JP5049340B2 - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、診断画像を撮像する超音波探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子から出力される反射エコー信号に基づいて診断画像を撮像する装置である。超音波探触子には、複数の超音波振動子が配列される。超音波振動子は、駆動信号を超音波に変換して超音波を被検体に送波すると共に、被検体から発生した反射エコー信号を受波して電気信号に変換する。

近年、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いた超音波探触子が開発されている。ｃＭＵＴは、半導体微細加工プロセスにより製造される超微細容量型超音波振動子である。ｃＭＵＴでは、バイアス電圧の大きさに応じて超音波送受信感度すなわち電気機械結合係数が変化する。尚、バイアス電圧は、超音波送受信部から供給される駆動信号に重畳して印加される（例えば、［特許文献１］参照。）。

米国特許第５８９４４５２号明細書

しかしながら、上記［特許文献１］に開示されるｃＭＵＴ探触子では、シリコン基板に対して下部電極に直流電圧がバイアス電圧として印加され、下部電極に対して上部電極に交流高周波電圧が駆動信号として印加される。その結果、上部電極は、グランド電位のグランド層ではなく、被検体に対する電気的安全性が不十分であるという課題がある。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、被検体に対する電気的安全性を向上させることを可能とする超音波探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波探触子は、バイアス電圧に応じて電気機械結合係数または感度が変化する複数の振動要素を有し超音波を送受波するｃＭＵＴチップと、前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に設けられる音響レンズと、前記ｃＭＵＴチップの背面側に設けられ前記超音波の伝播を吸収するバッキング層と、前記ｃＭＵＴチップの周縁部から前記バッキング層の側面に設けられ前記ｃＭＵＴチップの電極と接続される信号パターンが配置される電気配線部と、前記ｃＭＵＴチップ及び前記音響レンズ及び前記バッキング層及び前記電気配線部を格納する筺体部と、を備える超音波探触子において、前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に、グランド電位のグランド層が接着され、前記ｃＭＵＴチップは基板を有し、前記ｃＭＵＴチップの振動要素は、前記ｃＭＵＴチップの基板の超音波放射側に設けられる膜体と、前記膜体に設けられる下部電極と、前記下部電極の超音波放射側に設けられる上部電極と、を有し、前記ｃＭＵＴチップの基板は、グランド線に接続され、前記上部電極には、グランド電位を基準として、超音波を送受波するための交流高周波電圧が印加され、前記下部電極には、グランド電位を基準として、電気機械結合係数または感度を変化させるための直流のバイアス電圧が印加されることを特徴とする。

本発明の超音波診断装置は、バイアス電圧に応じて電気機械結合係数または感度が変化する複数の振動要素を有し超音波を送受波するｃＭＵＴチップと、前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に設けられる音響レンズと、前記ｃＭＵＴチップの背面側に設けられ前記超音波の伝播を吸収するバッキング層と、前記ｃＭＵＴチップの周縁部から前記バッキング層の側面に設けられ前記ｃＭＵＴチップの電極と接続される信号パターンが配置される電気配線部と、前記ｃＭＵＴチップ及び前記音響レンズ及び前記バッキング層及び前記電気配線部を格納する筺体部と、を備える超音波探触子において、前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に、グランド電位のグランド層が接着され、前記ｃＭＵＴチップは基板を有し、前記ｃＭＵＴチップの振動要素は、前記ｃＭＵＴチップの基板の超音波放射側に設けられる膜体と、前記膜体に設けられる下部電極と、前記下部電極の超音波放射側に設けられる上部電極と、を有し、前記ｃＭＵＴチップの基板は、グランド線に接続され、前記上部電極には、グランド電位を基準として、超音波を送受波するための交流高周波電圧が印加され、前記下部電極には、グランド電位を基準として、電気機械結合係数または感度を変化させるための直流のバイアス電圧が印加されることを特徴とする超音波探触子を備える。

本発明によれば、被検体に対する電気的安全性を向上させることを可能とする超音波探触子及びその製造方法並びに超音波診断装置を提供することができる。

超音波診断装置１の構成図 超音波探触子２の構成図 振動子２１の構成図 振動要素２８の構成図 第１の実施形態に係る超音波探触子２を示す図 超音波診断装置１と超音波探触子２との接続を示す模式図 第２の実施形態に係る超音波探触子２ａを示す図 第３の実施形態に係る超音波探触子２ｂを示す図 第４の実施形態に係る超音波探触子２ｃを示す図 第５の実施形態に係る超音波探触子２ｄを示す図 第６の実施形態に係る超音波探触子２ｅを示す図 超音波探触子２の配線を示す模式図 ｃＭＵＴチップ２０の基板４０のグランド接続を示す図 図５に示す超音波探触子２の製造工程を示す図 図１０に示す超音波探触子２ｄの製造工程を示す図 第１０の実施形態に係る超音波探触子２ｆを示す図 図１６の電気接続部１６０の詳細図 ｃＭＵＴチップ２０の上面側からの基板４０のグランド接続を示す図 ｃＭＵＴチップ２０の下面側からの基板４０のグランド接続を示す図

符号の説明

１………超音波診断装置
２………超音波探触子
３………送受分離手段
４………送信手段
６………バイアス手段
８………受信手段
１０………整相加算手段
１２………画像処理手段
１４………表示手段
１６………制御手段
１８………操作手段
２０………ｃＭＵＴチップ
２１−１、２１−２、…、………振動子
２２………バッキング層
２５………超音波探触子カバー
２６………音響レンズ
２７………封止材
２８………振動要素
３８、４１………信号パターン
４０………基板
４６………上部電極
４８………下部電極
７２………フレキシブル基板
７０、７１、９０………接着層
７６………導電膜（グランド層）
７８………絶縁膜（絶縁層）
８４、９４………グランド線（ケーブルシールド線）
８６………ワイヤ
８８………光硬化樹脂
１０８、１２０………グランド
１６１、１７１、１８１、１８５、１９１、１９５………スルーホール
１６３、１６５、１７３、１７５、１８２、１８４、１９２、１９４………パッド端子
１６４、１７４、１９３………導電接着剤（異方導電接着シート）
１８３………ワイヤ

以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子及び超音波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

（１．超音波診断装置の構成）
最初に、図１を参照しながら、超音波診断装置１の構成について説明する。
図１は、超音波診断装置１の構成図である。
超音波診断装置１は、超音波探触子２、送受分離手段３、送信手段４、バイアス手段６、受信手段８、整相加算手段１０、画像処理手段１２、表示手段１４、制御手段１６、操作手段１８から構成される。

超音波探触子２は、被検体に接触させて被検体との間で超音波を送受波する装置である。超音波探触子２から超音波が被検体に射出され、被検体から発生した反射エコー信号が超音波探触子２により受波される。
送信手段４及びバイアス手段６は、超音波探触子２に駆動信号を供給する装置である。
受信手段８は、超音波探触子２から出力される反射エコー信号を受信する装置である。受信手段８は、さらに、受信した反射エコー信号に対してアナログデジタル変換等の処理を行う。
送受分離手段３は、送信時には送信手段４から超音波探触子２へ駆動信号を渡し、受信時には超音波探触子２から受信手段８へ受信信号を渡すよう送信と受信とを切換、分離するものである。

整相加算部１０は、受信された反射エコー信号を整相加算する装置である。
画像処理手段１２は、整相加算された反射エコー信号に基づいて診断画像（例えば、断層像や血流像）を構成する装置である。
表示部１８は、画像処理された診断画像を表示する表示装置である。
制御手段１６は、上述した各構成要素を制御する装置である。
操作手段１８は、制御手段１６に指示を与える装置である。操作手段１８は、例えば、トラックボールやキーボードやマウス等の入力機器である。

（２．超音波探触子２）
次に、図２〜図４を参照しながら、超音波探触子２について説明する。

（２−１．超音波探触子２の構成）
図２は、超音波探触子２の構成図である。図２は、超音波探触子２の一部切り欠き斜視図である。
超音波探触子２は、ｃＭＵＴチップ２０を備える。ｃＭＵＴチップ２０は、複数の振動子２１−１、振動子２１−２、…が短柵状に配列された１次元アレイ型の振動子群である。振動子２１−１、振動子２１−２、…には、複数の振動要素２８が配設される。尚、２次元アレイ型やコンベックス型等の他の形態の振動子群を用いてもよい。
ｃＭＵＴチップ２０の背面側には、バッキング層２２が設けられる。ｃＭＵＴチップ２０の超音波射出側には、音響レンズ２６が設けられる。ｃＭＵＴチップ２０及びバッキング層２２などは、超音波探触子カバー２５に格納される。

ｃＭＵＴチップ２０は、送信手段４及びバイアス手段６からの駆動信号を超音波に変換して被検体に超音波を送波する。受信手段８は、被検体から発生した超音波を電気信号に変換して反射エコー信号として受波する。
バッキング層２２は、ｃＭＵＴチップ２０から背面側に射出される超音波の伝搬を吸収して、余分な振動を抑制する層である。
音響レンズ２６は、ｃＭＵＴチップ２０から送波される超音波ビームを収束させるレンズである。音響レンズ２６は、１つの焦点距離に基づいて曲率が定められる。

尚、音響レンズ２６とｃＭＵＴチップ２０との間にマッチング層を設けてもよい。マッチング層は、ｃＭＵＴチップ２０及び被検体の音響インピーダンスを整合させて、超音波の伝送効率を向上させる層である。

（２−２．振動子２１）
図３は、振動子２１の構成図である。
振動要素２８の上部電極４６は、長軸方向Ｘに区分された振動子２１毎に結線される。すなわち、上部電極４６−１、上部電極４６−２、…は、長軸方向Ｘに並列配置される。
振動要素２８の下部電極４８は、短軸方向Ｙに区分された区分毎に結線される。すなわち、下部電極４８−１、下部電極４８−２、…は、短軸方向Ｙに並列配置される。

（２−３．振動要素２８）
図４は、振動要素２８の構成図である。図４は、１つの振動要素２８の断面図である。
振動要素２８は、基板４０、膜体４４、膜体４５、上部電極４６、枠体４７、下部電極４８から構成される。振動要素２８は、半導体プロセスによる微細加工により形成される。尚、振動要素２８は、ｃＭＵＴの１素子分に相当する。

基板４０は、シリコン等の半導体基板である。
膜体４４及び枠体４７は、シリコン化合物等の半導体化合物から形成される。膜体４４は、枠体４７の超音波射出側に設けられる。膜体４４と枠体４７との間に上部電極４６が設けられる。基板４０上に形成された膜体４５に下部電極４８が設けられる。枠体４７及び膜体４５により区画された内部空間５０は、真空状態とされるか、あるいは、所定のガスにより充填される。
上部電極４６及び下部電極４８は、それぞれ、駆動信号として交流高周波電圧を供給する送信手段４と、バイアス電圧として直流電圧を印加するバイアス手段６とに接続される。

超音波を送波する場合には、振動要素２８に上部電極４６及び下部電極４８を介して、直流のバイアス電圧（Ｖａ）が印加され、バイアス電圧（Ｖａ）により電界が発生する。発生した電界により膜体４４が緊張して所定の電気機械結合係数（Ｓａ）になる。送信手段４から上部電極４６に駆動信号が供給されると、電気機械結合係数（Ｓａ）に基づいて超音波が膜体４４から射出される。
また、振動要素２８に上部電極４６及び下部電極４８を介して、直流のバイアス電圧（Ｖｂ）が印加されると、バイアス電圧（Ｖｂ）により電界が発生する。発生した電界により膜体４４が緊張して所定の電気機械結合係数（Ｓｂ）になる。送信手段４から上部電極４６に駆動信号が供給されると、電気機械結合係数（Ｓｂ）に基づいて超音波が膜体４４から射出される。

ここで、バイアス電圧が「Ｖａ＜Ｖｂ」の場合には、電気機械結合係数は「Ｓａ＜Ｓｂ」となる。
一方、超音波を受波する場合には、被検体から発生した反射エコー信号により膜体４４が励起されて内部空間５０の容量が変化する。この内部空間５０の変化量に基づいて、電気信号が上部電極４６を介して検出される。

尚、振動要素２８の電気機械結合係数は、膜体４４の緊張度により決定される。従って、振動要素２８に印加するバイアス電圧の大きさを変えて膜体４４の緊張度を制御すれば、同一振幅の駆動信号が入力される場合であっても、振動要素２８から射出される超音波の音圧（例えば、振幅）を変化させることができる。

（３．第１の実施形態）
次に、図５及び図６を参照しながら、第１の実施形態について説明する。

（３−１．超音波探触子２の構成部材）
図５は、第１の実施形態に係る超音波探触子２を示す図である。図５は、図２の超音波探触子２の平面Ａ断面図である。

音響レンズ２６の内面及び外側面に沿って、導電膜７６が形成される。導電膜７６は、例えば、蒸着により形成されるＣｕ膜である。導電膜７６は、導電部材８０及びグランド線８４を介して、本体装置側のグランド１２０に接続される。

導電部材８０は、導電性を有する部材である。導電部材８０は、導電膜７６と比較して破損しにくい信頼度の高い部材である。導電部材８０は、例えば、導電膜７６より高剛性のＣｕテープである。導電部材８０は、音響レンズ２６の外側面の導電膜７６及びフレキシブル基板７２の外側面に固定される。グランド線８４は、半田付けや導電接着剤等により接続部８２を介して導電部材８０に接続される。

ｃＭＵＴチップ２０は、接着層７０を介してバッキング層２２の上面に接着される。バッキング層２２の上面周縁及び四方側面に沿って、フレキシブル基板７２（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＦＰＣ）が設けられる。フレキシブル基板７２は、接着層７１を介してバッキング層２２の上面周縁に接着される。

接着層７０及び接着層７１は、例えば、エポキシ樹脂からなる接着剤である。接着層７０及び接着層７１の層厚を任意に調整して、ｃＭＵＴチップ２０及びフレキシブル基板７２の高さ方向位置を調整することができる。

フレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０とは、ワイヤ８６を介して電気的に接続される。ワイヤ８６は、ワイヤボンディング方式により接続される。ワイヤ８６としては、Ａｕワイヤ等を用いることができる。ワイヤ８６の周囲には、封止材として光硬化樹脂８８が充填される。尚、ワイヤボンディング方式に代えて、パッド同士で接続するフリップチップボンディング方式を用いてもよい。

音響レンズ２６は、接着層９０を介してｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面に接着される。音響レンズ２６の材質としては、例えば、シリコンゴムが用いられる。接着層９０の材質に関しては、音響レンズ２６と類似の材質（例えば、シリコン）とすることが望ましい。
音響レンズ２６の超音波放射面は、少なくとも領域２３の範囲内において、超音波照射方向に凸状である。ｃＭＵＴチップ２０には、少なくとも領域２３に対応する範囲内に、振動要素２８が配置される。音響レンズ２６の凸状の部分から超音波が照射される。
音響レンズ２６の背面は、ｃＭＵＴチップ２０の周縁に対応する位置に、凹部を有する。この凹部には、ｃＭＵＴチップ２０とフレキシブル基板７２との接続部分（光硬化樹脂８８の部分）が嵌合される。

超音波探触子カバー２５は、超音波探触子２の四方側面に設けられる。超音波探触子カバー２５は、音響レンズ２６の四方側面に固定される。検者は、超音波探触子カバー２５を手で把持して超音波探触子２を操作する。超音波探触子カバー２５と音響レンズ２６との隙間には封止材２７が充填される。
尚、超音波探触子カバー２５の上端位置は、ｃＭＵＴチップ２０より上方に位置させることが望ましい。これにより、超音波探触子２の落下等の不測の事態が生じても、直接的な衝撃を防止してｃＭＵＴチップ２０を保護することができる。

（３−２．超音波探触子２の接続）
図６は、超音波診断装置１と超音波探触子２との接続を示す模式図である。
超音波診断装置１と超音波探触子２は、ケーブル８２を介して接続されている。ケーブル８２は、複数の同軸ケーブル９６を有している。

振動要素２８の上部電極４６は、配線８５に接続されている。配線８５は、同軸ケーブル９６の内部導体を介して超音波診断装置１内の配線９１に接続されている。配線９１は、送受分離回路９８を介して受信手段８内の受信アンプ１００及び送信手段４に接続される。
振動要素２８の下部電極４８は、配線６６に接続されている。配線６６は、同軸ケーブル９６の内部導体を介して超音波診断装置１内の配線６２に接続されている。配線６２は、バイアス手段６に接続される。
同軸ケーブル９６の本数は、複数の振動要素２８に共通配置された上部電極４６と下部電極４８の合計の数となる。
振動要素２８の基板４０は、配線８７に接続されている。配線８７は、同軸ケーブル９６の外部導体を介して超音波診断装置１内の配線９３に接続されている。配線９３は、本体装置（図示せず）のシャーシグランドを介してグランド１０８に接続される。

配線６６と配線８７の間にはコンデンサ１１２が配置されている。このコンデンサ１１２は、ＡＣ電流が上部電極４６から下部電極４８に流れたとき、下部電極４８からの電流をバイパスするための信号電流のバイパス用の容量素子である。
配線９１と配線９３の間には抵抗１１０が配置されている。この抵抗１１０は、上部電極４６のＤＣ電位をグランド電位に安定化するための抵抗素子である。
配線６２と配線９３の間にはバイアス手段６が配置されている。このバイアス手段６は、上部電極４６と下部電極４８の間に電位差を生じさせる。また、送信手段４は、上部電極４６に交流高周波電圧を駆動信号として印加させる。具体的には、上部電極４６は、ＤＣ＝グランド（基準電位）、ＡＣ＝Ｖｐｐとなり、下部電極４８は、ＤＣ＝Ｖｄｃ、ＡＣ＝０となる。

振動要素２８の導電膜７６は、配線８４に接続されている。配線８４は、超音波探触子２の内部回路（配線８５、配線６６、コンデンサ１１２など）を覆うように形成されており、ケーブル８２の外周を介して、超音波診断装置１内の配線９９に接続されている。配線９９は、超音波診断装置１の内部回路（配線９１、配線６２、抵抗１１０など）を覆うように形成されており、グランド１２０に接続されている。よって、導電膜７６、配線８４、ケーブル８２の外周、配線９９は、ＤＣ＝０、ＡＣ＝０である。
導電膜７６、配線８４、ケーブル８２の外周、配線９９及びグランド１２０は、保護回路を形成し、外部からの電磁波を超音波診断装置１と超音波探触子２の内部回路に侵入させないようにするとともに、超音波診断装置１と超音波探触子２の内部で発生した電気をそれらの外部に放出させないようにしている。

（３−３．第１の実施形態における効果）
このように、第１の実施形態の超音波探触子２では、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射側にグランド層としての導電膜７６が設けられる。従って、音響レンズ２６が破損した場合でも導電膜７６がグランド電位のために感電を防止し、被検体に対する超音波探触子の電気的安全性を向上させることができる。
また、導電膜７６及びグランド線８４及び本体装置のシャーシグランドにより、グランド電位の閉空間が形成される。すなわち、超音波探触子２の主要構成要素や本体回路は、グランド電位の閉空間に内包されるので、外部からの不要電波の影響を受けたり、超音波探触子２自身が発生する電磁波により外部装置に悪影響を及ぼすこと防止することができる。

また、第１の実施形態の超音波探触子２では、導電膜７６は、音響レンズ２６の内面及び外側面に沿って形成され、高信頼度の導電部材８０及びグランド線８４を介してグランド１２０に接続される。
これにより、インモールド成形で引き出すシート状の導電膜ではなく、音響レンズ２６の内面及び外側面に沿って形成された導電膜７６から導電部材８０を介してグランド線８４と容易かつ確実に接続することができる。実装の確実性及び作業性を向上させることができる。
また、高信頼度の導電部材８０を用いることにより、フレキシブル基板７２に固定した際に導電部材８０が破損することを防止することができる。
また、図５では、フレキシブル基板７２の紙面左側側面のみに導電部材８０及びグランド線８４を図示したが、フレキシブル基板７２の四方側面の少なくともいずれかに設けてもよい。

（４．第２の実施形態）
次に、図７を参照しながら、第２の実施形態について説明する。
図７は、第２の実施形態に係る超音波探触子２ａを示す図である。図７は、図２の平面Ａ断面図に相当する。

第１の実施形態では、導電膜７６は、導電部材８０を介して、グランド線８４に接続されるものとして説明したが、第２の実施形態では、導電膜７６とグランド線８４ａとが直接接続される。グランド線８４ａは、半田付けや導電接着剤等により接続部８２ａを介して、音響レンズ２６の外側面で導電膜７６に直接接続される。

このように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射側にグランド層としての導電膜７６が設けられるので、被検体に対する超音波探触子２ａの電気的安全性を向上させることができる。また、第２の実施形態では、導電膜７６とグランド線８４ａとの接続させるための導電部材を設ける必要がない。

（５．第３の実施形態）
次に、図８を参照しながら、第３の実施形態について説明する。
図８は、第３の実施形態に係る超音波探触子２ｂを示す図である。図８は、図２の平面Ａ断面図に相当する。

第１の実施形態では、ワイヤ８６の周囲には封止材として光硬化樹脂８８が充填されるものとして説明したが、第３の実施形態ではワイヤ８６の周囲に封止材は充填されない。
接着層９０は、音響レンズ２６とｃＭＵＴチップ２０との間だけでなく、ワイヤ８６の周囲にも充填される。接着層９０は、音響レンズ２６とｃＭＵＴチップ２０とを接着させるだけでなく、ワイヤ８６の周囲の封止材としての役割も果たす。

このように、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射側にグランド層としての導電膜７６が設けられるので、被検体に対する超音波探触子２ｂの電気的安全性を向上させることができる。また、第３の実施形態では、ワイヤ８６の周囲に別途封止材を形成する必要がない。

（６．第４の実施形態）
次に、図９を参照しながら、第４の実施形態について説明する。
図９は、第４の実施形態に係る超音波探触子２ｃを示す図である。図９は、図２の平面Ａ断面図に相当する。

第１の実施形態では、音響レンズ２６の内面及び外側面には導電膜７６が形成されるものとして説明したが、第４の実施形態では、さらに、絶縁層である絶縁膜７８が形成される。絶縁膜７８は、例えば、シリコン酸化物膜、パラキシリレン膜である。

このように、第４の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射側にグランド層としての導電膜７６が設けられるので、被検体に対する超音波探触子２ｃの電気的安全性を向上させることができる。
また、第４の実施形態では、音響レンズ２６とｃＭＵＴチップ２０との間に、絶縁層として絶縁膜７８が形成される。被検体とｃＭＵＴチップ２０との間は、音響レンズ２６及び絶縁層７８により二重絶縁される。従って、超音波探触子２ｃの安全性が向上する。尚、２層以上の絶縁層を設けてもよい。例えば、導電膜７６を挟んで２層の絶縁層を設けてもよい。

（７．第５の実施形態）
次に、図１０を参照しながら、第５の実施形態について説明する。
図１０は、第５の実施形態に係る超音波探触子２ｄを示す図である。図１０は、図２の平面Ａ断面図に相当する。

第１の実施形態では、音響レンズ２６の内面及び外側面に導電膜７６が形成されるものとして説明したが、第５の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面、フレキシブル基板７２及びバッキング層２２の側面に沿って導電膜７６ｄが形成される。

このように、第５の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射側にグランド層としての導電膜７６ｄが設けられるので、被検体に対する超音波探触子２ｄの電気的安全性を向上させることができる。
また、第５の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面に導電膜７６ｄが形成されるので、音響レンズ２６の内面及び外側面に導電膜を形成する必要がない。また、フレキシブル基板７２及びバッキング層２２の側面に沿って導電膜７６ｄが形成されるので、バッキング層２２を土台として、接続部８２を介して導電膜７６ｄとグランド線８４とを直接接続することができる。

（８．第６の実施形態）
次に、図１１を参照しながら、第６の実施形態について説明する。
図１１は、第６の実施形態に係る超音波探触子２ｅを示す図である。図１１は、図２の平面Ａ断面図に相当する。

第５の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面に導電膜７６ｄが形成されるものとして説明したが、第６の実施形態では、さらに、絶縁層である絶縁膜７８ｅが形成される。すなわち、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面には、導電膜７６ｅ及び絶縁膜７８ｅが形成される。

このように、第６の実施形態では、第５の実施形態と同様に、音響レンズ２６とｃＭＵＴチップ２０との間に、絶縁層として絶縁膜７８ｅが形成される。被検体とｃＭＵＴチップ２０との間は、音響レンズ２６及び絶縁層７８ｅにより二重絶縁される。従って、超音波探触子２ｅの安全性が向上する。尚、２層以上の絶縁層を設けてもよい。例えば、導電膜７６ｅを挟んで２層の絶縁層を設けてもよい。

（９．第７の実施形態）
次に、図１２及び図１３を参照しながら、第７の実施形態について説明する。
図１２は、超音波探触子２の配線を示す模式図である。
図１３は、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０のグランド接続を示す図である。図１２のＢ−Ｂ’線断面図である。

ｃＭＵＴチップ２０の上面周縁では、ＭＵＴチップ２０の上部電極４６とフレキシブル基板７２の信号パターン３８とがワイヤ８６−１で接続され、ＭＵＴチップ２０の下部電極４８とフレキシブル基板７２の信号パターン４１とがワイヤ８６−２で接続される。光硬化樹脂８８がワイヤ８６の周囲に充填されて接続部が封止される。

ｃＭＵＴチップ２０の隅部（角部）では、ｃＭＵＴチップ２０とフレキシブル基板７２との間に導電樹脂８９が充填される。導電樹脂８９は、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０とグランド線９４との接続部に相当する。グランド線９４は、ｃＭＵＴチップ２０の隅部において、フレキシブル基板７２とバッキング層２２との間に配設される。

基板４０は、ｃＭＵＴチップ２０の底面に設けられる。基板４０は、導電樹脂８９に電気的に接続される。基板４０は、導電樹脂８９及びグランド線９４を介して、グランド１０８に接続される。
尚、図１３のグランド線９４は、図６の配線８７に相当する。導電樹脂８９は、基板４０と配線８７との接続部に設けられる。

このように、第７の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０は隅部において導電樹脂８９及びグランド線９４を介してグランド１０８に接続される。これにより、上部電極４６をグランド電位とすることなく、ｃＭＵＴチップ２０の電位を安定化して超音波特性を安定化させることができる。

また、ｃＭＵＴチップ２０の隅部以外の周縁には、フレキシブル基板７２の信号パターン３８及び信号パターン４１とｃＭＵＴチップ２０とを接続するワイヤ８６が存在するが、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０とグランド線９４とはｃＭＵＴチップ２０の隅部に充填される導電樹脂８９を介して接続される。これにより、信号パターン接続部と基板グランド接続部とを別の場所に独立して設けることができ、製作も容易である。

尚、基板４０自体も半導体であるので、異常発生時には基板４０が高電圧となる可能性もある。第７の実施形態では、基板４０をグランド接続することにより、異常発生時においても基板４０をグランド電位に維持することができ、超音波探触子２の安全性を確保することができる。

（１０．第８の実施形態）
次に、図１４を参照しながら、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、図５の超音波探触子２、図８の超音波探触子２ｂ、図９の超音波探触子２ｃの製造方法に関する。図１４は、図５に示す超音波探触子２の製造工程を示す図である。

ｃＭＵＴチップ２０が接着層７０によってバッキング層２２の上面に接着される（ステップＳ１）。
フレキシブル基板７２が接着層７１によってバッキング層２２の上面周縁に接着される（ステップＳ２）。
フレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０とがワイヤ８６を介して電気的に接続される。ワイヤ８６は、ワイヤボンディング方式やフリップチップボンディング方式により接続される（ステップＳ３）。
光硬化樹脂８８が封止材としてワイヤ８６の周囲に充填される（ステップＳ４）。

音響レンズ２６が形成され（ステップＳ５）、音響レンズ２６の内面に導電膜７６が形成される（ステップＳ６）。
音響レンズ２６が接着層９０によってｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面に接着される。導電膜７６は、グランド線８４に接続される。超音波探触子カバー２５が取り付けられる。音響レンズ２６やフレキシブル基板７２と超音波探触子カバー２５との隙間には封止材２７が充填される（ステップＳ７）。

以上の過程を経て、図５に示す超音波探触子２が製造される。
尚、ステップＳ４の工程を省略して、接着層９０をワイヤ８６の周囲にも充填させ、接着剤及び封止材として兼用してもよい。この場合には、図８に示す超音波探触子２ｂが製造される。
また、ステップＳ６の工程において、導電膜７６と共に絶縁膜７８を形成してもよい。この場合には、図９に示す超音波探触子２ｃが製造される。

膜形成方法に関しては、音響レンズ２６の成形と同時に導電膜付絶縁シートをインモールド成形する方法や絶縁膜や導電膜を物理的蒸着あるいは化学的蒸着により形成する方法がある。インモールド成形では、低コストに膜を形成することができるが、膜厚１０μｍ程度が限界である。一方、蒸着による膜形成では、膜厚１μｍ程度とすることができる。

（１１．第９の実施形態）
次に、図１５を参照しながら、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、図１０の超音波探触子２ｄ、図１１の超音波探触子２ｅの製造方法に関する。図１５は、図１０に示す超音波探触子２ｄの製造工程を示す図である。

第８の実施形態では、音響レンズ２６側に導電膜や絶縁膜が形成されるものとして説明したが、第９の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０側に導電膜や絶縁膜が形成される。

ステップＳ１〜ステップＳ５の工程は、図１４と同様であるので説明を省略する。
ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面、フレキシブル基板７２及びバッキング層２２の側面に沿って導電膜７６ｄが形成される（ステップＳ８）。
音響レンズ２６が接着層９０によってｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面に接着される。導電膜７６ｄは、グランド線８４に接続される。超音波探触子カバー２５が取り付けられる。音響レンズ２６やフレキシブル基板７２と超音波探触子カバー２５との隙間には封止材２７が充填される（ステップＳ９）。

以上の過程を経て、図１０に示す超音波探触子２ｄが製造される。
尚、ステップＳ８の工程において、導電膜７６ｅと共に絶縁膜７８ｅを形成してもよい。この場合には、図１１に示す超音波探触子２ｅが製造される。

（１２．第１０の実施形態）
次に、図１６及び図１７を参照しながら、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、ｃＭＵＴチップ２０とフレキシブル基板７２との電気接続に関する。
図１６は、第１０の実施形態に係る超音波探触子２ｆを示す図である。図１６は、図２の平面Ａ断面図に相当する。
図１７は、図１６の電気接続部１６０の詳細図である。

第１の実施形態では、フレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０とは、ワイヤボンディング方式によりワイヤ８６を介して電気的に接続されるものとして説明したが、第１０の実施形態では、スルーホール１６１あるいはスルーホール１７１を介してフレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０とが電気接続される。

フレキシブル基板７２の信号パターンは、ｃＭＵＴチップ２０の周縁部背面において、ｃＭＵＴチップ２０の電極と電気接続される。電気接続部１６０において、フレキシブル基板７２及び接着層７１及び接着層７０の厚さに応じて、バッキング層２２の周縁部上面に切り欠き部１６８が設けられる。

スルーホール１６１は、ｃＭＵＴチップ２０の上部電極４６とｃＭＵＴチップ２０の背面に設けられるパッド端子１６３との導通路である。スルーホール１７１は、ｃＭＵＴチップ２０の下部電極４８とｃＭＵＴチップ２０の背面に設けられるパッド端子１７３との導通路である。
スルーホール１６１及びスルーホール１７１は、金属で充填されたり、内部壁面に金属層が形成されたりする。ｃＭＵＴチップ２０の基板４０の部分では、スルーホール１６１及びスルーホール１７１の周囲に絶縁部１６２及び絶縁部１７２が設けられる。尚、基板４０の背面にも絶縁層１６７を設けることが望ましい。

フレキシブル基板７２に設けられるパッド端子１６５及びパッド端子１７５は、それぞれ、異方導電接着シート等の導電接着剤１６４及び導電接着剤１７４により、ｃＭＵＴチップ２０の下面に設けられるパッド端子１６３及びパッド端子１７３に電気的に接続される。

フレキシブル基板７２の信号パターン３８は、パッド端子１６５、導電接着剤１６４、パッド端子１６３、スルーホール１６１を介して、ｃＭＵＴチップ２０の上部電極４６に電気接続される。フレキシブル基板７２の信号パターン４１は、パッド端子１７５、導電接着剤１７４、パッド端子１７３、スルーホール１７１を介して、ｃＭＵＴチップ２０の下部電極４８に電気接続される。

このように、第１０の実施形態では、フレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０とは、スルーホール１６１及びスルーホール１７１を介して電気接続される。これにより、電気接続のためのワイヤを必要とせず、パッド端子同士の位置合わせを行うだけで、フレキシブル基板７２とｃＭＵＴチップ２０との電気接続を行うことができる。

尚、図１７では、ｃＭＵＴチップ２０の背面においてスルーホールを介して電気接続を行うものとして説明したが、ｃＭＵＴチップ２０の超音波放射面においてスルーホールを介して電気接続を行ってもよい。

また、図５や図９等に示すワイヤボンディング方式によってｃＭＵＴチップ２０の電極とフレキシブル基板７２の信号線とを接続する場合には、高電位のワイヤ８６とグランド電位の導電膜７６とが近接するので、光硬化樹脂８８等の封止材の不良や絶縁膜７８のピンホール不良によって導電膜７６とワイヤ８６の間が短絡して導電膜７６のグランド電位を維持できない場合がある。一方、図１６及び図１７に示すスルーホールによってｃＭＵＴチップ２０の電極とフレキシブル基板７２の信号線とを接続する場合には、接続線と導電膜７６とが近接しないので短絡する虞がなく、導電膜７６のグランド電位が維持されるので安全性が確保される。

また、図５や図９等に示すワイヤボンディング方式で用いられるワイヤ８６は、金属細線であるので、作用力によって破損しやすく取り扱いが困難である。一方、図１６及び図１７に示すスルーホールによる接続では、ワイヤボンディング方式によるワイヤ接続作業は不要であり、取り扱いが容易である。

また、図５や図９に示すワイヤボンディング方式による接続では、ワイヤ８６の周囲を充填するために光硬化樹脂８８等の封止材を要する。封止材として用いられる樹脂とワイヤ８６とでは線膨張係数が異なる。一般に、封止材として用いられる樹脂の線膨張係数は、金属より大きい。このため、温度変化によって封止材として用いられる樹脂が膨張するとワイヤ８６が破損する虞がある。また、封止材として用いられる樹脂内に不純物が存在する場合、電気的なマイグレーションによって、ワイヤ８６と導電膜７６との間が短絡する虞がある。一方、図１６及び図１７に示すスルーホールによる接続では、ワイヤ及び封止材は不要であるので、樹脂内の不純物に起因する問題は生じない。

このように、第１０実施形態では、ワイヤボンディング方式による接続に代えてスルーホールによる接続を行うことにより、超音波探触子２の安全性をさらに向上させることができる。

（１３．第１１の実施形態）
次に、図１８及び図１９を参照しながら、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態は、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０のグランド接続に関する。
第７の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の側面から導電樹脂８９を介して、基板４０がグランド接続されるものとして説明したが、第１１の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の上面側（超音波放射面側）あるいは下面側（背面側）から基板４０がグランド接続される。

（１３−１．ｃＭＵＴチップ上面側からのグランド接続）
図１８は、ｃＭＵＴチップ２０の上面側からの基板４０のグランド接続を示す図である。

スルーホール１８１は、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０とｃＭＵＴチップ２０の上面に設けられるパッド端子１８２との導通路である。スルーホール１８５は、フレキシブル基板７２の内面に設けられるグランド線９４と上面に設けられるパッド端子１８４との導通路である。スルーホール１８１及びスルーホール１８５は、金属で充填されたり、内部壁面に金属層が形成されたりする。

パッド端子１８２とパッド端子１８４とは、ワイヤボンディング方式によりワイヤ１８３を介して電気的に接続される。ｃＭＵＴチップ２０の基板４０は、スルーホール１８１、パッド端子１８２、ワイヤ１８３、パッド端子１８４、スルーホール１８５、グランド線９４を介してグランド１０８に接続される。

（１３−２．ｃＭＵＴチップ下面側からのグランド接続）
図１９は、ｃＭＵＴチップ２０の下面側からの基板４０のグランド接続を示す図である。

スルーホール１９１は、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０とｃＭＵＴチップ２０の下面に設けられるパッド端子１９２との導通路である。スルーホール１９５は、フレキシブル基板７２の内面に設けられるグランド線９４と上面に設けられるパッド端子１９４との導通路である。スルーホール１９１及びスルーホール１９５は、金属で充填されたり、内部壁面に金属層が形成されたりする。

パッド端子１９２とパッド端子１９４とは、異方導電接着シート等の導電接着剤１９３により電気的に接続される。ｃＭＵＴチップ２０の基板４０は、スルーホール１９１、パッド端子１９２、導電接着剤１９３、パッド端子１９４、スルーホール１９５、グランド線９４を介してグランド接続される。

（１３−３．第１１の実施形態における効果）
このように、第１１の実施形態では、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０は、スルーホールを介して、ｃＭＵＴチップ２０の上面側あるいは下面側からグランド接続を行うことができる。これにより、グランド接続のための導電樹脂の充填に代えて、ワイヤボンディング方式による接続やパッド端子同士の位置合わせを行うだけで、ｃＭＵＴチップ２０の基板４０のグランド接続を行うことができる。基板４０をグランド電位とすることにより、ｃＭＵＴチップの電位を安定化して超音波特性を安定化させることができる。

尚、ｃＭＵＴチップチップ２０の基板４０上には、１００Ｖ以上の高電圧が印加される上部電極４６及び下部電極４８が存在する。基板４０自体も半導体であるので、異常発生時には基板４０が高電圧となる可能性もある。第１１の実施形態では、スルーホールを介して基板４０をグランド接続することにより、異常発生時においても基板４０をグランド電位に維持することができ、超音波探触子２の安全性を確保することができる。

（１４．その他）
尚、上述の実施形態を適宜組み合わせて超音波探触子及び超音波診断装置を構成するようにしてもよい。
また、上述の実施の形態では、導電層の膜厚を０．１μｍ程度とし、絶縁層の膜厚を１μｍ程度とすることが望ましい。絶縁層及び導電層の膜厚をそれぞれ薄くすることにより、ｃＭＵＴチップにおいて送受される超音波への影響（パルス・周波数特性への影響や減衰）を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子及び超音波診断装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims (11)

1. バイアス電圧に応じて電気機械結合係数または感度が変化する複数の振動要素を有し超音波を送受波するｃＭＵＴチップと、前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に設けられる音響レンズと、前記ｃＭＵＴチップの背面側に設けられ前記超音波の伝播を吸収するバッキング層と、前記ｃＭＵＴチップの周縁部から前記バッキング層の側面に設けられ前記ｃＭＵＴチップの電極と接続される信号パターンが配置される電気配線部と、前記ｃＭＵＴチップ及び前記音響レンズ及び前記バッキング層及び前記電気配線部を格納する筺体部と、を備える超音波探触子において、
   前記ｃＭＵＴチップの超音波放射側に、グランド電位のグランド層が接着され、
   前記ｃＭＵＴチップは基板を有し、
   前記ｃＭＵＴチップの振動要素は、前記ｃＭＵＴチップの基板の超音波放射側に設けられる膜体と、前記膜体に設けられる下部電極と、前記下部電極の超音波放射側に設けられる上部電極と、を有し、
   前記ｃＭＵＴチップの基板は、グランド線に接続され、
   前記上部電極には、グランド電位を基準として、超音波を送受波するための交流高周波電圧が印加され、
   前記下部電極には、グランド電位を基準として、電気機械結合係数または感度を変化させるための直流のバイアス電圧が印加されることを特徴とする超音波探触子。
2. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記グランド層は、前記音響レンズの内面及び外側面に沿って形成され、
   前記音響レンズの外側面において、前記グランド層と導電部材とが接続固定され、前記バッキング層の側面において、前記導電部材とグランド線とが接続固定されることを特徴とする超音波探触子。
3. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記グランド層は、前記音響レンズの内面及び外側面に沿って形成され、
   前記グランド層は、前記音響レンズの外側面においてグランド線と接続固定されることを特徴とする超音波探触子。
4. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記グランド層の超音波照射側または背面側の少なくともいずれかに絶縁層が形成されることを特徴とする超音波探触子。
5. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記ｃＭＵＴチップの電極と前記電気配線部の信号パターンとの接続部の周囲には、封止材が充填されることを特徴とする超音波探触子。
6. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記ｃＭＵＴチップの電極と前記電気配線部の信号パターンとの接続部の周囲には、前記ｃＭＵＴチップと前記音響レンズとの接着に用いられる接着剤が充填されることを特徴とする超音波探触子。
7. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記ｃＭＵＴチップの基板は、ｃＭＵＴチップの側方から導電性樹脂を介してグランド線に接続されることを特徴とする超音波探触子。
8. 請求項１記載の超音波探触子において、
   前記ｃＭＵＴチップは、前記ｃＭＵＴチップの電極を超音波放射面または背面まで導通させるスルーホールを具備し、
   前記ｃＭＵＴチップの電極は、前記スルーホールを介して前記電気配線部の信号パターンに接続されることを特徴とする超音波探触子。
9. 請求項７記載の超音波探触子において、 前記スルーホールと前記電気配線部の信号パターンとは双方のパッド端子の位置合わせによって接続されることを特徴とする超音波探触子。
10. 請求項１記載の超音波探触子において、 前記ｃＭＵＴチップは、前記ｃＭＵＴチップの基板を超音波放射面または背面まで導通させるスルーホールを具備し、 前記ｃＭＵＴチップの基板は、前記スルーホールを介してグランド線に接続されることを特徴とする超音波探触子。
11. 被検体に超音波を送受信する超音波探触子と、前記超音波探触子から出力される超音波受信信号に基づいて超音波画像を構成する画像処理部と、前記超音波画像を表示する表示部と、を備える超音波診断装置において、 前記超音波探触子は請求項１に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。

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