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WO2017199861A1 - 超音波振動子モジュール、超音波内視鏡および超音波振動子モジュールの製造方法 - Google Patents

超音波振動子モジュール、超音波内視鏡および超音波振動子モジュールの製造方法 Download PDF

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WO2017199861A1
WO2017199861A1 PCT/JP2017/017940 JP2017017940W WO2017199861A1 WO 2017199861 A1 WO2017199861 A1 WO 2017199861A1 JP 2017017940 W JP2017017940 W JP 2017017940W WO 2017199861 A1 WO2017199861 A1 WO 2017199861A1
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WO
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ultrasonic transducer
ultrasonic
transducer module
piezoelectric element
wiring
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/017940
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English (en)
French (fr)
Inventor
勝裕 若林
Original Assignee
オリンパス株式会社
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Publication date
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Priority to JP2018518261A priority patent/JP6648267B2/ja
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    • G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer module including an ultrasonic transducer that transmits an ultrasonic wave to an observation target, receives an ultrasonic echo reflected from the observation target, and converts the ultrasonic echo into an electrical signal, and the ultrasonic transducer
  • the present invention relates to an ultrasonic endoscope provided with a distal end of an insertion portion, and a method for manufacturing an ultrasonic transducer module.
  • Ultrasound may be applied to observe the characteristics of the biological tissue or material that is the object of observation.
  • the ultrasonic observation apparatus can acquire information on the characteristics of the observation target by performing predetermined signal processing on the ultrasonic echo received from the ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves. .
  • the ultrasonic transducer converts an electrical pulse signal into an ultrasonic pulse (acoustic pulse) and irradiates the observation target, and converts an ultrasonic echo reflected from the observation target into an electrical echo signal for output.
  • a plurality of piezoelectric elements For example, an ultrasonic echo is acquired from an observation target by arranging a plurality of piezoelectric elements along a predetermined direction and electronically switching elements involved in transmission and reception.
  • the types of ultrasonic transducers there are known a plurality of types such as a convex type, a linear type, a radial type, etc., which have different ultrasonic beam transmission / reception directions.
  • a convex ultrasonic transducer a plurality of piezoelectric elements are arranged along a curved surface, and each emits an ultrasonic beam toward the radial direction of the curved surface (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 a plurality of piezoelectric elements are arranged on a plane, a flexible substrate (Flexible Printed Circuits: FPC) is connected, and then a plurality of piezoelectric elements are bent to produce a convex ultrasonic transducer. ing.
  • FPC Flexible Printed Circuits
  • the bonding area between the piezoelectric element and the wiring extending from the FPC is also reduced.
  • the bonding strength is reduced. Due to the decrease in the bonding strength, there is a possibility that the bonding portion between the piezoelectric element and the wiring may be broken by an external force.
  • the present invention has been made in view of the above, and an ultrasonic transducer module and an ultrasonic endoscope that can ensure the bonding strength between a piezoelectric element and a wiring even when the pitch is narrowed. And it aims at providing the manufacturing method of an ultrasonic transducer
  • an ultrasonic transducer module is formed on a surface of a plurality of piezoelectric elements arranged in a longitudinal direction and the piezoelectric elements.
  • An electrode and a wiring member having a recess formed in a joint portion to be joined to the electrode are provided.
  • the concave portion has a groove shape that is cut out from one end of the wiring member, and the groove width of the concave portion is the same as that of the wiring member. It is characterized by being smaller than the thickness.
  • the ultrasonic transducer module according to the present invention further includes a bonding portion for bonding the electrode and the wiring member in the above invention, and the bonding portion is made of a metal whose main component is nickel or copper. It is the formed electrolytic plating layer.
  • the ultrasonic transducer module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a dematching layer is provided on a surface of the piezoelectric element opposite to the side on which the bonding portion is formed. To do.
  • the ultrasonic transducer module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the plurality of piezoelectric elements are arranged along a curved surface.
  • an ultrasonic endoscope according to the present invention is characterized in that the ultrasonic endoscope module according to the above-described invention is provided at the tip, and an insertion portion is inserted into a subject.
  • the method for manufacturing an ultrasonic transducer module according to the present invention includes an electrode formed on the surface of a plurality of piezoelectric elements arranged in the longitudinal direction, and a bonding portion where the electrode is bonded. A bonding step of bonding the wiring member having the recessed portion.
  • the joining step joins the electrode and the wiring material by an electrolytic plating method or a molten solder method.
  • the bonding strength between the piezoelectric element and the wiring can be ensured.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an endoscope system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the distal end configuration of the insertion portion of the ultrasonic endoscope according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part in a conventional ultrasonic transducer module, and is a schematic diagram illustrating a configuration of a wiring material.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an endoscope system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the distal end configuration of the insertion portion of the ultrasonic endoscope
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to the first modification of the first embodiment of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Modification 2 of Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Embodiment 2 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an endoscope system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the endoscope system 1 is a system that performs ultrasonic diagnosis in a subject such as a person using an ultrasonic endoscope.
  • the endoscope system 1 includes an ultrasonic endoscope 2, an ultrasonic observation device 3, an endoscope observation device 4, a display device 5, and a light source device 6.
  • the ultrasonic endoscope 2 converts an electrical pulse signal transmitted from the ultrasonic observation apparatus 3 into an ultrasonic pulse (acoustic pulse) to an object by an ultrasonic transducer provided at the distal end thereof. While irradiating, the ultrasonic echo reflected from the subject is converted into an electrical echo signal expressed by a voltage change and output.
  • the ultrasonic endoscope 2 usually has an imaging optical system and an imaging device, and is inserted into the digestive tract (esophagus, stomach, duodenum, large intestine) or respiratory organ (trachea, bronchi) of the subject for digestion. Imaging of either a tube or a respiratory organ can be performed. In addition, surrounding organs (pancreas, gallbladder, bile duct, biliary tract, lymph node, mediastinal organ, blood vessel, etc.) can be imaged using ultrasound. In addition, the ultrasonic endoscope 2 has a light guide that guides illumination light to be irradiated onto a subject during optical imaging. The light guide has a distal end portion that reaches the distal end of the insertion portion of the ultrasonic endoscope 2 into the subject, and a proximal end portion that is connected to the light source device 6 that generates illumination light.
  • the ultrasonic endoscope 2 has a light guide that guides illumination light to be irradiated onto a
  • the ultrasonic endoscope 2 includes an insertion unit 21, an operation unit 22, a universal cord 23, and a connector 24.
  • the insertion part 21 is a part inserted into the subject.
  • the insertion portion 21 is provided on the distal end side, and is a rigid distal end portion 211 that holds the ultrasonic transducer 7, and a bending portion that is connected to the proximal end side of the distal end portion 211 and can be bent.
  • 212 and a flexible tube portion 213 connected to the proximal end side of the bending portion 212 and having flexibility.
  • a light guide that transmits illumination light supplied from the light source device 6 and a plurality of signal cables that transmit various signals are routed inside the insertion portion 21.
  • a treatment instrument insertion passage for inserting the treatment instrument is formed.
  • the ultrasonic transducer 7 is a convex type that scans electronically by providing a plurality of piezoelectric elements in an array and electronically switching the piezoelectric elements involved in transmission / reception or delaying transmission / reception of each piezoelectric element. This is an ultrasonic transducer. The configuration of the ultrasonic transducer 7 will be described later.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the distal end configuration of the insertion portion of the ultrasonic endoscope according to the first embodiment.
  • the tip 211 has an ultrasonic transducer module 214 that holds the ultrasonic transducer 7, an illumination lens 215 a that collects the illumination light and emits it outside, and one of the imaging optical systems.
  • an endoscope module 215 having an objective lens 215b that takes in light from the outside.
  • the endoscope module 215 is formed with a treatment instrument protrusion 215 c that communicates with a treatment instrument insertion passage formed in the insertion section 21 and projects the treatment instrument from the distal end of the insertion section 21.
  • the vicinity of the end connected to the treatment instrument protrusion 215c is inclined with respect to the longitudinal axis of the insertion portion 21, and the treatment instrument protrudes from the treatment instrument protrusion 215c in a direction inclined with respect to the longitudinal axis. It is provided to do.
  • the longitudinal axis here is an axis along the longitudinal direction of the insertion portion 21.
  • the longitudinal axis is an axis that forms a constant straight line.
  • the operation unit 22 is connected to the proximal end side of the insertion unit 21 and receives various operations from a user such as a doctor. As shown in FIG. 1, the operation unit 22 includes a bending knob 221 for performing a bending operation on the bending unit 212 and a plurality of operation members 222 for performing various operations. In addition, the operation section 22 is formed with a treatment instrument insertion port 223 that communicates with the treatment instrument insertion path and allows the treatment instrument to be inserted into the treatment instrument insertion path.
  • the universal cord 23 is a cable that extends from the operation unit 22 and includes a plurality of signal cables that transmit various signals and an optical fiber that transmits illumination light supplied from the light source device 6.
  • the connector 24 is provided at the tip of the universal cord 23.
  • the connector 24 includes first to third connector portions 241 to 243 to which the ultrasonic cable 31, the video cable 41, and the optical fiber cable 61 are connected.
  • the ultrasonic observation apparatus 3 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via the ultrasonic cable 31 (FIG. 1), and outputs a pulse signal to the ultrasonic endoscope 2 via the ultrasonic cable 31. At the same time, an echo signal is input from the ultrasonic endoscope 2. Then, the ultrasonic observation device 3 performs a predetermined process on the echo signal to generate an ultrasonic image.
  • the endoscope observation apparatus 4 is electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 via a video cable 41 (FIG. 1) and inputs an image signal from the ultrasonic endoscope 2 via the video cable 41. . Then, the endoscope observation apparatus 4 performs a predetermined process on the image signal to generate an endoscope image.
  • the display device 5 is configured by using a liquid crystal or organic EL (Electro Luminescence), a projector, a CRT (Cathode Ray Tube), and the like, and an ultrasonic image generated by the ultrasonic observation device 3 or the endoscope observation device 4.
  • generated by are displayed.
  • the light source device 6 is connected to the ultrasonic endoscope 2 via the optical fiber cable 61 (FIG. 1), and supplies illumination light for illuminating the inside of the subject via the optical fiber cable 61 to the ultrasonic endoscope 2. To do.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • the ultrasonic transducer 7 is a convex ultrasonic transducer as shown in FIG. 2, and is a one-dimensional array (1D array) in which a plurality of piezoelectric elements 71 are arranged in a line. It will be explained as being.
  • the plurality of piezoelectric elements 71 are arranged along the outer surface forming the curved surface of the ultrasonic transducer 7, include the longitudinal axis, and Send and receive ultrasound on a plane parallel to the longitudinal axis.
  • the ultrasonic transducer 7 has a prismatic shape and a plurality of piezoelectric elements 71 aligned in the longitudinal direction, and a first acoustic matching provided on the outer surface side of the ultrasonic transducer 7 with respect to the piezoelectric elements 71.
  • the layer 72, the second acoustic matching layer 73 provided on the opposite side to the side in contact with the piezoelectric element 71 of the first acoustic matching layer 72, and the side opposite to the side in contact with the first acoustic matching layer 72 of the piezoelectric element 71.
  • a backing material 74 and an acoustic lens 75 provided on the opposite side of the second acoustic matching layer 73 in contact with the first acoustic matching layer 72 are provided.
  • the backing material 74 includes a piezoelectric element 71, a first acoustic matching layer 72, a wall portion 76 standing on the side where the piezoelectric element 71 of the first acoustic matching layer 72 is disposed, and a hard resin. And a hollow space formed by a lid portion 77 that seals one end side of the wall portion 76 is filled.
  • the acoustic lens 75 covers the outer surfaces of the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, the wall 76 and the lid 77.
  • the acoustic lens 75 forms the outer surface of the ultrasonic transducer 7.
  • the piezoelectric element 71 converts an electrical pulse signal into an acoustic pulse and irradiates the subject, and converts an ultrasonic echo reflected by the subject into an electrical echo signal expressed by a voltage change and outputs the electrical echo signal.
  • a signal input / output electrode 71a is provided on the main surface on the backing material 74 side, and a ground surface for grounding is provided on the main surface on the first acoustic matching layer 72 side of the piezoelectric element 71.
  • An electrode 71b is provided. Each electrode is formed using a conductive metal material or resin material.
  • the main surface here means an acoustic radiation surface and a surface facing the acoustic radiation surface, and a surface continuous with the principal surface is called a side surface.
  • the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 allow the acoustic impedance of the piezoelectric element 71 and the acoustic impedance of the observation target to be efficiently transmitted between the piezoelectric element 71 and the observation target. And match.
  • the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 are made of different materials.
  • the first embodiment will be described as having two acoustic matching layers (the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73). It is good also as three or more layers.
  • the first acoustic matching layer 72 is provided with a ground electrode 72 a that is electrically connected to the ground electrode 71 b of the piezoelectric element 71.
  • the ground electrode 72a is formed of a conductive material larger than the acoustic impedance of the piezoelectric element 71, and functions as a dematching layer.
  • the piezoelectric element 71 is grounded to the outside through the ground electrode 72a.
  • the backing material 74 attenuates unnecessary ultrasonic vibration generated by the operation of the piezoelectric element 71.
  • the backing material 74 is formed using a material having a large attenuation rate, for example, an epoxy resin in which a filler such as alumina or zirconia is dispersed, or a rubber in which the filler is dispersed.
  • the acoustic lens 75 is formed using silicone, polymethylpentene, epoxy resin, polyetherimide, etc., and has a function of narrowing the ultrasonic wave with one surface being convex or concave, and the second acoustic matching layer.
  • the ultrasonic wave that has passed through 73 is emitted to the outside, or an ultrasonic echo from the outside is captured.
  • the acoustic lens 75 can be arbitrarily provided, and may be configured without the acoustic lens 75.
  • the ultrasonic transducer 7 having the above configuration is designed to be supervised by the piezoelectric element 71 by the input of the pulse signal, via the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, and the acoustic lens 75. Irradiate sound waves. At this time, in the piezoelectric element 71, the side opposite to the side where the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73 and the acoustic lens 75 are disposed attenuates unnecessary vibration from the piezoelectric element 71 by the backing material 74. Yes.
  • the ultrasonic wave reflected from the observation target is transmitted to the piezoelectric element 71 through the acoustic lens 75, the second acoustic matching layer 73, and the first acoustic matching layer 72.
  • the piezoelectric element 71 is vibrated by the transmitted ultrasonic wave, the piezoelectric element 71 converts the vibration into an electrical echo signal, and this echo signal is output to the ultrasonic observation apparatus 3 via the wiring member 101 described later. To do.
  • the ultrasonic transducer module 214 has a housing 214a in which an accommodation hole 214b capable of accommodating the ultrasonic transducer 7 and the relay substrate 100 described later is formed.
  • the ultrasonic transducer module 214 includes an ultrasonic transducer 7, a cable that forms part of a path that electrically connects the ultrasonic transducer 7 (ultrasonic transducer module 214) and the ultrasonic observation device 3.
  • the relay board 100 relays the electrical connection between the two.
  • the relay substrate 100 is an insulating member that is a flexible printed circuit (FPC) that is held by the ultrasonic transducer 7 on one side of the ultrasonic transducer 7 and on the side opposite to the surface that transmits and receives ultrasonic waves.
  • 100I and a wiring member 101 which is a conductive member extending in a flying lead structure and electrically connected to the signal input / output electrode 71a.
  • the insulating member 100I is formed using an insulating material such as polyimide.
  • a plurality of wiring members 101 are provided according to the number of piezoelectric elements 71 to be connected.
  • a part of the plurality of wiring members 101 may be integrated in a portion provided in the insulating member 100I.
  • the wiring member 101 is formed using a conductive material such as nickel, copper, or an alloy containing nickel or copper as a main component, and the end portion on the side connected to the signal input / output electrode 71a is curved to form L. It has a letter shape. Wiring member 101, the piezoelectric element 71, an area extending in the stacking direction of the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73, located within the region R 1 that passes through the matching layer of the piezoelectric element 71 Yes.
  • the matching layer here is a part of the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 that allows the ultrasonic waves from the piezoelectric element 71 to pass through, and is a dematching layer formed by the ground electrode 71b and the like. This refers to the layer formed by the part excluding.
  • the ultrasonic wave and the unnecessary vibration described above are transmitted from the piezoelectric element 71 to the backing material 74 side, and the ultrasonic wave transmitted as the unnecessary vibration is attenuated by the backing material 74.
  • the signal input / output electrode 71a and the wiring member 101 are joined together by a joining portion 102.
  • the joint 102 is an electrolytic plating layer formed by an electrolytic plating method using a conductive material such as nickel, copper, or an alloy containing nickel or copper as a main component.
  • the material for forming the joint portion 102 can be quantitatively controlled by controlling the voltage or time.
  • the joint 102 may be formed by a molten solder method.
  • the joining portion of the joining portion 102 is a piezoelectrically inactive region in order to accurately transmit and receive ultrasonic waves.
  • Piezoelectrically inactive means that it is not polarized or no electric field is applied.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • the wiring material 101 is extended from the relay substrate 100 and then bent at the tip.
  • a recess 103 is formed at the tip of the wiring material 101.
  • the recess 103 has a cutout shape that is cut out from the front end of the wiring member 101 along the longitudinal direction of the wiring member 101.
  • a bonding region formed by the bonding portion 102 includes the concave portion 103.
  • the length of the wiring material 101 in the longitudinal direction is L 1
  • the thickness of the wiring material 101 is T 1
  • the length of the wiring material 101 in the short direction is W 1
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part in a conventional ultrasonic transducer module, and is a schematic diagram illustrating a configuration of a wiring material.
  • the conventional wiring member 200 that does not have the recess 103 has a tip bent after extending from the insulating member 100I.
  • the signal input / output electrode 71a and the wiring member 200 are joined by the joining portion 102.
  • the lengths L 1 and L 100 described above are 300 ( ⁇ m), the thicknesses T 1 and T 100 are 25 ( ⁇ m), the lengths W 1 and W 100 are 70 ( ⁇ m), and the groove width d 1 is 10 ( ⁇ m), the surface area ratio S 1 : S 100 is 115: 100, and the wiring material 101 according to the first embodiment has a larger surface area. For this reason, the bonding area of the wiring material 101 when bonded by the bonding portion 102 becomes larger than the bonding area of the conventional wiring material 200, and the bonding strength can be improved.
  • the ultrasonic transducer module 214 When manufacturing the ultrasonic transducer module 214, first, the first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 are laminated on the piezoelectric element 71. At this time, the ground electrode 71 b in the piezoelectric element 71 and the ground electrode 72 a in the first acoustic matching layer 72 are in contact with each other.
  • the joint 102 is formed using, for example, the electrolytic plating method described above.
  • the electroplating method it is possible to suppress the generation of heat when the signal input / output electrode 71a and the wiring member 101 are joined, as compared with the conventional soldering. It is possible to suppress.
  • the electrolytic plating method a plurality of sets of signal input / output electrodes 71a and the wiring member 101 can be bonded together, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the joint 102 may be formed by a molten solder method.
  • first acoustic matching layer 72 and the second acoustic matching layer 73 may be laminated on the piezoelectric element 71 after the signal input / output electrode 71a and the wiring member 101 are joined.
  • the wall portion 76 is erected on the first acoustic matching layer 72.
  • the liquid backing material 74 is cast using the wall 76 as a weir and cured.
  • the relay substrate 100 is placed at a desired position.
  • a lid 77 is formed on the backing material 74 using, for example, an epoxy resin.
  • 3 shows the wall 76 having only two surfaces, it may be formed on the end side of the arranged piezoelectric elements 71 as a frame.
  • the acoustic lens 75 is attached to the outer periphery of the first acoustic matching layer 72, the second acoustic matching layer 73, the wall 76 and the lid 77. Further, the acoustic lens 75 is attached to the housing 214a. Thereby, the ultrasonic transducer module 214 shown in FIG. 3 is produced.
  • the bonding of the wiring material 101 is performed.
  • a recess 103 is formed in the region.
  • the bonding area of the wiring member 101 by the bonding portion 102 can be made larger than that of the wiring member 200 without the recess 103, even when the pitch is narrowed, The bonding strength between the piezoelectric element and the wiring can be ensured. Thereby, durability concerning the connection between the piezoelectric element and the wiring can be improved.
  • the groove width d 1 of the recess 103 is made smaller than the thickness T 1 of the wiring material 101, so that the contact area between the wiring material 101 and the joint portion 102 is reduced. Therefore, it is possible to increase the bonding strength between the piezoelectric element and the wiring, as compared with the conventional configuration.
  • the formation of the recess 103 reduces the weight of the wiring member 101 compared to the conventional configuration, thereby reducing unnecessary vibration and improving the image quality of the obtained image. can do.
  • the concave portion 103 has been described as having a notch shape cut out from the tip of the wiring material 101 along the longitudinal direction of the wiring material 101.
  • the concave portion has this shape. Not limited to. For example, it may be different from the notch shape according to the first embodiment, or may have a larger surface area due to porosity.
  • Modifications 1 to 3 other examples of the recess will be described.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to the first modification of the first embodiment of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • a wiring member 101A shown in FIG. 6 has a plurality of recesses 104 cut out from the side surface of the wiring member 101A. Each recess 104 extends in a direction parallel or perpendicular to the extending direction of the wiring member 101A. Also in the first modification, the bonding area by the bonding portion 102 can be increased as compared with the conventional example.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Modification 2 of Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • a wiring member 101B shown in FIG. 7 has a plurality of recesses 105 cut out from the side surface of the wiring member 101B. Each recess 105 extends in a direction parallel to the extending direction of the wiring member 101B, or extends in a direction inclined with respect to a direction orthogonal to the extending direction. Also in the second modification, the bonding area by the bonding portion 102 can be increased as compared with the conventional example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • a wiring member 101C shown in FIG. 8 has a recess 106 having a hole shape penetrating from one main surface to the other main surface among the opposing main surfaces of the wiring member 101C. Also in the third modification, since the surface area of the inner peripheral surface of the recess 106 is increased, the bonding area by the bonding portion 102 can be increased as compared with the conventional example.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the configuration of the main part of the ultrasonic transducer module according to Embodiment 2 of the present invention, and is a schematic diagram illustrating the configuration of the wiring material.
  • the wiring material 101 has been described as being located inside the region R 1 that passes through the matching layer of the piezoelectric element 71.
  • the wiring material 101D is a piezoelectric material.
  • the signal input / output electrode 71a of the piezoelectric element 71 and the wiring member 101D extending from the relay substrate 100 as a flying lead structure are provided.
  • the recessed part 103 was formed in the joining area
  • the bonding area by the bonding portion 102 in the wiring material 101D can be increased as compared with the wiring material 200 without the recess 103, even when the pitch is narrowed, The bonding strength between the piezoelectric element and the wiring can be ensured.
  • the wiring member 101D is, since so as to be positioned inside the region R 2 in accordance with the de-matching layer, the ultrasonic wave wire member 101D is reflected to the piezoelectric element 71 of the matching layer Therefore, the piezoelectric element 71 can be prevented from receiving unnecessary ultrasonic echoes. Thereby, it is possible to suppress noise caused by unnecessary ultrasonic echoes and improve the image quality of the ultrasonic image obtained by the ultrasonic transducer 7.
  • the wiring material 101D is described as being disposed in a region corresponding to the dematching layer through which the ultrasonic wave from the piezoelectric element 71 does not pass and a region not including the piezoelectric element 71. It suffices if it is arranged in either one of the regions. Specifically, the wiring material 101D may be disposed in a region corresponding to the dematching layer through which the ultrasonic wave from the piezoelectric element 71 does not pass, or disposed in a region not including the piezoelectric element 71. It may be.
  • the recess has been described as having a groove shape that cuts out part of the wiring material and penetrates the opposing main surfaces, but has a bottomed groove shape. It may be a thing.
  • the concave portion according to the present invention may have a bottomed groove shape or a concave shape, or may have a groove shape or a hole shape without a bottom. Further, the surface roughness of the wiring member may be increased to increase the surface area, or the above-described bottomed groove shape and the groove shape having no bottom may be combined.
  • the shape of the wiring material can be designed as appropriate depending on how to cut the recess.
  • the wiring material is provided with the recesses, and the wiring material and the electrode are joined by the joint portion 102.
  • the wiring material and the electrode are joined using the molten solder method. You may make it join.
  • a piezoelectric element has been described as an example of emitting an ultrasonic wave and converting an ultrasonic wave incident from the outside into an echo signal.
  • the present invention is not limited to this.
  • An element manufactured using (Micro Electro Mechanical Systems), for example, C-MUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers) or P-MUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers) may be used.
  • the ultrasonic endoscope may be applied to a small-diameter ultrasonic probe that does not have an optical system and performs scanning by mechanically rotating a vibrator.
  • Ultrasonic miniature probes are usually inserted into the biliary tract, bile duct, pancreatic duct, trachea, bronchi, urethra, ureter, and used to observe surrounding organs (pancreas, lung, prostate, bladder, lymph nodes, etc.).
  • the ultrasonic vibrator may be a linear vibrator, a radial vibrator, or a convex vibrator.
  • the scanning area is rectangular (rectangular, square), and when the ultrasonic transducer is a radial or convex transducer, the scanning area is fan-shaped or annular.
  • the ultrasonic endoscope may be one that mechanically scans the ultrasonic transducer, or a plurality of elements are arranged in an array as the ultrasonic transducer, and the elements involved in transmission and reception are switched electronically. Alternatively, electronic scanning may be performed by delaying transmission / reception of each element.
  • the ultrasonic transducer module of the present invention may be applied to an external ultrasonic probe that irradiates ultrasonic waves from the body surface of a subject.
  • the extracorporeal ultrasonic probe is usually used for observing an abdominal organ (liver, gallbladder, bladder), breast (particularly mammary gland), and thyroid gland.
  • the ultrasonic transducer module, the ultrasonic endoscope, and the ultrasonic transducer module manufacturing method according to the present invention can reduce the bonding strength between the piezoelectric element and the wiring even when the pitch is narrowed. Useful for securing.

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Abstract

本発明に係る超音波振動子モジュールは、長手方向を揃えて配列されてなる複数の圧電素子と、圧電素子の表面に形成されている電極と、電極と接合する接合部分に形成されている凹部を有する配線材と、を備えた。本発明によれば、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保することができる。

Description

超音波振動子モジュール、超音波内視鏡および超音波振動子モジュールの製造方法
　本発明は、超音波を観測対象へ送信するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを受信して電気信号に変換する超音波振動子を備えた超音波振動子モジュール、この超音波振動子を挿入部の先端に備えた超音波内視鏡、および超音波振動子モジュールの製造方法に関する。
　観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、超音波観測装置が、超音波を送受信する超音波振動子から受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。
　超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを電気的なエコー信号に変換して出力する複数の圧電素子を備える。例えば、複数の圧電素子を所定の方向に沿って並べて、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えることで、観測対象から超音波エコーを取得する。
　超音波振動子の種別として、コンベックス型、リニア型、ラジアル型等、超音波ビームの送受信方向が異なる複数のタイプが知られている。このうち、コンベックス型の超音波振動子は、複数の圧電素子が曲面に沿って配列され、各々が超音波ビームを曲面の径方向に向けて出射する（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、平面上に複数の圧電素子を配列して、フレキシブル基板（Flexible　Printed　Circuits：FPC）を接続した後、複数の圧電素子を湾曲させて、コンベックス型の超音波振動子を作製している。
特開平１－１０９２７９号公報
　ところで、隣り合う圧電素子間の距離を狭めて狭ピッチ化をはかろうとした場合、圧電素子とＦＰＣから延びる配線との接合面積も小さくなる。圧電素子と配線との接合面積が小さくなると、接合強度が低下してしまう。接合強度の低下により、外部から加わる力によって、圧電素子と配線との接合部分が破断してしまうおそれがあった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保することができる超音波振動子モジュール、超音波内視鏡および超音波振動子モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子モジュールは、長手方向を揃えて配列されてなる複数の圧電素子と、前記圧電素子の表面に形成されている電極と、前記電極と接合する接合部分に形成されている凹部を有する配線材と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールは、上記発明において、前記凹部は、前記配線材の一端から切り欠かれてなる溝形状をなしており、前記凹部の溝幅は、前記配線材の厚さよりも小さいことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールは、上記発明において、前記電極と前記配線材とを接合する接合部をさらに備え、前記接合部は、ニッケルまたは銅を主成分とする金属を用いて形成された電解めっき層であることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールは、上記発明において、前記圧電素子における前記接合部分が形成されている側と反対側の面には、デマッチング層が設けられていることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールは、上記発明において、前記複数の圧電素子は、曲面に沿って配列されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波内視鏡は、上記の発明に係る超音波振動子モジュールを先端に有し、被検体内に挿入される挿入部、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールの製造方法は、長手方向を揃えて配列されてなる複数の圧電素子の表面に形成されている電極と、該電極と接合する接合部分に形成されている凹部を有する配線材と、を接合する接合ステップ、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る超音波振動子モジュールの製造方法は、上記発明において、前記接合ステップは、前記電極と前記配線材とを、電解めっき法または溶融半田法により接合することを特徴とする。
　本発明によれば、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る超音波内視鏡の挿入部の先端構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、図２に示すＡ－Ａ線に応じた部分断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。 図５は、従来の超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。 図８は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。
　以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。
　超音波内視鏡２は、その先端部に設けられた超音波振動子によって、超音波観測装置３から送信された電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。
　超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器のいずれかの撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
　超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、コネクタ２４とを備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられ、超音波振動子７を保持する硬性の先端部２１１と、先端部２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３とを備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路などが形成されている。
　超音波振動子７は、複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるコンベックス型の超音波振動子である。超音波振動子７の構成については、後述する。
　図２は、本実施の形態１に係る超音波内視鏡の挿入部の先端構成を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、先端部２１１は、超音波振動子７を保持する超音波振動子モジュール２１４と、照明光を集光して外部に出射する照明レンズ２１５ａ、および、撮像光学系の一部をなし、外部からの光を取り込む対物レンズ２１５ｂを有する内視鏡モジュール２１５と、を備える。内視鏡モジュール２１５には、挿入部２１内に形成された処置具用挿通路に連通し、挿入部２１の先端から処置具を突出させる処置具突出口２１５ｃが形成されている。処置具用挿通路は、処置具突出口２１５ｃに連なる端部近傍が、挿入部２１の長手軸に対して傾斜し、処置具が処置具突出口２１５ｃから長手軸に対して傾斜した方向に突出するように設けられている。ここでいう長手軸とは、挿入部２１の長手方向に沿った軸である。湾曲部２１２や可撓管部２１３では各位置によって軸方向が変化するが、硬性の先端部２１１では、長手軸は、一定した直線をなす軸である。
　操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等のユーザからの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２とを備える。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
　ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、および光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
　コネクタ２４は、ユニバーサルコード２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、および光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１～第３コネクタ部２４１～２４３を備える。
　超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１（図１）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
　内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１（図１）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
　表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro　Luminescence）、プロジェクタ、ＣＲＴ（Cathode　Ray　Tube）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
　光源装置６は、光ファイバケーブル６１（図１）を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
　続いて、挿入部２１の先端に設けられた超音波振動子７の構成を図２～５を参照して説明する。図３は、図２に示すＡ－Ａ線に応じた部分断面図である。本実施の形態１では、超音波振動子７が、図２に示すようなコンベックス型の超音波振動子であって、複数の圧電素子７１が一列に配列された一次元アレイ（１Ｄアレイ）であるものとして説明する。換言すれば、本実施の形態１に係る超音波振動子７では、複数の圧電素子７１が、当該超音波振動子７の曲面をなす外表面に沿って配置され、長手軸を含み、かつ該長手軸と平行な面上で超音波を送受信する。
　超音波振動子７は、角柱状をなし、長手方向を揃えて並べられた複数の圧電素子７１と、圧電素子７１に対し、当該超音波振動子７の外表面側に設けられる第１音響整合層７２と、第１音響整合層７２の圧電素子７１と接する側と反対側に設けられる第２音響整合層７３と、圧電素子７１の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられるバッキング材７４と、第２音響整合層７３の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられる音響レンズ７５とを有する。バッキング材７４は、圧電素子７１と、第１音響整合層７２と、第１音響整合層７２の圧電素子７１が配設されている側に立設されてなる壁部７６と、硬質性の樹脂を用いて形成され、壁部７６の一端側を封止する蓋部７７とにより形成される中空空間に充填されている。音響レンズ７５は、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３、壁部７６および蓋部７７の外表面を被覆する。音響レンズ７５は、超音波振動子７の外表面をなしている。
　圧電素子７１は、電気的なパルス信号を音響パルスに変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。圧電素子７１には、例えば、バッキング材７４側の主面に信号入出力用電極７１ａが設けられているとともに、圧電素子７１の第１音響整合層７２側の主面にグラウンド接地用のグラウンド用電極７１ｂが設けられている。各電極は、導電性を有する金属材料または樹脂材料を用いて形成される。ここでいう主面とは音響放射面および該音響放射面と対向する面のことをさし、主面に連なる面を側面という。
　第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、圧電素子７１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子７１の音響インピーダンスと観測対象の音響インピーダンスとをマッチングさせる。第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、互いに異なる材料からなる。なお、本実施の形態１では、二つの音響整合層（第１音響整合層７２および第２音響整合層７３）を有するものとして説明するが、圧電素子７１と観測対象との特性により一層としてもよいし、三層以上としてもよい。
　第１音響整合層７２には、圧電素子７１のグラウンド用電極７１ｂと電気的に接続するグラウンド用電極７２ａが設けられている。グラウンド用電極７２ａは、圧電素子７１の音響インピーダンスよりも大きい導電性材料によって形成され、デマッチング層として機能する。圧電素子７１は、グラウンド用電極７２ａを介して外部に接地される。
　バッキング材７４は、圧電素子７１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させる。バッキング材７４は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成される。
　音響レンズ７５は、シリコーン、ポリメチルペンテンや、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凸状または凹状をなして超音波を絞る機能を有し、第２音響整合層７３を通過した超音波を外部に出射する、または外部からの超音波エコーを取り込む。音響レンズ７５については、任意に設けることができ、当該音響レンズ７５を有しない構成であってもよい。
　以上の構成を有する超音波振動子７は、パルス信号の入力によって圧電素子７１が振動することで、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７５を介して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子７１において、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７５の配設側と反対側は、バッキング材７４により、圧電素子７１からの不要振動を減衰させている。また、観測対象から反射された超音波は、音響レンズ７５、第２音響整合層７３および第１音響整合層７２を介して圧電素子７１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子７１が振動し、圧電素子７１が該振動を電気的なエコー信号に変換して、このエコー信号を、後述する配線材１０１を介して超音波観測装置３に出力する。
　図３に示すように、超音波振動子モジュール２１４は、上述した超音波振動子７および後述する中継基板１００を収容可能な収容穴２１４ｂが形成されているハウジング２１４ａを有する。
　超音波振動子モジュール２１４は、超音波振動子７と、当該超音波振動子７（超音波振動子モジュール２１４）と超音波観測装置３とを電気的に接続する経路の一部をなすケーブルと、の間の電気的な接続を中継する中継基板１００を備える。中継基板１００は、超音波振動子７の一端側であって、超音波を送受信する表面と反対側において、超音波振動子７に保持されるフレキシブル基板（Flexible　Printed　Circuits：FPC）である絶縁部材１００Ｉと、フライングリード構造をなして延出し、信号入出力用電極７１ａと電気的に接続する導電性部材である配線材１０１とを有する。絶縁部材１００Ｉは、ポリイミドなどの絶縁性の材料を用いて形成されている。配線材１０１は、接続対象の圧電素子７１の数に応じて複数個設けられる。複数の配線材１０１は、絶縁部材１００Ｉに設けられる部分において、一部が一体化されていてもよい。
　配線材１０１は、ニッケル、銅、または、ニッケルもしくは銅を主成分とする合金などの導電性材料を用いて形成され、信号入出力用電極７１ａと接続する側の端部が湾曲することによりＬ字状をなしている。配線材１０１は、圧電素子７１、第１音響整合層７２および第２音響整合層７３の積層方向に延びる領域であって、圧電素子７１のマッチング層を通過する領域Ｒ1の内部に位置している。ここでいうマッチング層とは、圧電素子７１からの超音波を通過させる第１音響整合層７２および第２音響整合層７３の一部であって、グラウンド用電極７１ｂなどにより形成されるデマッチング層を除く部分により形成される層をさす。この領域Ｒ1では、圧電素子７１からバッキング材７４側にも超音波、上述した不要振動が伝わり、不要振動として伝わった超音波が該バッキング材７４により減衰される。
　信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とは、接合部１０２によって接合されている。接合部１０２は、ニッケル、銅、または、ニッケルもしくは銅を主成分とする合金などの導電性材料を用いた電解めっき法によって形成されている電解めっき層である。電解めっき法は、電圧または時間を制御することによって接合部１０２を形成する材料の量的制御を行うことができる。なお、接合部１０２は、溶融半田法によって形成されるものであってもよい。
　ここで、圧電素子７１は、接合部１０２による接合部分が、圧電的に不活性な領域となっていることが、超音波の送受信を正確に行ううえで好ましい。圧電的に不活性とは、分極されていない、または電界が印加されないことをいう。
　図４は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。配線材１０１は、中継基板１００から延出した後、先端が屈曲してなる。配線材１０１の先端には、凹部１０３が形成されている。凹部１０３は、配線材１０１の先端から、該配線材１０１の長手方向に沿って切り欠かれた切欠き形状をなしている。接合部１０２による接合領域は、この凹部１０３を含んでいる。
　配線材１０１において、接合部１０２による接合領域であって、配線材１０１の長手方向の長さをＬ1、配線材１０１の厚さをＴ1、配線材１０１の短手方向の長さをＷ1、凹部１０３における切欠きの溝幅をｄ1としたとき、Ｔ1＞ｄ1が成り立っており、配線材１０１の接合部１０２との接触領域、すなわち配線材１０１において接合部１０２により接合される表面積Ｓ1は、
　　Ｓ1　＝　（（Ｗ1－ｄ1）／２＋Ｔ1）×Ｌ1×４
　　　　　　　　　　　　　　　　　＋｛（Ｗ1－ｄ1）／２｝×Ｔ1×２
で表される。
　図５は、従来の超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。凹部１０３を有しない従来の配線材２００は、絶縁部材１００Ｉから延出した後、先端が屈曲してなる。以下、信号入出力用電極７１ａと配線材２００とは、接合部１０２によって接合されているものとして説明する。
　配線材２００において、接合部１０２による接合領域であって、配線材２００の長手方向の長さをＬ100、配線材２００の厚さをＴ100、配線材２００の短手方向の長さをＷ100としたとき、配線材２００の接合部１０２との接触領域、すなわち配線材２００において接合部１０２により接合される表面積Ｓ100は、
　　Ｓ100　＝　（Ｗ100＋Ｔ100）×Ｌ100×２＋Ｗ100×Ｔ100
で表される。
　例えば、上述した長さＬ1およびＬ100が３００（μｍ）、厚さＴ1およびＴ100が２５（μｍ）、長さＷ1およびＷ100が７０（μｍ）、溝幅ｄ1が１０（μｍ）である場合、表面積の比Ｓ1：Ｓ100は１１５：１００となり、本実施の形態１にかかる配線材１０１の方が、表面積が大きくなる。このため、接合部１０２により接合した際の配線材１０１の接合面積が、従来の配線材２００の接合面積と比して大きくなり、接合強度を向上することができる。
　続いて、上述した超音波振動子モジュール２１４を製造する製造方法について説明する。超音波振動子モジュール２１４を製造する際には、まず、圧電素子７１に第１音響整合層７２および第２音響整合層７３を積層する。この際、圧電素子７１におけるグラウンド用電極７１ｂと、第１音響整合層７２におけるグラウンド用電極７２ａとが接触する。
　その後、圧電素子７１の信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とを接触させた状態で、接合部１０２によって信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とを接合する（接合ステップ）。接合部１０２は、例えば、上述した電解めっき法を用いて形成される。電解めっき法を用いることにより、従来の半田付けと比較して、信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とを接合する際の熱の発生を抑制することができ、圧電素子７１の熱劣化を抑制することが可能である。また、電解めっき法を用いることにより、複数組の信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とを一括して接合することができ、製造コストを低減することができる。なお、接合部１０２は、溶融半田法により形成してもよい。
　なお、上述した製造順は、逆であってもよい。具体的には、信号入出力用電極７１ａと配線材１０１とを接合した後、圧電素子７１に第１音響整合層７２および第２音響整合層７３を積層するようにしてもよい。
　圧電素子７１に第１音響整合層７２および第２音響整合層７３が積層され、信号入出力用電極７１ａに配線材１０１が接合された後、第１音響整合層７２に壁部７６を立設する。その後、壁部７６を堰として液状のバッキング材７４を注型し、硬化させる。バッキング材７４を注型して硬化させる際には、中継基板１００を所望の位置に配置しておく。その後、バッキング材７４上に、例えばエポキシ樹脂を用いて蓋部７７を形成する。なお、図３では壁部７６が二面のみであるものを図示しているが、配列した圧電素子７１の端部側にも形成して枠としてもよい。
　その後は、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３、壁部７６および蓋部７７の外周に音響レンズ７５を取り付ける。さらに、この音響レンズ７５をハウジング２１４ａに取り付ける。これにより、図３に示す超音波振動子モジュール２１４が作製される。
　以上説明した本実施の形態１によれば、圧電素子７１の信号入出力用電極７１ａと、中継基板１００から延出する配線材１０１とを接合部１０２により接合するうえで、配線材１０１の接合領域に、凹部１０３を形成するようにした。本実施の形態１によれば、配線材１０１における接合部１０２による接合面積を、凹部１０３を有しない配線材２００と比して大きくすることができるため、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保することができる。これにより、圧電素子と配線との間の接続に係る耐久性を向上することができる。
　また、上述した実施の形態１によれば、凹部１０３の溝幅ｄ1が、配線材１０１の厚さＴ1よりも小さくなるようにしたので、配線材１０１と接合部１０２との接触面積を、従来の構成と比して増大させ、圧電素子と配線との接合強度を向上させることができる。
　また、上述した実施の形態１によれば、凹部１０３を形成することで、従来の構成と比して配線材１０１の重量が減少するため、不要振動が減少し、得られる画像を高画質化することができる。
　上述した実施の形態１では、凹部１０３が、配線材１０１の先端から、該配線材１０１の長手方向に沿って切り欠かれた切欠き形状をなしているものとして説明したが、凹部はこの形状に限らない。例えば、実施の形態１に係る切り欠き形状とは異なるものであってもよいし、多孔質により表面積を大きくするものであってもよい。以下、変形例１～３では、凹部の他の例について説明する。
（実施の形態１の変形例１）
　図６は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。図６に示す配線材１０１Ａは、当該配線材１０１Ａの側面から切り欠かれてなる複数の凹部１０４を有する。各凹部１０４は、配線材１０１Ａの延伸方向に対して平行または垂直な方向に延びている。本変形例１においても、従来と比して、接合部１０２による接合面積を大きくすることができる。
（実施の形態１の変形例２）
　図７は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。図７に示す配線材１０１Ｂは、当該配線材１０１Ｂの側面から切り欠かれてなる複数の凹部１０５を有する。各凹部１０５は、配線材１０１Ｂの延伸方向に対して平行な方向に延びているか、または、延伸方向と直交する方向に対して傾斜した方向に延びている。本変形例２においても、従来と比して、接合部１０２による接合面積を大きくすることができる。
（実施の形態１の変形例３）
　図８は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。図８に示す配線材１０１Ｃは、当該配線材１０１Ｃの対向する主面のうち一方の主面から他方の主面に貫通する孔形状をなす凹部１０６を有する。本変形例３においても、凹部１０６の内周面分表面積が増大するため、従来と比して、接合部１０２による接合面積を大きくすることができる。
（実施の形態２）
　図９は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子モジュールにおける要部の構成を示す模式図であって、配線材の構成を説明する模式図である。上述した実施の形態１では、配線材１０１が圧電素子７１のマッチング層を通過する領域Ｒ1の内部に位置しているものとして説明したが、本実施の形態２では、配線材１０１Ｄが、圧電素子７１、第１音響整合層７２および第２音響整合層７３の積層方向に延びる領域Ｒ2であって、圧電素子７１からの超音波が通過しにくいグラウンド用電極７２ａにより形成されるデマッチング層に応じた領域、かつ圧電素子７１を含まない領域Ｒ2に配置されている。
　マッチング層では、圧電素子７１から超音波が伝わるため、このマッチング層を通過する領域に配線材が存在すると、この配線材によって超音波が圧電素子７１側に反射され、圧電素子７１が不要な超音波エコーを受信してしまう場合がある。本実施の形態２では、図９に示すように、デマッチング層を通過する領域Ｒ2に配線材１０１Ｄを配置して、圧電素子７１が不要な超音波エコーを受信することを抑制する。また、接合部１０２による接合部分と反対側の面にマッチング層が配置されていると、接合部１０２の付加により音場に乱れが生じることがある。上述した配置とすることによって、音場の乱れを抑制し、得られる画像を高画質化することができる。
　以上説明した本実施の形態２によれば、上述した実施の形態１と同様に、圧電素子７１の信号入出力用電極７１ａと、中継基板１００からフライングリード構造として延出する配線材１０１Ｄとを接合部１０２により接合するうえで、配線材１０１Ｄの接合領域に、凹部１０３を形成するようにした。本実施の形態２によれば、配線材１０１Ｄにおける接合部１０２による接合面積を、凹部１０３を有しない配線材２００と比して大きくすることができるため、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保することができる。
　また、本実施の形態２によれば、配線材１０１Ｄが、デマッチング層に応じた領域Ｒ2の内部に位置するようにしたので、マッチング層の圧電素子７１に配線材１０１Ｄが反射した超音波が入射することがないため、圧電素子７１が不要な超音波エコーを受信することを抑制できる。これにより、不要な超音波エコーによるノイズを抑制し、超音波振動子７により得られる超音波画像を高画質化することが可能となる。
　なお、本実施の形態２では、配線材１０１Ｄが、圧電素子７１からの超音波が通過しないデマッチング層に応じた領域、かつ圧電素子７１を含まない領域に配置されているものとして説明したが、いずれか一方の領域に配置されていればよい。具体的に、配線材１０１Ｄが、圧電素子７１からの超音波が通過しないデマッチング層に応じた領域に配置されるものであってもよいし、圧電素子７１を含まない領域に配置されるものであってもよい。
　ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態および変形例によってのみ限定されるべきものではない。本発明は、以上説明した実施の形態および変形例には限定されず、請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。また、実施の形態および変形例の構成を適宜組み合わせてもよい。
　また、上述した実施の形態１，２では、凹部が、配線材の一部を切り欠いて、対向する主面同士を貫通する溝形状をなすものとして説明したが、有底の溝形状をなすものであってもよい。本発明に係る凹部は、有底の溝形状または凹形状をなすものであってもよいし、底を有しない溝形状または孔形状をなすものであってもよい。また、配線材の表面粗さを大きくして、表面積を大きくするようにしてもよいし、上述した有底の溝形状と、底を有しない溝形状とを組み合わせてもよい。
　また、上述した実施の形態１，２では、配線材の延伸方向と直交する平面を切断面とする断面が矩形をなすものを例示して説明したが、これに限らず、例えば台形をなすものであってもよい。凹部を形成する際の切り方に応じて、配線材の形状は適宜設計することが可能である。
　また、上述した実施の形態１，２では、配線材に凹部を設けて、接合部１０２により配線材と電極とを接合するものとして説明したが、溶融半田法を用いて配線材と電極とを接合するようにしてもよい。
　また、上述した実施の形態１，２では、超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波をエコー信号に変換するものとして圧電素子を例に挙げて説明したが、これに限らず、ＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）を利用して製造した素子、例えばＣ－ＭＵＴ（Capacitive　Micromachined　Ultrasonic　Transducers）やＰ－ＭＵＴ（Piezoelectric　Micromachined　Ultrasonic　Transducers）であってもよい。
　また、超音波内視鏡として、光学系がなく、振動子を機械的に回転させて走査する細径の超音波プローブに適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器（膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等）を観察する際に用いられる。
　また、超音波振動子は、リニア振動子でもラジアル振動子でもコンベックス振動子でも構わない。超音波振動子がリニア振動子である場合、その走査領域は矩形（長方形、正方形）をなし、超音波振動子がラジアル振動子やコンベックス振動子である場合、その走査領域は扇形や円環状をなす。また、超音波内視鏡は、超音波振動子をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。
　また、超音波内視鏡として一例を記載したが、本発明の超音波振動子モジュールは、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブに適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器（肝臓、胆嚢、膀胱）、乳房（特に乳腺）、甲状腺を観察する際に用いられる。
　以上のように、本発明にかかる超音波振動子モジュール、超音波内視鏡および超音波振動子モジュールの製造方法は、狭ピッチ化した場合であっても、圧電素子と配線との接合強度を確保するのに有用である。
　１　内視鏡システム
　２　超音波内視鏡
　３　超音波観測装置
　４　内視鏡観察装置
　５　表示装置
　６　光源装置
　７　超音波振動子
　２１　挿入部
　２２　操作部
　２３　ユニバーサルコード
　２４　コネクタ
　３１　超音波ケーブル
　４１　ビデオケーブル
　６１　光ファイバケーブル
　７１　圧電素子
　７２　第１音響整合層
　７３　第２音響整合層
　７４　バッキング材
　７５　音響レンズ
　１００　中継基板
　１００Ｉ　絶縁部材
　１０１，１０１Ａ～１０１Ｄ　配線材
　１０２　接合部
　１０３～１０６　凹部
　２１１　先端部
　２１２　湾曲部
　２１３　可撓管部
　２１４　超音波振動子モジュール
　２１４ａ　ハウジング
　２１４ｂ　収容穴
　２１５　内視鏡モジュール
　２２１　湾曲ノブ
　２２２　操作部材
　２２３　処置具挿入口

Claims (8)

  1. 　長手方向を揃えて配列されてなる複数の圧電素子と、
    　前記圧電素子の表面に形成されている電極と、
    　前記電極と接合する接合部分に形成されている凹部を有する配線材と、
    　を備えたことを特徴とする超音波振動子モジュール。
  2. 　前記凹部は、前記配線材の一端から切り欠かれてなる溝形状をなしており、
    　前記凹部の溝幅は、前記配線材の厚さよりも小さい
    　ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子モジュール。
  3. 　前記電極と前記配線材とを接合する接合部をさらに備え、
    　前記接合部は、ニッケルまたは銅を主成分とする金属を用いて形成された電解めっき層である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子モジュール。
  4. 　前記圧電素子における前記接合部分が形成されている側と反対側の面には、デマッチング層が設けられている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子モジュール。
  5. 　前記複数の圧電素子は、曲面に沿って配列されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子モジュール。
  6. 　請求項１に記載の超音波振動子モジュールを先端に有し、被検体内に挿入される挿入部、
    　を備えたことを特徴とする超音波内視鏡。
  7. 　長手方向を揃えて配列されてなる複数の圧電素子の表面に形成されている電極と、該電極と接合する接合部分に形成されている凹部を有する配線材と、を接合する接合ステップ、
    　を含むことを特徴とする超音波振動子モジュールの製造方法。
  8. 　前記接合ステップは、前記電極と前記配線材とを、電解めっき法または溶融半田法により接合する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子モジュールの製造方法。
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