JP3304560B2 - 超音波探触子及び超音波探触子の製造方法 - Google Patents
超音波探触子及び超音波探触子の製造方法Info
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Description
波探触子の製造方法に関する。
る。図において、超音波を励起し、圧電効果により超音
波に対応する電気信号を発生する圧電振動子(PZT)1の
一方の面には、接地電極層2が、他方の面には、正電極
層3がそれぞれ形成されている。接地電極層2は、図8
に示すように、圧電振動子1の一方の面より、側面を経
由して他方の面の一部へ延出する延出部2aが形成され
ている。
動子1より幅が狭く設定され、圧電振動子1を機械的に
支え、圧電振動子1を音響的に制動をかけ、超音波パル
ス波形を短くする背面負荷材4が設けられている。そし
て、背面負荷材4の一方の側面には、接地電極層2の延
出部2aに導電性の接着剤5を用いてGND6が、背面負
荷材4の他方の側面には導電性の接着剤7を用いてFPC
8がそれぞれ設けられている。
動子1は、FPC8を介して圧電振動子1に加えられた電
気信号に対応して、超音波(機械振動)を励起(送波)し、
又、圧電効果により生体より戻って来た超音波に対応す
る電気信号を発生(受波)する。
音波探触子の構成において、以下のような問題点があ
る。
極層3とFPC8との接続のために、背面負荷材4の幅は
圧電振動子1の幅に比べて、片側約0.5mm、両側で合せ
て約1mm程度狭く設定され、圧電振動子1に背面負荷材
4に支持されず圧電振動子としてまったく機能しない非
機能領域Vが形成されている。
り、送波時に不要な振動が発生し、受波信号の品質(S/N
比)が劣化する。 一般に超音波探触子は、体表より検査するものであ
るが、近年、より多くの情報を得るために、超音波探触
子を体内に配置したり、術中、臓器に直接当てて検査す
ることがなされている。この場合、 (1) 近距離分解能の良い画像を得たいので、超音波探触
子の厚み方向(図8において矢印t方向)の開口の面積(圧
電振動子の超音波を放射する面)、つまり、圧電振動子
自体の大きさを小さくする必要がある。
器間に挿し入れたりするので、できるだけ小型の方が望
ましい。 上記構成における超音波探触子の圧電振動子1の非機能
領域vは、圧電振動子1自体を小型化するに従って大き
なパーセンテージを占め、受波信号の品質の劣化が大き
くなる。又、非機能領域Vの存在自体が小型化を疎外す
る要因となる。
との接続、又、圧電振動子1の正電極層3とFPC8との
接続は、導電性の接着剤5,7のみに頼っているので、
これらの接続強度が弱い。
たのち、アレイ状に配設された各圧電振動子1にGND6
及びFPC8を接続する工程は、緻密な作業であり、熟練
を要する。
ので、その目的は、厚み方向の開口全体が機能領域とし
て利用でき、圧電振動子の受波信号の品質が良好で、小
型化が容易な超音波探触子を提供することにある。
な超音波探触子の製造方法を提供することにある。
明の原理図である。図において、100は圧電振動子、
101は圧電振動子100の一方の面上に、接着層10
2を介して積層された第1電極、103は圧電振動子1
00の他方の面上に、接着層104を介して積層された
第2電極である。
なる第2電極103上に積層され、略等しい形状の背面
負荷材である。通常は、第1電極101は接地電極、第
2電極103は正電極として用いられる。
動子100と略等しい形状の音響レンズ106及び音響
整合層107が設けられている。又、第1電極101及
び第2電極103には、圧電振動子100との積層部分
より延出する電極取出し部101a及び電極取出し部1
03aが形成されている。
は音響整合層107,音響レンズ106の両方の部材を
設けた例で説明を行ったが、音響整合層107はなくと
もよい。
圧電振動子の一方の面上に形成された第1電極層と、前
記圧電振動子の他方の面上に形成された第2電極層と、
前記第1電極層上に、接着層を介して積層された1又は
2以上の層からなる導電性の整合層と、該整合層上に、
接着層を介して積層された可撓性を有する第1電極と、
前記第2電極層上に、接着層を介して積層された可撓性
を有する第2電極と、該第2電極上に、略等しい形状の
音響整合層を介して、又は介さずに音響レンズを設け、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記圧電振動子との
積層部分より延出して電極取出し部が形成されているも
のである。
載の発明における接着層は、加圧された絶縁性接着剤で
形成されている。請求項4記載の発明は、圧電振動子の
両面に接着剤を塗布し、一方の面上には電極取出し部を
有する第1電極を、他方の面上には電極取出し部を有す
る第2電極を積層する工程と、前記第1電極及び前記第
2電極のうち、複数の信号線が形成された正電極となる
電極側から前記信号線に対応させて切込む工程と、前記
第1電極及び前記第2電極の各電極取出し部を同方向に
折曲する工程とからなるものである。
に絶縁性接着剤を塗布し、一方の面上には電極取出し部
を有する第1電極を、他方の面上には電極取出し部を有
する第2電極を積層する工程と、積層された第1電極,
圧電振動子及び第2電極を積層方向に加圧する工程と、
前記第1電極及び前記第2電極のうち、複数の信号線が
形成された正電極となる電極側から前記信号線に対応さ
せて切込む工程と、前記第1電極及び前記第2電極の各
電極取出し部を同方向に折曲する工程とからなるもので
ある。
子において、圧電振動子100と背面負荷材105との
積層面の形状が略等しいことにより、厚み方向の開口全
体が機能領域として利用でき、圧電振動子の受波信号の
品質が良好で、小型化が容易となる。
探触子の製造法において、電極を接続してからアレイの
切出しを行うことにより、各アレイに対しての電極の接
続が簡単となる。
る。図2は本発明の一実施例の超音波探触子の要部断面
図、図3は図2に示す超音波探触子の要部斜視図、図4
は図2における圧電振動子の斜視図、図5は図2におけ
るFPCの展開図である。先ず、図2から図4を用いて本
実施例の超音波探触子の構成を説明する。図において、
複数の圧電振動子(PZT)11の一方の面上には、図4に
示すように、第1の接地電極層12が、他方の面側に
は、第1の正電極層13が、前もってそれぞれ形成され
ている。尚、本実施例では、第1及び第2の電極層1
2,13は、高周波化に有効な厚さ1000Å程度の金スパ
ッタ電極層としたが、材質は限定しない。
には、加圧硬化された絶縁性接着剤層14を介して、1
又は2以上の層からなる導電性の音響整合層(グラファ
イトを主成分とする板)15が積層されている。更に、
音響整合層15上には、加圧硬化された絶縁性接着剤1
6を介して、高分子フィルム17が積層されている。高
分子フィルム17は、音響整合層としてのフィルム本体
18と、このフィルム本体18の絶縁性接着剤層14側
に蒸着によって形成された銅層19との二層からなる。
そして、この高分子フィルム17の一部は、圧電振動子
11との積層部分より延出し、延出部分の先端は電極取
出し部17aが形成されている。
は、加圧硬化された絶縁性接着剤層20を介してFPC2
1が積層されている。このFPC21は図5に示すよう
に、ポリイミドのベース部22と、このベース部22上
の圧電振動子11側には、3μm厚の銅の蒸着により圧電
振動子11に対応した導電パターン23が形成されてい
る。図5における導電パターン23のうち、ハッチング
箇所は圧電振動子11の第1の正電極層13と接触し、
電気的導通がある箇所であり、導電パターン23のハッ
チング以外の箇所は、表面に施されたレジストによっ
て、絶縁されている。又、FPC21の両サイドは、圧電
振動子11との積層部分より延出し、延出部分の先端は
電極取出し部21aが形成されている。
けられ、圧電振動子11を機械的に支え、圧電振動子1
1を音響的に制動をかけ、超音波パルス波形を短くする
背面負荷材である。
音響レンズ26が積層されている。次に、上記構成の超
音波探触子の製造方法を説明する。図4に示すように、
圧電振動子11の両面に金スパッタにより第1の接地電
極層12及び第1の正電極層13を形成する(ステップ
1)。
の接地電極層12に絶縁性のエポキシ樹脂接着剤を用い
て、音響整合層15と高分子フィルム17を、第1の正
電極層13に絶縁性のエポキシ樹脂接着剤を用いてFPC
21をそれぞれ積層し、少なくとも、3Kgf/cm2以上の圧
力Pを印加し、これらを固着する(ステップ2)。
には、図7に示す二点鎖線の部分にダイシングソーを用
いて切込み溝を入れることにより、圧電振動子11を電
気的に独立した複数のアレイに分割する(ステップ3)。
尚、この時の切込み溝の幅tは、約40μm〜50μmであ
る。
び音響レンズ26を取り付ける(ステップ4)。最後に、
FPC21の両サイド、高分子フィルム17の一方のサイ
ドを折り曲げ、図2に示すような形状とする(ステップ
5)。
動子11は、FPC21を介して圧電振動子11に加えら
れた電気信号に対応して、超音波(機械振動)を励起(送
波)する。励起された超音波は、音響整合層15,フィル
ム本体18,音響整合層25及び音響レンズ26によっ
て生体との音響的な整合が図られ、音響レンズ26で収
束されて生体内へ送波される。
より戻って来た超音波に対応して電気信号を発生(受波)
する。ところで、圧電振動子11の第1の接地電極層1
2と音響整合層15との間には、絶縁性の接着剤層14
が、音響整合層15と高分子フィルム17の銅層19と
の間には、絶縁性の接着剤層16が、又、圧電振動子1
1の第1の正電極層13とFPC21の導電パターン23
との間には、絶縁性の接着剤層20がそれぞれ介在して
いる。一方、高分子フィルム17,音響整合層15,圧電
振動子11及びFPC21は、それぞれ絶縁性のエポキシ
樹脂接着剤を用い、3Kgf/cm2以上の圧力Pが印加された
状態で、一体化されている。
16及び20の厚さは薄く、各導体部材は充分近接した
状態にある。このような薄い絶縁性の層があっても、ト
ンネル効果,ショットキー導電、不純物導電等により、
電荷の移動が起こる。又、絶縁性の接着剤層14,16
及び20の厚さは一定ではなく、対向する導体部材の表
面粗さによりある確率的に存在するものであり、場所に
よっては、厚さが極めて0に近くなっている、つまり、
圧電振動子11の第1の接地電極層12と音響整合層1
5、音響整合層15と高分子フィルム17の銅層19、
圧電振動子11の第1の正電極層13とFPC21の導電
パターン23が、接触している箇所もあり、この接触箇
所では電荷の移動が起こる。
の接地電極層12と高分子フィルム17の銅層19との
接続、及び圧電振動子11の第1の正電極層13とFPC
21の導電パターン23との接続は、これら圧電振動子
11,高分子フィルム17及びFPC21を積層にすること
によって行われ、電極の接続強度が強い。
ことによって、音響的整合が向上し、従って超音波送受
波時の効率が向上する。更に、圧電振動子11と同じ大
きさの背面負荷材24を積層することが可能となるの
で、圧電振動子11の非機能領域がなくなり、圧電振動
子11の厚み方向の開口全体が機能領域として利用で
き、小型化が容易で、送波時に不要な振動の発生がな
く、受波信号の品質(S/N比)が良好となる。
絶縁性接着剤を介して音響整合層15及び高分子フィル
ム17を積層し、他方の面に絶縁性接着剤を介してFPC
21を積層し、これらを加圧すれば電極の接続が完了す
るので、製造方法が簡単である。
ではない。上記実施例では、高分子フィルム17と圧電
振動子11との間に音響整合層15を設けたが、高分子
フィルム17のフィルム本体18のみで、生体と圧電振
動子11との音響インピーダンスのマッチングがとれれ
ば、音響整合層15は不要とすることができる。同様に
音響整合層25も不要とすることができる。
が、製造法におけるステップ3において、ダイシングソ
ーを用いて切込み溝を入れ、圧電振動子11を完全に電
気的に独立した複数のアレイに分割することができるな
らば、導電性の接着材を用いることが可能である。この
場合、積層体を加圧する工程が不要となる。
に、FPC21を用いたが、圧電振動子11に対応した金
属箔であってもよい。又、上記実施例では、リニア型の
超音波探触子で説明を行ったが、他に、カーブドリニア
アレイ型や、マトリックスアレー型や、アニュラーアレ
ー型の超音波探触子にも適用できる。
必ずしも直流的導通状態にある必要はない。探触子その
ものを動作させる場合には、絶縁性接着剤層がコンデン
サー的になっており、交流で圧電振動子を駆動するよう
にしてもよい。
項1から3の発明によれば、圧電振動子と背面負荷材と
の積層面の形状が略等しいことにより、厚み方向の開口
全体が機能領域として利用でき、圧電振動子の受波信号
の品質が良好で、小型化が容易な超音波探触子を実現で
きる。
ば、電極を接続してからアレイの切出しを行うことによ
り、各アレイに対しての電極の接続が簡単となる超音波
探触子の製造法を実現できる。
である。
図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 圧電振動子と、 該圧電振動子の一方の面上に形成された第1電極層と、 前記圧電振動子の他方の面上に形成された第2電極層
と、 前記第1電極層上に、接着層を介して積層された1又は
2以上の層からなる導電性の整合層と、 該整合層上に、接着層を介して積層された可撓性を有す
る第1電極と、 前記第2電極層上に、接着層を介して積層された可撓性
を有する第2電極と、 該第2電極上に積層され、積層面が前記圧電振動子と略
等しい形状の背面負荷材と、 前記第1電極上に、略等しい形状の音響整合層を介し
て、又は介さずに設けられた音響レンズとを有し、 前記第1電極及び前記第2電極は、前記圧電振動子との
積層部分より延出して電極取出し部が形成されているこ
とを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項2】 前記各接着層は、加圧硬化された絶縁性
接着剤で形成されていることを特徴とする請求項1記載
の超音波探触子。 - 【請求項3】 前記第2電極、第2電極層、圧電振動
子、第1電極層、及び、導電性の整合層にはサブダイス
による切り込み溝が存在することを特徴とする請求項1
又は2記載の超音波探触子。 - 【請求項4】 圧電振動子の一方の面に第1電極層、他
方の面に第2電極層を形成する工程と、 前記第1電極層上に接着剤を用いて導電性の整合層と可
撓性の第1電極とを積層する工程と、 前記第2電極層上に接着剤を用いて可撓性の第2電極を
積層する工程と、 前記第1電極及び前記第2電極のうち、複数の信号線が
形成された正電極となる電極側から前記信号線に対応さ
せて切込む工程と、 からなることを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 【請求項5】 前記切り込む工程は、前記第2電極側か
ら切り込んで、第2電極、第2電極層、圧電振動子、第
1電極層、及び、導電性の整合層に切り込み 溝を形成す
ることを特徴とする請求項5記載の超音波探触子の製造
方法。
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JP26732493A JP3304560B2 (ja) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | 超音波探触子及び超音波探触子の製造方法 |
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Cited By (1)
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- 1993-10-26 JP JP26732493A patent/JP3304560B2/ja not_active Expired - Fee Related
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