(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度音響アレイを接続するための改善された超音波プローブを提供する。【解決手段】端面に電極が設けられた複数の音響素子２０２を二次元状に配列して形成され、前記複数の電極が第１の面において所定の密度で配列された音響素子アレイと、前記音響素子アレイが積層され、前記第１の面の少なくとも第１の領域に対応する前記複数の電極から、前記所定の密度より低い第１の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第１の電気的接続手段を有する第１のインターフェースデバイス２２０−２と、を具備する超音波プローブ。【選択図】図４Ｂ
2013192959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面に電極が設けられた複数の音響素子を二次元状に配列して形成され、前記複数の電極が第１の面において所定の密度で配列された音響素子アレイと、
前記音響素子アレイが積層され、前記第１の面の少なくとも第１の領域に対応する前記複数の電極から、前記所定の密度より低い第１の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第１の電気的接続手段を有する第１のインターフェースデバイスと、
を具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記第１のインターフェースデバイスは、前記複数の音響素子の配列間隔或いは前記複数の音響素子の形状を維持するための所定の剛性を有する請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記第１の領域は前記第１の面の中央領域を囲む周辺領域であり、
前記第１の電気的接続手段は、前記第１の領域に対応する前記複数の電極から、前記第１の面の外側に向かって前記電気配線を配分すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記第１のインターフェースデバイスは、前記第１の面において前記第１の領域とは異なる第２の領域に対応する前記複数の電極から、前記所定の密度、又は前記所定の密度より低い第２の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第２の電気的接続手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記第１の電気的接続手段のそれぞれから、前記第１の密度より低い第３の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第３の電気的接続手段を有する第２のインターフェースデバイスをさらに有する請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記第２の領域は前記第１の面の中央領域であり、
前記第２の電気的接続手段は、前記第２の領域に対応する前記複数の電極から、前記音響素子アレイの積層方向に沿って前記電気配線を配分すること、
を特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記第２の電気的接続手段から、前記第２の密度より低い第３の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第３の電気的接続手段を有する第２のインターフェースデバイスをさらに有する請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記第３の電気的接続手段は、前記第１のインターフェースデバイスの前記音響素子アレイが積層された面に形成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記第３の電気的接続手段は、前記第１のインターフェースデバイスの前記音響素子アレイが積層された面と反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記第３の電気的接続手段は、前記第１のインターフェースデバイスの前記音響素子アレイが積層された面と当該面と反対側の面とに形成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記第３の電気的接続手段は、前記第１の面の外側に向かって段階的に形成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記第１のインターフェースデバイスは、前記第１の領域に対応する前記複数の電極を分配する基板ベース多層としての前記第１の電気的接続手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記第１のインターフェースデバイスは、前記音響素子アレイの積層面に直接形成される集積分配層としての前記第１の電気的接続手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超音波診断画像システムの高密度トランスデューサアレイのインターフェースを実現する超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波検診の分野において、音響アレイは、音響アレイで検出された超音波に基づいて画像を生成するために、最終的に処理デバイスに接続される。現代の超音波診断装置では、多くの音響アレイが２次元（２Ｄ）になっている。２Ｄアレイでトランスデューサ素子の数が大幅に増大したので、単位面積当たりの接続密度もまた、２Ｄトランスデューサアレイでは大幅に増大した。密度の増大により、高密度トランスデューサアレイを一般に低密度の接続部を有する他のデバイスに接続する際に、いくらかの困難が生じる。
【０００３】
超音波診断装置のプローブ内の高密度音響アレイと所定の低密度デバイスとの間の接続を改善するためのいくつかの試みがあった。一般に、従来技術の試みには、プローブ内の高密度音響アレイと所定の低密度デバイスとの間の直接接続が含まれていた。１つの従来技術の試みでは、高密度の２Ｄトランスデューサアレイを接続するために複数の低密度フレキシブルケーブルを用意した。リボンケーブルなどのフレキシブルケーブル、またはフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）は、トランスデューサアレイを接続するのに便利で安価であるが、フレキシブルケーブルは、プローブ内で望ましくない大きさの物理的空間を占める。
【０００４】
別の従来技術の試みでは、高密度２Ｄトランスデューサアレイを接続するための物理的空間を縮小するために、複数のＦＰＣが積層化される。この多層ＦＰＣはまた、スルーホールとビアホールとを使用して、相互接続部を有するように構築される。空間利用の効率改善にもかかわらず、多層ＦＰＣは構造上の厚さが増し、これにより裏打ち材料、音響層および超音波トランスデューサ素子の間で音響インピーダンスの問題がしばしば生じた。さらに、多層ＦＰＣは構造がかなり剛性であるので、プローブ内で利用するのに使いにくくなった。
【０００５】
さらに別の従来技術の試みでは、２Ｄトランスデューサと裏打ち材料の間に配置された集積回路（ＩＣ）と組み合わせて１対のフレキシブルケーブルを利用した。これら２本のフレキシブルケーブルはそれぞれ、音響アレイの前後の出力面の各電極に接続する。電極を２つの面に設けることによって接続密度を低くして、フレキシブルケーブルなどの低密度デバイスに対応する。ＩＣは、スルーシリコンビア（ＴＳＶ：through silicon via）を使用して２本のフレキシブルケーブルを接続するが、ＴＳＶプロセスには一定の最小厚さが必要であるので、ＩＣは、この必要な厚さに起因する音響インピーダンスの問題を引き起こす。また、この様なＩＣをボンディングによって接続する場合には、プローブ内の熱がこもりやすいという問題も発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の例示的な従来技術の試みを考慮すると、超音波診断装置は、高密度音響アレイを接続するための改善されたインターフェースを依然として必要としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る超音波プローブは、端面に電極が設けられた複数の音響素子を二次元状に配列して形成され、前記複数の電極が第１の面において所定の密度で配列された音響素子アレイと、前記音響素子アレイが積層され、前記第１の面の少なくとも第１の領域に対応する前記複数の電極から、前記所定の密度より低い第１の密度を持って１対１の対応を維持しながら電気配線を配分する第１の電気的接続手段を有する第１のインターフェースデバイスと、を具備ものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る超音波診断装置の概略図。
【図２】本実施形態に係る超音波プローブの断面図。
【図３Ａ】本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの上面図。
【図３Ｂ】本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの図３Ａの線Ａ−Ａにおける断面図。
【図４Ａ】他の実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの上面図。
【図４Ｂ】本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの図４Ａの線Ａ−Ａにおける断面図。
【図５】他の本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するための再分配層（ＲＤＬ：Redistribution Layer）を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリを示す図。
【図６】他の本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するための１対の再分配層（ＲＤＬ）を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリを示す図。
【図７Ａ】他の実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの上面図。
【図７Ｂ】他の実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層化構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの図７Ａの線Ａ−Ａにおける断面図。
【図７Ｃ】他の実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層化構造を使用した２つのインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの図７Ａの線Ａ−Ａにおける断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
超音波診断装置の例示的な諸実施形態を、添付の図面を参照して詳細に以下で説明する。ここで図１を参照すると、概略図は、第１の実施形態に係る超音波診断装置を示す。この第１の実施形態は、超音波プローブ１００と、モニタ１２０と、タッチ入力部１３０と、非タッチ入力部２００と、装置本体１０００とを含む。超音波プローブ１００の一実施形態は複数の圧電振動子を含み、この圧電振動子は、装置本体１０００に収納された送信部１１１から供給される駆動信号に基づいて超音波を発生する。超音波プローブ１００はまた、被験者Ｐｔからの反射波を受信し、それを電気信号に変換する。さらに、超音波プローブ１００は、圧電振動子に設けられた整合層と、圧電振動子から逆方向への超音波の伝搬を防止する裏打ち材料とを含む。
【００１０】
超音波が超音波プローブ１００から被験者Ｐｔに送信されると、送信超音波は、被験者Ｐｔの体内組織の音響インピーダンス不連続面で連続的に反射され、さらに超音波プローブ１００の圧電振動子によって反射波信号として受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波を反射する各不連続面の音響インピーダンスの差に依存する。例えば、送信超音波パルスが、移動する血流または心臓壁の表面で反射される場合、反射波信号は周波数偏移の影響を受ける。つまり、ドプラ効果により反射波信号は、移動物体の超音波送信方向の速度成分に依存する。
【００１１】
装置本体１００は、最終的に超音波画像を生成する。装置本体１０００は、患者の対象領域に向けてプローブ１００からの超音波の送信を制御すると共に、超音波プローブ１００における反射波の受信を制御する。装置本体１０００は、送信部１１１と、受信部１１２と、Ｂモード処理ユニット１１３と、ドプラ処理ユニット１１４と、画像処理ユニット１１５と、画像メモリ１１６と、制御部１１７と、内部記憶ユニット１１８とを含み、これらのすべてが内部バスを介して接続される。
【００１２】
送信部１１１は、トリガ発生回路と、遅延回路と、パルス回路などを含み、駆動信号を超音波プローブ１００に供給する。パルス回路は、特定のレート周波数の送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返して発生する。遅延回路は、超音波プローブ１００からの超音波をビームに集束し、送信指向性を決定するために、それぞれの圧電振動子を利用するためのパルス回路からのレートパルスの遅延時間を制御する。トリガ発生回路は、レートパルスに基づいて駆動信号（駆動パルス）を超音波プローブに印加する。
【００１３】
受信部１１２は、増幅器回路、アナログディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）、および加算器などを含み、超音波プローブ１００で受信された反射波信号に様々な処理を行うことによって反射波データを生成する。増幅器回路は、反射波信号を増幅することによって利得補正を行う。Ａ／Ｄコンバータは、利得補正された反射波信号をアナログ形式からディジタル形式に変換し、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を設ける。加算器は、Ａ／Ｄコンバータからのディジタル変換された反射波信号を加算することによって反射波データを生成する。加算処理によって加算器は、反射波信号の受信指向性と一致する方向からの反射成分を強調する。上述の方法では、送信部１１１および受信部１１２はそれぞれ、超音波送信時の送信指向性および超音波受信時の受信指向性を制御する。
【００１４】
装置本体１０００はさらに、Ｂモード処理ユニット１１３と、ドプラ処理ユニット１１４とを含む。Ｂモード処理ユニット１１３は、受信部１１２から反射波データを受け取ると共に、輝度によって信号強度が表されるデータ（Ｂモードデータ）を生成するために対数増幅および包絡線検波処理などを行う。ドプラ処理ユニット１１４は、受信部１１２から受け取られた反射波データの速度情報に対して周波数解析を行う。ドプラ処理ユニット１１４は、ドプラ効果によって血流、組織および対比媒体のエコーの成分を抽出する。ドプラ処理ユニット１１４は、多数の点に対して、平均速度、分布、パワーなどの移動物体情報に関するドプラデータを生成する。
【００１５】
装置本体１０００はさらに、超音波画像データの画像処理に関連する付加ユニットを含む。画像処理ユニット１１５は、Ｂモード処理ユニット１１３からのＢモードデータ、またはドプラ処理ユニット１１４からのドプラデータから超音波画像を生成する。具体的には、画像処理ユニット１１５は、ＢモードデータからＢモード画像を、ドプラデータからドプラ画像をそれぞれ生成する。さらに、画像処理ユニット１１５は、超音波スキャンのスキャンライン信号系列をテレビなどの所定の映像フォーマットのスキャンライン信号系列に変換すなわちスキャン変換する。画像処理ユニット１１５は最終的に、表示デバイス用のＢモード画像またはドプラ画像などの超音波表示画像を生成する。画像メモリ１１６は、画像処理ユニット１１５で生成された超音波表示画像データを記憶する。
【００１６】
制御部１１７は、超音波診断装置内の処理全体を制御する。具体的には、制御部１１７は、入力部を介して操作者によって入力された様々な設定要求と、内部記憶ユニット１１８から読み出された様々な制御プログラムと様々な設定情報とに基づいて、送信部１１１と、受信部１１２と、Ｂモード処理ユニット１１３と、ドプラ処理ユニット１１４と、画像処理ユニット１１５とによって行われる処理を制御する。例えば制御プログラムは、超音波送受信、画像処理、および表示処理のための命令からなる特定のプログラム化シーケンスを実行する。設定情報は、患者ＩＤおよび医師の意見、診断プロトコル、および他の情報などの診断情報を含む。さらに、内部記憶ユニット１１８は、必要に応じて、画像メモリ１１６内に記憶された画像を記憶するために使用される。内部記憶ユニット１１８に記憶された特定のデータは、インターフェース回路を介して外部周辺デバイスに任意選択で転送される。最後に、制御部１１７はまた、画像メモリ１１６内に記憶されていた超音波画像を表示するためのモニタ１２０を制御する。
【００１７】
複数の入力部が、本実施形態に係る超音波診断装置に存在する。モニタまたは表示部１２０は上述の超音波画像を表示するが、表示部１２０は加えて、超音波診断装置の第１の実施形態で、システムユーザインターフェースのための単体のタッチパネル、または他の入力部と組み合わせたタッチパネルなどの入力部としても機能する。表示部１２０は、様々な設定要求を入力するためのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を入力部１３０と併せて超音波診断装置の操作者に提供する。入力部１３０は、マウスと、キーボードと、ボタンと、パネルスイッチと、タッチコマンドスクリーンと、フットスイッチと、トラックボールなどを含む。表示部１２０と入力部１３０を組み合わせたものは、超音波診断装置の操作者から所定の設定要求および動作指示を受け取る。表示部１２０と入力部１３０を組み合わせたものは次に、装置本体１０００に送信されるべき受信された設定要求およびまたは指示のそれぞれに対し信号または命令を生成する。例えば、次回のスキャンセッション時の対象領域を設定するために、マウスおよびモニタを使用して要求が作られる。別の例では、操作者が、画像処理ユニット１１５によって画像上で行われるべき画像処理の開始および終了を、処理実行スイッチを介して指定する。
【００１８】
次に図２を参照すると、図は、本実施形態に係る超音波プローブ１００の関連部分の断面図を示す。超音波プローブ１００の例示的な実施形態はさらに、音響素子部分２００と、インターフェースデバイス２２０と、裏打ち部分２４０とを含む。音響素子部分２００の一実施態様は、超音波を発生し患者に向けて送信する圧電振動子などの、所定の数の音響素子から構成される高密度２Ｄ音響アレイまたはスタックである。音響素子部分２００はまた、患者から反射された超音波エコーすなわち音響信号を受信して、これらを電気信号に変換する。インターフェースデバイス２２０の一実施態様は、組み立てられた後で音響素子部分２００の直近に配置される相対的に剛性の構造物を含む。つまり、インターフェースデバイス２００は、例えば配列間隔や素子の変形、変形による応力等により高密度２Ｄ音響アレイが破壊されることを防止するため（複数の音響素子の配列間隔或いは複数の音響素子の形状を維持するため）、高密度２Ｄ音響アレイとの電気的接続を維持するために、所定の剛性を有するものであり、物理的接続部をインターフェースするための剛性のインターフェース領域を有する剛性媒体として具体化される。従って、典型的には、インターフェースデバイス２００は、ＦＰＣに比して高い剛性を持つことが必要とされるが、高密度２Ｄ音響アレイの変形による破壊が防止できるのであれば、ある程度の柔軟性を持つものであってもよい。
【００１９】
この様に、ＦＰＣに対して相対的に剛性を持つ構造物としてのインターフェースデバイス２２０は、少なくとも１つの所定の横方向に、音響素子部分２００の設置面積を越えて延びる。インターフェースデバイス２２０の例示的な一実施態様は、さらに説明するように、２Ｄトランスデューサアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造物である。さらに、超音波プローブ１００は、圧電振動子に設けられた整合層と、圧電振動子からの超音波の逆方向伝搬を防止する裏打ち部分２４０としての裏打ち材料とを含む。裏打ち部分２４０は、この実施形態ではインターフェースデバイス２２０の後に置かれているが、他の実施形態では、インターフェースデバイス２２０に対して上記の相対的場所に限定されない。
【００２０】
引き続き図２を参照すると、インターフェースデバイス２２０の実施形態では、音響素子部分２００からの電気出力接続部のそれぞれと、延長領域２２０Ａに配置されたハンダパッドなどの電気出力接続部のうちの対応する１つとの間の１対１の接続を維持しながら、電気接続部の密度を変える。単位表面積当たりの物理的電気接続部の密度は、本実施形態によって密度と定義される。つまり、音響アレイ２００は、音響素子の所定の高密度を有し、インターフェースデバイス２２０は、一方の端部で高密度音響アレイ２００に高密度レベルで接続する。他方の端部では、インターフェースデバイス２２０は、高密度音響アレイ２００からの１対１の個別接続を維持しながら、所定の高密度よりも低い中間の密度レベルの電気接続を実現する。その結果、低密度デバイスおよび高密度デバイスの電気接続密度を大幅に修正することなく、フレキシブルリボンケーブルまたはフレキシブルプリント回路板などの低密度デバイスが有利に、中間の密度側でインターフェースデバイス２２０と接続される。
【００２１】
さらに、単純な１対１の相互接続により、インターフェースデバイス２２０の実施形態では構造が、両矢印で示された図の垂直方向において相対的に薄い。その結果、インターフェースデバイス２２０は、その相対的に薄い構造により、音響アレイ２００の音響インピーダンス問題を実質的に回避または低減する。
【００２２】
次に図３Ａを参照すると、図は、本実施形態に係る、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの一実施形態の上面図を示す。２Ｄアレイ２００は、例示の目的のために８行×８列だけの音響素子２０２を有するものの、いかなる特定のサイズにも限定されず、高密度のより多数の音響素子２０２を含む。２Ｄアレイ２００は、高密度相互接続（ＨＤＩ：high-density interconnect）または高密度パッケージ（ＨＤＰ：high-density packaging）などのプリントビルドアップ基板構造物を使用して、既製インターフェースデバイス２２０−１の上に固定して設置される。一実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−１は、２Ｄアレイ２００の設置面積よりも全体的に大きく、４つの横方向に延びる。他の諸実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−１は、特定のサイズまたは形状に限定されない。
【００２３】
引き続き図３Ａを参照すると、既製インターフェースデバイス２２０−１の延長部分は表面領域２２０Ａとなり、この領域には、ハンダボールまたはハンダパッドなどの電気接続部２２２が、２Ｄアレイ２００の電気出力接続密度よりも一般に低い所定の接続密度で配置される。図示の例示的実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−１は、８×８音響アレイ２００の６４個の音響素子２０２に対して６４個の電気接続部２２２を延長面領域２２０Ａの片面に提供する。この片面は、図３Ｂで明らかに分かるように、既製インターフェースデバイス２２０−１の上面である。同時に、各電気接続部は、やはりさらに説明するように、２Ｄアレイ２００の電気出力接続部と既製インターフェースデバイス２２０−１の電気接続部２２２との間で１対１になっている。
【００２４】
次に図３Ｂを参照すると、図は、本実施形態による、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの実施形態の図３Ａの線Ａ−Ａにおける断面図を示す。既製インターフェースデバイス２２０−１は、２Ｄアレイ２００と裏打ち材料２４０の間に固定して設置される。既製インターフェースデバイス２２０−１は、一実施形態では、２Ｄアレイ２００と裏打ち材料２４０とを越え横方向に延びて延長面領域２２０Ａを形成する。既製インターフェースデバイス２２０−１は、他の諸実施形態では特定のサイズ、形状または内部構造に限定されない。
【００２５】
引き続き図３Ｂを参照すると、既製インターフェースデバイス２２０−１は、１対１の接続を維持しながら電気接続密度を変える。既製インターフェースデバイス２２０−１は、所定の高密度で２Ｄアレイ２００との電気接続を行う。つまり高密度接続は、一方の端部では、音響素子２０２の金属パッド２０４とインターフェースデバイス２２０−１の内部ハンダパッド２２４とを介して行われる。それぞれの音響素子２０２はさらに、整合層２０２Ａと、ＰＺＴ素子またはＭＵＴ素子などの超音波トランスデューサ２０２Ｂと、反整合層２０２Ｃとを含む。次に、高密度接続は、別々に形成された基板ベース多層である再分配層内の個別トレース２２６を介して、延長面領域２２０Ａの方へ再分配される。トレース２２６はそれぞれ、他方の端部で、外側ハンダパッド２２２のうちの対応する１つと接続される。外側ハンダパッド２２２は、延長面領域２２０Ａの上面にだけ所定の中間密度で配置される。再分配の結果、高密度接続は、１対１の接続を維持しながら中間密度に変換される。フレキシブルケーブルまたはフレキシブルプリント回路などの所定の低密度デバイス１６０は、本実施形態では、インターフェースデバイス２２０−１の所定の片面で外側ハンダパッド２２２に接続される。図示の実施形態では、中間密度外側ハンダパッド２２２をインターフェースデバイス２２０−１の片面に設けているが、他の諸実施形態は、外側ハンダパッド２２２を片面または全面に有することに限定されない。
【００２６】
次に図４を参照すると、図は、本実施形態による、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの別の実施形態の上面図を示す。２Ｄアレイ２００は、例示の目的のために８行×８列だけの音響素子２０２を有するものの、いかなる特定のサイズにも限定されず、高密度のより多数の音響素子２０２を含む。２Ｄアレイ２００は、高密度相互接続（ＨＤＩ）または高密度パッケージ（ＨＤＰ）などのプリントビルドアップ基板構造物を使用して、既製インターフェースデバイス２２０−２の上に固定して設置される。一実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−２は、２Ｄアレイ２００の設置面積よりも全体的に大きく、４つの横方向に延びる。他の諸実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−２は、特定のサイズまたは形状に限定されない。
【００２７】
引き続き図４Ａを参照すると、既製インターフェースデバイス２２０−２の延長部分は表面領域２２０Ａとなり、この領域には、ハンダボールまたはハンダパッドなどの電気接続部２２２が、２Ｄアレイ２００の電気出力接続密度よりも一般に低い所定の接続密度で配置される。図示の例示的実施形態では、既製インターフェースデバイス２２０−２は、５２個（１４＋１４＋１２＋１２）の電気接続部２２２を延長面領域２２０Ａの上面に提供する。この上面図では示されていないが、既製インターフェースデバイス２２０−２はまた、１２個の電気接続部２２２を延長面領域２２０Ａの下面に提供する。すなわち、既製インターフェースデバイス２２０−２は、８×８音響アレイ２００の６４個の音響素子２０２に対して合計６４個の接続部を提供する。同時に、各電気接続部は、さらに説明するように、２Ｄアレイ２００の電気出力接続部と既製インターフェースデバイス２２０−２の電気接続部２２２との間で１対１になっている。
【００２８】
次に図４Ｂを参照すると、図は、本実施形態による、２Ｄアレイ接続を再分配するためのプリントビルドアップ基板構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの実施形態の図４Ａの線Ａ−Ａにおける断面図を示す。２Ｄアレイ２００は、プリントビルドアップ基板構造を使用した既製インターフェースデバイス２２０−２と裏打ち材料２４０との間に固定して設置される。既製インターフェースデバイス２２０−２は、一実施形態では、２Ｄアレイ２００と裏打ち材料２４０とを越え横方向に延びて延長面領域２２０Ａを形成する。既製インターフェースデバイス２２０−２は、他の諸実施形態では特定のサイズ、形状または内部構造に限定されない。
【００２９】
引き続き図４Ｂを参照すると、既製インターフェースデバイス２２０−２は、１対１の接続を維持しながら電気接続密度を変える。既製インターフェースデバイス２２０−２は、所定の高密度で２Ｄアレイ２００との電気接続を行う。つまり高密度接続は、一方の端部では、音響素子２０２の金属パッド２０４とインターフェースデバイス２２０−２の内部ハンダパッド２２４とを介して行われる。音響素子２０２のそれぞれはさらに、整合層２０２Ａと、ＰＺＴ素子またはＭＵＴ素子などの超音波トランスデューサ２０２Ｂと、反整合層２０２Ｃとを含む。次に、高密度接続は、別々に形成された基板ベース多層である再分配層内の個別トレース２２６およびまたはビア２２７を介して、延長面領域２２０Ａの方へ再分配される。トレース２２６およびまたはスルーホール２２７はそれぞれ、他方の端部で、外側ハンダパッド２２２のうちの対応する１つと接続される。外側ハンダパッド２２２は、延長面領域２２０Ａの上面と下面の両方に所定の中間密度で配置される。再分配の結果、高密度接続は、１対１の接続を維持しながら中間密度に変換される。フレキシブルケーブル１６０などの所定の低密度デバイスは、本実施形態では、インターフェースデバイス２２０−２の両面の外側ハンダパッド２２２に接続される。低密度デバイスはまた、フレキシブルケーブル１６０の代わりに使用される、またはそれと組み合わせて使用されるプリント回路板を含む。図示の実施形態では、中間密度外側ハンダパッド２２２をインターフェースデバイス２２０−２の両面に設けているが、他の諸実施形態では、外側ハンダパッド２２２を片面に有することに限定される。
【００３０】
次に、図３Ｂおよび図４Ｂを参照すると、延長面領域２２０Ａは任意選択で、本実施形態による同じ所定の中間密度に基づいて異なるサイズで実施される。延長面領域２２０Ａの両側すなわち両面が、インターフェースデバイス２２０−２の場合のように外側ハンダパッド２２２を実装されているので、インターフェースデバイス２２０−１の場合のように外側ハンダパッド２２２を実装されている延長面領域２２０Ａの片側すなわち片面と比較して、任意選択で必要とされる領域が小さい。その結果、インターフェースデバイス２２０−２の実施形態では、トランスデューサアレイアセンブリ全体のサイズが有利に低減される。一方、インターフェースデバイス２２０−２が任意選択で、ビアまたはスルーホール２２７を使用して実施される場合、インターフェースデバイス２２０−２の必要な厚さは、スルーホールがないインターフェースデバイス２２０−１よりも厚くなる可能性がある。さらに、第１のインターフェースデバイス２２０−１および第２のインターフェースデバイス２２０−２は一般に、フリップチップパッケージ基板技術を使用して製造される。フリップチップパッケージ基板技術は、２Ｄトランスデューサアレイに適した高密度相互接続をサポートする低コスト大量プロセスである。
【００３１】
次に、２Ｄアレイ接続を再分配するための再分配層（ＲＤＬ）２３０を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの別の実施形態である図５を参照する。ＲＤＬ  ２３０は、２Ｄアレイ２００の裏打ちまたは圧電物質とフリップチップパッケージ２６０との間のインターフェースとして使用される。ＲＤＬ  ２３０は、ＰＺＴ、裏打ち、またはＣＭＵＴ技術に直接適用される別の高密度相互接続技術である。再分配層は、少なくとも一方の端部で１ミクロン未満の高密度を接続する能力がある。つまり、このインターフェースデバイスは、物理的接続部をインターフェースするための剛性のインターフェース領域を有する剛性媒体として具体化される。再分配層は、他方の端部でフレキシブル媒体として具体化される低密度デバイスを接続する能力がある。
【００３２】
次に、２Ｄアレイ接続を再分配するための１対の再分配層（ＲＤＬ）２３０Ａおよび２３０Ｂを使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリのさらに別の実施形態である図６を参照する。ＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂは、２Ｄアレイ２００の裏打ちまたは圧電物質とフリップチップパッケージ２６０Ａおよび２６０Ｂとの間のインターフェースとして使用される。ＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂはそれぞれ、２Ｄアレイ２００の上面および下面の出力端子または接続部を接続するために形成される。さらに、ＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂが上面および下面に直接形成された後に、フリップチップパッケージ２６０Ａおよび２６０Ｂが、形成されたＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂの上に設置される。ＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂは、ＰＺＴ素子、裏打ち、またはＣＭＵＴ技術に直接適用される別の高密度相互接続技術である。つまり、この再分配層（ＲＤＬ）２３０Ａおよび２３０Ｂは、物理的接続部をインターフェースするための剛性のインターフェース領域を有する剛性媒体として具体化される。図６は、１対のＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂがある実施形態を示しているが、一代替実施形態では、ＲＤＬ  ２３０Ａおよび２３０Ｂのいずれか一方が２Ｄアレイ２００の上面または下面に形成される。
【００３３】
図７Ａは、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層構造を使用したインターフェースデバイスを含むトランスデューサアレイアセンブリの別の実施形態の上面図を示す。２Ｄアレイ２００は、例示の目的のために６行×６列だけの音響素子２０２を有するものの、いかなる特定のサイズにも限定されず、高密度のより多数の音響素子２０２を含む。インターフェースデバイス２２０−３の再分配層（ＲＤＬ）は、１組の所定の材料を積層することによって２Ｄアレイ２００の上に直接形成される。つまり、インターフェースデバイス２２０−３は集積再分配層である。製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、２Ｄアレイ２００のＰＺＴ素子またはＭＵＴ素子の設置面積よりも全体的に大きく、一実施形態では４つの横方向に延びるが、他の諸実施形態では特定のサイズまたは形状に限定されない。
【００３４】
引き続き図７Ａを参照すると、製造されたインターフェースデバイス２２０−３の延長部分は表面領域２２０Ａとなり、この領域には、ハンダボールまたはハンダパッドなどの電気接続部２２２が、２Ｄアレイ２００の電気出力接続密度よりも一般に低い所定の接続密度で配置される。図示の例示的実施形態では、製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、３６個の電気接続部２２２を、３６個の音響素子２０２の６×６音響アレイ２００の片面で延長面領域２２０Ａに提供する。この片面は、図７Ｂで明らかに分かるように、製造されたインターフェースデバイス２２０−３の下面である。同時に、各電気接続部は、さらにまた説明するように、２Ｄアレイ２００の電気出力接続部と、製造されたインターフェースデバイス２２０−３の電気接続部２２２との間で１対１になっている。
【００３５】
図７Ｂは、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層化構造を使用したインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの実施形態の図７Ａの線Ａ−Ａにおける断面図を示す。製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、２Ｄアレイ２００の上に直接形成されている。一実施形態では、製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、２Ｄアレイ２００のＰＺＴ素子またはＭＵＴ素子２０２の設置面積よりも全体的に大きく、かつ４つの横方向に延びるので、インターフェースデバイス２２０−３の延長部分は、２Ｄアレイ２００の延長設置面積部分２０３によって支持される。他の諸実施形態では、製造されたインターフェースデバイス２２０−３は特定のサイズ、形状または内部構造に限定されない。
【００３６】
引き続き図７Ｂを参照すると、製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、１対１の接続を維持しながら電気接続密度を変える。製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、所定の高密度で２Ｄアレイ２００との電気接続を行う。つまり高密度接続は、一方の端部では、音響素子２０２の金属パッド２０４とインターフェースデバイス２２０−３の内部ハンダパッド２２４とを介して行われる。次に、高密度接続は、別々に形成された基板ベース多層である再分配層内の個別トレース２２６を介して、延長面領域２２０Ａの方へ再分配される。トレース２２６はそれぞれ、他方の端部で、外側ハンダパッド２２２のうちの対応する１つと接続される。外側ハンダパッド２２２は、延長面領域２２０Ａの下面にだけ所定の中間密度で配置される。再分配の結果、高密度接続は、１対１の接続を維持しながら中間密度に変換される。フレキシブルケーブルまたはフレキシブルプリント回路などの所定の低密度デバイスは、本実施形態では、インターフェースデバイス２２０−３の所定の片面で外側ハンダパッド２２２に接続される。図示の実施形態では、中間密度外側ハンダパッド２２２をインターフェースデバイス２２０−３の片面に設けているが、他の諸実施形態は、外側ハンダパッド２２２をインターフェースデバイス２２０−３の片面または全面に有することに限定されない。
【００３７】
図７Ｃは、２Ｄアレイ接続を再分配するための直接積層化構造を使用した２つのインターフェースデバイスを含む、トランスデューサアレイアセンブリの実施形態の図７Ａの線Ａ−Ａにおける断面図を示す。第１の製造されたインターフェースデバイス２２０−３は、２Ｄアレイ２００の下面に直接形成されている。加えて、第２の製造されたインターフェースデバイス２２０−４が、２Ｄアレイ２００の上面に直接形成されている。つまり、インターフェースデバイス２２０−３および２２０−４はそれぞれ集積再分配層である。一実施形態では、製造されたインターフェースデバイス２２０−３および２２０−４は、２Ｄアレイ２００のＰＺＴ素子またはＭＵＴ素子２０２の設置面積よりも全体的に大きく、かつ４つの横方向に延びるので、インターフェースデバイス２２０−３および２２０−４の延長部分は、２Ｄアレイ２００の延長設置面積部分２０３によって支持される。インターフェースデバイス２２０−３と２２０−４は、他の諸実施形態では特定のサイズ、形状または内部構造に関して同じであることに限定されない。
【００３８】
引き続き図７Ｃを参照すると、製造されたインターフェースデバイス２２０−３および２２０−４は、１対１の接続を維持しながら電気接続密度を変える。製造されたインターフェースデバイス２２０−３および２２０−４は、所定の高密度で２Ｄアレイ２００との電気接続を行う。つまり高密度接続は、一方の端部では、音響素子２０２の金属パッド２０４とインターフェースデバイス２２０−３の内部ハンダパッド２２４とを介して行われる。次に、高密度接続は、別々に形成された基板ベース多層である再分配層内の個別トレース２２６を介して、延長面領域２２０Ａの方へ再分配される。トレース２２６はそれぞれ、他方の端部で、外側ハンダパッド２２２のうちの対応する１つと接続される。外側ハンダパッド２２２は、延長面領域２２０Ａの下面にだけ所定の中間密度で配置される。再分配の結果、高密度接続は、１対１の接続を維持しながら中間密度に変換される。フレキシブルケーブルまたはフレキシブルプリント回路などの所定の低密度デバイスは、本実施形態では、インターフェースデバイス２２０−３および２２０−４の所定の片面で外側ハンダパッド２２２に接続される。図示された実施形態では、インターフェースデバイス２２０−３と２２０−４の間に実質的に同一の構造を設けるが、他の諸実施形態は、インターフェースデバイス２２０−３と２２０−４の間に実質的に同一の構造物を有することに限定されない。
【００３９】
次に、図７Ｂおよび図７Ｃを参照すると、延長面領域２２０Ａは任意選択で、本実施形態による同じ所定の中間密度に基づいて異なるサイズで実施される。各延長面領域２２０Ａは、図７Ｃのインターフェースデバイス２２０−３および２２０−４の場合と同様に外側ハンダパッド２２２を実装されているので、図７Ｂのインターフェースデバイス２２０−３だけの延長面領域２２０Ａと比較して、任意選択で必要とされる領域が小さい。その結果、インターフェースデバイス２２０−３および２２０−４の実施形態では、トランスデューサアレイアセンブリ全体のサイズが有利に低減される。さらに、第１のインターフェースデバイス２２０−３および第２のインターフェースデバイス２２０−４は一般に、フリップチップパッケージ基板技術を使用して製造される。フリップチップパッケージ基板技術は、２Ｄトランスデューサアレイに適した高密度相互接続をサポートする低コスト大量プロセスである。
【００４０】
上述した各実施形態においては、超音波プローブが二次元アレイプローブである場合を例に説明した。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば超音波プローブが１．５次元アレイプローブである場合であっても、上記各実施形態にて開示した構成は適用可能である。
【００４１】
また、上述した各実施形態においては、各音響素子２０２から引き出される配線を、インターフェースデバイス２２０の音響素子２０２積層面、或いは当該積層面と反対側の面において引出し、フレキシブルケーブル１６０の配線とを接続する場合を例示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、インターフェースデバイス２２０の音響素子２０２積層面から当該積層面と反対側の面にかけて、各音響素子２０２から引き出される配線を段階的に引出し、フレキシブルケーブル１６０の配線とを接続するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述した各実施形態においては、超音波診断装置に用いられる超音波プローブを典型例として説明した。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、建築等に用いられる超音波センサーの超音波探触子に上記各実施形態にて開示した構成を適用することもできる。
【００４３】
いくつかの実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されており、本発明の範囲を限定するものではない。実際、本明細書に記載された新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で具体化することができ、さらに、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記載された方法およびシステムの形態に様々な省略、置き換えおよび変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびその等価物は、本発明の範囲に入るそのような形態または修正を包含するものである。
【符号の説明】
【００４４】
１００…超音波プローブ、１２０…モニタ、１３０…タッチ入力部、２００…非タッチ入力部、１１１…送信部、１１２…受信部、１１３…Ｂモード処理ユニット、１１４…ドプラ処理ユニット、１１５…画像処理ユニット、１１６…画像メモリ、１１７…制御部、１１８…内部記憶ユニット、１６０…フレキシブルケーブル、２０２…音響素子、インターフェースデバイス…２２０、２６０…フリップチップパッケージ、２３０…再分配層、１０００…装置本体
【図１】
2013192959.tif 000003
【図２】
2013192959.tif 000004
【図３Ａ】
2013192959.tif 000005
【図３Ｂ】
2013192959.tif 000006
【図４Ａ】
2013192959.tif 000007
【図４Ｂ】
2013192959.tif 000008
【図５】
2013192959.tif 000009
【図６】
2013192959.tif 000010
【図７Ａ】
2013192959.tif 000011
【図７Ｂ】
2013192959.tif 000012
【図７Ｃ】
2013192959.tif 000013