JP2009038675A - 超音波トランスデューサおよび超音波トランスデューサを備えた超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子とバッキング材との接続において、接着強度の低下、少なくとも音響特性の劣化を回避しつつ、バッキング材内に埋設した電極リードと圧電素子の背面駆動電極とを確実に接続する超音波トランスデューサを提供する。
【解決手段】超音波トランスデューサ１００は、内部に電極リード２１が埋設され、一面から電極リード２１の一端部が露出されたバッキング材１８の当該一面において、凹形状の接合部１８ａが形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波プローブの技術に関し、特に超音波プローブに用いられる超音波トランスデューサの技術に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブにより被検体の所望の診断部位の情報を取得するため、その部位に超音波を送波（送信）し、音響インピーダンスの異なる被検体内の組織境界から反射波を受信する。このようにして、超音波プローブにより超音波を走査して、被検体の体内組織の情報を得て画像化することにより診断を行うものである。この超音波プローブは、被検体等に超音波を送波し、反射波を受波するために、超音波トランスデューサを有している。

従来から、超音波診断装置の超音波プローブに用いられる超音波トランスデューサとして、複数の圧電素子をアレイ状に配列した１次元アレイの超音波トランスデューサが使用されている。しかし近年においては、圧電素子をマトリックス状に配列した２次元アレイの超音波トランスデューサが用いられるようになっている。２次元アレイの超音波トランスデューサでは、３次元で超音波画像収集・表示を行うことができる。３次元の超音波画像は２次元画像において見逃されやすい部位の診断に有用であり、また、診断や計測に適した断層像を得ることができ、診断精度の向上が期待できる。

ただし、電子走査法の２次元アレイの超音波トランスデューサを使用する方法においては、圧電素子が２次元的に配列されることにより、圧電素子の素子数の増大（例えば、１０倍〜１００倍）をともなってしまう。圧電素子と超音波診断装置本体との間は、電気信号の処理、圧電素子に対しての電気信号の送受信等を行う中継基板を介して接続されており、この圧電素子数の増大によって、当該中継基板と圧電素子との電気的な接続を行う電極リード数は大幅に増加する。

この電極リード数の大幅な増加は、超音波プローブにおける圧電素子（圧電体）と、中継基板における送受信回路および超音波診断装置本体等との接続構造の複雑化を招く。接続構造が複雑化すると２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を困難とするおそれが生じる。よって、２次元アレイ上に配列された圧電素子と後段の回路との接続、例えば電極リードと中継基板との接続構造や、圧電素子と電極リードとの接続構造を複雑化せずに、２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を可能とする構成が必要となる。

このような各圧電素子と電極リードの接続構造の例として、例えば、圧電素子の背面に配設された背面電極から直接、電極リードを引き出すことが考えられる。例えば、圧電素子の音響制動を目的として、圧電素子の背面に配設されたバッキング材内に、電極リードを備え積層されたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ）を埋設することによって、ＦＰＣ端面と背面電極とを電気的に接続する方法がある。このＦＰＣ端面と背面電極との電気的接続の例としては、圧電素子とバッキング材とを硬化前粘性の高い導電性接着剤で接着することによって、圧電素子の背面駆動電極とバッキング材前面に露出した電極リードとを接続する構成が考えられる（例えば特許文献１）。

このように内部に電極リードを備えたバッキング材と圧電素子の背面電極を電気的に接続する場合においては、一般的に図１０に示すような接合方法がとられる。ここで図１０は、従来の超音波トランスデューサにおける電極リードを埋設したバッキング材と圧電素子との接合構造を示す概略断面図である。

図１０に示すように、従来の超音波トランスデューサ３００は、２次元アレイ状に配列される圧電素子（圧電体）３１４の、超音波の照射方向側となる前面に前面電極３１２が設けられ、当該前面と相対する背面には駆動電極となる背面電極３１６が設けられている。また、背面電極３１６のさらに背面側には、バッキング材３１８が接合されている。また、前面電極３１２のさらに前方（超音波の照射方向／図１０におけるＸ方向）には第２音響整合層３１１ｂおよび第１音響整合層３１１ａが設けられる。

当該バッキング材３１８には、電極リードを内部に備えるＦＰＣ３２０が圧電素子３１４の配列に対応して埋設されている。このＦＰＣ３２０の端面から電極リードが露出されており、この露出された電極リードと背面電極３１６とが電気的に接続される。

このように、バッキング材３１８内にＦＰＣ３２０を積層して埋設し、電極リードを内部に備えたＦＰＣ３２０の端面と、背面電極３１６とを電気的に接続するような従来の超音波トランスデューサ３００では、バッキング材３１８と圧電素子３１４の接合において硬化前に粘性の高い導電性接着剤を用いるのが一般的である。

特開２０００−１６６９２３号公報

図１０に示すような従来の超音波トランスデューサ３００では、圧電素子３１４の背面およびＦＰＣ３２０の端面が露出したバッキング材３１８の前面の形状が略平面となっている。したがって、導電性接着剤を介して接着を行おうとした際に、導電性接着剤の粘性の高さにより均一とならず、バッキング材３１８とＦＰＣ３２０の端面との接続部分となる接着面において、中央部分の厚みが厚くなり周辺部では薄くなるといったように導電性接着剤が全体に行き渡り難い。

しかし、接着の強度と電気的接続の観点から導電性接着剤は接着面において、ある程度の厚みで均一となることが必要である。すなわち、超音波トランスデューサにおけるバッキング材と圧電素子との接続、つまり背面電極とＦＰＣ端面との接続については、接着時における電極リードと圧電素子の背面電極の電気的な接続を保持するために、接着後においてもバッキング材と圧電素子における接着強度を保持する必要があるので、導電性接着剤層の厚みは薄すぎないようにしなければならない。

また、導電性接着剤層が厚くなりすぎても、問題が発生する。すなわち、バッキング材と圧電素子との接着面に介在する当該接着剤層が厚くなればなるほど超音波トランスデューサとしての音響面において、放射超音波の特性（波連長、周波数帯域）に悪影響を及ぼすおそれがある。

この点、バッキング材と圧電素子とを接着させる接着工程において接着面をすり合わせることによって接着面における導電性接着剤の厚みを薄くする方法があるが、この方法においても、すり合わせる面の中央付近が薄くなりすぎる傾向にあり、導電性接着剤層の厚みを均一にし難く、接着強度の保持と音響特性の向上との均衡をとることが困難である。

この発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧電素子とバッキング材との接続において、接着強度の低下、少なくとも音響特性の劣化を回避しつつ、バッキング材内に埋設した電極リードと圧電素子の背面電極とを確実に接続することができる超音波トランスデューサおよび、当該超音波トランスデューサを備えた超音波プローブを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明は、超音波を照射する方向と反対側となる背面に、背面電極を有する複数の圧電素子と、前記圧電素子の前記背面に配置されるバッキング材と、前記バッキング材の内部に埋設され、一端部が該バッキング材の一面から露出して前記背面電極に接合される電極リードと、前記圧電素子の背面、または前記バッキング材の前記一面のいずれか一方に形成された凹形状の接合部とを備えたこと、を特徴とする超音波トランスデューサである。
また、上記の課題を解決するための本発明は、超音波を照射する方向と反対側となる背面に、背面電極を有する複数の圧電素子と、前記圧電素子の前記背面に配置されるバッキング材と、前記バッキング材の内部に埋設され、一部が該バッキング材の一面から露出して前記背面電極に接合される電極リードと、前記圧電素子の背面、または前記バッキング材の前記一面のいずれか一方に形成された凹形状の接合部とを有した超音波トランスデューサを備えたこと、を特徴とする超音波プローブである。

この発明によれば、バッキング材の一面に一部を露出して引き出された電極リードと圧電素子の背面電極とを接続する場合において、圧電素子の背面側、およびバッキング材の電極リードが引き出された一面側のいずれか一方であって、当該対向面に対応する位置に凹部が形成されている。したがって、バッキング材と圧電素子との接着に導電性接着剤を用い、対向する接着面同士をすり合わせても、導電性接着剤が接着面全体に行き渡り、導電性接着剤層が当該接合部に留置される。したがって、背面電極と電極リードとの接続面において導電性接着剤層が均一に広がり、導電性接着剤層が薄すくなりすぎることによる接着強度の低下を回避し、背面電極および電極リード間に存在する導電性接着剤層が厚すぎることによる音響特性の劣化を防止することが可能となる。

以下、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサおよび超音波プローブにつき、図面を参照して説明する。

［実施形態］
図１（Ａ）は、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００を第１音響整合層１１ａ側から見た状態を示す概略斜視図である。また、図１（Ｂ）は、この発明の実施形態にかかるバッキング材に埋設されるプリント基板２０を示す概略斜視図である。以下、本実施形態にかかる超音波トランスデューサの構成について説明する。

（超音波トランスデューサの概略構成）
図１（Ａ）に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、２次元アレイ状に配列される圧電素子（圧電体）１４の、超音波の照射方向側となる前面に前面電極１２が設けられ、当該圧電素子１４の前面と相対する背面には背面電極１６が設けられている。この圧電素子１４は、背面電極１６とアース接続された前面電極１２（アース電極）との間に印加された電気信号を超音波パルスに変換して被検体へ送波し、また、被検体から超音波を受波し、当該超音波を電気信号に変換して出力する。

また、図１（Ａ）に示すように、当該圧電素子１４による超音波パルスの送波の際に、超音波の照射方向と反対側に放射される超音波パルスを吸収し、圧電素子の余分な振動を抑えるため、圧電素子１４の背面電極（駆動電極）１６のさらに背面側にはバッキング材１８が接合されている。また、圧電素子１４と被検体との音響インピーダンスの整合をとるため、前面電極１２のさらに前方（超音波の照射方向／図１におけるＸ方向）には第１音響整合層１１ａおよび第２音響整合層１１ｂとが設けられる。

またこのバッキング材１８には、内部に複数積層されたプリント基板２０（例えばＦＰＣ；Ｆｒｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が埋設されている。このプリント基板２０の一端面から他端面までは、図１（Ｂ）に示すように導電性パターンによる電極リード２１が挿通されている。なお、図１（Ａ）に示す超音波トランスデューサ１００ではバッキング材１８が単一材料（例えばエポキシ樹脂）で表されているが、本発明のバッキング材はこれに限定されるものではなく、例えば複数材料によって構成されていてもよい。このようにバッキング材を複数材料で構成する場合は、圧電素子１４との接合部分からの距離に応じて構成材料を変化させることも可能である。

この電極リード２１は、背面電極１６と、超音波診断装置本体と接続されるとともに圧電素子１４との間で送受信される電気信号の処理を行う後段電子回路（例えば、図８におけるＩＣ基板４０等）とを接続するものである。また電極リード２１は、プリント基板２０の内部において略等間隔に配列され、プリント基板２０の一端面および他端面から露出されている。なお、この実施形態においては、導電性パターンによる電極リード２１がプリント基板２０を介して後段の電子回路と接続されているが、本発明の電極リードはこれに限定されない。例えば、針状の電極リードがバッキング材の内部に埋設され、当該針状の電極リードの一端が圧電素子１４の背面電極１６と接続され、その一端に対する他端が後段電子回路と接続される構成であってもよい。

（圧電素子およびバッキング材の接合面の構造）
次に、図２および図３を用いて本実施形態における超音波トランスデューサ１００における圧電素子１４とバッキング材１８との接合面の構造および背面電極１６と電極リード２１との接合面の構造について説明する。

図２は、この発明の実施形態にかかる圧電素子１４およびバッキング材１８の接合面を示す概略斜視図である。また、図３は、図１に示す超音波トランスデューサ１００のＡ−Ａ’断面図である。

図２に示すように本実施形態のバッキング材１８における前面には、周囲より低く落ち込んでいる凹形状の溝１８ｄを有する接合部１８ａが形成されている。すなわち、図２に示す圧電素子分離溝１８ｅによって一部に切込み溝が形成されたバッキング材１８それぞれには一対の突堤部１８ｂに挟まれるようにして、溝１８ｄが形成され、当該溝１８ｄの底部１８ｃは略平面状に形成される。当該略平面状の底部１８ｃには、図３に示すようなプリント基板２０の端面から露出した電極リード２１が引き出されている。さらに当該底部１８ｃの面を含んだバッキング材１８の前面全体にわたって、金属薄膜が形成される。なお、本実施形態においてこの金属薄膜は、バッキング材１８の前面全体にわたって形成されるが、少なくとも接合部１８ａにおける底部１８ｃの面に形成されていればよい。

この接合部１８ａは、対向して配置される圧電素子１４の背面側に形成された突部１４ａの位置に対応して配置され、かつプリント基板２０の端面から露出した電極リード２１に対応した位置に形成されている。また、当該接合部１８ａにおける溝１８ｄの長手方向は、圧電素子１４とバッキング材１８の前面とが対向する方向と略直交する方向（図１（Ａ）におけるＹ方向）になるように形成される。

また、当該接合部１８ａにおける溝１８ｄ（底部１８ｃ）の幅は、圧電素子１４の突部１４ａの幅よりやや広く形成され、かつ溝１８ｄの深さ（接合部１８ａにおける底部１８ｃから突堤部１８ｂの先端面までの高さ）は突部１４ａの高さよりやや深くなるように形成される。この接合部１８ａの深さは、突部１４ａと接合部１８ａの底部１８ｃとの間に留置される導電性接着剤２２による接着剤層が厚くなりすぎないような深さに形成することが望ましい。

また、図２に示すように、本実施形態の圧電素子１４における背面には、隣接するバッキング材１８側（後方）へ突出する突部１４ａが形成されている。この突部１４ａは、接合部１８ａの凹形状の溝１８ｄの長手方向と同方向、かつ圧電素子１４の背面のほぼ中心を通るように延伸しており、その先端は略平面状になっている。当該先端には図３に示すように背面電極１６が形成されている。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００では、バッキング材１８における凹形状の接合部１８ａの溝１８ｄに対し、圧電素子１４の突部１４ａが嵌合されて接合される。さらに接合部１８ａと突部１４ａとの接合においては、図２に示すような接合部１８ａの底部１８ｃに載積された導電性接着剤２２を介して、接合部１８ａの底部１８ｃの面に露出した電極リード２１の一端上に形成された金属薄膜（底部１８ｃの面）と、突部１４ａの先端に形成された背面電極１６とが接着される。また、当該導電性接着剤２２によって接合部１８ａの溝１８ｄの壁面（突堤部１８ｂおよび底部１８ｃと連なる面）と突部１４ａの側面とが接着される。この導電性接着剤２２には、例えば銀フリットを含有する導電エポキシ接着剤等が用いられる。

このように凹形状の接合部１８ａに突部１４ａが嵌合することにより、バッキング材１８と圧電素子１４との接合の強度を向上させることができる。また、接合の強度が向上することにより、仮にバッキング材１８の形状が熱応力等により変形してしまっても、接着剥がれや、接着剥がれによる背面電極１６と電極リード２１との接触不良を回避することができる。したがって、当該接触不良による超音波画像の生成に対する影響を低減させることが可能となる。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００は、図３に示すように、圧電素子１４の背面に突部１４ａを形成し、バッキング材１８の前面に突部１４ａと同方向に伸延する凹形状の溝１８ｄからなる接合部１８ａを形成し、これらを嵌合させるように構成されている。したがって、圧電素子１４とバッキング材１８との接合工程において、接着に用いる導電性接着剤２２を接着面において均一に広げるために両者をすり合わせる作業（図２におけるＹ方向のすりあわせ移動）が容易となる。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００は、バッキング材１８の前面に凹形状の溝１８ｄからなる接合部１８ａが形成され、当該接合部１８ａと嵌合する圧電素子１４の突部１４ａの高さが接合部１８ａの溝１８ｄの深さより低くなるように形成される。したがって、圧電素子１４とバッキング材１８との接合工程において、接着に用いる粘性の高い導電性接着剤２２を接着面において均一に広げるために両者をすり合わせた場合に、圧電素子１４における突部１４ａの先端面と、バッキング材１８における接合部１８ａの底部１８ｃとの間の空間に導電性接着剤２２が留置されるので、すり合わせ作業によって導電性接着剤２２の層が薄くなりすぎる事態を回避し、当該導電性接着剤２２の層の厚さを均一にすることができ、層が厚すぎることによる超音波トランスデューサ１００の音響特性の劣化を防止し、層が薄くなりすぎることによる、背面電極１６と電極リード２１との接着強度、および圧電素子１４とバッキング材１８との接着強度の低下を防止し、当該接着強度を向上させることができる。

なお、図２においては、最前列のバッキング材１８にのみ、接合部１８ａの底部１８ｃの面に導電性接着剤２２が載積されているが、実際にはすべてのバッキング材１８の接合部１８ａの底部１８ｃの面に対して導電性接着剤２２が載積される。また、本実施形態における圧電素子１４の突部１４ａは、圧電素子１４の配列方向に伸延しているが、本発明の突部はこれに限定されず、例えば、圧電素子１４の配列方向と直交する方向へ伸延してもよい。この場合、バッキング材１８の接合部１８ａにおける溝１８ｄの伸延する方向も圧電素子の配列方向と直交する方向に形成される。このように突部１４ａの伸延する方向と、接合部１８ａにおける溝１８ｄの伸延する方向とを略同方向に形成すればよい。

また、図２に示すように、本実施形態のバッキング材１８における接合部１８ａの溝１８ｄの底部１８ｃの面は、略平面状となっているが、圧電素子１４とバッキング材１８のすり合わせ作業に支障を来たさない範囲において、略平面状に形成しなくてもよい。

（製造工程）
次に、図１〜図７を用いて本実施形態における超音波トランスデューサ１００の製造工程の概略について説明する。

図４は、この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造段階におけるバッキング材１８の前面を示す概略斜視図である。また、図５は、この発明の実施形態にかかる圧電素子１４が分割される前の圧電素子板４の背面を示す概略斜視図である。また、図６は、この発明の実施形態にかかる圧電素子板４とバッキング材１８とが接合され、分割される前の状態を示す概略斜視図である。また、図７は、この発明の実施形態にかかる圧電素子板４とバッキング材１８とが接合され、分割された後の状態を示す概略斜視図である。以下、本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程について概略を説明する。

（ステップ１）
まず図１（Ｂ）に示すような内部に導電性パターンが形成された複数のプリント基板２０を同方向に積層し、音響減衰効果のある樹脂で樹脂封止する。このようにプリント基板２０が埋設され封止された樹脂の一面およびその一面と相対する他面を、埋設された複数のプリント基板２０ごと切断し、当該封止された樹脂の端面にプリント基板２０の端面を露出させる。このように樹脂の端面にプリント基板２０の切断された端面を露出させることにより、一面および相対する他面に電極リード２１が露出されたバッキング材１８を形成する。

（ステップ２）
バッキング材１８が形成されると、電極リード２１が露出された一面に溝を形成し、図４に示すバッキング材１８の接合部１８ａを形成する。当該溝は、このバッキング材１８の一面におけるプリント基板２０が露出している位置に対応して形成され、かつ当該溝の長手方向は、圧電素子１４とバッキング材１８の前面とが対向する方向と略直交する方向（図１（Ａ）におけるＹ方向）に形成する。このようにして、接合部１８ａが形成されたバッキング材１８の一面が超音波の照射方向側の前面となり、当該前面が圧電素子１４との接合面となる。また、接合部１８ａが形成されると、バッキング材１８の前面に金属薄膜が形成される。この金属薄膜は、電極リード２１と背面電極１６との接触面積を広くするためのものである。

（ステップ３）
図４に示すような接合部１８ａが形成されたバッキング材１８の前面に対し、図５に示すような分割される前の圧電素子板４の背面が嵌合される（図６）。すなわち、図４に示すバッキング材１８の前面に金属薄膜が形成されると、接合部１８ａの溝１８ｄの底部１８ｃの面に導電性接着剤２２が載積される。導電性接着剤２２が載積されると、当該接合部１８ａに対し、図５に示すような圧電素子板４の背面に形成された突出レール４ａを嵌合させる。突出レール４ａと接合部１８ａが嵌合されると、圧電素子板４とバッキング材１８を、接合部１８ａの溝１８ｄの伸延する方向（突出レール４ａの伸延する方向）にすり合わせ、導電性接着剤２２の層を均一化する。なお、図示されていないが、圧電素子板４の突出レール４ａの先端面（バッキング材１８の前面と対向する側の面）には背面電極１６が形成されている（図３参照）。

（ステップ４）
圧電素子板４とバッキング材１８とのすり合わせ作業を経ると、図７に示すように、圧電素子板４を２次元アレイ状に分割する。この圧電素子分離溝１８ｅは、図２および図７に示すようにバッキング材１８まで至るように形成される。このようにバッキング材１８まで至る切込み溝を形成することにより、圧電素子板４を確実に分割させ、隣接する圧電素子１４それぞれの間を確実に分離することができる。

（ステップ５）
圧電素子板４が分割されると、すべての圧電素子１４の前面に対し接合される、板状の前面電極１２を形成する。前面電極１２が形成されると、当該前面電極１２の前方（前面電極１２から超音波の照射方向へ向かう方向）に第２音響整合層板、第１音響整合層板を、形成し、これらが形成されると、第２音響整合層板、第１音響整合層板のみを分割する音響整合層分離溝を形成し、第１音響整合層１１ａおよび第２音響整合層１１ｂが形成される（図１および図３参照）。このようにして図１に示すような超音波トランスデューサ１００が形成される。

なお、本実施形態にかかる当該超音波トランスデューサ１００の製造工程は、本発明にかかる超音波トランスデューサの製造工程の一例であってこの工程に限られない。

（超音波トランスデューサとＩＣ基板との接続）
次に図８を用いて本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板４０との接続構成の一例について説明する。図８は、超音波トランスデューサ１００の接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板４０とを接続する機構および、ＩＣ基板４０上のＩＣ４５と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとを接続する機構を示す概略斜視図である。

図８に示すように、超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板４０とは中継基板４１を介して接続される。すなわち、各プリント基板２０それぞれにおける超音波照射方向側の一端と相対する他端が、中継基板４１と接続され、当該接続されたプリント基板２０の両面に配列された複数の電極リード２１が中継基板４１を介し、ＩＣ基板４０上のＩＣ４５と接続される。

この中継基板４１は、例えば、超音波トランスデューサ１００に対向する側の面に中継パッドが電極リード２１それぞれの位置に応じて配設され、超音波トランスデューサ１００の電極リード２１のそれぞれと接続される。このとき超音波トランスデューサ１００側のプリント基板２０の端面に電極パッドを設け、電極パッドと中継パッドを接続してもよい。また、中継基板４１としては、樹脂やセラミクスなどからなる平板形状の基板を用いることが望ましい。

また、図示しないが、前面電極１２は、例えば不図示の超音波プローブの筐体等を介してアース接続される。

また、図８に示すように、ＩＣ基板４０は超音波診断装置本体と電気的に接続を行うケーブル（共に図示せず）を介して接続され、ＩＣ基板４０と当該ケーブルとはケーブル接続基板５０によって接続される。当該ケーブル接続基板５０としては、例えば柔軟性を備えたＦＰＣが用いられ、その一端は、ＩＣ基板４０における信号リード（図示せず）が設けられた一端とは反対側の一端に接続されている。

コネクタ６２は、ケーブル接続基板５０の他端及び前記ケーブルの一端にそれぞれ設けられている。このコネクタ６２によって、ケーブル接続基板５０と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとが接続される。

図８に示すように、超音波トランスデューサ１００と超音波診断装置本体との間に設けられたＩＣ基板４０にはＩＣ４５が形成されており、ＩＣ４５は中継基板４１などを介して電極リード２１と接続されている。また、ＩＣ４５は、超音波トランスデューサ１００によって超音波の送波または受波を行うために圧電素子１４を駆動させ、圧電素子１４が受波した信号の処理を行う。このような構成により、圧電素子１４が受波して信号に変換し、ＩＣ基板４０上の各ＩＣ４５に送信され、ＩＣ４５によって処理された信号は、ケーブル接続基板５０を介して超音波診断装置本体に送信されることとなる。なお、本実施形態ではＩＣ４５を用いているが、ＡＳＩＣ、その他の手段を含む。

（作用・効果）
以上説明した本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の作用及び効果について説明する。

本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブは、バッキング材１８の前面において、露出したプリント基板２０および電極リード２１の位置と対応する部分に溝１８ｄを形成した接合部１８ａが設けられている。

したがって、圧電素子１４とバッキング材１８との接合に導電性接着剤２２を用い、対向する接着面同士をすり合わせて導電性接着剤２２の層の厚さを薄くしようとした場合に、導電性接着剤２２が接着面全体に行き渡り、導電性接着剤層が当該接合部１８ａの溝１８ｄに留置される。したがって、背面電極１６と電極リード２１との接着面において導電性接着剤層が均一に広がり、導電性接着剤層が薄すくなりすぎることによる接着強度の低下を回避し、背面電極１６および電極リード２１間に存在する導電性接着剤層が厚すぎることによる電気抵抗の増大および音響特性の劣化を防止することが可能となる。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブは、図３に示すように、圧電素子１４の背面において、バッキング材１８の接合部１８ａの溝１８ｄと同方向に伸延する突部１４ａを形成し、これらを嵌合させるように構成されている。

したがって、圧電素子１４とバッキング材１８との接合工程において、接着に用いる導電性接着剤２２を接着面において均一に広げるために両者をすり合わせる作業（図２におけるＹ１方向およびＹ２方向）が容易となる。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブでは、バッキング材１８の前面に形成された凹形状の接合部１８ａに対し、圧電素子１４の突部１４ａが嵌合することにより、バッキング材１８と圧電素子１４との接合の強度を向上させることができる。また、接合の強度が向上することにより、仮にバッキング材１８の形状が変形してしまっても、接着剥がれや、接着剥がれによる背面電極１６と電極リード２１との接触不良を回避することができる。したがって、当該接触不良による超音波画像の生成に対する影響を低減させることが可能となる。

（変形例）
次に、本発明にかかる超音波トランスデューサの変形例について以下に説明する。

以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブにおいては、圧電素子１４における前面に突部１４ａが形成されているが、本発明の超音波トランスデューサ１００はこれに限られない。例えば、圧電素子１４の背面は、略平面であってもよい。

この変形例においても、導電性接着剤２２による圧電素子１４とバッキング材１８との接合において、接着面同士をすり合わせた場合に、導電性接着剤２２が接着面全体に行き渡り、導電性接着剤層が当該接合部１８ａの溝１８ｄに留置される。したがって、導電性接着剤２２の層が薄すくなりすぎることによる接着強度の低下を回避し、背面電極１６および電極リード２１間に存在する導電性接着剤層が厚すぎることによる電気抵抗の増大および音響特性の劣化を防止することが可能となる。

また、本実施形態の超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブにおいては、圧電素子１４における前面に突部１４ａが形成されているが、本発明の超音波トランスデューサ１００はこれに限られない。例えば、圧電素子１４の背面において溝が形成され、バッキング材１８の前面は略平面に形成されていてもよい。ただし、この場合は、圧電素子１４の背面に形成する溝の深さを超音波トランスデューサ１００の音響特性に影響しないようにすることが必要である。

この変形例においても、導電性接着剤２２による圧電素子１４とバッキング材１８との接合において、接着面同士をすり合わせた場合に、導電性接着剤２２が接着面全体に行き渡り、導電性接着剤層が当該圧電素子１４の溝に留置される。したがって、導電性接着剤２２の層が薄すくなりすぎることによる接着強度の低下を回避し、背面電極１６および電極リード２１間に存在する導電性接着剤層が厚すぎることによる電気抵抗の増大および音響特性の劣化を防止することが可能となる。

また、本実施形態の超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブにおいては、圧電素子１４における背面に突部１４ａが形成されているが、本発明の超音波トランスデューサ１００はこれに限られない。例えば、圧電素子１４に溝が形成され、対向するバッキング材１８の前面において突部が形成されていてもよい。ただし、この場合、圧電素子１４の背面に形成する溝の深さを超音波トランスデューサ１００の音響特性に影響しないようにすることが必要である。

この変形例においても、圧電素子１４の溝とバッキング材１８の突部とが、嵌合することにより、圧電素子１４とバッキング材１８との接合工程において、接着に用いる導電性接着剤２２を接着面において均一に広げるために両者をすり合わせる作業が容易となる。また、バッキング材１８と圧電素子１４との接合の強度を向上させることができ、バッキング材１８の変形があっても、接着剥がれや、接着剥がれによる背面電極１６と電極リード２１との接触不良を回避することができる。したがって、当該接触不良による超音波画像の生成に対する影響を低減させることが可能となる。

また、本実施形態における超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブでは、内部に導電性パターンが形成されたプリント基板２０を埋設したバッキング材１８と、圧電素子１４とを接合することにより、圧電素子１４の背面に形成された背面電極１６と、バッキング材１８の前面に露出した電極リード２１とを、導電性接着剤２２を介して電気的に接続する構成となっているが、本発明にかかる超音波トランスデューサのバッキング材前面または圧電素子背面の構造は、例えば次のような超音波トランスデューサにも適用することが可能である。

図９は、この発明にかかる超音波トランスデューサ２００のバッキング材２１８の前面および圧電素子２１４の背面の構造を本実施形態の変形例に適用した状態を示す概略斜視図である。

図９に示す超音波トランスデューサ２００は、多層構造のプリント基板２２０の一辺に沿って音響整合層２１１が形成され、その背面に圧電素子２１４が形成され、音響整合層２１１と圧電素子２１４の間には前面電極２１２が形成されている。また、圧電素子２１４の背面は、図２に示す圧電素子１４と同様に背面方向に突出する突部が形成されており、突部２１４ａの先端には背面電極が形成されている。また、圧電素子２１４の背面には、バッキング材２１８が形成されており、バッキング材２１８の前面には突部２１４ａと対向する位置に凹形状の溝からなる接合部２１８ａが形成されている。また、この変形例における電極リードは、前面電極２１２および背面電極２１６の双方から、多層構造のプリント基板２２０の各層を通り、後段電子回路（ＩＣ基板４０等）に接続されるように構成されている。

この変形例においても、圧電素子２１４の溝とバッキング材２１８の突部とが、嵌合することにより、また、バッキング材２１８と圧電素子２１４との接合の強度を向上させることができ、バッキング材２１８の変形があっても、接着剥がれや、接着剥がれによる背面電極２１６と電極リードとの接触不良を回避することができる。したがって、当該接触不良による超音波画像の生成に対する影響を低減させることが可能となる。また、圧電素子の両極（前面電極及び背面電極）毎にパルサを接続し、交互に動作させることでバイポーラパルスを出力することが可能である。

また、本実施形態の超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブにおいては、バッキング材１８における突堤部１８ｂの先端、底部１８ｃの面および当該突堤部１８ｂ・底部１８ｃと連なる壁面が略平面状に形成されているが、本発明の超音波トランスデューサ１００はこれに限られない。例えば、これらが曲面状に形成されていてもよい。

この変形例においても、圧電素子１４の溝とバッキング材１８の突部とが、嵌合することにより、圧電素子１４とバッキング材１８との接合工程において、接着に用いる導電性接着剤２２を接着面において均一に広げるために両者をすり合わせる作業が容易となる。また、バッキング材１８と圧電素子１４との接合の強度を向上させることができ、バッキング材１８の変形があっても、接着剥がれや、接着剥がれによる背面電極１６と電極リード２１との接触不良を回避することができる。したがって、当該接触不良による超音波画像の生成に対する影響を低減させることが可能となる。なお、この変形例は、上述した変形例にかかる超音波トランスデューサにも適用することが可能である。

（Ａ）この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサを示す概略斜視図。（Ｂ）この発明の実施形態にかかるバッキング材に埋設されるプリント基板を示す概略斜視図。 この発明の実施形態にかかる圧電素子およびバッキング材を示す概略斜視図。 この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサの概略断面図。 この発明の実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造段階におけるバッキング材の前面を示す概略斜視図。 この発明の実施形態にかかる圧電素子が分割される前の圧電素子板の背面を示す概略斜視図 この発明の実施形態にかかる圧電素子板とバッキング材とが接合され、分割される前の状態を示す概略斜視図。 この発明の実施形態にかかる圧電素子板とバッキング材とが接合され、分割された後の状態を示す概略斜視図。 超音波トランスデューサの接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサとＩＣ基板とを接続する機構および、ＩＣ基板上のＩＣと超音波診断装置本体とを接続する機構を示す概略斜視図。 この発明にかかる超音波トランスデューサのバッキング材および圧電素子の構造を本実施形態の変形例に適用した状態を示す概略斜視図。 従来の超音波トランスデューサにおける電極リードを埋設したバッキング材と圧電素子との接続構造を示す概略断面図。

符号の説明

４ 圧電素子板
１１ａ 第１音響整合層
１１ｂ 第２音響整合層
１２ 前面電極
１４ 圧電素子
１４ａ 突部
１６ 背面電極
１８ バッキング材
１８ａ 接合部
１８ｂ 突堤部
１８ｃ 底部
１８ｄ 溝
１８ｅ 圧電素子分離溝
２０ プリント基板
２１ 電極リード
２２ 導電性接着剤
４０ ＩＣ基板
４１ 中継基板
４５ ＩＣ
５０ ケーブル接続基板
６２ コネクタ

Claims (6)

1. 超音波を照射する方向と反対側となる背面に、背面電極を有する複数の圧電素子と、
   前記圧電素子の前記背面に配置されるバッキング材と、
   前記バッキング材の内部に埋設され、一端部が該バッキング材の一面から露出して前記背面電極に接合される電極リードと、
   前記圧電素子の背面、または前記バッキング材の前記一面のいずれか一方に形成された凹形状の接合部とを備えたこと、
   を特徴とする超音波トランスデューサ。
2. 前記凹形状の接合部が形成された前記圧電素子の背面または前記バッキング材の前記一面のいずれか一方に対する他方には、該接合部と嵌合する突部が形成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
3. 前記接合部は、先端が略平坦状となる突堤部と、当該突堤部に挟まれ、前記電極リードの一端部が露出された略平坦状の底部とを備えて構成された凹形状の溝であり、
   前記突部が凹形状の前記底部に嵌合すること、
   を特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
4. 前記電極リードの前記一端部と前記背面電極とは、前記底部と前記突部の間にある導電性の接着剤を介して接着されること、
   を特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサ。
5. 前記突部の高さより、前記接合部の前記溝を形成する前記底部から前記突堤部の先端までの方が深く形成され、
   前記導電性の接着剤は前記突部の先端と、前記接合部の底部との間に留置されること、
   を特徴とする請求項４に記載の超音波トランスデューサ。
6. 超音波を照射する方向と反対側となる背面に、背面電極を有する複数の圧電素子と、
   前記圧電素子の前記背面に配置されるバッキング材と、
   前記バッキング材の内部に埋設され、一部が該バッキング材の一面から露出して前記背面電極に接合される電極リードと、
   前記圧電素子の背面、または前記バッキング材の前記一面のいずれか一方に形成された凹形状の接合部とを有した超音波トランスデューサを備えたこと、
   を特徴とする超音波プローブ。