JP3780168B2

JP3780168B2 - Ultrasonic array transducer

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Publication number: JP3780168B2
Application number: JP2001022202A
Authority: JP
Inventors: さゆり佐藤; 之彦沢田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002224104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波断層像を得るための超音波内視鏡や、超音波探触子に使用される超音波アレイ振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療診断等に超音波振動子を用いた超音波診断装置が広く用いられるようになった。この場合、単一の超音波振動子を回転等して機械的に超音波を走査するメカニカル走査式超音波振動子の他に電子走査式の超音波振動子が採用されることがある。
【０００３】
この電子走査式の超音波振動子は超音波振動子をアレイ状に形成した超音波アレイ振動子で形成される。
従来の電子走査式の超音波振動子（超音波アレイ振動子）は、圧電素子の両面にシグナル電極とグランド電極を設け、整合層を配置して整合層途中深さに達する切り込み溝を施して複数素子を分割形成する。この時、グランド電極を共通接続する必要がある。
【０００４】
グランド電極を共通接続する方法として、特開昭６１−２５３９９９号公報のように、圧電素子と接する音響整合層を導電性樹脂とし、整合層の途中深さに達する切り込みを設けたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、切り残す整合層の厚さが薄いと、整合層の強度が相対的に低下するため、力が加わった際等に整合層にヒビが入ったりして導通不良となる恐れがある。
一方、切り残す整合層の厚さが厚い（整合層への切り込みが浅い）とクロストークが発生する恐れがあった。
【０００６】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、クロストークの発生を防止して、圧電素子のグランド電極の共通接続を安定して確保できる超音波アレイ振動子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の超音波アレイ振動子は、超音波アレイ振動子において、圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、を設け、前記導電層における分割溝における圧電素子接触部以外の部分に導電性の充填材を充填し、導電層をケーブル配線用基板のグランドランド部と導通させたことを特徴とする。
本発明の第２の超音波アレイ振動子は、超音波アレイ振動子において、圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、を設け、前記導電層における圧電素子接触部以外の部分に導電体を設け、導電体をケーブル配線用基板のグランドランド部へ導通させたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の超音波アレイ振動子の全体を示し、図２は配列方向の断面を示し、図３は図２と直交するエレベーション方向の断面で内部構造を示し、図４は図３におけるバッキング材を充填する前の内部構造を示す。
【０００９】
図１に示す超音波アレイ振動子１は、音響レンズ２の内側にバッキング材枠３が配置され、このバッキング材枠３の内側にケーブル配線基板４が立設され、その周囲にバッキング材５が充填されるようにしている。
ケーブル配線基板４には図２等に示すアレイ状に形成された多数の圧電素子６，６，…，６に信号配線ワイヤ７で接続される信号配線ランド８，８，…，８がその長手方向の両面に設けてある。
【００１０】
また、ケーブル配線基板４の上部寄りの両面には、ＧＮＤ配線ランド９がその長手方向にライン状に形成され、例えばその両端の位置で接続ワイヤ１０により、バッキング材枠５の内面に設けた導電膜１１と半田１２付け等で電気的に接続している。
【００１１】
図２、図３及び図４に示すように各圧電素子６はその上下両面に信号電極１３ａとグランド電極１３ｂとが金或いは銀等の金属の蒸着等で形成され、その超音波送受を行う下面（音響放射面）側には、整合をとるための第１整合層１４、第２整合層１５と、出射される超音波を集音する音響レンズ２が層状に形成されている。
【００１２】
本実施の形態では、第１整合層１４は（例えばエポキシ樹脂に炭素等を添加して付与された）導電性を有する樹脂等で形成されている。つまり、第１整合層１４はこの第１整合層１４側に設けた各圧電素子６の下面側のグランド電極となる各電極１３と共通に導通する。
【００１３】
アレイ状に形成された（アレイ状振動子としての）多数の圧電素子６，６，…，６は例えば図４に示すエレベーション方向（幅方向）の幅Ｗを有し、その方向と直交する素子配列方向に長く形成したベルト状の圧電素子板の両面に蒸着等で全面電極を設けたものを第１整合層１４に接着した状態のものを、ダイシングマシーンにより素子配列方向に所定ピッチで形成した分割溝１６によりその配列方向に分割されてアレイ状に形成されている。
【００１４】
この場合、分割溝１６の深さは圧電素子６の厚さより大きく、その下面のグランド電極１３ｂに接着された第１整合層１４の厚さ方向の途中まで穿設するように形成する。より具体的には、図２に示すように第１整合層１４の厚さをＴとした場合に、その第１整合層１４の厚さＴのほぼ６０〜１００％となるような深さｔ（圧電素子６の上面から計測するとその厚さ＋ｔ）で分割溝１６が形成される。
【００１５】
このように第１整合層１４に届き、その厚さＴの２／３程度に至る十分に深い分割溝１６を形成しているので、隣接する圧電素子６，６によるクロストークの発生をその間の分割溝１６により十分に抑制できるようにしている。
【００１６】
また、分割溝１６の深さを大きく形成することにより、（分割溝１６の深さを浅く形成した場合に比べて）第１整合層１４の強度が相対的に低下するが、本実施の形態では分割溝１６内に補強するための充填材（補強材）として導電性接着剤１７を充填して、第１整合層１４の強度が相対的に低下するのを防止している。
【００１７】
この導電性接着剤１７として、本実施の形態では第１整合層１４の形成部材と同じ導電性部材を充填して補強している。そして、第１整合層１４にひびが入った場合にも、この導電性接着剤１７により、導通不良が起こるのを確実に防止できるようにしている。
【００１８】
この導電性接着剤１７は、図４に示すように第１整合層１４の分割溝１６における圧電素子６に接触する部分以外の部分に充填している。各圧電素子６のグランド電極１３ｂは第１整合層１４と導通し、図２に示すように第１整合層１４はその配列方向の両端付近でバッキング材枠３の内面に設けた導電膜１１と導電剤（半田）等で導通する。
なお、バッキング材枠３は例えばガラスエポキシ樹脂で形成され、その内面には銅箔が貼着されて導電膜１１が形成されている。そして、導電膜１１はその上端側で接続ワイヤ１０により、ＧＮＤ配線ランド９と電気的に接続される。
【００１９】
また、各圧電素子６の上面側の各信号電極１３ａは、各圧電素子６の上面にその下端面が接触するように立設されたケーブル配線基板４における、各信号電極１３ａの上部側に対向して短冊状に形成された信号配線ランド８に信号配線ワイヤ７により（半田付け等で）電気的に接続される。
【００２０】
この場合、図２及び図４に示すように、ケーブル配線基板４にはその両面に信号配線ランド８がその長手方向に沿って、圧電素子６の配列と同じ間隔で交互に形成されている。つまり、一方の面での配列ピッチは圧電素子６の配列の２倍であり、各面で１つ置きに信号配線ワイヤ７により各信号電極１３ａは信号配線ランド８に接続されている。このように両面に信号配線ランド８を設け、各面では１つ置きで信号配線ワイヤ７により各信号電極１３ａを信号配線ランド８に接続することにより、細かいピッチでアレイ状の圧電素子６を形成した場合にも、各信号電極１３ａを信号配線ランド８に接続し易くしている。
【００２１】
各信号電極１３ａを信号配線ワイヤ７により信号配線ランド８に接続した後に、図３に示すように圧電素子６の周囲は音波を吸収、或いは減衰させるバッキング材５で覆うようにしている。
【００２２】
また、ケーブル配線基板４は図示しない超音波ケーブルの一端と各信号配線ランド８とＧＮＤ配線ランド９とが半田付け等で接続され、その他端のコネクタは超音波観測装置に接続される。
なお、図３に示すように超音波アレイ振動子１はケース１９に設けた開口に音響レンズ２の部分が露出するようにして取り付けられる。
【００２３】
このような構成の超音波アレイ振動子１は以下のようにして製造する。
図示しない枠体内に第２整合層１５を形成する固化前の液体状の樹脂を流して固化させ、その表面を研削して所定の厚さの第２整合層１５を形成し、その上に同様に第１整合層１４を形成し、さらにその上に両面に全面電極を設けた圧電素子板を接着する。なお、枠体は第２整合層１５を形成した後に外す。
【００２４】
そして、圧電素子板を完全に切り離すように分割し、その下側の第１整合層１４の厚さＴのほぼ６０〜１００％程度の深さｔに至る分割溝１６が形成されるようにダイシングマシーンにて圧電素子板（及び第１整合層１４）をその長手方向に所定ピッチで分割して、それぞれが切り離されたアレイ状の圧電素子６，６，…，６を形成する。
【００２５】
次に各分割溝１６には、各圧電素子６に隣接する部分を除いて導電性部材、例えば第１整合層１４を形成した導電性接着剤１７と同じ素材を充填し、硬化させて第１整合層１４を補強する。
【００２６】
次に両面に信号配線ランド８とＧＮＤ配線ランド９を設けたケーブル配線基板４を圧電素子６，６，…，６の上面の信号電極１３ａの上から少し離れた位置に、エレベーション方向の有効幅Ｗの例えば中央に位置するように治具で固定し、圧電素子６，６，…，６の上面の各信号電極１３ａと各信号配線ランド８とを信号配線ワイヤ７で接続する。
【００２７】
そして、アレイ状の圧電素子６，６，…，６及びケーブル配線基板４の周囲を囲むように、天井側及び底面側は開口する四角形状のバッキング材枠３を取り付ける。このバッキング材枠３の内壁面には銅箔等の導電膜１１が形成されており、図２に示すようにその底面側の開口は導電性接着剤で第１整合層１４と導通するように固定接続する。なお、このバッキング材枠３の枠のサイズは前記枠体の内枠より小さいサイズである。
【００２８】
その後、バッキング材枠３の天井側の開口から固化前のバッキング材５を所定の高さまで流し込んで固化させる。その後、ケーブル配線基板を固定していた治具を外し、バッキング材枠３の導電膜１１とケーブル配線基板のＧＮＤ配線ランド９とを接続ワイヤ１０により電気的に接続する。また、このようにして作ったものを、予め図示しない枠体により形成した音響レンズ２に収納し、底部の第２整合層１５を音響レンズ２の上面に接するように接合する。
【００２９】
また、ケーブル配線基板４に図示しない超音波ケーブルを接続し、この接続部分を覆う。そして、このようにして製造した超音波アレイ振動子１を図３に示すようにケース１９に音響レンズ２の底部側が露出するように取り付ける。
【００３０】
このようにして製造された超音波アレイ振動子１による作用を説明する。
超音波ケーブルの他端のコネクタを超音波観測装置に接続し、超音波観測装置の電源を投入し、音響レンズ２の底面を患者等の検査部位に当てることにより、この超音波アレイ振動子１に電子走査を行う送信パルスが印加される。
【００３１】
超音波アレイ振動子１はその素子配列方向の各圧電素子６の信号電極１３ａ、グランド電極１３ｂ間に順次、送信パルスが印加され、この送信パルスの印加により圧電素子６は電気−音響変換機能により超音波励振して、下面（音響放射面）と上面側に超音波を送出する。上面側ではバッキング材５により減衰される。
一方、下面側から送出された超音波は第１整合層１４、第２整合層１５を通り、さらに音響レンズ２で集音され、この音響レンズ２と当接する検査部位側に送波され、その際に素子配列方向にリニア走査する。
【００３２】
検査部位側での音響インピーダンスの変化部分で反射された反射超音波は同じ圧電素子６で受信され、電気信号に変換され、超音波観測装置内の信号処理系で信号処理され、映像信号に変換されてモニタの表示面にリニア走査した場合の超音波断層像を表示する。
【００３３】
なお、送信パルスを圧電素子６の信号電極１３ａ、グランド電極１３ｂ間に印加した場合、送信パルスはケーブル配線基板４の信号配線ランド８→信号配線ワイヤ７→圧電素子６の信号電極１３ａ→グランド電極１３ｂ→第１整合層（分割溝１６内の導電性接着剤１７）→バッキング材枠３内面の導電膜１１→接続ワイヤ１０→ケーブル配線基板４のＧＮＤ配線ランド９の経路で印加されるようになる。
【００３４】
この超音波アレイ振動子１によれば第１整合層１４の厚さＴの例えば２／３程度までの深い分割溝１６を形成することにより、特に隣接する圧電素子６とのクロストークを十分に小さくできる。従って、素子配列方向に対して分解能の高い断層像を得ることができる。
【００３５】
また、深い分割溝１６を形成することにより、浅く形成した場合よりも、強度が低下するが、補強する充填部材１７を分割溝１６に充填することにより、その低下を防止できる。
また、分割溝１６を深く形成した際に、導電性材料で形成した第１整合層１４にひびが入ったとしても、分割溝１６内に導電性接着剤１７を充填することにより、強度を補強できると共に、導通させる機能もより確実に確保できるので、グランド電極１３ｂの共通接続を十分に保持できる。
【００３６】
本実施の形態は以下の効果を有する。
第１整合層１４の厚さＴの例えば６０〜１００％程度までの深い分割溝１６を形成することにより、クロストークを十分に小さくできる。また、分割溝１６に充填材１７を充填することにより強度の低下を防止できる。また、各圧電素子６のグランド電極１３ｂの共通接続の機能を安定して確保できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は第２の実施の形態の超音波アレイ振動子２１の構造を示す。
この超音波アレイ振動子２１は、図４に示す超音波アレイ振動子１における導電性材料による第１整合層１４を導電性を有しない第１整合層１４′とし、さらにこの第１整合層１４′における圧電素子６のエレベーション方向の両端に接触する部分の２箇所には、素子配列方向に沿うように溝部２２、２２を形成して、各溝部２２に導電層２３を設けている。
【００３８】
なお、導電層２３を形成する導電体は樹脂と金属粉等を混合して作るため、水などにより膨潤し易い。このため、本実施の形態ではこの導電層２３を第１整合層の厚さの２／３以下にして、必要とされる耐久性を確保している。
なお、本実施の形態では、分割溝１６を形成した場合、分割溝１６は導電層２３の厚さより浅く形成され、導電層２３は分割溝１６の形成により、分離されないようにしている。
【００３９】
第１整合層１４′の上面と導電層２３の上面とは面一になるように研削等し、この第１整合層１４及び各溝部２２に形成した導電層２３の上に、その両面に電極を設けた圧電素子板を接着して、第１の実施の形態と同様にダイシングマシーンにて分割溝１６を形成することにより、上面に信号電極１３ａ、下面にグランド電極１３ｂがそれぞれ形成されたアレイ状の圧電素子６，６，…，６が形成される。
【００４０】
この場合、第１整合層１４′の上面は各圧電素子６の下面のグランド電極１３ｂの中央部分と接触し、そのエレベーション方向の両端のグランド電極１３ｂ部分は導電層２３と接触している。
また、本実施の形態では、分割溝１６には、例えば圧電素子６に接触しない部分で、しかも導電層２３に形成した部分に導電性接着剤２４を充填している。
【００４１】
なお、導電層２３及び導電性接着剤２４としては第１の実施の形態で説明した第１整合層１４を形成した場合の例えばエポキシ樹脂に炭素等を添加して導電性を付与したものを採用することができる。
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
また、本実施の形態の作用としては、圧電素子６の中央部分は第１整合層１４′に接触し、その両端側が導電層２３と接触しているのみであるので、第１整合層１４′として導電性材料という制約がある第１整合層１４の場合よりも材料の制約が少なく、より適切な値の整合できたり、より安価な材料で製造できる。
【００４３】
また、本実施の形態では圧電素子６の音響放射面側から送波される超音波は主に第１整合層１４′が形成された部分がその超音波画像の形成に使用される。
その他は第１の実施の形態とほぼ同様の作用を有する。
【００４４】
本実施の形態は以下の効果を有する。
導電性材料という制約がある第１整合層１４の場合よりも材料の制約が少なく、より適切な値の整合ができたり、より安価な材料で製造できる。その他は第１の実施の形態とほぼ同様の効果を有する。
なお、第２の実施の形態の変形例として、図６に示すような構造にしても良い。図６に示す超音波アレイ振動子２１′では、図５における溝部２２の幅を第１整合層１４′の端部に至るまで広げた（大きくした）ものに相当する。換言すると、第１整合層１４′はエレベーション方向の中央部分を残してその両側を切り欠いた切り欠き溝２２′、２２′を設けて、各切り欠き溝２２′に導電層部材を充填して導電層２３を形成している。
【００４５】
また、分割溝１６には、圧電素子６に接触する部分付近を除いて各切り欠き溝２２′内には導電性接着剤２４を充填している。その他は図５と同様の構成であり、またその作用及び効果もほぼ同様である。
なお、本実施の形態（変形例も含む）では、導電層２３を２本設けているが、１本のみ設けるようにしても良い。
【００４６】
（第３の実施の形態）
次に図７を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。図７は第３の実施の形態の超音波アレイ振動子３１の構造を示す。
この超音波アレイ振動子３１は図５の超音波アレイ振動子２１において、分割溝１６を形成後に、各圧電素子６に接触しない部分の導電層２３の上面に、素子配列方向に沿って共通接続用及び補強の機能を持つ導電性のワイヤ３２を導電性接着剤３３で固定した構造にしている。このワイヤ３２は金属線、例えば銀線で形成されている。
【００４７】
また、分割溝１６にはこのワイヤ３２の下側付近となる部分には、導電性接着剤３３が充填されている。
本実施の形態の作用及び効果は図５の場合とほぼ同様であるが、導電性のワイヤ３２を採用することにより、よりグランド電極１３ｂの共通接続の機能と、補強との両機能を高めることができる。
【００４８】
また、本実施の形態の振動子３１をオートクレーブ滅菌すると、導電層２３の樹脂部分は湿気を含み膨張し、導電性が低下するが、ワイヤ３２は金属線であるため膨張しないので、オートクレーブ滅菌に対する耐性を高くできる。
【００４９】
また、本実施の形態の変形例として図８のような構造にしても良い。図８に示す超音波アレイ振動子３１′は、図６に示す超音波アレイ振動子２１′において、分割溝１６を形成後に、各圧電素子６に接触しない部分の導電層２３の上面に、素子配列方向に沿って共通接続用のフラットワイヤ３２′を導電性接着剤３３で固定した構造にしている。
【００５０】
また、分割溝１６にはこのフラットワイヤ３２′の下側付近となる部分には、導電性接着剤３３が充填されている。
この場合もその作用及び効果は上記の場合とほぼ同様である。
【００５１】
なお、変形例の場合も含めて本実施の形態では、ワイヤ３２、或いはフラットワイヤ３２′を２本設けるようにしているが、１本のみ設けるようにしても良い。
【００５２】
（第４の実施の形態）
次に図９を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。図９は第４の実施の形態の超音波アレイ振動子４１の構造を示す。
この超音波アレイ振動子４１は図４の超音波アレイ振動子１において、分割溝１６を形成後に、各圧電素子６に接触しない部分の第１整合層１４の上面に、素子配列方向に沿って共通接続用の導電性テープ４２を導電性接着剤４７で固定した構造にしている。この導電性テープ４２は例えば銀製テープでその一方の面には導電性接着剤４７による粘着部が設けてある。
【００５３】
また、分割溝１６にはこの導電性テープ４２の下側付近となる部分には、導電性接着剤４７を充填して、より確実な導通を確保すると共に、補強の機能も持たせている。
本実施の形態は図７或いは図８等の場合とほぼ同様の作用効果を有する。また、テープにしたことにより、取付けがし易くかつ接触面積も大きくでき、安定したグランド電極の共通接続を可能にすると共に、超音波アレイ振動子４１の製造作業がより容易となる。
なお、導電性テープ４２を２本設けるようにしているが、１本のみ設けるようにしても良い。
【００５４】
（第５の実施の形態）
次に図１０を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。図１０は第５の実施の形態の超音波アレイ振動子５１の構造を分割溝に沿った断面で示す。
この超音波アレイ振動子５１は、例えば第１の実施の形態の超音波アレイ振動子１の場合と同様の深さでダイシングマシーンで分割溝１６を形成するが、分割溝１６を第１整合層１４の両端に至るまで形成するのでなく、圧電素子６の両端より少し長い部分のみ（そのエレベーション方向）に形成している。
【００５５】
つまり、図１０に示すように、分割溝１６により各圧電素子６を分離して形成すると共に、その下面の第１整合層１４も圧電素子６に対向する部分はクロストークの発生が十分に抑制されるように深い溝を形成する。
【００５６】
しかし、各圧電素子６のエレベーション方向の両端から離れた第１整合層１４の両端側付近は分割溝１６が形成されていないので、これらの部分にも分割溝１６を形成した場合よりも第１整合層１４の強度を大きくでき、かつ分割溝１６を形成する加工の際にひびが入るようなことも防止できるようにしている。
【００５７】
本実施の形態では、各圧電素子６のエレベーション方向の両端から離れた第１整合層１４の（両端側）部分には分割溝１６を形成していないので、その部分を充填材で補強することを行わない。その他は第１の実施の形態と同様の構成である。
【００５８】
本実施の形態は、導電性接着剤１７で分割溝１６を形成した部分を補強しなくても、第１の実施の形態とほぼ同様の作用及び効果を有する。
なお、図１０では圧電素子６に隣接する部分付近に分割溝１６を形成し、その両側では分割溝１６を形成しないで、第１整合層１４の強度を大きくしているが、両側部分にはその深さを小さくして、強度の低下を防止するものも本実施の形態に属する。
【００５９】
なお、本実施の形態は第１の実施の形態に対して、その分割溝１６の形成部分を変更したもので説明したが、他の実施の形態等に適用することもできる。つまり、他の実施の形態等に対しても、分割溝１６を形成する部分を圧電素子６の両端より少し長い部分のみに形成しても良い。
【００６０】
（第６の実施の形態）
次に図１１ないし図１３を参照して本発明の第６の実施の形態を説明する。図１１はカーブドリニアタイプの超音波アレイ振動子の外形を示し、図１２は素子配列方向の断面構造を示し、図１３はエレベーション方向の断面構造を示す。この超音波アレイ振動子６１は半円状の音響レンズ６２の内側にバッキング材枠６３が配置され、このバッキング材枠６３の内側にケーブル配線基板６４が立設され、その周囲にバッキング材６５を充填している。
【００６１】
ケーブル配線基板６４には図１２に示すように例えば円弧に沿ってアレイ状に形成された多数の圧電素子６６，６６，…，６６に信号配線ワイヤ６７で接続される信号配線ランド６８，６８，…，６８がその長手方向にほぼ放射状に設けてある。
【００６２】
また、ケーブル配線基板６４の上部寄りには、ＧＮＤ配線ランド６９がその長手方向にライン状に形成されると共に、信号配線ランド６８，６８，…，６８の両側に設けたグランド配線ランドに延出されている。そして接続ワイヤ７０により、圧電素子６６，６６，…，６６の底面側のグランド電極７１ｂと導通する導電層７２と半田付け等で電気的に接続している。
【００６３】
図１２及び図１３に示すように各圧電素子６６はその上下両面には信号電極７１ａとグランド電極７１ｂとが金属の蒸着等で形成され、その超音波送受を行う下面側には、整合をとるための第１整合層７４、第２整合層７５と、出射される超音波を集音する音響レンズ６２が層状に形成されている。
【００６４】
なお、図１３に示すように、圧電素子６６のエレベーション方向の両端付近に対向する第１整合層７４の上面には溝部を形成して、その溝内に設けた導電層７２が形成されている。
本実施の形態における第１整合層１４は例えばエポキシ樹脂等で形成されている。
【００６５】
アレイ状に形成された多数の圧電素子６６，６６，…，６６は円筒面に沿って形成したベルト状の圧電素子板の両面に蒸着等で全面電極を設けたものを第１整合層７４に接着して、ダイシングマシーンにより分離するように形成した分割溝７６によりその円筒面に沿った配列方向に分割されてアレイ状に形成されている。
【００６６】
また、各分割溝７６における圧電素子６６に隣接する部分を除いて導電層７２が形成された部分には導電性充填材７７が充填され、グランド電極７１ｂを共通に導通すると共に、補強するようにしている。
本実施の形態は、超音波を放射状に送受信することを除いて第１の実施の形態等とほぼ同様の作用及び効果を有する。
【００６７】
なお、上述の各実施の形態等において、クロストークが発生する影響を考えると、分割溝の深さは浅いよりも深い方が望ましい。また、上述の実施の形態等では第１整合層と第２整合層とで整合層を形成したが、１つの整合層のみを形成した場合にも適用できる。このような場合も考慮すると、分割溝の深さは整合層の厚さの１／３から２／３程度に設定することができる。
なお、上述した各実施の形態等を部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。
【００６８】
［付記］
１．超音波アレイ振動子において、
導電性材料で形成した整合層と、
グランド電極の一部が前記整合層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、
圧電素子と整合層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、
を設け、前記整合層の分割溝における圧電素子接触部以外の部分に充填材を充填して前記整合層をケーブル配線用基板のグランドランド部と導通させたことを特徴とする超音波アレイ振動子。
【００６９】
２．超音波アレイ振動子において、
圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、
グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、
圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、
を設け、前記導電層における分割溝における圧電素子接触部以外の部分に導電性の充填材を充填し、導電層をケーブル配線用基板のグランドランド部と導通させたことを特徴とする超音波アレイ振動子。
【００７０】
３．超音波アレイ振動子において、
圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、
グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、
圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、
を設け、前記導電層における圧電素子接触部以外の部分に導電体を設け、導電体をケーブル配線用基板のグランドランド部へ導通させたことを特徴とする超音波アレイ振動子。
【００７１】
４．付記１において、前記充填材は導電性を有する導電性充填材である。
【００７２】
５．付記４において、前記導電性充填材は前記整合層を形成する導電性材料と同じである。
【００７３】
６．付記２又は３において、前記導電層は整合層へ設けた溝の内部へ導電性樹脂を充填した。
【００７４】
７．付記３において、前記導電体が金属線である。
【００７５】
８．付記１、２又は３において、前記整合層における前記分割溝の深さは該整合層の厚さの１／３から２／３程度である。
【００７６】
９．付記２又は３において、前記導電層の厚さが整合層の厚さの２／３以下である。
【００７７】
１０．超音波アレイ振動子において、
両面にグランド電極と、信号電極とが設けられた圧電素子と、
前記グランド電極の少なくとも一部が導通するように層状に形成された整合層と、
前記圧電素子と整合層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、
を有し、前記圧電素子を前記分割溝によりそれぞれ分離する部分よりもその外側部分の整合層部分の強度を大きくする強度増大手段を形成したことを特徴とする超音波アレイ振動子。
【００７８】
１１．付記１０において、前記強度増大手段は、前記分割溝を前記圧電素子の幅より少し大きく形成して、前記圧電素子の幅方向の少なくとも一方の端部から離間した部分では前記分割溝の深さをその深さがゼロの場合を含むように浅く形成した。
【００７９】
１２．付記１０において、前記強度増大手段は、前記分割溝を前記圧電素子の幅方向より大きく形成した場合には、前記圧電素子の幅方向の少なくとも一方の端部から離間した部分における前記分割溝に補強のための部材を充填した。
１２．付記１０において、前記強度増大手段は、前記グランド電極と導通させる導通手段を形成する。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、クロストークの発生を防止して、圧電素子のグランド電極の共通接続を安定して確保できる超音波アレイ振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波アレイ振動子の全体を示す斜視図。
【図２】配列方向の断面構造を示す断面図。
【図３】エレベーション方向の断面で内部構造を示す断面図。
【図４】図３におけるバッキング材を充填する前の内部構造を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の超音波アレイ振動子の内部構造を示す図。
【図６】第２の実施の形態の変形例の超音波アレイ振動子の内部構造を示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の超音波アレイ振動子の内部構造を示す図。
【図８】第３の実施の形態の変形例の超音波アレイ振動子の内部構造を示す図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の超音波アレイ振動子の内部構造を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の超音波アレイ振動子の構造を示す断面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態の超音波アレイ振動子の外観を示す斜視図。
【図１２】素子配列の構造を示す断面図。
【図１３】エレベーション方向の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…超音波アレイ振動子
２…音響レンズ
３…バッキング材枠
４…ケーブル配線基板
５…バッキング材
６…圧電素子
７…信号配線ワイヤ
８…信号配線ランド
９…ＧＮＤ配線ランド
１０…接続ワイヤ
１１…導電膜
１２…半田
１３ａ…信号電極
１３ｂ…グランド電極
１４…第１整合層
１５…第２整合層
１６…分割溝
１７…導電性接着剤
１９…ケース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic endoscope for obtaining an ultrasonic tomographic image and an ultrasonic array transducer used for an ultrasonic probe.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic transducer has been widely used for medical diagnosis and the like. In this case, an electronic scanning ultrasonic transducer may be employed in addition to a mechanical scanning ultrasonic transducer that mechanically scans ultrasonic waves by rotating a single ultrasonic transducer.
[0003]
This electronic scanning ultrasonic transducer is formed by an ultrasonic array transducer in which ultrasonic transducers are formed in an array.
Conventional electronic scanning ultrasonic transducers (ultrasonic array transducers) are provided with signal electrodes and ground electrodes on both sides of a piezoelectric element, and a matching layer is arranged and a notch groove reaching the middle depth of the matching layer is provided. A plurality of elements are divided and formed. At this time, the ground electrodes need to be commonly connected.
[0004]
As a method for commonly connecting the ground electrodes, there is a method in which an acoustic matching layer in contact with a piezoelectric element is made of a conductive resin and a cut reaching the mid-depth of the matching layer is provided, as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-253999.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the thickness of the matching layer to be cut off is thin, the strength of the matching layer is relatively lowered. Therefore, when a force is applied, the matching layer may be cracked, resulting in poor conduction.
On the other hand, if the thickness of the matching layer to be cut off is thick (the cut into the matching layer is shallow), there is a possibility that crosstalk occurs.
[0006]
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic array transducer capable of preventing the occurrence of crosstalk and stably securing the common connection of the ground electrodes of the piezoelectric elements. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The first ultrasonic array transducer according to the present invention is the ultrasonic array transducer in which a matching layer provided with a conductive layer in the element arrangement direction on the piezoelectric element connection side and a part of the ground electrode are the conductive layer. A piezoelectric element bonded to the matching layer at a position in contact with the piezoelectric element, and a dividing groove that forms a plurality of array vibrators by dividing the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element. The conductive layer is filled with a conductive filler in portions other than the piezoelectric element contact portion in the divided groove in the conductive layer, and the conductive layer is electrically connected to the ground land portion of the cable wiring board.
According to a second ultrasonic array transducer of the present invention, in the ultrasonic array transducer, a matching layer provided with a conductive layer in a part arrangement direction on the piezoelectric element connection side, and a part of a ground electrode are the conductive layer. A piezoelectric element bonded to the matching layer at a position in contact with the piezoelectric element, and a dividing groove that forms a plurality of array vibrators by dividing the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element. And a conductor is provided in a portion other than the piezoelectric element contact portion in the conductive layer, and the conductor is conducted to the ground land portion of the cable wiring board.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 4 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 shows the entire ultrasonic array transducer of the first embodiment, FIG. 2 shows a cross section in the arrangement direction, and FIG. Shows the internal structure in a cross section in the elevation direction orthogonal to FIG. 2, and FIG. 4 shows the internal structure before filling the backing material in FIG.
[0009]
In the ultrasonic array transducer 1 shown in FIG. 1, a backing material frame 3 is disposed inside an acoustic lens 2, a cable wiring board 4 is erected inside the backing material frame 3, and a backing material 5 is disposed around the cable wiring substrate 4. It is supposed to be filled.
The cable wiring board 4 has signal wiring lands 8, 8,..., 8 connected to a large number of piezoelectric elements 6, 6,. It is provided on both sides of the direction.
[0010]
Further, GND wiring lands 9 are formed in a line shape in the longitudinal direction on both surfaces near the upper portion of the cable wiring board 4. For example, the conductive wires provided on the inner surface of the backing material frame 5 by connecting wires 10 at both ends thereof. The film 11 is electrically connected by soldering 12 or the like.
[0011]
As shown in FIGS. 2, 3 and 4, each piezoelectric element 6 has a signal electrode 13a and a ground electrode 13b formed on the upper and lower surfaces thereof by vapor deposition of a metal such as gold or silver, etc. On the (acoustic radiation surface) side, a first matching layer 14 and a second matching layer 15 for matching and an acoustic lens 2 for collecting emitted ultrasonic waves are formed in layers.
[0012]
In the present embodiment, the first matching layer 14 is formed of a conductive resin or the like (given by adding carbon or the like to an epoxy resin, for example). In other words, the first matching layer 14 is electrically connected in common with the electrodes 13 serving as ground electrodes on the lower surface side of the piezoelectric elements 6 provided on the first matching layer 14 side.
[0013]
A large number of piezoelectric elements 6, 6,..., 6 formed as an array (as an array-shaped vibrator) have a width W in the elevation direction (width direction) shown in FIG. 4 and are orthogonal to the direction, for example. A belt-like piezoelectric element plate formed long in the element arrangement direction and having a full surface electrode formed by vapor deposition or the like adhered to the first matching layer 14 is formed at a predetermined pitch in the element arrangement direction by a dicing machine. The divided grooves 16 are divided in the arrangement direction to form an array.
[0014]
In this case, the depth of the dividing groove 16 is larger than the thickness of the piezoelectric element 6 and is formed so as to be drilled halfway in the thickness direction of the first matching layer 14 bonded to the ground electrode 13b on the lower surface thereof. More specifically, when the thickness of the first matching layer 14 is T as shown in FIG. 2, the depth t is approximately 60 to 100% of the thickness T of the first matching layer 14. The dividing groove 16 is formed at (thickness + t when measured from the upper surface of the piezoelectric element 6).
[0015]
In this way, the sufficiently deep dividing groove 16 reaching the first matching layer 14 and reaching about 2/3 of the thickness T is formed, so that the crosstalk caused by the adjacent piezoelectric elements 6 and 6 is generated between them. The dividing groove 16 can be sufficiently suppressed.
[0016]
Moreover, although the strength of the first matching layer 14 is relatively reduced (compared to the case where the depth of the dividing groove 16 is shallow) by forming the depth of the dividing groove 16 large, this embodiment. Then, the conductive adhesive 17 is filled as a filler (reinforcing material) for reinforcing the divided grooves 16 to prevent the strength of the first matching layer 14 from being relatively lowered.
[0017]
In this embodiment, the conductive adhesive 17 is reinforced by being filled with the same conductive member as that for forming the first matching layer 14. Even when the first matching layer 14 is cracked, the conductive adhesive 17 can surely prevent poor conduction.
[0018]
As shown in FIG. 4, the conductive adhesive 17 is filled in a portion other than the portion in contact with the piezoelectric element 6 in the dividing groove 16 of the first matching layer 14. The ground electrode 13b of each piezoelectric element 6 is electrically connected to the first matching layer 14, and the first matching layer 14 is connected to the conductive film 11 provided on the inner surface of the backing material frame 3 near both ends in the arrangement direction as shown in FIG. Conducted with a conductive agent (solder).
The backing material frame 3 is made of, for example, glass epoxy resin, and a copper foil is attached to the inner surface of the backing material frame 3 to form a conductive film 11. The conductive film 11 is electrically connected to the GND wiring land 9 by the connection wire 10 on the upper end side.
[0019]
Further, each signal electrode 13a on the upper surface side of each piezoelectric element 6 is opposed to the upper side of each signal electrode 13a in the cable wiring board 4 erected so that the lower end surface is in contact with the upper surface of each piezoelectric element 6. Then, the signal wiring land 8 formed in a strip shape is electrically connected by the signal wiring wire 7 (by soldering or the like).
[0020]
In this case, as shown in FIGS. 2 and 4, the signal wiring lands 8 are alternately formed on both surfaces of the cable wiring board 4 along the longitudinal direction at the same interval as the arrangement of the piezoelectric elements 6. That is, the arrangement pitch on one surface is twice that of the arrangement of the piezoelectric elements 6, and the signal electrodes 13 a are connected to the signal wiring land 8 by the signal wiring wires 7 every other surface. In this way, the signal wiring lands 8 are provided on both surfaces, and the signal electrodes 13a are connected to the signal wiring lands 8 by the signal wiring wires 7 every other surface, thereby forming the arrayed piezoelectric elements 6 at a fine pitch. In this case, each signal electrode 13a is easily connected to the signal wiring land 8.
[0021]
After each signal electrode 13a is connected to the signal wiring land 8 by the signal wiring wire 7, the periphery of the piezoelectric element 6 is covered with a backing material 5 that absorbs or attenuates sound waves as shown in FIG.
[0022]
The cable wiring board 4 is connected to one end of an ultrasonic cable (not shown), each signal wiring land 8 and the GND wiring land 9 by soldering or the like, and the other end connector is connected to an ultrasonic observation apparatus.
As shown in FIG. 3, the ultrasonic array transducer 1 is attached so that the acoustic lens 2 is exposed in an opening provided in the case 19.
[0023]
The ultrasonic array transducer 1 having such a configuration is manufactured as follows.
A liquid resin before solidification for forming the second matching layer 15 in a frame (not shown) is flowed and solidified, and the surface thereof is ground to form the second matching layer 15 having a predetermined thickness. A first matching layer 14 is formed on the piezoelectric element plate, and a piezoelectric element plate having full-surface electrodes on both sides is adhered thereon. The frame is removed after the second matching layer 15 is formed.
[0024]
Then, the piezoelectric element plate is divided so as to be completely separated, and dicing is performed so that a divided groove 16 reaching a depth t of about 60 to 100% of the thickness T of the first matching layer 14 below is formed. The piezoelectric element plate (and the first matching layer 14) is divided at a predetermined pitch in the longitudinal direction by a machine to form array-shaped piezoelectric elements 6, 6,.
[0025]
Next, each divided groove 16 is filled with a conductive member, for example, the same material as the conductive adhesive 17 on which the first matching layer 14 is formed, except for a portion adjacent to each piezoelectric element 6, and cured to be first. The matching layer 14 is reinforced.
[0026]
Next, the cable wiring board 4 provided with the signal wiring lands 8 and the GND wiring lands 9 on both surfaces is placed at a position slightly away from the signal electrodes 13a on the upper surfaces of the piezoelectric elements 6, 6,. The signal electrodes 13 a on the upper surfaces of the piezoelectric elements 6, 6,... 6 and the signal wiring lands 8 are connected by signal wiring wires 7.
[0027]
And the square-shaped backing material frame 3 which opens on the ceiling side and the bottom face side is attached so that the circumference | surroundings of the array-like piezoelectric elements 6, 6, ..., 6 and the cable wiring board 4 may be enclosed. A conductive film 11 such as a copper foil is formed on the inner wall surface of the backing material frame 3, and as shown in FIG. 2, the opening on the bottom side is electrically connected to the first matching layer 14 with a conductive adhesive. Make a fixed connection. The size of the backing material frame 3 is smaller than the inner frame of the frame.
[0028]
Thereafter, the backing material 5 before solidification is poured from the opening on the ceiling side of the backing material frame 3 to a predetermined height to be solidified. Thereafter, the jig that has fixed the cable wiring board is removed, and the conductive film 11 of the backing material frame 3 and the GND wiring land 9 of the cable wiring board are electrically connected by the connection wire 10. Further, the product thus made is accommodated in the acoustic lens 2 formed in advance by a frame (not shown), and the second matching layer 15 at the bottom is joined so as to be in contact with the upper surface of the acoustic lens 2.
[0029]
Further, an ultrasonic cable (not shown) is connected to the cable wiring board 4 to cover this connection portion. Then, the ultrasonic array transducer 1 thus manufactured is attached to the case 19 so that the bottom side of the acoustic lens 2 is exposed as shown in FIG.
[0030]
The operation of the ultrasonic array transducer 1 manufactured in this way will be described.
By connecting the connector at the other end of the ultrasonic cable to the ultrasonic observation apparatus, turning on the power of the ultrasonic observation apparatus, and applying the bottom surface of the acoustic lens 2 to the examination site such as a patient, this ultrasonic array transducer 1 A transmission pulse for performing electronic scanning is applied to.
[0031]
In the ultrasonic array transducer 1, a transmission pulse is sequentially applied between the signal electrode 13a and the ground electrode 13b of each piezoelectric element 6 in the element arrangement direction, and the piezoelectric element 6 has an electro-acoustic conversion function by the application of the transmission pulse. Ultrasonic excitation is performed to transmit ultrasonic waves to the lower surface (acoustic radiation surface) and the upper surface side. It is attenuated by the backing material 5 on the upper surface side.
On the other hand, the ultrasonic wave transmitted from the lower surface side passes through the first matching layer 14 and the second matching layer 15, is further collected by the acoustic lens 2, and is transmitted to the inspection site side in contact with the acoustic lens 2. At this time, linear scanning is performed in the element arrangement direction.
[0032]
The reflected ultrasonic waves reflected by the changing portion of the acoustic impedance on the examination site side are received by the same piezoelectric element 6, converted into an electrical signal, signal processed by a signal processing system in the ultrasonic observation apparatus, and converted into a video signal. Then, an ultrasonic tomographic image when linear scanning is performed is displayed on the display surface of the monitor.
[0033]
When the transmission pulse is applied between the signal electrode 13a of the piezoelectric element 6 and the ground electrode 13b, the transmission pulse is transmitted from the signal wiring land 8 of the cable wiring board 4 → the signal wiring wire 7 → the signal electrode 13a of the piezoelectric element 6 → the ground electrode. 13b → first matching layer (conductive adhesive 17 in the dividing groove 16) → conductive film 11 on the inner surface of the backing material frame 3 → connection wire 10 → to be applied by a route of the GND wiring land 9 of the cable wiring board 4 Become.
[0034]
According to this ultrasonic array transducer 1, by forming the deep dividing groove 16 having a thickness T of the first matching layer 14 up to about 2/3, for example, crosstalk with the adjacent piezoelectric element 6 can be sufficiently achieved. Can be small. Therefore, it is possible to obtain a tomographic image with high resolution in the element arrangement direction.
[0035]
Moreover, although the strength is reduced by forming the deep dividing grooves 16 as compared with the case where the deep dividing grooves 16 are shallowly formed, the reduction can be prevented by filling the dividing grooves 16 with the filling member 17 to be reinforced.
Further, when the dividing groove 16 is formed deeply, even if the first matching layer 14 formed of a conductive material is cracked, the strength is enhanced by filling the dividing groove 16 with the conductive adhesive 17. In addition, since the function of conducting can be ensured more reliably, the common connection of the ground electrode 13b can be sufficiently maintained.
[0036]
The present embodiment has the following effects.
By forming the deep dividing groove 16 having a thickness T of about 60 to 100% of the thickness T of the first matching layer 14, the crosstalk can be sufficiently reduced. Further, by filling the dividing groove 16 with the filler 17, it is possible to prevent a decrease in strength. Moreover, the function of the common connection of the ground electrode 13b of each piezoelectric element 6 can be secured stably.
[0037]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the structure of the ultrasonic array transducer 21 of the second embodiment.
In this ultrasonic array transducer 21, the first matching layer 14 made of a conductive material in the ultrasonic array transducer 1 shown in FIG. The groove portions 22 and 22 are formed along the element arrangement direction at two locations where the piezoelectric element 6 is in contact with both ends in the elevation direction of ′, and a conductive layer 23 is provided in each groove portion 22.
[0038]
In addition, since the conductor which forms the conductive layer 23 is made by mixing a resin and metal powder or the like, it easily swells with water or the like. Therefore, in the present embodiment, the conductive layer 23 is set to 2/3 or less of the thickness of the first matching layer to ensure the required durability.
In this embodiment, when the dividing groove 16 is formed, the dividing groove 16 is formed shallower than the thickness of the conductive layer 23, and the conductive layer 23 is not separated by the formation of the dividing groove 16.
[0039]
The upper surface of the first matching layer 14 ′ and the upper surface of the conductive layer 23 are ground so as to be flush with each other, and electrodes are formed on both surfaces of the first matching layer 14 and the conductive layer 23 formed in each groove 22. An array in which the signal electrode 13a is formed on the upper surface and the ground electrode 13b is formed on the lower surface is formed by bonding the piezoelectric element plate provided with, and forming the dividing grooves 16 by a dicing machine as in the first embodiment. , 6 are formed.
[0040]
In this case, the upper surface of the first matching layer 14 ′ is in contact with the central portion of the ground electrode 13 b on the lower surface of each piezoelectric element 6, and the ground electrode 13 b portions at both ends in the elevation direction are in contact with the conductive layer 23.
Further, in the present embodiment, the divided groove 16 is filled with the conductive adhesive 24 in a portion that does not contact the piezoelectric element 6, for example, and a portion formed in the conductive layer 23.
[0041]
In addition, as the conductive layer 23 and the conductive adhesive 24, for example, an epoxy resin added with carbon or the like when the first matching layer 14 described in the first embodiment is formed is used. can do.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0042]
Further, as an operation of the present embodiment, the central portion of the piezoelectric element 6 is in contact with the first matching layer 14 'and both end sides thereof are in contact with the conductive layer 23. Therefore, the first matching layer 14' As compared with the case of the first matching layer 14 having a restriction of a conductive material, there are fewer material restrictions, and a more appropriate value can be matched, or a cheaper material can be used.
[0043]
In this embodiment, the ultrasonic wave transmitted from the acoustic radiation surface side of the piezoelectric element 6 is mainly used for forming the ultrasonic image in the portion where the first matching layer 14 'is formed.
The other operations are almost the same as those of the first embodiment.
[0044]
The present embodiment has the following effects.
There are fewer material restrictions than in the case of the first matching layer 14 which has a restriction of a conductive material, and a more appropriate value can be matched, or a cheaper material can be used. The other effects are almost the same as those of the first embodiment.
As a modification of the second embodiment, a structure as shown in FIG. 6 may be used. The ultrasonic array transducer 21 ′ shown in FIG. 6 corresponds to the groove portion 22 in FIG. 5 whose width is increased (enlarged) to the end of the first matching layer 14 ′. In other words, the first matching layer 14 ′ is provided with notched grooves 22 ′ and 22 ′ that are notched on both sides except for the central portion in the elevation direction, and each of the notched grooves 22 ′ is filled with the conductive layer member. Thus, the conductive layer 23 is formed.
[0045]
In addition, the divided groove 16 is filled with a conductive adhesive 24 in each notch groove 22 ′ except for the vicinity of the portion in contact with the piezoelectric element 6. The other configuration is the same as that shown in FIG. 5, and the operation and effect thereof are substantially the same.
In the present embodiment (including modifications), two conductive layers 23 are provided, but only one conductive layer 23 may be provided.
[0046]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the structure of the ultrasonic array transducer 31 according to the third embodiment.
This ultrasonic array transducer 31 is connected in common along the element arrangement direction to the upper surface of the conductive layer 23 in the ultrasonic array transducer 21 of FIG. A conductive wire 32 having a function of use and reinforcement is fixed with a conductive adhesive 33. The wire 32 is formed of a metal wire, for example, a silver wire.
[0047]
In addition, a conductive adhesive 33 is filled in a portion of the dividing groove 16 near the lower side of the wire 32.
Although the operation and effect of the present embodiment are almost the same as those in FIG. 5, by adopting the conductive wire 32, both functions of the common connection and reinforcement of the ground electrode 13b are further enhanced. Can do.
[0048]
Further, when the vibrator 31 according to the present embodiment is sterilized by autoclave, the resin portion of the conductive layer 23 expands by containing moisture, and the conductivity is lowered. However, since the wire 32 is a metal wire, it does not expand, so that High tolerance can be achieved.
[0049]
Further, as a modification of the present embodiment, a structure as shown in FIG. 8 may be used. The ultrasonic array transducer 31 ′ shown in FIG. 8 is formed on the upper surface of the conductive layer 23 in the ultrasonic array transducer 21 ′ shown in FIG. A flat wire 32 ′ for common connection is fixed with a conductive adhesive 33 along the arrangement direction.
[0050]
In addition, a conductive adhesive 33 is filled in a portion of the dividing groove 16 in the vicinity of the lower side of the flat wire 32 ′.
In this case as well, the operation and effect are almost the same as in the above case.
[0051]
In this embodiment, including the modification, two wires 32 or flat wires 32 ′ are provided, but only one wire may be provided.
[0052]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the structure of the ultrasonic array transducer 41 of the fourth embodiment.
This ultrasonic array transducer 41 is arranged along the element arrangement direction on the upper surface of the first matching layer 14 in the ultrasonic array transducer 1 of FIG. The conductive tape 42 for common connection is fixed with a conductive adhesive 47. The conductive tape 42 is made of, for example, a silver tape, and has an adhesive portion formed by a conductive adhesive 47 on one surface thereof.
[0053]
Further, a portion of the dividing groove 16 near the lower side of the conductive tape 42 is filled with a conductive adhesive 47 to ensure more reliable conduction and to have a reinforcing function.
The present embodiment has substantially the same function and effect as in the case of FIG. 7 or FIG. Further, since the tape is used, it is easy to mount and the contact area can be increased, so that stable common connection of the ground electrodes can be achieved, and the ultrasonic array transducer 41 can be manufactured more easily.
Although two conductive tapes 42 are provided, only one conductive tape 42 may be provided.
[0054]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the structure of the ultrasonic array transducer 51 of the fifth embodiment in a cross section along the dividing groove.
In this ultrasonic array transducer 51, for example, the division grooves 16 are formed by a dicing machine at a depth similar to that of the ultrasonic array transducer 1 of the first embodiment. The division grooves 16 are formed in the first matching layer. 14 is not formed to reach both ends of the piezoelectric element 6, but is formed only in a portion slightly longer than the both ends of the piezoelectric element 6 (in its elevation direction).
[0055]
That is, as shown in FIG. 10, the piezoelectric elements 6 are separately formed by the dividing grooves 16, and the occurrence of crosstalk is sufficiently suppressed in the portion of the lower surface of the first matching layer 14 facing the piezoelectric elements 6. Deep grooves are formed as shown.
[0056]
However, since the dividing grooves 16 are not formed in the vicinity of both ends of the first matching layer 14 away from the both ends of the elevation direction of each piezoelectric element 6, the dividing grooves 16 are formed in these portions as compared with the case where the dividing grooves 16 are formed. The strength of the single matching layer 14 can be increased, and cracks can be prevented from occurring during the process of forming the dividing grooves 16.
[0057]
In the present embodiment, since the dividing grooves 16 are not formed in the (both ends) portions of the first matching layer 14 that are separated from both ends in the elevation direction of each piezoelectric element 6, the portions are reinforced with a filler. Don't do that. The other configuration is the same as that of the first embodiment.
[0058]
This embodiment has substantially the same operations and effects as those of the first embodiment without reinforcing the portion where the dividing grooves 16 are formed with the conductive adhesive 17.
In FIG. 10, the dividing groove 16 is formed near the portion adjacent to the piezoelectric element 6 and the strength of the first matching layer 14 is increased without forming the dividing groove 16 on both sides thereof. A device that reduces the depth to prevent a decrease in strength also belongs to this embodiment.
[0059]
Although the present embodiment has been described with respect to the first embodiment in which the formation portion of the dividing groove 16 is changed, the present embodiment can also be applied to other embodiments. That is, in other embodiments and the like, the part where the dividing groove 16 is formed may be formed only in a part slightly longer than both ends of the piezoelectric element 6.
[0060]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows the outer shape of a curved linear type ultrasonic array transducer, FIG. 12 shows a sectional structure in the element arrangement direction, and FIG. 13 shows a sectional structure in the elevation direction. In this ultrasonic array transducer 61, a backing material frame 63 is disposed inside a semicircular acoustic lens 62, a cable wiring board 64 is erected on the inside of the backing material frame 63, and a backing material 65 is provided around it. Filled.
[0061]
As shown in FIG. 12, the cable wiring board 64 has signal wiring lands 68, 68, 68 connected to a large number of piezoelectric elements 66, 66,... ..., 68 are provided substantially radially in the longitudinal direction.
[0062]
Further, near the upper part of the cable wiring board 64, a GND wiring land 69 is formed in a line shape in the longitudinal direction, and extends to the ground wiring lands provided on both sides of the signal wiring lands 68, 68,. Has been. Then, the connection wire 70 is electrically connected to the conductive layer 72 electrically connected to the ground electrode 71b on the bottom surface side of the piezoelectric elements 66, 66,.
[0063]
As shown in FIGS. 12 and 13, each piezoelectric element 66 has a signal electrode 71a and a ground electrode 71b formed on the upper and lower surfaces thereof by vapor deposition of metal, and the lower surface side where the ultrasonic wave is transmitted and received is aligned. For this purpose, a first matching layer 74 and a second matching layer 75, and an acoustic lens 62 for collecting emitted ultrasonic waves are formed in layers.
[0064]
As shown in FIG. 13, a groove is formed on the upper surface of the first matching layer 74 facing the vicinity of both ends in the elevation direction of the piezoelectric element 66, and a conductive layer 72 provided in the groove is formed. Yes.
The first matching layer 14 in the present embodiment is made of, for example, an epoxy resin.
[0065]
A large number of piezoelectric elements 66, 66,..., 66 formed in an array form are formed on the first matching layer 74 by providing a whole surface electrode by vapor deposition or the like on both surfaces of a belt-like piezoelectric element plate formed along a cylindrical surface. It is divided into an array direction along the cylindrical surface by dividing grooves 76 that are bonded and separated by a dicing machine to form an array.
[0066]
In addition, a conductive filler 77 is filled in a portion where the conductive layer 72 is formed except for a portion adjacent to the piezoelectric element 66 in each divided groove 76 so that the ground electrode 71b is electrically connected and reinforced. ing.
This embodiment has substantially the same operations and effects as those of the first embodiment except that the ultrasonic waves are transmitted and received radially.
[0067]
In each of the above-described embodiments and the like, it is desirable that the depth of the dividing groove is deeper than shallow, considering the effect of crosstalk. In the above-described embodiment and the like, the matching layer is formed by the first matching layer and the second matching layer. However, the present invention can also be applied to the case where only one matching layer is formed. Considering such a case, the depth of the dividing groove can be set to about 1/3 to 2/3 of the thickness of the matching layer.
Note that embodiments and the like configured by partially combining the above-described embodiments and the like also belong to the present invention.
[0068]
[Appendix]
1. In ultrasonic array transducers,
A matching layer formed of a conductive material;
A piezoelectric element adhered to the matching layer at a position where a part of the ground electrode is in contact with the matching layer;
A dividing groove that divides the piezoelectric element and the matching layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
An ultrasonic array transducer in which a portion other than the piezoelectric element contact portion in the dividing groove of the matching layer is filled with a filler so that the matching layer is electrically connected to the ground land portion of the cable wiring board .
[0069]
2. In ultrasonic array transducers,
A matching layer provided with a conductive layer in the element arrangement direction of a part of the piezoelectric element connection side;
A piezoelectric element adhered to the matching layer at a position where a part of the ground electrode is in contact with the conductive layer;
A dividing groove that divides the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
An ultrasonic array characterized in that a conductive filler is filled in a portion other than the piezoelectric element contact portion in the dividing groove in the conductive layer, and the conductive layer is electrically connected to the ground land portion of the cable wiring board. Vibrator.
[0070]
3. In ultrasonic array transducers,
A matching layer provided with a conductive layer in the element arrangement direction of a part of the piezoelectric element connection side;
A piezoelectric element adhered to the matching layer at a position where a part of the ground electrode is in contact with the conductive layer;
A dividing groove that divides the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
An ultrasonic array transducer in which a conductor is provided in a portion other than the piezoelectric element contact portion in the conductive layer, and the conductor is conducted to a ground land portion of a cable wiring board.
[0071]
4). In Supplementary Note 1, the filler is a conductive filler having conductivity.
[0072]
5). In Appendix 4, the conductive filler is the same as the conductive material forming the matching layer.
[0073]
6). In Supplementary Note 2 or 3, the conductive layer was filled with a conductive resin in a groove provided in the matching layer.
[0074]
7). In Supplementary Note 3, the conductor is a metal wire.
[0075]
8). In Supplementary Note 1, 2, or 3, the depth of the dividing groove in the matching layer is about 1/3 to 2/3 of the thickness of the matching layer.
[0076]
9. In Additional Statement 2 or 3, the thickness of the conductive layer is 2/3 or less of the thickness of the matching layer.
[0077]
10. In ultrasonic array transducers,
A piezoelectric element having a ground electrode and a signal electrode on both sides;
A matching layer formed in layers so that at least a part of the ground electrode is conductive;
A dividing groove that divides the piezoelectric element and the matching layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
And an intensity increasing means for increasing the strength of the matching layer portion outside the portion where the piezoelectric element is separated by the dividing groove.
[0078]
11. In Supplementary Note 10, the strength increasing means forms the dividing groove slightly larger than the width of the piezoelectric element, and sets the depth of the dividing groove at a portion spaced from at least one end in the width direction of the piezoelectric element. It was shallowly formed to include the case where the depth was zero.
[0079]
12 In Supplementary Note 10, when the dividing groove is formed larger than the width direction of the piezoelectric element, the strength increasing means reinforces the dividing groove in a portion separated from at least one end in the width direction of the piezoelectric element. The material for was filled.
12 In Supplementary Note 10, the strength increasing means forms a conducting means for conducting with the ground electrode.
[0080]
【The invention's effect】
As explained above, according to the present invention,Thus, it is possible to provide an ultrasonic array transducer that can prevent the occurrence of crosstalk and stably ensure common connection of the ground electrodes of the piezoelectric elements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an entire ultrasonic array transducer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure in the arrangement direction.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an internal structure in a cross section in an elevation direction.
4 is a diagram showing an internal structure before filling the backing material in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing an internal structure of an ultrasonic array transducer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an internal structure of an ultrasonic array transducer according to a modification of the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an internal structure of an ultrasonic array transducer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an internal structure of an ultrasonic array transducer according to a modification of the third embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an internal structure of an ultrasonic array transducer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a structure of an ultrasonic array transducer according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 11 is a perspective view showing the appearance of an ultrasonic array transducer according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of an element array.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a structure in an elevation direction.
[Explanation of symbols]
1 ... Ultrasonic array transducer
2 ... Acoustic lens
3 ... backing material frame
4 ... Cable wiring board
5 ... Backing material
6 ... Piezoelectric element
7 ... Signal wiring wire
8 ... Signal wiring land
9 ... GND wiring land
10 ... Connection wire
11 ... conductive film
12 ... Solder
13a: Signal electrode
13b ... Ground electrode
14 ... 1st matching layer
15 ... 2nd matching layer
16: Dividing groove
17 ... Conductive adhesive
19 ... Case

Claims

超音波アレイ振動子において、  In ultrasonic array transducers,
圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、  A matching layer provided with a conductive layer in the element arrangement direction of a part of the piezoelectric element connection side;
グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、  A piezoelectric element adhered to the matching layer at a position where a part of the ground electrode is in contact with the conductive layer;
圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、  A dividing groove that divides the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
を設け、前記導電層における分割溝における圧電素子接触部以外の部分に導電性の充填材を充填し、導電層をケーブル配線用基板のグランドランド部と導通させたことを特徴とする超音波アレイ振動子。  An ultrasonic array characterized in that a conductive filler is filled in a portion other than the piezoelectric element contact portion in the dividing groove in the conductive layer, and the conductive layer is electrically connected to the ground land portion of the cable wiring board. Vibrator.

超音波アレイ振動子において、  In ultrasonic array transducers,
圧電素子接続側の一部の素子配列方向に導電層を設けた整合層と、  A matching layer provided with a conductive layer in the element arrangement direction of a part of the piezoelectric element connection side;
グランド電極の一部が前記導電層と接する位置で整合層へ接着した圧電素子と、  A piezoelectric element adhered to the matching layer at a position where a part of the ground electrode is in contact with the conductive layer;
圧電素子と整合層及び導電層とを少なくとも圧電素子の厚さを越える所定の深さで分割して複数のアレイ振動子を形成する分割溝と、  A dividing groove that divides the piezoelectric element, the matching layer, and the conductive layer at a predetermined depth exceeding at least the thickness of the piezoelectric element to form a plurality of array vibrators;
を設け、前記導電層における圧電素子接触部以外の部分に導電体を設け、導電体をケーブル配線用基板のグランドランド部へ導通させたことを特徴とする超音波アレイ振動子。  An ultrasonic array transducer in which a conductor is provided in a portion other than the piezoelectric element contact portion in the conductive layer, and the conductor is conducted to a ground land portion of a cable wiring board.