JP5480863B2 - 超音波探触子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このハーモニックイメージングに適した超音波探触子として、例えば、特許文献1に開示されているように、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の無機圧電体を用いた複数の無機圧電素子とポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の有機圧電体を用いた複数の有機圧電素子とを積層形成したものが提案されている。
無機圧電素子により高出力の超音波ビームを送信し、有機圧電素子により高調波の信号を高感度に受信することができる。
しかしながら、有機圧電体は、一般に耐熱性が低く、たとえば80℃を超える温度で脱分極してしまうという性質を有している。このため、信号線用引き出し電極を溶融はんだ等により回路基板の配線部に接続する際に、信号線用引き出し電極を介した有機圧電体への熱伝導量をいかにして低減するかが課題であった。特に、多数の有機圧電素子をコンパクトにアレイ状に配列する場合に、大きな問題となっていた。
また、接続部位は、それぞれの信号線用引き出し電極の折り曲げ部分に音響整合層の表面から側面にかけて形成された溝からなることが好ましい。
複数の有機圧電素子は、複数の有機圧電素子にわたって延在する共通の有機圧電体と、有機圧電体の一方の面と音響整合層との間に配列され且つ互いに分離された複数の信号線電極層と、有機圧電体の他方の面上に配置され且つ複数の有機圧電素子にわたって延在する共通の接地電極層とを含み、複数の信号線用引き出し電極が、複数の信号線電極層からそれぞれ引き出されている構成とすることができる。
また、複数の信号線用引き出し電極を、交互に反対方向に引き出すこともできる。
有機圧電体は、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体から形成することができる。
また、音響整合層を挟んで複数の有機圧電素子と反対側にアレイ状に配列された複数の無機圧電素子をさらに備えてもよい。
さらに、電気接続材として、溶融はんだまたは硬化温度が80℃以下の導電ペーストを用いることができる。
実施の形態1
図1に、この発明の実施の形態1に係る超音波探触子の構成を示す。
バッキング材1の表面上に複数の無機圧電素子2が配列形成されている。複数の無機圧電素子2は、互いに分離された複数の無機圧電体21を有し、それぞれの無機圧電体21の一方の面に信号線電極層22が接合され、他方の面に接地電極層23が接合されている。すなわち、それぞれの無機圧電素子2は、専用の無機圧電体21と信号線電極層22と接地電極層23から形成されている。また、互いに隣接する無機圧電素子2の間には、充填材24が充填されている。
このような複数の無機圧電素子2の上に音響整合層3が接合されている。音響整合層3は、複数の無機圧電素子2に合わせて複数に分断されることはなく、複数の無機圧電素子2の全体にわたって延在している。
さらに、複数の有機圧電素子4の上に保護層5を介して音響レンズ6が接合されている。
信号線用引き出し電極42aの表面には、図3に示されるように、音響整合層3に沿って折り曲げられた折り曲げ部8に信号線用引き出し電極42aの長さ方向に沿った1条の溝の形状を有する接続部位9が形成されている。この接続部位9は、溶融はんだ等の流動性を有する電気接続材に対する信号線用引き出し電極42aの濡れ性を向上させるためのものである。
このため、信号線用引き出し電極42aの濡れ性が向上し、毛管現象により溶融はんだが信号線用引き出し電極42aに浸透しやすく、短時間ではんだ付け作業を完了することができる。従って、多数の有機圧電素子4がアレイ状に高密度に配列されていても、有機圧電体41に悪影響を及ぼすことなく、信号線用引き出し電極42aと回路基板の接続用配線との接続を行うことが可能となる。
複数の無機圧電素子2の信号線電極層22と接地電極層23の間にそれぞれパルス状または連続波の電圧を印加すると、それぞれの無機圧電素子2の無機圧電体21が伸縮してパルス状または連続波の超音波が発生する。これらの超音波は、音響整合層3、有機圧電素子4、保護層5および音響レンズ6を介して被検体内に入射し、互いに合成され、超音波ビームを形成して被検体内を伝搬する。
被検体からの超音波エコーが音響レンズ6および保護層5を介してそれぞれの有機圧電素子4に入射すると、有機圧電体41が超音波の高調波成分に高感度に応答して伸縮し、信号線電極層42と接地電極層43の間に電気信号が発生し、信号線用引き出し電極42aを介して受信信号として出力される。
複数の有機圧電素子4から出力された受信信号に基づいて、高調波画像を生成することができる。
このようにして複数の無機圧電素子2から得られた基本波成分に対応する受信信号と、有機圧電素子4から得られた高調波成分に対応する受信信号とに基づいて、基本波成分と高調波成分を複合したコンパウンド画像を生成することができる。
まず、バッキング材1の表面上に複数の無機圧電素子2を配列形成した後、これら複数の無機圧電素子2の上に音響整合層3を接合する。
ここで、図4(A)に示されるように、絶縁シート10の表面上に複数の信号線電極層42とこれら複数の信号線電極層42にそれぞれ一体に接続された複数の信号線用引き出し電極42aを配列形成すると共に、それぞれの信号線用引き出し電極42aの表面に溝形状の接続部位9を形成する。なお、複数の信号線電極層42および複数の信号線用引き出し電極42aは、例えば、絶縁シート10の全面上に形成された導電層をウェットエッチングでパターニングすることにより形成することができる。
そして、それぞれの信号線用引き出し電極42aの一部が音響整合層3の表面からはみ出すように、絶縁シート10を音響整合層3に対して位置決めし、絶縁シート10の裏面を音響整合層3の表面上に接合する。
さらに、接地電極層43の上に保護層5を介して音響レンズ6を接合することにより、図1に示した超音波探触子が製造される。
この場合、例えば、図5(A)に示されるように、絶縁シート10の表面上に複数の信号線用引き出し電極42aを配列形成すると共に、それぞれの信号線用引き出し電極42aの表面に溝形状の接続部位9を形成し、それぞれの信号線用引き出し電極42aの一部が音響整合層3の表面からはみ出すように、絶縁シート10の裏面を音響整合層3の表面上に接合する。
さらに、図5(B)に示されるように、音響整合層3の表面からはみ出しているそれぞれの信号線用引き出し電極42aの一部を絶縁シート10と共に音響整合層3の側面に沿って折り曲げた後、音響整合層3の表面上に絶縁シート10を介して配置されている複数の信号線用引き出し電極42aの上に、予め作製された複数の有機圧電素子4を接合する。
そして、複数の信号線用引き出し電極42aの上にそれぞれ対応する信号線電極層42が当接するようにして、導電性接着剤等を用いて、複数の有機圧電素子4を複数の信号線用引き出し電極42aおよび絶縁シート10の上に接合する。
図6に、実施の形態2に係る超音波探触子の信号線用引き出し電極42aの近傍の様子を示す。この実施の形態2は、上述した実施の形態1の超音波探触子において、音響整合層3が、複数の信号線用引き出し電極42aに当接する表面上に、互いに隣接する信号線用引き出し電極42aの間に形成された複数の溝31を有するものである。すなわち、隣接する信号線用引き出し電極42aが、溝31を介して互いに分離される。
このような溝31で隣接する信号線用引き出し電極42aを互いに分離することにより、個々の信号線用引き出し電極42aに対してはんだ付け作業がしやすくなり、多数の有機圧電素子4がアレイ状に高密度に配列されていても、有機圧電体41に悪影響を及ぼすことなく、短時間で信号線用引き出し電極42aと回路基板の接続用配線との接続を行うことが可能となる。
まず、図7(A)に示されるように、音響整合層3に隣接して犠牲層11を配置する。この犠牲層11は、音響整合層3と同じ厚さを有するものとする。
次に、音響整合層3と犠牲層11の双方にわたるように、これら音響整合層3および犠牲層11の表面の全面上に導電層12を形成した後、音響整合層3と犠牲層11の境界部に直交する方向に導電層12を所定のピッチでダイシングすることにより、音響整合層3および犠牲層11の表面上に、複数の信号線電極層42とこれら複数の信号線電極層42に一体に接続された複数の信号線用引き出し電極42aを形成する。それぞれの信号線電極層42は、音響整合層3の表面上に位置し、それぞれの信号線用引き出し電極42aは、音響整合層3の一部と犠牲層11の表面上に位置している。
さらに、それぞれの信号線用引き出し電極42aの表面に溝形状の接続部位9を形成する。
このような音響整合層3を、バッキング材1の表面上に配列形成された複数の無機圧電素子2の上に接合し、さらに、複数の有機圧電素子4の接地電極層43の上に保護層5および音響レンズ6を順次接合することにより、隣接する信号線用引き出し電極42aが溝31を介して互いに分離された実施の形態2の超音波探触子が製造される。
上記の実施の形態1および2では、音響整合層3に沿って折り曲げられた信号線用引き出し電極42aの折り曲げ部8に溝形状の接続部位9が形成されていたが、図8に示されるように、音響整合層3の側面に沿っている信号線用引き出し電極42aの先端部13に溝形状の接続部位14を形成し、受信回路を形成する回路基板に接続された接続用配線を、この接続部位14の上に溶融はんだ等により接続してもよい。
また、1条の溝ではなく、複数条の溝を接続部位として形成してもよい。
さらに、溝の代わりに、切り込みまたは貫通孔の形状を有する接続部位を、信号線用引き出し電極42aの折り曲げ部8または先端部13に形成することもできる。
このようにしても、実施の形態1および2と同様に、接続部位の存在により信号線用引き出し電極42aの濡れ性が向上し、毛管現象により溶融はんだが信号線用引き出し電極42aに浸透しやすくなり、短時間で信号線用引き出し電極42aと回路基板の接続用配線との間のはんだ付け作業を行うことが可能となる。
上述した実施の形態1〜3において、図9に示されるように、複数の有機圧電素子4から複数の信号線用引き出し電極42aを交互に反対方向に引き出すこともできる。
このような構成とすれば、互いに隣接する信号線用引き出し電極42aの間隔が拡がるので、個々の信号線用引き出し電極42aに対して、さらに、はんだ付け作業がしやすくなり、特に多数の有機圧電素子4がアレイ状に高密度に配列されている場合でも、有機圧電体41に悪影響を及ぼすことなく、短時間で信号線用引き出し電極42aと回路基板の接続用配線との接続を行うことが可能となる。
例えば、低温銀ペーストは、50〜60℃程度の硬化温度を有しており、導電ペーストとして低温銀ペーストを用いれば、信号線用引き出し電極42aと回路基板の接続用配線との接続に伴う有機圧電体41への熱伝導量をさらに低減することができる。
このような導電ペーストを使用することにより、配線の修正を容易に行うことができるという利点も生じることとなる。
Claims (11)
- アレイ状に配列された複数の有機圧電素子と前記複数の有機圧電素子にわたって延在する音響整合層とを有する超音波探触子であって、
複数の有機圧電素子から引き出された複数の信号線用引き出し電極のそれぞれが前記音響整合層の表面から側面に沿うように折り曲げられ、それぞれの前記信号線用引き出し電極の前記折り曲げ部分または前記音響整合層の側面に沿った先端部に、流動性を有する電気接続材に対する濡れ性を向上させるための形状を有する接続部位が形成されていることを特徴とする超音波探触子。 - 前記接続部位は、溝、切り込み、貫通孔のいずれかの形状を有する請求項1に記載の超音波探触子。
- 前記接続部位は、それぞれの前記信号線用引き出し電極の前記折り曲げ部分に前記音響整合層の表面から側面にかけて形成された溝からなる請求項1に記載の超音波探触子。
- 前記複数の有機圧電素子は、前記複数の有機圧電素子にわたって延在する共通の有機圧電体と、前記有機圧電体の一方の面と前記音響整合層との間に配列され且つ互いに分離された複数の信号線電極層と、前記有機圧電体の他方の面上に配置され且つ前記複数の有機圧電素子にわたって延在する共通の接地電極層とを含み、
前記複数の信号線用引き出し電極は、前記複数の信号線電極層からそれぞれ引き出されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の超音波探触子。 - 前記音響整合層は、前記複数の信号線用引き出し電極に当接する表面上に、互いに隣接する前記信号線用引き出し電極の間に形成された複数の溝を有する請求項4に記載の超音波探触子。
- 前記複数の信号線用引き出し電極は、交互に反対方向に引き出されている請求項4または5に記載の超音波探触子。
- 前記有機圧電体は、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体からなる請求項4〜6のいずれか一項に記載の超音波探触子。
- 前記音響整合層を挟んで前記複数の有機圧電素子と反対側にアレイ状に配列された複数の無機圧電素子をさらに備えた請求項1〜7のいずれか一項に記載の超音波探触子。
- 前記電気接続材は、溶融はんだまたは硬化温度が80℃以下の導電ペーストである請求項1〜8のいずれか一項に記載の超音波探触子。
- 音響整合層の上に複数の有機圧電素子がアレイ状に配列された超音波探触子の製造方法であって、
絶縁シートの表面上に複数の信号線用引き出し電極を配列形成すると共にそれぞれの前記信号線用引き出し電極に流動性を有する電気接続材に対する濡れ性を向上させるための形状を有する接続部位を形成し、
それぞれの前記信号線用引き出し電極の一部が前記音響整合層の表面からはみ出すように前記絶縁シートの裏面を前記音響整合層の表面上に接合し、
前記音響整合層の表面からはみ出したそれぞれの前記信号線用引き出し電極の一部を前記絶縁シートと共に前記音響整合層の側面に沿って折り曲げ、
前記音響整合層の表面上に前記絶縁シートを介して配置された前記複数の信号線用引き出し電極の上に前記複数の有機圧電素子を形成する
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 音響整合層の上に複数の有機圧電素子がアレイ状に配列された超音波探触子の製造方法であって、
前記音響整合層に隣接して犠牲層を配置し、
前記音響整合層と前記犠牲層の表面上に導電層を形成し、
前記音響整合層と前記犠牲層の境界部に直交する方向に前記導電層を所定のピッチでダイシングすることにより複数の信号線電極層とこれら複数の信号線電極層に一体に接続された複数の信号線用引き出し電極を形成し、
前記音響整合層と前記犠牲層の境界部の上に位置するそれぞれの前記信号線用引き出し電極に流動性を有する電気接続材に対する濡れ性を向上させるための形状を有する接続部位を形成し、
前記犠牲層を除去することにより前記音響整合層の表面からはみ出したそれぞれの前記信号線用引き出し電極の一部を前記音響整合層の側面に沿って折り曲げ、
前記音響整合層の表面上に配置された前記複数の信号線電極層の上に前記複数の有機圧電素子を形成する
ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
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