(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波減衰層の表面上に分配され、相互接続システムを介して、信号を制御し、処理する電子装置に接続されたＭ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスを含む音響プローブの製造方法であって、
相互接続システムの製造が、
−  それぞれに、Ｎ個の導電トラックと、前記導電トラックを局所的に露出させる窓が設けられたＭ個の誘電体基板を製造するステップと、
−  Ｍ個の誘電体基板をスタック化し、Ｍ個の窓のスタックに対応するキャビティを形成するステップと、
−  予備成形したキャビティを電気絶縁吸音材で充填するステップと、
−  絶縁吸音材で充填されたキャビティ内にある平面（Ｐc）内でＭ個の誘電体基板のスタックを切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブの製造方法。
【請求項２】
Ｍ個の誘電体基板がプリント回路であることを特徴とする請求項１に記載の音響プローブの製造方法。
【請求項３】
−  相互接続システムの部分（１）の表面上に導電層を付着するステップと、
−  圧電材料の層を接着するステップと、
−  導電層および圧電層にＮ−１個の切り込みを、第１の方向（Ｄy）に入れるステップと、
−  Ｎ個の素子に切断された圧電層の表面全体上に四分の１波長板を接着するステップと、
−  導電層、圧電層および四分の１波長板からなる３つの層にＭ−１個の切り込みを、第１の方向と垂直な第２の方向（Ｄx）に入れるステップとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の音響プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明の分野は、特に医療撮像または水中撮像に使用できる音響変換器の分野に関する。
従来の技術
一般に、音響プローブは、相互接続システムを介して電子制御装置に接続された一組の圧電変換器を含んでいる。これらの圧電変換器は、所与の媒質から反射された後、前記媒質に関する情報を送達する音波を放出する。分析すべき外部媒質に向かって放出されず、反対方向に反射された音波は、媒質の応答を妨害し、したがって音波を吸収する媒質を圧電変換器と電子装置の間に挿入する必要がある。この中間素子が存在するため、すべての変換器の相互接続がさらに複雑になる。
この相互接続問題は、現在音響撮像プローブを製造する場合に遭遇する主要な問題の１つである。これは、圧電素子の小形化および数に加えて、キャビティ内モードで使用するように設計されたエコーグラフ・プローブにおいて遭遇するスペース制限上の制約のため、集積化技術がますます必要とされることに起因する。
しかしながら、変換器の二次元マトリックスを考案する場合、素子を接続する面タイプのシステムを製造する必要があり、これは、吸音層が存在するために複雑になる。
現在、いくつかの解決策が考案されている。
すなわち、出願人の会社の特許出願第２７０２３０９号には、変換器の音響動作を妨害しないほど十分薄い中間ポリマー・フィルムを使用し、そのフィルム中に音響変換器に接触する導電トラックを製造する面タイプの接続システムを製造するプロセスが記載されている。とは言え、多数の素子を有する二次元マトリックスを相互接続する場合、多層構造を製造する必要があり、これは、製造コストおよび音響「透過性」に関する制限をもたらす。
接続の多数性の問題に関する他の問題は、変換器用の電子回路の問題である。これは、変換器の素子の送信ならびに受信を管理する電子回路が必要なことに起因する。プローブのエルゴノミクスが重要である医療撮像の場合、これらの回路は現在、信号を制御し、処理する装置を構成するエコーグラフに移されている。この構成では、プローブとエコーグラフの間に同軸ケーブル（変換器素子につき１つ）を使用する必要があり、素子の数が多い場合、問題が生じる。したがって、例えば、前置増幅集積回路など、この電子回路の一部をできるだけ変換器の近くに集積化する傾向が強まっている。
発明の要約
これら様々な問題に応じるために、本発明の特徴は、吸音材の表面上に分配されたＤy方向のＭ個の圧電変換器およびＤy方向に直交するＤx方向のＮ個の圧電変換器からなるマトリックス、および音響変換器を電子装置に接続する相互接続システムを含み、相互接続システムが、
−  Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、Ｍ×Ｎ個の圧電変換器に接触するセクションを有し、かつ吸音材内で、Ｄx方向では間隔ＰN、Ｄy方向では間隔ＰMで分配された第１の部分１と、
−  Ｍ×Ｎ個の導電トラックが、間隔Ｐ'Mによって分離され、それぞれ間隔Ｐ'Nで分配されたＮ個のトラックを含むＭ個の誘電体基板上に分配された第２の部分２とを含むことを特徴とする音響プローブである。
本発明の一実施形態によれば、誘電体基板はフレキシブル・プリント回路である。誘電体基板は、ＮsがＮよりも小さいとして、入力としてＮ個の導電行に接続され、出力としてＮs個の導電行に接続された構成要素を含んでいることが有利である。
本発明の一実施形態では、間隔Ｐ'Nは、Ｄx方向およびＤy方向によって画定される平面に直交する軸Ｄzに沿って増大することが有利である。
間隔Ｐ'Mも前記Ｄz方向に沿って増大することが有利である。
限定しないが、間隔ＰNと間隔ＰMは等しい。
吸音材は、一般に、タングステン、シリカまたはポリマーの粒子または気泡など、音波を吸収したり、散乱させる役目をする粒子を充填したエポキシ樹脂である。
誘電体基板は、プリント回路であることが有利である。特に、誘電体基板は、ポリイミド・フィルムから製造したフレキシブル回路である。これらのプリント回路は、信号を制御し、処理する装置への接続の数を減らすことができる構成要素を含んでいることが有利である。
また、本発明の特徴は、音波減衰層の表面上に分配され、相互接続システムを介して電子装置（制御回路）に接続されたＭ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスを含み、相互接続システムの製造が、
−  それぞれＮ個の導電トラックがその上に製造されるＭ個の誘電体基板、および導電トラックが局所的に露出した窓を製造するステップと、
−  Ｍ個の誘電体基板をスタック化し、Ｍ個の窓のスタックに対応するキャビティを形成するステップと、
−  予備成形したキャビティを電気絶縁吸音材で充填するステップと、
−  絶縁吸音材で充填されたキャビティ内にある平面Ｐc内でＭ個の誘電体基板のスタックを切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブを製造する方法である。
導電トラックは、金属層を付着し、その後前記トラックを画定することができるエッチング・ステップによって製造することができる。
最後に、本発明の特徴は、
−  相互接続システムの部分１の表面上に導電層を付着するステップと、
−  圧電材料の層を接着するステップと、
−  導電層および圧電層をＮ−１Ｄy方向において切断するステップと、
−  Ｎ個の素子に切断された圧電層の表面全体上に四分の１波長板を接着するステップと、
−  導電層、圧電層および四分の１波長板からなる３つの厚さをＭ−１Ｄx方向において切断するステップとを含むことを特徴とする音響プローブを製造する方法である。
【図面の簡単な説明】
非限定的な例を挙げ、添付の図面を用いて行った以下の説明を読めば、本発明がより明確に理解でき、また他の利点が明らかとなろう。
−  図１は、本発明による音響プローブを製造するプロセスの１つのステップを示す図である。
−  図２は、圧電変換器に接続することができる導電トラックのセクションを画定するために、図１に示される製造したスタックを平面Ｐc内で切断するステップを示す図である。
−  図３は、本発明による音響プローブ用の相互接続システム内で使用できるフレキシブル・プリント回路の一例を示す図である。
−  図４は、本発明による音響プローブ用の相互接続システム内で使用できるプリント回路の第２の例を示す図である。
−  図５は、図４に示されるものなどプリント回路を含む、本発明によるプローブ内で使用される相互接続システムの一例を示す図である。
−  図６は、相互接続システムの部分２内で使用できる、チップを組み込んだ誘電体基板を示す図である。
−  図７は、四分の１波長板Ｌiで覆われ、相互接続システムの部分１に接続された圧電変換器Ｔijの組を示す図である。
発明の実施の形態
一般に、本発明による音響プローブは、圧電センサのマトリックス（線形マトリックス、好ましくは二次元マトリックス）から構成される変換器を含んでいる。前記変換器は、対向する相互接続コンタクトのマトリックス上に取り付けられる。この相互接続マトリックスは、以下で説明する相互接続システムの面の１つから出る「バッキング」と呼ばれる金属トラックの端部から構成される。金属トラックの反対側の端部は、電子制御装置および分析装置に接続される。
Ｍ×Ｎ個の圧電素子のマトリックスの場合、相互接続システムは、次のようにして製造することができる。
本発明の一実施形態によれば、Ｎ個の導電トラックがその上に１つの軸Ｄxに沿って製造されたＭ個の誘電体基板を使用する。各基板は、導電トラックが局所的に露出した窓を含んでいる。図１に示すように、Ｍ個の基板の組をＤy方向において整合し、スタック化する。このようにして、Ｍ個の誘電体基板のスタックを得る。前記スタックは、Ｍ×Ｎ個の導電トラックを含んでいるキャビティを有する。
このキャビティは、所望の音響減衰特性を有する電気絶縁熱硬化性樹脂で充填される。樹脂が硬化した後、図２に示される予備成形したキャビティ内で、垂直方向において樹脂と同一平面のＭ×Ｎ個のトラックのセクションから構成される表面が形成されるように、スタックをトラックの軸に直交する平面Ｐc内で切断する。
これらＭ×Ｎ個のトラックのセクションと圧電素子の間の接続を行うために、以下の手順を実施することが有利である。
Ｍ×Ｎ個のトラックのセクションから構成される表面全体にメタライゼーションを施す。この表面上に、ＰＺＴタイプのものなど圧電材料の層、および任意選択で四分の１波長板タイプの音響整合層を付着する。次いで、相互に独立した変換器ブロックＴijのマトリックスを画定するために、これらすべての層およびメタライゼーションを、例えばソーイングによって切断する。切断は樹脂の表面において停止し、またこのエッチング作業の制御は、極めて正確である必要はなく、したがってこのプロセスは特に有用である。このタイプのプロセスでは、導電トラックの狭いセクションから、導電相互接続表面を圧電変換器のベースとちょうど同じ広さで整合し、画定することができる。
このようにして製造した相互接続システムは、吸音材をベースとする接合部分（部分１）と、誘電体をベースとする接合部分（部分２）の２つの接合部分を含んでいる。これらの部分はどちらも導電トラックを含んでいる。
誘電体基板は、それらの端部の１つの上に導電トラックを含んでいるフレキシブル・プリント回路が有利である。このタイプのフレキシブル・プリント回路の一例を図３に示す。このタイプの基板では、変換器に接続するための金属セクションを担持する端部から出たとき、トラックの間隔Ｐ'Nおよび基板のスタックの間隔Ｐ'Mは、前記端部から離れたときに増大することが有利である。このように形状を「扇形に拡げる」ことによって、信号を制御し、処理する電子装置およびこれらすべての構成要素との相互接続が容易になる。プリント回路のトラックの間隔Ｐ'Nは、従来のフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を使用して容易に制御することができる。スタック化間隔Ｐ'Mの拡がりは、フレキシブル回路を使用して直接うまく制御できる。
本明細書で提案する「バッキング」構成では、（吸音材の長所によって）マトリックス接続システムをある距離だけ同時にシフトし、ケーブルの実装（同軸ケーブルのはんだ付け、ケーブルは素子につき１つ）が可能なように、形状を扇形に拡げることができる。
さらに、本発明に使用するプリント回路は、図６に示されるタイプのものが有利である。これは、Ｎ個の入力金属トラックがその上でチップに接続されるプリント回路であり、入力の数は、信号を制御し、処理する装置に向かう出力の数よりも多い。
これは、例えば、ワイヤ・ボンディング、ＴＡＢ（テープ自動ボンディング）またはフリップチップ・マイクロボール・プロセスによって構成要素をプリント回路上に直接実装するためである。これらの技法は、完全にうまく制御でき、確実な技法である。この場合、「バッキング」の他端のところのコンタクトの数が大幅に減少する。
次に、６４×６４圧電変換素子のマトリックスから構成される本発明による音響プローブの一実施形態の例について説明する。
−  相互接続システムを製造するために、厚さ約１００μｍのポリイミド・フィルムを使用する。
−  前記ポリイミド・フィルムの１つの面を銅を付着することによってメタライゼーションを施す。メタライゼーションの厚さは約３５μｍである。
−  幅５０μｍの６４個の導電トラックを約２００μｍの間隔ＰNでエッチングする。
−  各ポリイミド誘電体基板上に窓を製造するとともに、前記基板の周縁上にレーザ切断（ＣＯ2レーザ・タイプ）によって穴を適所に形成する。
−  ６４個のポリイミド・フィルムの組を、任意選択で接着剤の層および粗調整層を挿入してスタック化する。
−  窓の組のスタックから得られたキャビティを、タングステン・ボールを充填したエポキシタイプの樹脂で充填する。
−  誘電体基板のスタックを平面Ｐc内で切断する。
このようにして製造した相互接続システム上に、例えば真空メタライゼーションによって導電層を付着し、その層にＰＺＴタイプの圧電材料のプレートを接着剤によって固定する。
Ｄx方向において間隔ＰN＝２００μｍによって分離した６４個の素子を含む変換器マトリックスをＤy方向において切断する。
同様にして音響整合プレートを接着する。第１のプレートの下面にメタライゼーションを施し、それによりアースをマトリックスのエッジにもっていく。
最後に、Ｄy方向において間隔ＰM＝２００μｍを有する素子の６４個の素子の行を（四分の１波長板／セラミック層アセンブリから）Ｄx方向において切断する。
図７に、四分の１波長板Ｌiで覆われたＭ×Ｎ個の圧電素子Ｔijが形成されたこれらの様々なプロセス・ステップを示す。
この図には、相互接続システムの部分１のみが示されているが、これは、様々な変換器をサポートする部分である。
【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６】
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【図５】
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【図７】
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