特許 5954773 超音波プローブおよび超音波プローブの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5954773

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月20日

(54)【発明の名称】超音波プローブおよび超音波プローブの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20160707BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20160707BHJP

   A61B 8/00 20060101ALN20160707BHJP

【ＦＩ】

   H04R17/00 330H

   H04R17/00 330J

   H04R17/00 332A

   H04R31/00 330

   !A61B8/00

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-55236(P2012-55236)

(22)【出願日】2012年3月13日

(65)【公開番号】特開2013-191940(P2013-191940A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2015年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】東芝メディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000866

【氏名又は名称】特許業務法人三澤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 健吾

(72)【発明者】

【氏名】四方 浩之

(72)【発明者】

【氏名】青木 稔

(72)【発明者】

【氏名】手塚 智

(72)【発明者】

【氏名】牧田 裕久

【審査官】 ▲吉▼澤 雅博

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１４０４５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−１０７１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９４９９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｈ０４Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波の放射方向側の前面と、その反対側の背面にそれぞれ電極が設けられた圧電振動子と、
前記圧電振動子の背面側に設けられ、かつ前記放射方向と直交する幅方向において前記圧電振動子の幅と略等しい第１の幅を有する背面材と、
前記背面材と前記圧電振動子の間に位置し、前記圧電振動子側の面に配線パターンが設けられ、かつ前記背面材の前記幅方向における端部近傍において、前記放射方向と略反対方向に折り曲げられるフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板における折り曲げられた方向の端部側に接続され、かつ前記配線パターンを介し、前記圧電振動子との間で電気信号の送受信をする電子回路と、
前記配線パターンを被覆する被覆部材と、を備え、
前記背面材上の前記フレキシブル基板と前記圧電振動子との間に設けられ、前記配線パターンに対して前面側に位置し、前記圧電振動子より音響インピーダンスが高い材料からなる中間層の前面は、前記第１の幅と略等しい幅を有し、かつその背面は前記第１の幅より短い第２の幅を有するように形成され、
前記被覆部材は、少なくとも前記フレキシブル基板の折り曲げ部分から、前記第１の幅と前記第２の幅との差による前記中間層と前記背面材との間の間隙内に至る前記配線パターンを被覆する
ことを特徴とする超音波プローブ。

【請求項2】

超音波の放射方向側の前面と、その反対側の背面にそれぞれ電極が設けられ、前記放射方向に直交する方向に配列された複数の圧電振動子と、
前記圧電振動子の背面側に設けられ、かつ前記複数の圧電振動子の配列長さと略等しい幅を有する背面材と、
前記背面材と前記圧電振動子の間に位置し、前記圧電振動子側の面に配線パターンが設けられ、かつ前記圧電振動子の配列方向における前記背面材の端部近傍において、前記放射方向と略反対方向に折り曲げられるフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板における折り曲げられた方向の端部側に接続され、かつ前記配線パターンを介し、前記圧電振動子との間で電気信号の送受信をする電子回路と、
前記配線パターンを被覆する被覆部材と、を備え、
前記背面材上の前記フレキシブル基板と前記圧電振動子との間に設けられ、前記配線パターンに対して前面側に位置し、前記圧電振動子より音響インピーダンスが高い材料からなる中間層における背面部分には、前記配列の外方に開放する切り欠きが設けられ、
前記被覆部材は、少なくとも前記フレキシブル基板の折り曲げ部分から、前記切り欠きに至る前記配線パターンを被覆する
ことを特徴とする超音波プローブ。

【請求項3】

前記中間層における前記背面と、前記フレキシブル基板上の前記配線パターンとは直接的に接しており、前記中間層の側面と前記被覆部材とは接着材で接合される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。

【請求項4】

前記配線パターンと前記中間層との間には接着材層が介在している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。

【請求項5】

超音波の放射方向側の前面と、その反対側の背面にそれぞれ電極が設けられた圧電振動子と、前記圧電振動子より音響インピーダンスが高い材料からなる中間層と、前記圧電振動子の幅と略等しい第１の幅を有する背面材と、配線パターンが設けられたフレキシブル基板と、前記配線パターンを介し、前記圧電振動子との間で電気信号の送受信をする電子回路と、前記配線パターンを被覆する被覆部材と、を有する超音波プローブの製造方法であって、
前記中間層において、前記第１の幅を有する部分と、該第１の幅より短い第２の幅とを形成する工程と、
前記背面材を前記フレキシブル基板ごと前記中間層と接続させることにより、該中間層における前記第１の幅と前記第２の幅によって形成される段差部および前記フレキシブル基板に囲われる間隙を形成し、かつその間隙内に、前記配線パターンを被覆した前記被覆部材の端部が配置される工程と、
前記フレキシブル基板を前記電子回路へ向かって折り曲げる工程と、を備える
ことを特徴とする超音波プローブの製造方法。

【請求項6】

超音波放射方向側の前面と、その反対側の背面にそれぞれ電極が設けられ、前記放射方向に直交する方向に配列された複数の圧電振動子と、前記圧電振動子より音響インピーダンスが高い材料からなる中間層と、前記複数の圧電振動子の配列の長さと略等しい幅を有する背面材と、配線パターンが設けられたフレキシブル基板と、前記配線パターンを介し、前記圧電振動子との間で電気信号の送受信をする電子回路と、前記配線パターンを被覆する被覆部材と、を有する超音波プローブの製造方法であって、
両端に配置される前記中間層において、段差部を形成する工程と、
前記背面材を前記フレキシブル基板ごと前記中間層と接続させることにより、該中間層における前記段差部および前記フレキシブル基板に囲われる前記被覆部材の収容部を形成し、かつその収容部内に、前記配線パターンを被覆した前記被覆部材の端部が配置される工程と、
前記フレキシブル基板を前記電子回路へ向かって折り曲げる工程と、を備える
ことを特徴とする超音波プローブの製造方法。

【請求項7】

超音波を放射する圧電振動子、および前記圧電振動子より音響インピーダンスが高く、前記圧電振動子の背面側に位置する中間層を含む素子が、前記圧電振動子による超音波の放射方向に直交する第１の幅方向、前記放射方向と前記第１の幅方向に直交する第２の幅方向、又は前記第１の幅方向と第２の幅方向に沿って配列した素子群と、
前記素子群の背面側に設けられた背面材と、
前記素子群の背面側に位置し、前記背面材の前面側および側面側を少なくとも部分的に覆うように折り曲げられ、外側に向けて配線パターンが設けられたフレキシブル基板と、
前記配線パターンを被覆する被覆部材と、
を備え、
前記第１の幅方向において、前記背面材の前面部分の幅は、前記素子群の前面部分の幅と略等しく、
前記第１の幅方向において、前記素子群の背面部分の幅は、前記素子群の前面部分の幅より短く、
前記被覆部材は、少なくとも前記フレキシブル基板の折り曲げ部分から、前記第１の幅方向における前記素子群の前面部分の幅と背面部分の幅の差による前記素子群と前記フレキシブル基板の間の間隙内に至る前記配線パターンを被覆す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】

この発明の実施形態は超音波プローブおよび超音波プローブの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波撮像装置は、超音波プローブを介して被検体を走査することにより得られた生体情報に基づいて被検体内の状態を画像化するものである。すなわち、超音波撮像装置は、超音波プローブに対し超音波の走査に関する制御信号を送り、超音波プローブを介して被検体に超音波を送信する。また、超音波プローブを介して被検体からの反射波を受信することにより、被検体の内部の状態に基づく生体情報を取得する。超音波撮像装置は、この生体情報に基づいて超音波画像を生成する。

【0003】

超音波プローブは、例えば次のような構成である。１次元アレイまたは２次元アレイの圧電振動子群における超音波の放射方向（音響放射方向）側（以下、「前面側」と記載する）には、電極を挟んで音響整合層が配置される。音響整合層は、圧電振動子の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの整合を目的とする。圧電振動子における超音波の放射方向と反対側（以下、「背面側」と記載する）には、電極、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を挟んで背面材が配置される。また、圧電振動子と背面材との間には導電性を有する中間層が配置される場合もある。

【0004】

背面材により、圧電振動子の背面側に放射される超音波は減衰され吸収される。また背面材により圧電振動子等の構造が支持される。中間層は、圧電振動子より高い音響インピーダンスを有し、超音波の放射効率を高めるために設けられる。中間層の音響インピーダンスと圧電振動子の音響インピーダンスとのギャップにより、圧電振動子の背面側に放射される超音波は、これらの界面において反射し、圧電振動子の前面である超音波放射面側に送り出すことができる。ＦＰＣにおける圧電振動子側には配線パターン（電極リード）が設けられる。ＦＰＣの配線パターンを介して後段回路から圧電振動子へ電気信号が送られる。また、ＦＰＣの配線パターンを介して圧電振動子から後段回路へ電気信号が引き出される。

【0005】

上述の通り、背面材における前面側にＦＰＣが配置される。このＦＰＣは、例えば背面材の前面側を覆うように背面材と略平行に配置されるが、当該背面剤の前面の端部で後段回路側（圧電振動子側と反対側）に折り曲げられ、後段回路側へ延伸される。ＦＰＣを背面材の前面の端部において後段回路側に折りたたまないと、ＦＰＣが超音波トランスデューサにおけるアレイ方向またはレンズ方向に広がってしまい、超音波プローブが大型化するためである。またＦＰＣを背面材の前面の端部において折り曲げるのは、衝撃耐性の向上を図るためでもある。

【0006】

また、ＦＰＣと、その前方に配置される構造物（圧電振動子または中間層／以下、「中間層等」と記載することがある。）とは、接続の信頼性を向上させるため、接着剤によって接着される。例えば１次元配列または２次元配列された各中間層等とＦＰＣとを接続するにあたって、中間層等それぞれとＦＰＣとが向かい合う面には接着材層を介在させず、中間層等の側面（超音波の放射方向と略平行な面）とＦＰＣの前面とを接着させる（特許文献１／図２・符号１４０等参照）。このような構成において、接着材層は、素子配列の最も端にある中間層等の側面と、ＦＰＣにおける前面とが隣り合う位置に設けられる。つまり、接着材により接合される一方の界面は中間層等の側面の端部であり、また、他方の界面はＦＰＣにおける超音波の放射方向側の面である。

【0007】

しかしながら、上記ＦＰＣにおける折り曲げ部分は、折り曲げられていることによって、ＦＰＣにおける他の部分と比較して破損する可能性がある。その結果、ＦＰＣにおける配線パターンの破損（断線等）が生じる可能性がある。また、超音波トランスデューサ・超音波プローブの製造工程において、まずＦＰＣと、中間層（または圧電振動子）とを接着し、その後にＦＰＣを折り曲げる手順を経る場合にも、配線パターンの破損の可能性がある。すなわち、接着材がある程度硬化した後にＦＰＣを折り曲げようとした場合、配線パターンが硬化した接着材と接合された状態で折り曲げられるので、配線パターンには接着剤による接合状態に抗う方向に力が加わり破損するおそれがある。

【0008】

このようなＦＰＣの折り曲げ部分における配線パターンの破損を防止するため、当該折り曲げ部分に、ポリイミド膜等によるカバーレイ（フィルム、被覆材）が設けられることがある。このカバーレイにより、配線パターンが保護される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１１−１５２３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ＦＰＣの折り曲げ部分の保護のために、当該部分をカバーレイで被覆しようとする場合、背面材の前面と平行に配置されたＦＰＣの面が被覆されるとともに、当該前面に直交するＦＰＣの面の双方が被覆される。この点、従来の超音波トランスデューサにおいては、ＦＰＣ前方にある中間層等より、背面材を幅広く構成していた。すなわち、超音波トランスデューサのＦＰＣにおいては、背面材の前面に平行な部分において、接着材を設けるための糊代部分やカバーレイ配置のためのスペース等を確保する必要があるため、背面材の幅（レンズ方向の長さまたはアレイ方向における長さ）を中間層等の幅より広くする必要があるからである。

【0011】

言い換えると、従来の超音波トランスデューサにおいて、背面材の幅を広く構成するのは、ＦＰＣの折り曲げ部のうち、背面材と平行な部分に対してカバーレイを設ける必要があるためである。

【0012】

しかしながら、背面材の幅、例えばレンズ方向（スライス方向）の長さを中間層等におけるレンズ方向の長さより長くすると、超音波プローブにけるフットプリント（被検体接触部／超音波の送受信口）が大型化する。フットプリントが大型化すると、被検体の検査対象部位によっては、超音波画像の生成が困難となるおそれがある。例えば心臓スキャンの場合、肋間に超音波プローブのフットプリントを当ててスキャンを行うが、フットプリントの面積が広いと、胸部肋骨とフットプリントとが重なる部分が大きくなる。当該重なる部分が大きくなると、骨は超音波を強く反射するため、被検体内の情報を適切に得られず、超音波画像の生成に支障をきたすおそれがある。

【0013】

この実施形態は、フットプリントの大型化を防止しつつＦＰＣの折り曲げ部分を保護することが可能な超音波プローブおよび超音波プローブの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この実施形態にかかる超音波プローブは、圧電振動子と、背面材と、フレキシブル基板と、電子回路とを備える。圧電振動子は、超音波放射方向側の前面と、その反対側の背面にそれぞれ電極を有する。背面材は、圧電振動子の背面側に設けられ、かつ超音波放射方向と直交する幅方向において圧電振動子の幅と略等しい第１の幅を有する。フレキシブル基板は、背面材と圧電振動子の間に位置し、圧電振動子側の面に配線パターンが設けられる。またフレキシブル基板は、背面材の幅方向における端部近傍において、放射方向と略反対方向に折り曲げられる。またフレキシブル基板の配線パターンは、被覆部材に被覆される。電子回路は、フレキシブル基板における折り曲げられた方向の端部側に設けられ、かつ配線パターンを介し、圧電振動子との間で電気信号の送受信をする。さらに配線パターンに対して前面側に位置する層の前面は、前記第１の幅と略等しい幅を有し、さらにこの層の背面は前記第１の幅より短い第２の幅を有するように形成される。この層は、背面材上のフレキシブル基板と圧電振動子との間に設けられ、圧電振動子より音響インピーダンスが高い材料からなる中間層である。また、この層における第１の幅と第２の幅との差により、この層と背面材との間には間隙が設けられる。また被覆部材は、少なくともフレキシブル基板の折り曲げ部分から間隙内に至る配線パターンを被覆する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態にかかる超音波プローブを示す概略斜視図である。

【図2】図１に示す切断面における超音波プローブの概略端面図である。

【図3】第１実施形態にかかる超音波プローブの超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。

【図4】超音波トランスデューサを示す図３の概略Ａ−Ａ’端面図である。

【図5】超音波トランスデューサの製造工程を示す概略端面図である。

【図6】第１変形例にかかる超音波トランスデューサを示す概略端面図である。

【図7】第２実施形態にかかる超音波プローブの超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。

【図8】超音波トランスデューサを示す図７の概略Ｂ−Ｂ’端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態にかかる超音波トランスデューサ、その製造方法および超音波プローブにつき、図１〜図８を参照して説明する。

【0017】

［第１実施形態］
（超音波プローブの概略構成）
図１〜図５を参照して第１実施形態における超音波プローブ１０および超音波トランスデューサ１００の概要について説明する。図１は、実施形態にかかる超音波プローブ１０を示す概略斜視図である。図２は、図１に示す切断面における超音波プローブ１０の概略端面図である。図３は、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の概要を示す概略斜視図である。

【0018】

なお図１に示される超音波プローブ１０は、一例であって、他の種類の超音波プローブであってもよい。また、図２においては、超音波トランスデューサ１００の具体的な構成の図示を省略している。また、図３において示される超音波トランスデューサ１００の素子配列全体の形状や圧電体１１４の配列数についても一例に過ぎず、その他の構成を適用することも可能である。また図３においては中間層１１６と背面基板１２０の間の間隙、配線パターン１２１、および中間層１１６と背面基板１２０との接着に用いられる接着剤１２８の図示を省略している。

【0019】

また、以下の説明において背面材１１８から第１音響整合層１１０へ向かう方向を「前方」と記載し、前方と反対側の方向を「後方」と記載する。また超音波トランスデューサ１００における各構成部分（圧電振動子１１４、中間層１１６、背面材１１８、背面基板１２０等）における前方側の面を「前面」と記載し、後方側の面を「背面」と記載する。

【0020】

以下、第１実施形態にかかる超音波プローブ１０および超音波トランスデューサ１００の概略構成について説明する。図１に示すように、超音波プローブ１０は、被検体接触面である音響レンズ１０２を支持するプローブケース１０３と、プローブケース１０３における音響レンズ１０２と反対側に接続されたケーブル１０４とを含んで構成される。また超音波プローブ１０の内部は、図２に示されるように、圧電振動子１１４等を有する超音波トランスデューサ１００が設けられている。

【0021】

図３に例示される本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、第１音響整合層１１０、第２音響整合層１１１、圧電振動子１１４、中間層１１６、背面材１１８、背面基板１２０、前面基板１２４等を含んで構成される。また図３の例において、圧電振動子１１４は１次元的に配列されている。また各圧電振動子１１４の前面側に第２音響整合層１１１が設けられている。さらに第２音響整合層１１１における前面側に第１音響整合層１１０が設けられる。また、圧電振動子１１４における背面側には、後方へ向かって、中間層１１６、背面材１１８が順に設けられ、かつ背面材１１８と中間層１１６との間には、背面基板１２０が設けられている。なお、超音波トランスデューサ１００において、背面基板１２０は少なくとも送受信回路などの後段回路側まで引き出されるものであるが、図３では背面基板１２０の図示を一部省略している。

【0022】

また、図２に示すように第１音響整合層１１０の前面側には前面基板１２４が設けられている。前面基板１２４のさらに前面側には音響レンズ１０２が設けられている。なお背面基板１２０と同様に、図２の前面基板１２４も後段回路へ延びる部分の図示が省略されている。また、圧電振動子１１４における前面には前面電極が設けられ、前面電極は第２音響整合層１１１の背面に隣接する。さらに圧電振動子１１４の背面には背面電極が設けられる。背面電極は、中間層１１６の前面に隣接する。以下、超音波トランスデューサ１００を構成する各部についてそれぞれ説明する。

【0023】

＜圧電振動子＞
圧電振動子１１４は、背面電極および前面電極に印加された電圧を超音波パルスに変換する。この超音波パルスは被検体へ送波される。また、圧電振動子１１４は、被検体からの反射波を受け、電圧に変換する。圧電振動子１１４の材料としては、一般にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛／Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３ ）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）単結晶、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）単結晶等を用いることが可能である。圧電振動子１１４の音響インピーダンスは、例えば３０Ｍｒａｙｌ程度にすることができる。また圧電振動子１１４の厚さを、超音波の波長のλ／４の厚さとすることにより、背面側の影響を受けにくくすることが可能である。なお、図２〜４に示す圧電振動子１１４は単一層によって構成されているが、これは一例であり、複数層の圧電振動子１１４を構成することも可能である。

【0024】

＜音響整合層＞
第１音響整合層１１０および第２音響整合層１１１は、圧電振動子１１４と被検体の間で音響インピーダンスを整合させるものである。そのために第１音響整合層１１０および第２音響整合層１１１は、圧電振動子１１４と前面基板１２４の間に配置される（図３参照）。この第１音響整合層１１０および第２音響整合層１１１には、それぞれ互いに音響インピーダンスの異なる材料が用いられる。例えば第１音響整合層１１０の音響インピーダンスは、例えば４〜７Ｍｒａｙｌ程度である。第２音響整合層１１１の音響インピーダンスは、例えば９〜１５Ｍｒａｙｌ程度である。このような構成によれば圧電振動子１１４と音響レンズ１０２との間で段階的に音響インピーダンスを変化させて、被検体との間で音響的な整合をとることが可能である。また第１音響整合層１１０、第２音響整合層１１１は、圧電振動子１１４の前面電極と、前面基板１２４との間を導通させるため、導電性を有する材料によって構成されるか、または導通路が形成される。

【0025】

このような条件を備える第１音響整合層１１０の材料の一例として、例えば、カーボン（等方性黒鉛やグラファイト）を用いることができる。また、第２音響整合層１１１の例として、マシナブルガラス、マシナブルセラミックス、エポキシと酸化金属粉末の混合体、エポキシと金属粉末の混合体などを用いることができる。また第２音響整合層１１１の厚さ（前後方向の長さ）は、例えば１５０μｍ〜２００μｍである。

【0026】

＜前面基板＞
前面基板１２４は、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）であり、それぞれ送受信回路等の後段回路まで至る長さを有している。また前面基板１２４における少なくとも背面側には、後段回路等と接続される配線パターン（接続リード／不図示）が設けられている。超音波プローブ１０を示す図２の例において、前面基板１２４は、第１音響整合層１１０と音響レンズ１０２との間に配置される。また、前面基板１２４における配線パターンは、第１音響整合層１１０、第２音響整合層１１１を介して圧電振動子１１４における前面電極と導通されている。例えば、第１音響整合層１１０や第２音響整合層１１１に設けられた導通路または、第１音響整合層１１０や第２音響整合層１１１自体を介して前面電極と電気的に接続される。

【0027】

＜背面材＞
背面材１１８は、超音波パルスの送波の際に超音波の照射方向と反対側（後方）に放射される超音波パルスを吸収し、各圧電振動子１１４の余分な振動を抑える。背面材１１８により、振動時における各圧電振動子１１４背面からの反射を抑制し、超音波パルスの送受信に悪影響を及ぼすことを回避することが可能である。なお、背面材１１８としては、音響減衰、音響インピーダンス等の観点から、ＰＺＴ粉末やタングステン粉末等を含むエポキシ樹脂、ポリ塩化ビニールやフェライト粉末を充填したゴムあるいは多孔質のセラミックにエポキシ等の樹脂を含漬したもの等、任意の材料を用いることができる。背面材１１８の音響インピーダンスは、例えば２Ｍｒａｙｌ〜７Ｍｒａｙｌ程度にすることができる。

【0028】

次に、本実施形態の背面材１１８のレンズ方向（図１〜４・Ｒ方向参照）における幅（図２・Ｗ１参照）について記載する。なお、ここでいうレンズ方向の幅Ｗ１とは、背面材１１８において、超音波の放射方向（図１〜４・Ｅ方向参照）および圧電振動子１１４の配列方向（アレイ方向／図１〜４・Ａ方向参照）と直交する方向の長さであるが、以下においては単に「レンズ方向の幅」または「幅」と記載する。背面材１１８におけるレンズ方向の幅Ｗ１は、圧電振動子１１４および中間層１１６等における同方向の幅に対応して定められる。例えば図２に示すように、背面材１１８におけるレンズ方向の幅Ｗ１は、圧電振動子１１４等における同方向の幅とほぼ等しい。ここで、幅Ｗ１が圧電振動子１１４のレンズ方向の幅と略等しいという意味は、超音波プローブ１０のフットプリントが幅Ｗ１の影響を受ける場合において、背面材１１８の幅Ｗ１によってフットプリントが大型化しない程度ということである。この意味において、幅Ｗ１を圧電振動子１１４の幅より若干狭くしてもよく、また若干広くしてもよい。

【0029】

超音波プローブ１０のフットプリント（被検体接触面）におけるレンズ方向の長さは、その内部の超音波トランスデューサ１００の構造の影響を受ける場合がある。例えば図２に示すように、背面基板１２０は背面材１１８の幅方向の端部で後段回路側に折り返されるので、当該端部で折り返された背面基板１２０の配置スペースがレンズ方向の幅に影響する。また図２の例では、前面基板１２４も第１音響整合層１１０の幅方向の端部で後方へ折り返されるので前面基板１２４の配置スペースも影響する。さらに超音波プローブ１０の前方側面においてプローブケース１０３の内側に音響レンズ１０２の側部が配置され、そのさらに内側に、上記折り返された背面基板１２０および前面基板１２４が配置される。したがって、超音波プローブ１０のレンズ方向（スライス方向）における幅は、背面材１１８（または第１音響整合層１１０）の幅、折り返された各基板（１２０・１２４）の配置スペースの幅および音響レンズ１０２の側部の幅およびプローブケース１０３の幅それぞれに比例して増減する。

【0030】

この点、上述したように本実施形態の背面材１１８は、レンズ方向の幅Ｗ１が、圧電振動子１１４等の幅に対応して定められる。そのことにより、超音波プローブ１０のフットプリントが大型化することを防止することが可能である。本実施形態では、背面材１１８におけるレンズ方向の幅Ｗ１を、圧電振動子１１４等に対応させるため、中間層１１６の背面に段差部を設け、当該中間層１１６の背面と背面基板１２０との間にカバーレイ１２２を収容する段差部を設けている。この構成については次に述べる。

【0031】

＜中間層、背面基板＞
次に、図１〜５を参照して超音波トランスデューサ１００の中間層１１６および背面基板１２０について説明する。図４は、図３の概略Ａ−Ａ’端面図である。図５は、超音波トランスデューサ１００の製造工程を示す概略端面図である。なお、図５においては、中間層１１６の前方の構造（圧電振動子１１４等）の図示を省略している。また、図５においては、間隙部分を説明するために当該部分を強調し、全体における厚さの比率を高く示しているが、間隙の高さや接着剤１２８の層の厚さは、背面基板１２０や配線パターン１２１の厚さと同じかそれよりも薄く形成される。

【0032】

図４に示すように中間層１１６は、圧電振動子１１４に対して背面に隣接して設けられ、圧電振動子１１４の背面電極と接している。また中間層１１６は、圧電振動子１１４や背面材１１８より音響インピーダンスが高く構成されており、かつその厚さ（すなわち超音波の放射方向Ｅにおける長さ）を超音波トランスデューサ１００により放射される超音波の波長の略１／４とすることができる。また、中間層１１６の材料としては、金、鉛、タングステン、水銀、サファイア等を用いることができる。このような中間層１１６によれば、圧電振動子１１４の背面側に放射される超音波を前面側（音響レンズ１０２側）へ反射させて音響特性の向上を図ることが可能となる。

【0033】

また背面基板１２０は、例えばＦＰＣであり、それぞれ送受信回路等の後段回路まで至る長さを有している。また図４および図５に示すように背面基板１２０の少なくとも前面側には、配線パターン１２１が設けられている。背面基板１２０における配線パターン１２１は、中間層１１６を介して圧電振動子１１４における背面電極と導通されている。例えば、中間層１１６の周面または内部を貫通して設けられた導通路を介して配線パターン１２１と背面電極とが電気的に接続される。または、導電性を有する中間層１１６を用いることにより、中間層１１６自体を介して配線パターン１２１と背面電極とが電気的に接続されてもよい。また、背面基板１２０の配線パターン１２１は、送受信回路等の後段回路と接続される。

【0034】

また、背面基板１２０は、基板（ベース）部分の厚さが例えば２０〜５０μｍである場合、電極および配線パターン１２１の厚さを、１０〜２０μｍとし、カバーレイ１２２の厚さを２０〜５０μｍとすることが可能である。

【0035】

ここで、中間層１１６における背面の構成と、背面基板１２０の前面の構成について詳細に説明する。図５に示すように、中間層１１６における背面中央は、後方へ向かって突出する凸形状に形成されている。すなわち中間層１１６は、その背面（背面基板１２０との隣接面）側において、中間層１１６の両側面から、超音波トランスデューサ１００の前後方向に沿った中間層１１６の中心線に向かって切欠かれている。換言すると、中間層１１６は、前面（圧電振動子１１４との隣接面）側において圧電振動子１１４の幅と略同じである第１の幅Ｘ１（図５参照）を有するように形成されており、かつ背面側において第１の幅Ｘ１より短い第２の幅Ｘ２（図５参照）を有するように形成されている。したがって中間層１１６の背面には、前方側の第１の幅Ｘ１と、後方側の第２の幅Ｘ２との差によって段差部が形成される。この段差部は、中間層１１６の背面中央側において後方へ突出された先端面を有するとともに、当該先端面より前方側に位置し背面基板１２０に対し、所定間隔を置いて向かい合う対向面を有する。

【0036】

また図５に示すように、背面基板１２０の前面の配線パターン１２１は、少なくとも一部がポリイミド膜等によるカバーレイ（フィルム、被覆材）１２２によって被覆されている。背面基板１２０は後段回路側へ折り曲げられるため、その折り曲げ部分において配線パターン１２１の破損（断線等）が生じる可能性があり、それを防止するために、配線パターン１２１をこのカバーレイ１２２で被覆する。例えば超音波トランスデューサ１００の製造工程において、中間層１１６と背面基板１２０とを接着してから（図５の右側部分参照）背面基板１２０を折り曲げる（図５における左側部分参照）場合、カバーレイ１２２が配線パターン１２１を保護しているので、当該工程により配線パターン１２１に破損が生じる事態を回避することが可能である。なお、カバーレイ１２２は「被覆部材」の一例に該当する。

【0037】

背面基板１２０が背面材１１８の幅方向の端部において折り曲げられるので、カバーレイ１２２は、配線パターン１２１の保護のために当該折り曲げ部分を被覆する。また、背面材１１８の幅方向端部に対応する当該折り曲げ部分を確実に保護するため、カバーレイ１２２は、背面基板１２０における各折り曲げ部分の間の、背面材１１８の前面に平行な部分も被覆する。ただし、配線パターン１２１と中間層１１６とが直接的に接触する位置については、カバーレイ１２２が設けられない。つまり、カバーレイ１２２は、配線パターン１２１における背面材１１８の前面に平行な部分のうち、配線パターン１２１と中間層１１６とが直接的に接触する面を挟むようにして設けられる。言い換えると、カバーレイ１２２は、配線パターン１２１の折り曲げ部分の被覆位置から中間層１１６の後方側先端面に至る手前までの位置を被覆する。

【0038】

また図５に示すように、中間層１１６の背面における段差は、カバーレイ１２２の厚さＺ２より長くなるように形成される。つまり当該背面における上記先端面から対向面までの長さが、カバーレイ１２２の厚さＺ２を収容可能な程度となるように段差部が形成される。その結果、中間層１１６の背面における上記対向面と背面基板１２０における前面との間は所定の間隔Ｚ１が空けられており、この中間層１１６の段差部と背面基板１２０との間に生じる間隙には、配線パターン１２１を被覆するカバーレイ１２２が一部収容される。

【0039】

このような間隔Ｚ１は、例えば、カバーレイ１２２の厚さＺ２が２０〜５０μｍである場合に、２５〜５５μｍ程度とすることが可能である。この例のように、間隙の高さである上記間隔Ｚ１は、中間層１１６と、背面基板１２０および背面材１１８との接着工程に支障がない程度に定められる。すなわち、中間層１１６の段差部の高さ（間隔Ｚ１）を、カバーレイ１２２の厚さよりやや高い程度とすることにより、中間層１１６と、背面基板１２０および背面材１１８とを加圧接着等する工程に支障をきたすおそれを回避することが可能となる。

【0040】

また、上述のようにカバーレイ１２２は、配線パターン１２１の折り曲げ部分だけでなく、折り曲げ部分からもう一方の折り曲げ部分に向かって、配線パターン１２１における背面材１１８の前面に平行な部分を一部被覆する。図５に示すように本実施形態における中間層１１６と背面基板１２０との間には間隙が形成されているため、カバーレイ１２２は、中間層１１６における側面と干渉せず、その間隙に収容される。すなわち、カバーレイ１２２は、背面材１１８の幅方向端部から反対側の他端部に向かって所定の長さ分だけ延伸するが、当該延伸方向において上記間隙は、少なくともその延伸された長さより長くなる。

【0041】

このように本実施形態においては中間層１１６に段差部を設けて、背面基板１２０の前面との間に、背面材１１８端部から他端まで延伸するカバーレイ１２２を収容する間隙を設けている。このような構造によれば、背面材１１８の幅を、圧電振動子１１４や中間層１１６の幅より広くしなくても、背面材１１８の前面にカバーレイ１２２の配置スペースを確保することができる。その結果、背面材１１８の幅によって、超音波プローブ１０のフットプリントの大型化を招く事態を回避することが可能となる。

【0042】

また中間層１１６は背面基板１２０と接着剤１２８により接合される。この接着剤１２８は、中間層１１６の上記先端面および対向面によって構成される段差部と、背面基板１２０とに囲われるカバーレイ１２２を収容する間隙ならびに背面基板１２０の折り曲げ部分の上に設けられる。したがって接着剤１２８は、図５に示すように、中間層１１６の対向面および突出部分の側面ならびに背面基板１２０の前面の配線パターン１２１およびカバーレイ１２２の上に設けられる。これにより、中間層１１６と背面基板１２０とが接合される。

【0043】

なお、上記実施形態では中間層１１６の突出部の先端面と配線パターン１２１とが直接的に接触しているが、このような構成に限らず、当該先端面と配線パターン１２１とが、例えば導電性を有する接着材層を介して接続されていてもよい。ただし、上記実施形態のように中間層１１６の先端面と配線パターン１２１とを直接的に接触させることにより、音響特性や、中間層１１６と前面電極との接続の信頼性が向上する場合がある。

【0044】

（超音波トランスデューサの製造方法の概略）
次に図１〜図５を参照し、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造方法の一部、すなわち、中間層１１６と、背面基板１２０および背面材１１８との接続に関連する工程について説明する。

【0045】

《中間層》
図５に示される本実施形態の一例において、超音波トランスデューサ１００における中間層１１６は、上述のように背面側が凸形状に形成される。中間層１１６の段差部は切削や成形等、任意の方法によって形成される。

【0046】

《背面基板》
背面基板１２０に設けられた配線パターン１２１を、カバーレイ１２２で被覆する。このカバーレイ１２２は、配線パターン１２１の折り曲げ部分と、当該折り曲げ部分から、もう一方の折り曲げ部分に向かって設けられた配線パターン１２１の一部を被覆する。ただし、配線パターン１２１のうち、中間層１１６の先端面と接触する部分にはカバーレイ１２２は設けられない。つまり図５に示すように、配線パターン１２１において背面材１１８と平行に配置される部分のうち、中間層１１６の先端面と接触する部分およびその周囲の部分（図５・Ｘ３部分参照）を除いた部分がカバーレイ１２２により被覆される。

【0047】

《背面基板と中間層１１６の接続》
図５に示すように、背面材１１８の前面に設けられた背面基板１２０と、凸状に形成された中間層１１６とが次のようにして接続される。まず背面基板１２０と中間層１１６とが向かい合う面それぞれにおけるレンズ方向の両端部に接着剤１２８が設けられる。当該両端部に接着剤１２８が設けられた後、加圧接着等がなされることにより、接着剤１２８が背面基板１２０と中間層１１６との間隙に入る。この接着剤１２８により中間層１１６と背面基板１２０とが接着される。この時点では図５の右側に示すように背面基板１２０が折り曲げられていない状態である。

【0048】

《背面基板の折り曲げ》
図５の右側に示すように、背面基板１２０と中間層１１６とが向かい合う面の上記両端部に接着剤１２８が設けられ、接着工程を経ると、背面基板１２０が背面材１１８のレンズ方向における両端部において折り曲げられる。このとき、配線パターン１２１の折り曲げ部分はカバーレイ１２２により被覆されているので、折り曲げによる破損等のおそれを防いでいる。

【0049】

（超音波トランスデューサと外部装置との接続）
次に、第１実施形態の超音波トランスデューサ１００を有する超音波プローブと、超音波撮像装置本体との接続構成の一例について説明する。なお、以下の説明においては図示を省略する。超音波プローブは、内部に超音波トランスデューサ１００が設けられ、超音波撮像装置本体と超音波プローブとを電気的に接続するためのインターフェース（ケーブル等）を有している。また超音波トランスデューサ１００は、前面基板１２４の配線パターンおよび背面基板１２０の配線パターンと、超音波プローブのインターフェースとを通じて、超音波撮像装置本体と電気的に接続されており、超音波の送受信にかかる信号を相互に伝達している。

【0050】

なお超音波プローブ内には、送受信回路等の電子回路が設けられた回路基板や、インターフェースと当該電子回路とを接続する接続用基板が設けられていてもよい。この場合は、超音波プローブと本体を接続するインターフェース、接続用基板の配線パターン、電子回路、前面基板１２４や、背面基板１２０の配線パターンを介して、前面電極や背面電極と超音波撮像装置本体の制御部との間で信号が送受信される。

【0051】

例えば超音波撮像装置本体は、その制御部からインターフェースを通じて超音波トランスデューサ１００の駆動制御にかかる電気信号を超音波プローブに送る。この電気信号は、接続用基板を介して回路基板の電子回路に送信される。電子回路は、超音波撮像装置本体制御部からの信号に基づき、前面基板１２４や背面基板１２０を通じて圧電振動子１１４に電圧を印加する。このようにして超音波パルスが被検体に送信される。

【0052】

また、例えば超音波トランスデューサ１００は、被検体からの反射波を受信すると、背面基板１２０等を介して、圧電振動子１１４が変換した電気信号を電子回路に送信する。電子回路はこの電気信号に所定の処理（遅延加算、増幅等）を行い、さらに接続用基板、インターフェースを介して超音波撮像装置本体の制御部へ電気信号を送信する。この電気信号を基に超音波撮像装置は超音波画像を生成する。

【0053】

（作用・効果）
以上説明した第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００および超音波プローブの作用および効果について説明する。

【0054】

第１実施形態の超音波トランスデューサ１００では、中間層１１６に段差部を設けて、背面基板１２０の前面との間に、背面基板１２０の折り曲げ部分から他端の折り曲げ部分の方向へ向かって設けられた間隙を設けている。この間隙に、配線パターン１２１を被覆するカバーレイ１２２が収容されるので、背面材１１８のレンズ方向における幅を広げることなくカバーレイ１２２の配置スペースを確保することが可能となる。

【0055】

このような構造によれば、背面材１１８の幅を、圧電振動子１１４や中間層１１６の幅より広くしなくても、背面材１１８の前面にカバーレイ１２２の配置スペースを確保することができる。その結果、背面材１１８の幅によって、超音波プローブ１０のフットプリントの大型化を招く事態を回避することが可能となる。

【0056】

（第１変形例）
次に、第１実施形態の第１変形例について説明する。上記説明した超音波トランスデューサ１００においては、背面材１１８と圧電振動子１１４の間に中間層１１６が配置されている。しかしながら、超音波トランスデューサ１００において中間層１１６を設けない場合は、圧電振動子１１４の背面の形状を、上記した中間層１１６の段差部のように構成する事が可能である。この場合、背面電極は圧電振動子１１４の段差部における突出部の先端面に設けられる。または、背面電極を圧電振動子１１４の先端面だけでなく背面基板１２０との対向面にも設けてもよい。またこの場合、接着剤１２８として導電性を有する材料を用いてもよい。ただし、音響特性への影響の観点から、上述のように中間層１１６を設け、中間層１１６に段差部を設ける構成がより好適な場合がある。

【0057】

（第２変形例）
また第１実施形態の第２変形例について図６を参照して説明する。図６は、第１変形例にかかる超音波トランスデューサ１００を示す概略端面図である。上記実施形態における中間層１１６の背面におけるレンズ方向の両端において、間隙を設けている。しかしながら、これに限らず背面材１１８のレンズ方向における片端側のみから配線パターン１２１を引き出す場合、図６に示すように背面基板１２０を折り曲げるのも当該片端のみとなる。この場合、中間層１１６には背面基板１２０の折り曲げ部分に対応した側のみに段差を設ければよい。

【0058】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００および超音波トランスデューサ１００が設けられた超音波プローブについて図７および図８を参照して説明する。図７は、第２実施形態にかかる超音波プローブの超音波トランスデューサ１００を示す概略斜視図である。なお、第２実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主として説明し、その他重複する部分については説明を割愛する。また、図７において示される超音波トランスデューサ１００の素子数は概念上示されるものである。また行数や列数についても一例に過ぎず、その他の構成を適用することも可能である。

【0059】

（超音波トランスデューサ１００の概略構成）
図７に例示される本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、第１実施形態と同様に第１音響整合層１１０、第２音響整合層１１１、圧電振動子１１４、中間層１１６、背面材１１８、背面基板１２０、前面基板１２４等を含んで構成される。また図７に示す第２実施形態の一例において、圧電振動子１１４は１次元的に配列されている。また中間層１１６から圧電振動子１１４、第２音響整合層１１１、第１音響整合層１１０、音響レンズ１０２まで前方へ向かって順に配置される構成は第１実施形態と同様である。なお、超音波トランスデューサ１００において、背面基板１２０は少なくとも送受信回路などの後段回路側まで引き出されるものであるが、図７では背面基板１２０の図示を一部省略している。また図７においては中間層１１６と背面基板１２０の間の間隙、配線パターン１２１、および中間層１１６と背面基板１２０との接着に用いられる接着剤１２８の図示を省略している。

【0060】

第２実施形態においても、背面基板１２０は中間層１１６と背面材１１８との間に配置される。ただし、図７に示すように、第２実施形態における背面基板１２０は、背面材１１８のレンズ方向における両端部でなく、圧電振動子１１４の配列方向（図７・Ａ方向参照）における両端部において後段回路側へ折り曲げられる。なお、圧電振動子１１４の配列方向について、以下、単に「アレイ方向」と記載する場合がある。

【0061】

図８は、超音波トランスデューサ１００を示す図７の概略Ｂ−Ｂ’端面図である。図８において左側に示された素子は素子配列の一端側にある素子であり、また、当該図の右端に示された素子は素子配列の他端側に設けられた素子である。上述のように第２実施形態における背面基板１２０は、背面材１１８の前面のアレイ方向における両端部において折り曲げられるものであるため、カバーレイ１２２により、被覆して保護すべき配線パターン１２１の位置は、当該両端部に対応する位置である。

【0062】

したがって、配列の両端の素子（中間層１１６）のみに段差部が設けられる。また図８に示すように、当該両端の素子における背面のうち、両端側でなく、配線パターン１２１の折り曲げ部分を臨む一端側のみに段差部が設けられる。

【0063】

（作用・効果）
以上説明した第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００および超音波プローブの作用および効果について説明する。

【0064】

第２実施形態の超音波トランスデューサ１００では、素子配列の両端の中間層１１６に段差部を設ける。また当該段差部は当該両端の中間層１１６の背面における、配線パターン１２１の折り曲げ部分に近接する部分にのみ設けられる。この段差部により背面基板１２０の前面と中間層１１６の背面の端部の間に間隙が設けられる。この間隙に、配線パターン１２１を被覆するカバーレイ１２２が収容されるので、背面材１１８のアレイ方向における幅を広げることなくカバーレイ１２２の配置スペースを確保することが可能となる。

【0065】

このような構造によれば、背面材１１８のアレイ方向における幅を、圧電振動子１１４の全配列の長さより広くしなくても、背面材１１８の前面にカバーレイ１２２の配置スペースを確保することができる。その結果、背面材１１８の幅によって、超音波プローブ１０のフットプリントの大型化を招く事態を回避することが可能となる。

【0066】

（変形例）
上記においては、第１実施形態および第２実施形態の双方において１次元アレイの超音波トランスデューサを有する超音波プローブ１０について説明した。しかしながら、これらの実施形態は、２次元アレイの超音波トランスデューサについて適用することも可能である。

【0067】

また図３および図７に示すように上記第１実施形態および第２実施形態の双方とも、素子配列が直線状である例について説明したが、これらの実施形態は、素子配列が凸形状または曲線状の超音波トランスデューサを備えた超音波プローブに適用することも可能である。

【0068】

また上記第１実施形態および第２実施形態の双方とも、背面基板１２０の折り曲げ部分および前面基板１２４の折り曲げ部分のいずれもが、アレイ方向またはレンズ方向に統一された構造について説明した。しかしながら、中間層１１６（または圧電振動子１１４）の背面の段差部によって背面基板１２０との間に間隙を設ける構成は、基板の一方をレンズ方向の端部で折り曲げ、他方をアレイ方向の端部で折り曲げる構成に適用することが可能である。

【0069】

この発明の実施形態を説明したが、上記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を意図していない。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】

【0070】

１０ 超音波プローブ
１００ 超音波トランスデューサ
１０２ 音響レンズ
１１０ 第１音響整合層
１１１ 第２音響整合層
１１４ 圧電振動子
１１６ 中間層
１１８ 背面材
１２０ 背面基板
１２１ 配線パターン
１２２ カバーレイ
１２８ 接着剤
Ｗ１ 幅
Ｘ１ 第１の幅
Ｘ２ 第２の幅
Ｚ１ 間隔

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図1】