介して電気的に分離されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波探触子において、
ＧＮＤパターンが設けられた基板を有し、
前記ＧＮＤパターンを中心として鏡面対称となる位置に前記積層体の複数個が前記ＧＮＤパターンに沿って所定の間隔を保持しながら２次元に配列されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波探触子において、
隣接する積層体の第１側面電極同士および前記第２側面電極同士が第１の方向に沿って対向して配列され、前記第１の方向に沿って配列された積層体群が前記第１の方向と直交する第２の方向に前記配列を保持しながら配列され、隣接する積層体の電極同士が概略同じ電位となるように２次元に配列されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波探触子において、
前記積層体の側面電極が、第１の方向に沿って、ＧＮＤ―信号―信号―ＧＮＤの順を保持して配列され、前記第１の方向と直交する第２の方向には、隣接する前記積層体のいずれもがＧＮＤまたは信号となるように配列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に記載の超音波探触子において、
前記振動子素子を搭載する背面材を有し、
前記背面材は、該背面材の主表面から裏面にかけて貫通する信号用ビアと、該背面材の側面に設けられた接地用導体とを備え、
前記第１電極が前記接地用導体に接続され、前記第２電極が前記信号用ビアに接続され、
前記第２電極は、前記信号用ビアを介して前記背面材の裏面から信号を受信し、前記接地用導体により前記信号用ビアを通過する信号を電磁気的にシールドすることを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
誘電体材料を設けた基板を準備する工程と、
間隙を形成するための開口パターンと電極部形成パターンと絶縁領域形成パターンとを有するマスクを用いて、前記誘電体材料上に内部または外部電極の形成を繰り返し行い、前記誘電体材料の厚み内に所定間隔で複数の電極を横断状に配設し内部電極を形成すると共に、該電極の最上層および最下層に外部電極を形成した積層化基板を形成する工程と、
前記複数の内部電極の中で奇数番目の内部電極に電気的に接続する第１側面ダミー電極と、前記複数の内部電極の中で偶数番目の内部電極に電気的に接続する第２側面ダミー電極とを前記積層化基板の側面に形成する工程と、
前記第１側面ダミー電極と前記第２側面ダミー電極とのそれぞれに異なる極性の電界を印加し、前記誘電体材料に分極化処理を施す工程と、
分極化処理を施した前記積層化基板を所定の幅で短冊状に切断して長手方向に延伸する切断素子を形成する第１の切断工程と、
前記切断素子の長手方向に沿った対向する両側面に側面電極を形成する工程と、
前記切断素子のそれぞれを所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断する第２の切断工程と、を有し、
前記第１および第２の切断工程において、前記開口パターンを通過するように切断することにより各層の内部電極と前記側面電極との電気的な接触を防止するための間隙を形成し、前記第２の切断工程により、基板上の平面内で２次元に配列した振動子素子群を形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１０】
検査対象に超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子から所定のビーム波形の超音波を送波させる送信回路と、該超音波探触子で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する受信回路と、該送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部と、超音波画像を表示する表示部とを有する超音波診断装置において、
前記超音波探触子として、請求項１〜８のいずれかに記載の超音波探触子を用いたことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、超音波探触子を用いた超音波診断装置及び超音波探触子の製造方法に係り、特に、リアルタイムに３次元画像を提供するマトリクスアレイ型の探触子に用いる振動子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療画像診断に用いられる超音波診断装置は、生体の軟部組織の断層像や生体内を流れる血流像等をほぼリアルタイムでモニタに表示して観察できるため、医療の分野で広く用いられている。
このような特徴を有する超音波診断装置は、圧電体で代表される振動子素子をアレイ化した超音波探触子から超音波を検査対象に送信する際に、アレイの各素子から超音波を送信するタイミングを制御することで、アレイの各振動子素子からの超音波が検査対象内で焦点を結ぶ位置を制御する。そして、超音波探触子で検査対象から反射してきた超音波を受信する際に、アレイの各素子が受信した信号を、所望の位置と各素子位置の距離の差に応じた時間をずらして加算する、いわゆる電子フォーカスによって超音波ビームを形成する。この超音波の送受信に用いるアレイの素子を変えて超音波ビームを電子的に走査することによって２次元の走査(２次元データ取込領域)あるいは３次元の走査(３次元データ取込領域)が構成され、これらの走査のデータにより超音波画像が形成される。
さらに、リアルタイムに３次元データを構築するためにマトリクスアレイ型の探触子が用いられている。
【０００３】
マトリクスアレイ型の超音波探触子は、圧電材料からなる振動子の上下両面に電極が形成されており、この振動子及び上下両面の電極は電子的に超音波を走査するように長軸方向において短冊状に分割され１列状に配列されている。
【０００４】
振動子の短軸方向の分割によるインピーダンスの上昇を該振動子の積層化で抑えることが可能である超音波探触子が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した方法では、微少な素子側面や両面に絶縁膜と導電膜を形成させなければならないために製造が困難である。さらにＧＮＤ電極を音響放射面から配線しなければならないため、音響整合層に導体を用いるという制約がある。また、ＧＮＤ配線のために複数素子に結合した膜を設ける必要がある。これにより、素子間の音響的なクロストークレベルが上がり、Ｓ／Ｎが劣化するという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易に製造でき、Ｓ／Ｎの劣化を防止したマトリクスアレイ用積層振動子を有した超音波探触子、超音波探触子を用いた超音波診断装置及び超音波探触子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明による超音波探触子は、複数の誘電体層が積層されてなる積層体と、積層体の中間部に複数の誘電体層の各々と交互に積層された複数の内部電極と、積層体の最上面および最下面に設けられた外部電極と、積層体の第１側面に沿って設けられ、複数の内部電極の中で奇数番目の内部電極の第１端部に電気的に接続された第１側面電極と、積層体の第２側面に沿って設けられ、複数の内部電極の中で偶数番目の内部電極の第２端部に電気的に接続された第２側面電極とを有し、積層体の最下面に設けられた外部電極は、第１側面電極に電気的に接続された第１電極と、第２側面電極に電気的に接続された第２電極とを有し、第１電極と第２電極とは、間隙を介して電気的に分離され、積層体を２次元配列して振動子素子を構成し、該振動子素子毎に超音波の送受信を行うようにしたものである。
【０００９】
また、積層体は、第１端部の他端部である第２端子および最上面の外部電極と第２側面電極との間、並びに第２端部の他端部である第１端子および最下面の外部電極と第１側面電極との間に電気的な接触を防止するための間隙を設けた電極構造を備えている。
【００１０】
また、第１電極はＧＮＤ電位に接続され、第２電極は信号電位に接続される。
【００１１】
また、積層体の最上面に設けられた外部電極は、第１側面電極に電気的に接続され、第２側面電極とは間隙を介して電気的に分離されている。
【００１２】
また、ＧＮＤパターンが設けられた基板を有し、ＧＮＤパターンを中心として鏡面対称となる位置に積層体の複数個がＧＮＤパターンに沿って所定の間隔を保持しながら２次元に配列されている。
【００１３】
また、隣接する積層体の第１側面電極同士および第２側面電極同士が第１の方向に沿って対向して配列され、第１の方向に沿って配列された積層体群が第１の方向と直交する第２の方向に配列を保持しながら配列され、隣接する積層体の電極同士が概略同じ電位となるように２次元に配列されている。
【００１４】
また、積層体の側面電極が、第１の方向に沿って、ＧＮＤ―信号―信号―ＧＮＤの順を保持して配列され、第１の方向と直交する第２の方向には、隣接する積層体のいずれもがＧＮＤまたは信号となるように配列される。
【００１５】
また、振動子素子を搭載する背面材を有し、背面材は該背面材の主表面から裏面にかけて貫通する信号用ビアと、該背面材の側面に設けられた接地用導体とを備え、第１電極が接地用導体に接続され、第２電極が信号用ビアに接続され、第２電極は、信号用ビアを介して背面材の裏面から信号を受信し、接地用導体により信号用ビアを通過する信号を電磁気的にシールドする。
【００１６】
さらに、上記の超音波探触子の製造方法は、誘電体材料を設けた基板を準備する工程と、間隙を形成するための開口パターンと電極部形成パターンと絶縁領域形成パターンとを有するマスクを用いて、誘電体材料上に内部または外部電極の形成を繰り返し行い、誘電体材料の厚み内に所定間隔で複数の電極を横断状に配設し内部電極を形成すると共に、該電極の最上層および最下層に外部電極を形成した積層化基板を形成する工程と、複数の内部電極の中で奇数番目の内部電極に電気的に接続する第１側面ダミー電極と、複数の内部電極の中で偶数番目の内部電極に電気的に接続する第２側面ダミー電極とを積層化基板の側面に形成する工程と、第１側面ダミー電極と第２側面ダミー電極とのそれぞれに異なる極性の電界を印加し、誘電体材料に分極化処理を施す工程と、分極化処理を施した積層化基板を所定の幅で短冊状に切断して長手方向に延伸する切断素子を形成する第１の切断工程と、切断素子の長手方向に沿った対向する両側面に側面電極を形成する工程と、切断素子のそれぞれを所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断する第２の切断工程と、を有し、第１および第２の切断工程において、開口パターンを通過するように切断することにより各層の内部電極と側面電極との電気的な接触を防止するための間隙を形成し、第２の切断工程により、基板上の平面内で２次元に配列した振動子素子群を形成するものである。
【００１７】
さらにまた、関連発明としての超音波診断装置は、検査対象に超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子から所定のビーム波形の超音波を送波させる送信回路と、該超音波探触子で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する受信回路と、該送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部と、超音波画像を表示する表示部とを有する超音波診断装置において、超音波探触子として、上記各手段における超音波探触子を用いたものである。
【００１８】
すなわち、本発明の特徴は、２層以上の積層振動子を備える積層体であって、その積層体の側面に電極が設けられ、かつ、積層体の上面および下面に電極を持ち、また、積層体の内部に設けられた内部電極は高さ方向に互い違いに配列されている。この特徴により、電極が簡易に形成できる。
【００１９】
また、積層体の下面には信号用とＧＮＤ用の電極パターンを備える。この特徴により、信号電位とＧＮＤ電位を素子の下面から共通して取り出すことができる。
【００２０】
さらに、２次元に配列された積層体の電極パターンは、互いに隣り合う素子同士と鏡面対称な構造となっている。この特徴により、隣り合う側面電極および上面、下面電極が同電位の状態にあるので、積層振動子が振動時に機械的に接触することがあっても電気的な破壊を生じる可能性も少なくできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｓ／Ｎの劣化を防止したマトリクスアレイ用積層振動子を簡易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の実施の形態で示す超音波探触子の概略構成図。
【図２】本発明の積層振動子を示す俯瞰図。
【図３】図２で示す積層振動子を裏面から見た図。
【図４】第一の実施の形態で示す積層振動子をプリント基板に搭載する一例を示す図。
【図５】第二の実施の形態で示す積層振動子をプリント基板に搭載する別の一例を示す図。
【図６】本発明の積層振動子の製造方法であって、分極形成を示す図。
【図７】本発明の積層振動子の製造方法であって、各電極層のパターンレイアウトを示す図。
【図８】本発明の積層振動子の製造方法であって、外枠切り出しを示す図。
【図９】本発明の積層振動子の製造方法であって、Ｙ軸方向切り出しを示す図。
【図１０】本発明の積層振動子の製造方法であって、側面電極形成を示す図。
【図１１】本発明の積層振動子の製造方法であって、Ｘ軸方向切り出しを示す図。
【図１２】第三の実施の形態で示す超音波探触子の概略構成図。
【図１３】第四の実施の形態で示す超音波探触子を適用した画像診断装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波探触子１００の実施の形態を示す概略構成図である。この超音波探触子１００は、超音波を利用して被検体の診断部位を検査する超音波診断装置において、実際に被検体内に超音波を送信し、反射波を受信するものである。図１に示すように、超音波探触子１００は、積層振動子１と、音響整合層２、プリント基板３と、それに背面材４とを有して成る。なお、プリント基板３に、フレキシブルプリント基板などを用いることができる。
＜第一の実施の形態＞
以下に、実施の形態１について図２、３を用いて説明する。
まず、図２は、本発明の特徴となる部分である積層振動子１を示す。本図は、積層振動子１が４つの配列された場合を一例として示している。積層振動子１は、チタン酸ジルコン酸鉛系磁気（ＰＺＴ）などの圧電材料からなる誘電体層５がＺ軸方向に積層された構造を有し、Ｚ軸方向の下面および上面に、それぞれ外部電極６、７が設けられている。この誘電体層５の積層膜内に所定間隔で複数層の内部電極が交互に配列される。図２においては、誘電体層が３層に積層化した場合を示し、内部電極８、９の２層の電極が誘電体層と交互に配列されている。また、積層振動子１の互いに異なる２つの側面には、上下面に渡って側面電極１４、１５が設置されている。側面電極１４は、外部電極６と内部電極８が配線されるように設けられ、一方、側面電極１５は、外部電極７と内部電極９が配線されるように設けられ、それぞれの側面電極１４、１５が別系統の配線となるように接続されている。
【００２４】
外部電極６、７および内部電極８、９には、それぞれギャップ１０、１３および１１、１２が設けられ、他電極との絶縁性を確保している。例えば、外部電極６、側面電極１４、内部電極８をＧＮＤとし、外部電極７、側面電極１５、内部電極９を信号とすることにより、各誘電体層は信号電位とＧＮＤ電位に挟まれ、電界が印加されることにより、積層振動子１は、振動子として機能する。
【００２５】
図３は、図２で示す積層振動子１の背面（矢印Ａ方向から、積層振動子１を見たとき）には、外部電極７とギャップ１３、外部電極１６が形成され、外部電極１６は側面電極１４と繋がっており、ＧＮＤとなる。これにより、信号とＧＮＤが背面から配線可能となるため、図１で示す音響整合層２は導体である必要がなく、音響整合層２の材料の制約が緩和される。さらに、音響整合層２を複数層で形成できるため、広帯域な探触子を実現できる。また、それらの音響整合層２は隣接素子と独立に形成できるため、隣接素子とのアイソレーションが可能であり、音響的なクロストークを低減できる。
【００２６】
図１に示すように、超音波探触子１００は、Ｘ軸方向に延在するＧＮＤパターン１７ａに対して積層振動子１が鏡面対称となるように配列し、この鏡面対称な積層振動子をＹ軸方向に平行移動し、ＧＮＤパターン１７ｂに対しても鏡面対称に配置された積層振動子が配置された構造を持つ。ここで、Ｘ軸方向に対して鏡面対称に配列するとは、図１中に示すＺ軸とＸ軸で決定される平面を鏡面として、該平面と直交するＹ軸方向に設置された積層振動子１が、該鏡面に鏡映された像に相当する位置に対応する積層振動子１が配列された状態を示すものとする。なお、図１に示すように、ＧＮＤパターン１７ａ、１７ｂは、Ｘ軸方向に延在している。
【００２７】
さらに、これらの積層振動子１を直交方向であるＸ軸方向に複数個配列して２次元配列振動子が構成されている。なお、本図では、Ｘ軸方向に３列、Ｙ軸方向に２対の積層振動子１を配列した場合を示すが、これに限ることなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に必要な数の積層振動子１を配列することができる。
【００２８】
図４は、積層振動子１をプリント基板３上に配列した一例を示す図である。プリント基板３上には、所定の間隔を持ってＧＮＤパターン１７が図のようにＸ軸方向に延在して配列されている。積層振動子１は、Ｘ軸方向に対して鏡面対称となるようにＧＮＤパターン１７を介して配列される。例えば、積層振動子１の中から積層振動子１ａと１ｂを代表として選定し、その配列の特徴を説明する。積層振動子１ａの側面電極１５と積層振動子１ｂの側面電極１５とが向かい合うように配置され、さらに、積層振動子１ａと１ｂのそれぞれの外部電極１６がＧＮＤパターンを共有するようにＧＮＤパターン上に固着される。すなわち、ここで鏡面対称とは、図１の定義と同様に、ＧＮＤパターン１７上に置かれた鏡面に積層振動子１ａを鏡映したときに生じる映像が積層振動子１ｂとなるように配列することを指すものとする。
【００２９】
図４の右方に配列されたＧＮＤパターン１７に対しても同様な配列の方法で、積層振動子１ｃと対向する積層振動子１（図示せず）が配列され、Ｙ軸方向の配列が決定される。
【００３０】
また、Ｘ軸方向への配列は、上述したＹ軸方向の配列を維持したまま、Ｘ軸方向への平行移動により行われる。その際に、対向する積層振動子１のそれぞれの外部電極１６は、ＧＮＤパターン１７を共有するように配置される。
【００３１】
ここで、上記の配列方法によれば、プリント基板３上に幅の広いＧＮＤパターン１７を１素子おきに配列することが可能となる。このＧＮＤパターン１７同士の間隔は、２つの積層振動子１の間隔によって決定されるので、ＧＮＤパターン１７の幅は、広く形成できる。従って、積層振動子１をプリント基板３に実装する際の位置合わせや半田付けなどの接合が容易になる。外部電極７とプリント基板３はプリント基板上に設けられたランド１８で接合される。
【００３２】
さらに、図４のように積層振動子１の配列がＸ軸方向に平行移動した構造を持つことにより、ＧＮＤパターン１７はＹ軸方向に一様にパターニングできるという設計上の効果、あるいは製造上の効果が期待できる。
【００３３】
また、本実施の形態では、図１から分かるように積層振動子１がＧＮＤパターン１７ａあるいは１７ｂに対して鏡面対称に配列にされている。この配列は、隣接する積層振動子の電極同士が同極電位で対向している。すなわち、ＧＮＤとＧＮＤが対向し、信号電位と信号電位が対向する配置となっている。従って、積層振動子が機械的に振動している際に、たとえ接触しても電気的に短絡して故障するなどの弊害が少ない構造となっている。
【００３４】
次に、図６〜図１１を用いて、本積層振動子１の構造を実現するための製造方法を説明する。
【００３５】
図６は、複数の電極と誘電体層が積層された積層圧電体２００を示す。まず、誘電体層上に１層目電極２１ａが、所望のパターンを有するマスクを用いてスクリーン印刷される。さらに、１層目電極２１ａ上に誘電体層２１ｅが積層され、その誘電体層２１ｅ上に２層目電極２１ｂが１層目と同様な手法によって、スクリーン印刷される。この手法を、順次繰り返して、４層目電極２１ｄまで積層を行う。次に、この状態で積層体を圧着し、その後に一体焼結する。これにより、３層の誘電体層２１ｅ、２１ｆ、２１ｇを含む積層圧電体２００が形成される。誘電体層を構成する圧電体として、例えば、ＰＺＴセラミクスを用い、内部電極として、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉを用いることができる。
【００３６】
ここで、上記スクリーン印刷に用いられるマスクについて図７を用いて説明する。
図７には、１層目から４層目までの電極パターンが順次に示されている。各図において、白抜きで示す部分、例えば、開口パターン２２あるいは絶縁領域２３には、電極材料がスクリーン印刷されずに、電極２５と示す領域にのみ電極がスクリーン印刷され、電極パターンが形成される。開口パターン２２は、積層振動子１を積層圧電体２００から個別に切り出す時に、図２などで示す積層圧電体２００の内部電極あるいは外部電極のギャップ１３の形成に寄与する部分となる。このギャップ形成の詳細は、後述する。また、絶縁領域２３は、誘電体層が露出した領域であり、絶縁領域２３の配置は、対向する１対のパターンで形成され、第１層目と第３層目は同じ配置であり、第２層目と第４層目は同じ配置になるように設計されている。なお、第１層目と第４層目は、図２で示す外部電極に対応し、第２電極と第３電極は内部電極に対応する。この配置により、後述するように、積層圧電体を構成する各誘電体層に所望の電界を印加することができ、各誘電体層の分極化処理を行うことができる。
【００３７】
図６を用いて分極化処理について説明する。図示するように、積層一体焼結された積層圧電体２００の側面には、側面ダミー電極２０ａ、２０ｂを設ける。側面ダミー電極２０ａ、２０ｂは、例えば、導電ペーストを用いて形成される。あるいは、マスクを用いてメッキにより形成することも可能である。この側面ダミー電極により、積層圧電体２００内に形成された各電極に電界を掛けることが出来る。例えば、側面ダミー電極２０ａに電圧源３０を用いてマイナス電界を印加することで、１層目と３層目はマイナスに帯電し、側面ダミー電極２０ｂにプラス電界を印加することで２層目、４層目はプラスに帯電する。これらに挟まれた誘電体層２１ｅ、２１ｆ、２１ｇは分極される。
【００３８】
分極が完了した後に、図８〜図１１に示す手順で、所望の形状の積層振動子１を切り出していく。先ず、図７で示すＹ軸方向の切断線（一点鎖線）２４ａ、２４ｂに沿って、積層圧電体２００を切断し、次にＸ軸方向の切断線（一点鎖線）２４ｃ、２４ｄに沿って、積層圧電体２００を切断すると、図８に示す形状が得られる。
【００３９】
次に、図９は、Ｘ軸方向にカッター２６を用いて積層圧電体２００をダイシングし、Ｘ軸方向に長く伸びる積層振動子１ａが切り出される様子を示す。ここで、切り出された積層振動子１ａは、図７の符号Ｂで示す領域に相当し、積層振動子１ａのＹ軸方向の幅は、図８で示す「素子幅」に相当する。
【００４０】
次に、図９で示すギャップ１３ａ〜１３ｄまでの形成について説明する。
まず、図７で示す１層目の電極パターン２１ａを切り出し領域Ｂで切り出すと、開口パターン２２の一部が切り出され、図９で示すギャップ１３ｄとなる。さらに、２層目の電極パターン２１ｂにおいては、開口パターン２２は、切断線２４ａ、ｂおよびｅで囲まれる領域で切り出され、図９で示すギャップ１３ｂが得られる。同様にして、３層目の電極パターン２１ｃに設けられた開口パターン２２が、図９で示すギャップ１３ｃに対応し、４層目の電極パターン２１ｄに設けられた開口パターン２２が、図９で示すギャップ１３ｄに対応することが分かる。
【００４１】
図１０は、図９で切り出された各積層振動子１ｂの側面に、メッキやスパッタなどを用いてキュリー温度より低い温度で側面電極を成膜する。キュリー温度は圧電体の種類に応じて決定され、例えば、ＰＺＴ圧電セラミックスでは２００〜３００℃程度であり、ＰＺＮＴ圧電単結晶では１７５℃程度である。側面電極１５と外部電極との間には、ギャップ１３ｄを設ける必要があるので、メッキ等は選択的な成膜がなされる必要がある。もしくは電極形成後、ダイシング等によりギャップ１３ｄを形成する。そのために、マスキングをしながらメッキ等を行う。その結果、図１０に示すように、キュリー温度より低い温度で加工処理が行われるので、分極を保持したまま側面電極１５を形成することができ、さらに各電極との電気的な接合を実現できる。
【００４２】
図１１は、側面電極１５が形成されたＸ軸方向に細長い積層振動子１ｂをＹ軸方向にカッター２６を用いてダイシングし、複数の最終形状の積層振動子１に切り分けた状態を示す。
【００４３】
この切り分けられた積層振動子１を背面材４上に配列し、それぞれの積層振動子１上に音響整合層２を積層すると、図１で示した超音波探触子１００が得られる。この際、積層振動子は、図１で示すＧＮＤパターン１７ａあるいは１７ｂに対して鏡面対称となるように配列される。
【００４４】
積層振動子１の底部の外部電極は、ＧＮＤパターン１７ａあるいは１７ｂと電気的に接続されている。また、他方の電極はランド５に接続され、ここに信号が入力される。
【００４５】
本実施の形態によれば、分極化処理を行なった後に所定の形状に切断され、工程途中での加工処理も、キュリー温度より低い温度で行なわれるので、切断後には全ての誘電体層において、端部まで完全に分極された状態、すなわち面内全てで分極の向きが揃った状態が得られるという効果が期待できる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、積層振動子１の積層数は３層としたが、本発明はこれに限らず、奇数層であるならば他の積層数であっても構わない。また、上記の説明では、積層振動子１の部分のみをＸ軸方向およびＹ軸方向に切断するものとしたが、図１に示す音響整合層２などの構成に必要な層を接着固定してから切断し、２次元に分割してもよい。後者の一例を第三の実施の形態にて説明する。
＜第二の実施の形態＞
図５は、本発明に係る超音波探触子の第二の実施の形態を示す概略構成図である。図５は、図４で示すＧＮＤパターン１７の変形例である。
【００４７】
積層振動子１の構造、あるいは配列方法は、実施の形態１で述べた通りである。実施の形態１と異なる点は、ＧＮＤパターン１７の代わりに、ＧＮＤ用導体１９を用いる点であり、ＧＮＤ電極の配線方法が相違する。図５のようにＧＮＤ電極を側面から引き出すことにより、下面電極に実施の形態１で示すＧＮＤパターン１７を形成する必要がないため、積層振動子１の下部の誘電体層が電極で囲まれる面積が増える。これにより、素子の実効面積を向上させることができ、感度向上とインピーダンスの低減が可能となる。軟銅線などのような金属薄板を用いることもできる。
＜第三の実施の形態＞
図１２は、本発明に係る超音波探触子の第三の実施の形態を示す概略構成図である。第一の実施の形態では、背面材４０上に図１に示すプリント基板が設けられ、該プリント基板上に積層振動子が形成されている。一方、本実施の形態では、プリント基板は用いずに直接に背面材４０に積層振動子が設けられる構造としている。この点が第一の実施の形態と異なる。
【００４８】
ＧＮＤパターン１７およびランド１８は、背面材４０上に設けられている。ＧＮＤパターン１７は、背面材４０の側面を囲むように設けられたＧＮＤ２８と電気的に接続される。ランド１８は、背面材４０中を貫通して設けられた導体からなる信号用ビアに接続され、背面材４０の裏面で、コネクタあるいはプリント基板と電気的に接続される。なお、ＧＮＤ２８は、金属などの導体材料で形成される。
【００４９】
また、ＧＮＤパターン１７は、積層振動子１の底部に設けられた外部電極１６に接続され、積層振動子１にＧＮＤ電位を与える役割をなしている。ランド１８は、積層振動子１の外部電極７を通じて側面電極１５と電気的に接続され、信号電位を与える役割をなしている。
【００５０】
ＧＮＤ２８は、背面材４０の側面の周囲全体を囲むように配置しているが、これにより、信号用ビアを通過する信号に対して電磁気的なシールド効果が期待できる。なお、本実施の形態では、ＧＮＤ２８は、背面材４０の側面全体を囲んでいるが、目的とするシールド効果に応じて、該側面の一部を囲むようにしても良い。
【００５１】
この背面材４０を用いると、図６で示す切り出しをする前の積層振動子を搭載し、その後にダイシングを行い、個別の積層振動子１を背面材４０の上に形成することができる。背面材４０を用いた場合は、信号線が背面材４０の内部に埋め込まれているので、ダイシングの際にカッターにより、多少の傷が付けられても、電気的な特性に影響は無視できる程度である。
【００５２】
あるいは、個別に切り出した積層振動子１を背面材４０の上に搭載しても構わない。
なお、いずれの方法の場合も、切り出された各積層振動子１上には、図１２で示すように音響整合層２が積層される。
よって、以上述べたように、背面材４０を用いた時には、加工方法に自由度が与えられる。
＜第四の実施の形態＞
図１３は、本発明の第四の実施の形態であって、超音波探触子１００を用いた超音波診断装置を示すブロック図である。
この超音波診断装置は、超音波を利用して検査対象５０の診断部位の超音波画像を得て診断に役立てるものである。検査対象５０に超音波を送受信するプローブ（探触子）５１と、このプローブ（探触子）５１から所定のビーム波形の超音波を送波させる送信回路５２と共に該プローブ（探触子）５１で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する受信回路５３と、この受信回路５３の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部５５と、超音波画像を表示する表示部５４とを有している。
【００５３】
プローブ（探触子）５１には、本発明による超音波探触子１００を用いている。
本発明の積層振動子１を用いるので、音響整合層２は隣接素子と独立に形成できるため、隣接素子とのアイソレーションが可能であり、音響的なクロストークを低減できる。これにより、Ｓ／Ｎ比が改善されることにより、鮮明な診断画像が得られる。
【００５４】
また、実施の形態１などで述べたように、積層振動子１のＧＮＤとＧＮＤが対向し、信号電位と信号電位が対向する配置となっている。従って、積層振動子が機械的に振動している際に、たとえ接触しても電気的に短絡して故障するなどの弊害が少ない構造となっている。これにより、Ｓ／Ｎ比が改善されるとともに、超音波診断装置の故障率を低減でき、信頼性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１,１ａ,１ｂ,１ｃ…積層振動子、
２…音響整合層、
３…プリント基板、
４,４０…背面材、
５…誘電体層、
６,７…外部電極、
８,９…内部電極、
１０,１１,１２,１３,１３ａ,１３ｂ,１３ｃ,１３ｄ…ギャップ、
１４,１５…側面電極、
１６…外部電極、
１７,１７ａ,１７ｂ…ＧＮＤパターン、
１８…ランド、
１９…ＧＮＤ用導体、
２０ａ,２０ｂ…側面電極ダミー、
２１ａ…１層目電極、
２１ｂ…２層目電極、
２１ｃ…３層目電極、
２１ｄ…４層目電極、
２１ｅ…１層目誘電体層、
２１ｆ…２層目誘電体層、
２１ｇ…３層目誘電体層、
２２…開口パターン、
２３…絶縁領域、
２４ａ,２４ｂ,２４ｃ,２４ｄ,２４ｅ…切断箇所、
２５…電極、
２６…カッター、
２７…信号用ビア、
２８…ＧＮＤ、
３０…電圧源、
５０…検査対象、
５１…プローブ（探触子）、
５２…送信回路、
５３…受信回路、
５４…表示部、
５５…制御部、
１００…超音波探触子、
２００…積層誘電体。
Ａ…観察方向、
Ｂ…積層振動子切り出し範囲。
【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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