(57)【要約】      （修正有）【課題】筐体を小型化すると共に、組立工程を簡略化し、製造コストを低減すること。【解決手段】第１主面に積層振動子が実装され、第２主面に上記積層振動子に接続されたセンサ電極が形成されたプローブ基板と、上記プローブ基板の第２主面に向けて配置された第１主面に中継電極１４１ａが形成され、第２主面に外部電極が形成され、処理ＩＣが実装された中継基板とを有する超音波プローブを組み立てる超音波プローブ製造方法において、上記中継基板の上記中継電極に金属バンプを形成し、上記金属バンプ上へ導電ペーストを供給し、上記プローブ基板の第２主面のセンサ電極と上記中継電極とを位置決めし、上記導電ペーストを硬化する。【選択図】図３Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面に積層振動子が実装され、第２主面に上記積層振動子に接続されたセンサ電極が形成されたプローブ基板と、上記プローブ基板の第２主面に向けて配置された第１主面に中継電極が形成され、第２主面に外部電極が形成され、処理ＩＣが実装された中継基板とを有する超音波プローブを組み立てる超音波プローブ製造方法において、
上記中継基板の上記中継電極に金属バンプを形成し、
上記金属バンプ上へ導電ペーストを供給し、
上記プローブ基板の第２主面のセンサ電極と上記中継電極とを位置決めし、
上記導電ペーストを硬化することを特徴とする超音波プローブ製造方法。
【請求項２】
上記導電ペーストは上記金属バンプをそれぞれ内包して供給されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ製造方法。
【請求項３】
積層振動子が実装されたプローブ基板と、上記プローブ基板に積層配置された中継基板と、上記中継基板が接続されるフレキシブル基板とを有する超音波プローブを組み立てる超音波プローブ製造方法において、
上記中継基板を上記フレキシブル基板上に実装し、
上記フレキシブル基板上であって上記中継基板の実装位置の外周縁よりも外側に堰体を設け、
上記中継基板の外周縁部の下側と上記堰体との間に樹脂材を充填し、
上記樹脂材を所定の加熱温度で加熱して硬化させ、
上記プローブ基板と上記中継基板とを接続することを特徴とする超音波プローブ製造方法。
【請求項４】
上記堰体は、ポリエチレンテレフタレート材と、このポリエチレンテレフタレート材の上記中継基板側に向けて配設したエポキシ材とを備え、
上記エポキシ材は上記樹脂材であり、
上記加熱により、上記中継基板と上記フレキシブル基板の接続部に上記エポキシ材が配置されることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ製造方法。
【請求項５】
積層振動子が実装されたプローブ基板と、
上記プローブ基板に積層配置された中継基板と、
上記中継基板が接続されるフレキシブル基板と、
上記フレキシブル基板上であって上記中継基板の実装位置の外周縁よりも外側に設けられた堰体と、
上記中継基板の外周縁部の下側と上記堰体との間に充填された樹脂材とを備えていることを特徴とする超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波プローブ製造方法及び超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射波である受信信号を基に当該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。このような超音波診断装置は、超音波プローブから被検体内に超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブで受信して受信信号を生成する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
超音波プローブは、プローブ筐体と、このプローブ筐体に内蔵され、送信信号に基づいて振動して超音波を発生し、反射波を受けて受信信号を生成する圧電振動子を有するセンサ本体とを備えている。センサ本体は、組立を容易にするためモジュール化されている場合がある。例えば、圧電振動子が基板に搭載されて構成される振動子モジュールと、圧電振動子からの信号を処理する処理ＩＣがフレキシブル基板に搭載された中継基板を有する処理モジュールとを積層配置して構成されている。これらが組み立てられた状態でプローブ筐体内に収納される。処理ＩＣからの信号はフレキシブル基板によってプローブ筐体基端部に引き出され、ケーブルを用いて、診断装置本体側に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６５５１２４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、被検体に与えるストレスを低減するためプローブ筐体を小型化する要請があると共に、組立工程を簡略化し、製造コストを低減することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の超音波プローブ製造方法は、第１主面に積層振動子が実装され、第２主面に上記積層振動子に接続されたセンサ電極が形成されたプローブ基板と、上記プローブ基板の第２主面に向けて配置された第１主面に中継電極が形成され、第２主面に外部電極が形成され、処理ＩＣが実装された中継基板とを有する超音波プローブを組み立てる超音波プローブ製造方法において、上記中継基板の上記中継電極に金属バンプを形成し、上記金属バンプ上へ導電ペーストを供給し、上記プローブ基板の第２主面のセンサ電極と上記中継電極とを位置決めし、上記導電ペーストを硬化する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る超音波プローブを示す縦断面図。
【図２Ａ】同超音波プローブに組み込まれた超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図２Ｂ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図２Ｃ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図３Ａ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図３Ｂ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図３Ｃ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図３Ｄ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図４】同超音波センサの組立工程を拡大して示す説明図。
【図５】同超音波センサの組立工程における塗布状態の一例を示す説明図。
【図６】同超音波センサの組立工程における塗布状態の別の例を示す説明図。
【図７Ａ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図７Ｂ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図７Ｃ】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図８】同超音波センサの組立工程を示す説明図。
【図９】同超音波センサの接続状態を模式的に示す説明図。
【図１０】比較例における超音波センサの接続状態を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は第１の実施の形態に係る超音波プローブ１０を示す縦断面図である。
【０００９】
超音波プローブ１０は、樹脂材製のプローブ筐体２０と、このプローブ筐体２０内に挿入された検出ユニット１００と、この検出ユニット１００と外部の診断装置とを接続する接続ケーブル３０とを備えている。
【００１０】
検出ユニット１００は、センサモジュール１１０と、処理モジュール１２０とを備えている。センサモジュール１１０は処理モジュール１２０よりも小型（基板の面積が狭い）である。センサモジュール１１０は、プローブ基板１１１を備えている（図８参照）。プローブ基板１１１上の第１主面１１２には電極１１２ａ及びＧＮＤ電極１１２ｂが設けられており、第２主面１１３にはセンサ電極１１３ａ及びＧＮＤ電極１１３ｂが設けられている。ＧＮＤ電極１１２ｂとＧＮＤ電極１１３ｂとは導通している。
【００１１】
電極１１２ａ上には、プローブ基板１１１側から中間層１１４、圧電振動子（積層振動子）１１５、音響整合層１１６が積層配置されている。これら中間層１１４、圧電振動子１１５、音響整合層１１６の周囲はカバー部材１１７により覆われている。カバー部材１１７は導電性であり、プローブ基板１１１上のＧＮＤ電極１１２ｂに接続されている。
【００１２】
中間層１１４は、音響インピーダンスが圧電振動子１１５（約３０Ｍｒａｙｌ）よりも大きく、ヤング率が圧電振動子１１５（約５０ＧＰａ）よりも大きい、すなわちより固い材料が使用される。
【００１３】
中間層１１４に用いられる材料の一例としては、金、鉛、タングステン、サファイヤ、超硬合金等が用いられる。これらの材料により中間層１１４を形成することで、中間層１１４に溝を形成することが容易となる。また、導電性を有する部材により、中間層１１４を介して圧電振動子１１５の下面電極と電極１１１ａとを接続している。
【００１４】
圧電振動子１１５としては、圧電セラミック等の音響／電気可逆的変換素子等が使用される。例えば、チタン酸ジリコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等のセラミック材料が用いられる。圧電振動子１１５の音響整合層１１６側が超音波の放射面となっている。
【００１５】
音響整合層１１６は、超音波振動子の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの音響整合を良好にするために設けられる。音響整合層は、１層でも複数層でもよい。
【００１６】
処理モジュール１２０は、フレキシブル基板１３０を備えている（図８参照）。フレキシブル基板１３０の第１主面１３１上には電極１３１ａが形成されている。この電極１３１ａ上にはセラミックス材製のインターポーザ基板（中継基板）１４０が配置されている。
【００１７】
フレキシブル基板１３０の第１主面１３１上には、インターポーザ基板１４０の外周縁部から所定寸法だけ離れた位置に堰体１３２が形成されており、堰体１３２のインターポーザ基板１４０側側壁とインターポーザ基板１４０と下面との間は樹脂材Ｋにより封止されている。また、フレキシブル基板１３０の中央部には開口部１３０ｃが設けられている。
【００１８】
フレキシブル基板１３０の基端側１３０ａ（図１中左側）は、接続ケーブル３０側に引き出されて接続されている。フレキシブル基板１３０の先端側１３０ｂ（図１中右側）は、堰体１３２の外側で折曲された後、接続ケーブル３０側に引き出されて接続されている。
【００１９】
インターポーザ基板１４０は、第１主面１４１に中継電極１４１ａ、第２主面１４２に外部電極１４２ａが設けられ、内部の貫通配線１４３によって接続されている。外部電極１４２ａには、処理ＩＣとしてのＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）１５０が実装されている。ＡＳＩＣ１５０は、フレキシブル基板１３０の開口部１３３に位置している。
【００２０】
このように構成された超音波プローブ１０は、次のような工程で製造される。図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｄでは、処理モジュール１２０の組立工程を示している。すなわち、図２Ａに示すように、ＡＳＩＣ１５０の電極上にはんだバンプＸを形成する。次に、図２Ｂに示すように、インターポーザ基板１４０の第２主面１４２上に上下反転したＡＳＩＣ１５０をフリップチップ実装する。次に、図２Ｃに示すように、フレキシブル基板１３０にインターポーザ基板１４０をはんだ接続により実装する。
【００２１】
次に、図３Ａに示すように、フレキシブル基板１３０及びインターポーザ基板１４０を反転する。図３Ｂに示すように、堰体１３２の材料となる堰形成部材１６０を接着する。堰形成部材１６０は、融点が１００℃以上であるＰＥＴ材製の堰体１３２と、この堰体１３２の内側に配置され融点が８０℃以下の樹脂材１３３とが接着されて形成されている。図３Ｃに示すように、８０〜１００℃で加熱する。堰体１３２は溶融されず、樹脂材１３３のみが溶融して、インターポーザ基板１４０の外周部の下部とフレキシブル基板１３０の上面とが樹脂材１３３によって封止される。堰体１３２が設けられているため、樹脂材１３３は堰体１３２より外側には流出しない。
【００２２】
次に、図３Ｄに示すように、インターポーザ基板１４０の第１主面１４１上の電極１４１ａに金バンプＢを形成する。そして、金バンプＢの上に銀ペースト（導電ペースト）Ｐを印刷する。ここで、印刷方法ついて詳述する。
【００２３】
図４に示すように、スクリーンＳを用いる。スクリーンＳには電極１４１ａに対応した開口部Ｓａが設けられている。電極１４１ａに開口部Ｓａを位置決めし、スクリーンＳ上部に銀ペーストＰを載置し、スクイージＥを用いて適量を供給する。全ての電極１４１ａに銀ペーストＰを供給したら、スクリーンＳを取り外す。このとき、図５に示すように、金バンプＢ全体が銀ペーストＰに覆われていれば良好であり、図６に示すように、金バンプＢの先端が銀ペースＰから露出している場合は不良である。
【００２４】
一方、センサモジュール１１０については、図７Ａ〜図７Ｃに示すような工程で組み立てる。すなわち、図７Ａに示すように、プローブ基板１１１の電極１１１ａ上に、プローブ基板１１１側から中間層１１４、圧電振動子１１５、音響整合層１１６を積層配置する。次に、図７Ｂに示すように、チャンネルに合わせて溝Ｍを形成する。さらに、カバー１１７をプローブ基板１１１のＧＮＤ電極１１１ｃに接着する。この状態で、すなわち、センサ電極１１３ａを下側に向け、部品箱等に収納して待機する。
【００２５】
以上のようにして組み立てられたセンサモジュール１１０と、処理モジュール１２０とを接続する。ここで、図８に示すように、処理モジュール１２０の中継電極１４１ａ上にセンサモジュール１１０のセンサ電極１１３ａを位置決めする。この時、センサモジュール１１０を治具によって把持し、処理モジュール１２０上に位置決めしている。すなわち、上側に位置するセンサモジュール１１０側には、銀ペーストＰは付着しておらず、下側に位置する処理モジュール１２０側に銀ペーストＰが付着している。したがって、銀ペーストＰの落下は生じない。そして、載置した後、加熱することで、銀ペーストＰを溶融し、処理モジュール１２０上にセンサモジュール１１０を実装する。
【００２６】
上述したように超音波プローブ１０では、処理モジュール１２０よりも小型のセンサモジュール１１０を把持して組立を行っているため、既存の組立ロボットを転用して組立を行い易いという利点がある。また、処理モジュール１２０側に銀ペーストＰを塗布しているので、銀ペーストＰを塗布した側を下向きにする必要が無く、銀ペーストＰの脱落・流出を防止できる。さらに、図９に示すように、金バンプＢの周囲には銀ペーストＰをほぼ均等に付着させることができるため、接触面積を十分にとることが可能となる。なお、銀ペーストＰを塗布した後に下向きにし、実装した場合は、図１０に示すように銀ペーストＰの付着が不均一になり、接触面積を十分にとることができず、ノイズ発生の原因になる。
【００２７】
一方、堰体１３２を設けて樹脂材Ｋを堰体１３２の内側に留めていることで、硬化した樹脂材Ｋによるフレキシブル基板１３０への影響を抑えることができる。したがって、フレキシブル基板１３０を堰体１３２のすぐ外側で折曲させることができ、狭いプローブ筐体２０の内部であっても、挿入することが可能となる。堰体１３２が無いと、樹脂材Ｋがフィレット状となりフレキシブル基板１３０上に拡がり、樹脂材Ｋが設けられている箇所は折曲させにくいため、コンパクトに収めることができない。
【００２８】
このように、被検体に与えるストレスを低減するためプローブ筐体を小型化することができると共に、組立工程を簡略化し、製造コストを低減することが可能となる。
【００２９】
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とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…超音波プローブ、２０…プローブ筐体、３０…接続ケーブル、１００…検出ユニット、１１０…センサモジュール、１１１…プローブ基板、１１４…中間層、１１５…圧電振動子、１１６…音響整合層、１２０…処理モジュール、１３０…フレキシブル基板、１３２…堰体、１４０…インターポーザ基板、１５０…ＡＳＩＣ（処理ＩＣ）。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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