專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波探頭，其可以抑制作為超聲波發(fā)生源的壓 電元件的溫度上升，特別是高效抑制溫度上升的超聲波探頭。
因?yàn)槌暡ㄌ筋^(壓電元件)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能量時(shí)會(huì)發(fā)
熱，產(chǎn)生例如材料熱老化后強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的可靠性低；或者特性改 變引起的品質(zhì)低等問(wèn)題。還有，作為醫(yī)用的超聲波探頭，對(duì)生物體皮 膚產(chǎn)生低溫燙傷的安全問(wèn)題。現(xiàn)在也有介紹這些問(wèn)題的解決方法的例 子，例如其中之一，由本申請(qǐng)人提出的文件，后面要記述的日本特開(kāi) 平5-244690號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)平3-203290號(hào)公報(bào)。
背景技術(shù)：
圖4是這種現(xiàn)有例子的超聲波探頭的說(shuō)明圖。圖4A是取下殼體， 部分截取探頭的長(zhǎng)軸方向的截面圖；圖4B是其短軸方向的截面圖。
這種超聲波探頭，如圖4A所示，多個(gè)制成竹簡(jiǎn)形的壓電元件1 在寬的方向上按竹簡(jiǎn)形排列，并列設(shè)置在支持件2上。這種情況下， 壓電元件1的寬的方向成為超聲波探頭的長(zhǎng)軸方向(圖4A所示的長(zhǎng)方 向)，壓電元件l的長(zhǎng)的方向成為短軸方向。而且，壓電元件l在長(zhǎng)軸 方向，例如被位驅(qū)動(dòng)或線驅(qū)動(dòng)。
壓電元件l，在其兩個(gè)主面有驅(qū)動(dòng)電極3a、 3b，作為發(fā)送和接受 超聲波面的一側(cè)主面上配置有驅(qū)動(dòng)電極3a，驅(qū)動(dòng)電極3a作為地電位接 地。另外，在支持件2側(cè)的那個(gè)另一側(cè)主面上配置有驅(qū)動(dòng)電極3b，在 驅(qū)動(dòng)電極3b上施加連續(xù)的脈沖電壓。還有，在一側(cè)主面配置的驅(qū)動(dòng)電 極3a臨時(shí)作為地電極3a，在另一側(cè)主面配置的驅(qū)動(dòng)電極3b作為信號(hào) 電極3b。這樣，由于地電極3a側(cè)與生物體接觸，提高了安全性。而且， 信號(hào)電極3b根據(jù)來(lái)自生物體的反射波得到電信號(hào)。
這種情況下，另一側(cè)主面配置的信號(hào)電極3b連接于柔性基板4的 信號(hào)線路4a上，該柔性基板4設(shè)置在壓電元件1的兩端側(cè)和支持件2
之間，信號(hào)電極3b被交錯(cuò)(鋸齒狀)導(dǎo)出。還有，導(dǎo)線5跨越壓電元 件1另一側(cè)多個(gè)壓電元件1。 一側(cè)主面的地電極3a，是通過(guò)例如導(dǎo)線5 連接在一起，連接于柔性基板4的未圖示的地線上。
或者，將信號(hào)電極3b通過(guò)導(dǎo)線連接于柔性基板4的各信號(hào)線，在 信號(hào)電極3b和支持件2之間插入有未圖示的Ag銀等形成的金屬薄板。 這種情況下，金屬薄板比柔性基板更柔軟，將抑制對(duì)于壓電元件l的 機(jī)械變形，改善振動(dòng)特性。(參照日本特開(kāi)平11-309143號(hào)公報(bào)(段落
至
))。
通常，如圖4B所示，在壓電元件1的一側(cè)主面上，重疊設(shè)置聲音 調(diào)整層6和聲音晶體7。聲音調(diào)整層6是為了調(diào)整壓電元件1和生物體 的聲阻，抑制超聲波的傳播損失。將聲音調(diào)整層6的厚度處理為超聲 波波長(zhǎng)X的1/4以防止阻尼振蕩。 一般來(lái)說(shuō)，聲音調(diào)整層6是使聲阻逐 漸接近生物體聲阻的二層結(jié)構(gòu)。聲音晶體7，如圖4B所示，在壓電元 件l的長(zhǎng)方向(超聲波探頭的短軸方向)有曲率，將長(zhǎng)方向的超聲波 聚焦成束在根據(jù)曲率決定的位置。
然后，如圖4B所示，日本特開(kāi)平3-2032卯號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平5-244690 號(hào)公報(bào)中，在支持件2的下面設(shè)置有例如金屬(Al鋁等)制造的散熱 用基座8，上述結(jié)構(gòu)的探頭本體保持在散熱基座8上。然后，如圖4B 所示，將在例如一側(cè)主面上由第一金屬薄板9a形成的熱傳導(dǎo)件(Ag 銀)的一端，通過(guò)導(dǎo)電性接著劑或焊錫等面接合于壓電元件l長(zhǎng)方向 的一端。
還有，在散熱用基座8的下面和外圓周面接合的(參照?qǐng)D4A)、 由例如Cu (銅)制的第二金屬薄板9b上，同樣地接合第一金屬薄板 9a的另一端，使其熱結(jié)合。還有，特開(kāi)平3-203290號(hào)公報(bào)中，散熱用 基座8上連接有未圖示接線，將放熱用基座的熱量導(dǎo)出到外部。
通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量，從壓電元 件1放熱到放熱用基座8，再通過(guò)接線傳熱線放出到外部。這樣就防止 了由于材料熱老化后強(qiáng)度不足導(dǎo)致的探頭可靠性低，或特性改變引起 的品質(zhì)低或?qū)ι矬w皮膚的低溫燙傷等等問(wèn)題。
但是，上述結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有超聲波探頭上，只有壓電元件l上作為超 聲波發(fā)送接受面的一側(cè)主面的一端傳熱，即只有一側(cè)主面的一端上接
著第一金屬薄板9a傳熱，壓電元件1的中央到另一端的熱量不能充分 傳導(dǎo)。
這種情況下，例如通過(guò)濺射法由Au (金)形成的地電極3a，壓電 元件l的一端通過(guò)地電極3a傳熱，電極厚度只有大約10nm左右，極 小。另外，由Ag (銀)形成地電極3a的情況，為了獲得附著力強(qiáng)度， 會(huì)混入玻璃燒制，所以降低了熱傳導(dǎo)率。也就是說(shuō)，任何一種情況都 無(wú)法充分傳熱。
還有，特開(kāi)平5-244690號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平3-203290號(hào)公報(bào)中，只有 從壓電元件1的任一側(cè)的主面?zhèn)鳠?，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，壓電元件1的熱 量也無(wú)法充分傳導(dǎo)。由此看來(lái)，電氣/機(jī)械轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的壓電元件l的 熱量殘留，會(huì)對(duì)聲音調(diào)整層6或接著劑等周邊產(chǎn)生不好影響。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種超聲波探頭，可以將電氣/機(jī)械轉(zhuǎn) 換時(shí)產(chǎn)生的熱量充分傳導(dǎo)放熱到外部，抑制壓電元件的溫度上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的超聲波探頭由以下構(gòu)成，在產(chǎn)生超聲波用的壓電元件的 兩主面形成有驅(qū)動(dòng)電極、在前述壓電元件的一側(cè)主面上形成的聲音調(diào) 整層、附著在前述壓電元件另一側(cè)主面有支持件、設(shè)置在前述支持件 下面的散熱用基座、將前述壓電元件的至少任一主面與前述散熱用基 座熱結(jié)合的傳熱用金屬薄板，前述金屬薄板從前述壓電元件的一端穿 越中央跨到另一端，面接合。
通過(guò)這種構(gòu)成，電極導(dǎo)出用的金屬薄板從壓電元件的一端起經(jīng)過(guò) 中心直到另一端均有接觸，換言之就是全面接觸，從熱傳導(dǎo)性方面來(lái) 講，電氣/機(jī)械轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的、來(lái)自壓電元件的熱量可以容易的傳導(dǎo)。
本發(fā)明，前述傳熱用金屬薄板面接合于前述壓電元件的一側(cè)主面。 這樣，金屬薄板傳導(dǎo)壓電元件與生物體接觸的一側(cè)主面的熱量，針對(duì) 探測(cè)接觸時(shí)的低溫燙傷等可以提高安全性。
還有，本發(fā)明中，前述傳熱用金屬薄板面接合于前述壓電元件的 另一側(cè)主面，兼用作導(dǎo)出前述驅(qū)動(dòng)電極的電極，前述金屬薄板熱結(jié)合 于前述散熱用基座，中間夾有絕緣性熱傳導(dǎo)材料。這種情況下，電極 導(dǎo)出用金屬薄板熱結(jié)合于前述散熱用基座，中間夾有絕緣性熱傳導(dǎo)材
料，金屬薄板可以兼用作傳熱。
還有，本發(fā)明中，前述傳熱用金屬薄板面接合于前述壓電元件的 一側(cè)主面，熱結(jié)合于散熱用基座的同時(shí)，前述傳熱用金屬薄板也面接 合于前述壓電元件的另一側(cè)主面，兼用作前述驅(qū)動(dòng)電極的電極導(dǎo)出， 并且熱結(jié)合于前述散熱基座，中間夾有絕緣性熱傳導(dǎo)材料。這種情況 下，傳熱用金屬薄板接合于壓電元件的兩側(cè)主面，壓電振子的熱量從 兩面?zhèn)鲗?dǎo)，傳熱效果最佳。
還有，本發(fā)明中，使前述傳熱用金屬薄板的厚度小于前述壓電元
件發(fā)射出的超聲波波長(zhǎng)、的1/20。這種情況下，例如即使全面設(shè)置金
屬薄板于作為波發(fā)送接受面的一側(cè)主面上，壓電元件的厚度也可以不 考慮超聲波波長(zhǎng)，不會(huì)產(chǎn)生超聲波傳播損失。還有，聲音調(diào)整層的厚
度，考慮到這些，整體設(shè)置為超聲波波長(zhǎng)入的1/4。
還有，即使金屬薄板設(shè)置于另一側(cè)主面的情況下，金屬薄板的厚 度也可以不考慮超聲波波長(zhǎng)，超聲波不產(chǎn)生反射波而透過(guò)金屬薄板。 因此不會(huì)妨害支持件的效果，支持件通過(guò)擴(kuò)散、吸收等有抑制超聲波 的反射的效果。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第一實(shí)施例的短軸方向的截面圖。 圖2是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第二實(shí)施例，圖2A是短軸方向的截
面圖，圖2B是取部分截面的長(zhǎng)軸方向側(cè)面圖，圖2C是金屬薄板制造
時(shí)的平面圖。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第三實(shí)施例的短軸方向的截面圖。 圖4是說(shuō)明超聲波探頭的現(xiàn)有例，圖4A是探頭長(zhǎng)軸方向，圖4B 是其短軸方向部分截取的截面圖。
具體實(shí)施形態(tài) 第一實(shí)施例
圖1是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第一實(shí)施例，取下殼體后短軸方向 部分截取的截面圖。
該超聲波探頭，在兩主面上，有地電極3a和信號(hào)電極3b的壓電
元件1固定接著在支持件2上，聲音調(diào)整層6和聲音晶體7設(shè)置在作 為壓電元件1 一側(cè)主面的波發(fā)送接受面?zhèn)?。而且，將壓電元?的信 號(hào)電極3b從兩端通過(guò)柔性基板4交替導(dǎo)出的探頭本體設(shè)置在散熱用基 座8上。這里設(shè)定超聲波頻率為2.0MHz。另外，導(dǎo)線5沿長(zhǎng)軸方向跨 越例如壓電元件1另一端各個(gè)壓電元件1，在一側(cè)主面配置地電極3a， 是通過(guò)導(dǎo)線5連接在一起，連接于柔性基板4的未圖示的地線上。
而且，第一實(shí)施例如圖1所示，從壓電元件1的一側(cè)主面的一端 穿越其中央跨到另一端，設(shè)置有作為熱傳導(dǎo)材料的第一金屬薄板9a， 夾在聲音調(diào)整層6和壓電元件1之間，與圍繞散熱用基座8的第二金 屬薄板9b接合。第一金屬薄板9a的厚度大約是30 y m，大約是超聲 波波長(zhǎng)人的1/100。
在第一實(shí)施例中，第一金屬薄板9a通過(guò)導(dǎo)電性接著劑接合于固定 接著在支持件2上的未圖示的壓電板上后，與壓電板一同一體化切斷、 分割。這樣，各個(gè)壓電元件1上都設(shè)置有各自的第一金屬薄板9a。之 后，將填充材料埋設(shè)在切斷分割時(shí)產(chǎn)生的分割溝內(nèi)后，通過(guò)鍍膜或貼 附方式形成二層結(jié)構(gòu)的聲音調(diào)整層6。
通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，傳熱用金屬薄板9a，從一端穿過(guò)中心跨到另一 端接觸壓電元件l，換言之是全面接觸，與壓電元件l熱結(jié)合。因此， 電氣/機(jī)械轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的壓電元件1產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)，熱量可以通 過(guò)第二金屬薄板9b散熱到散熱用基座8。而且，第一金屬薄板9a傳導(dǎo) 壓電元件1與生物體接觸的一側(cè)主面的熱量。因此，探測(cè)接觸時(shí)，特 別是針對(duì)低溫燙傷，可以提高安全性。
另外，第一實(shí)施例中，第一金屬薄板9a的厚度設(shè)定大約是30um， 該厚度即使加上導(dǎo)電性接著劑還是極薄。因此，在發(fā)送接受波時(shí)，超 聲波容易透過(guò)第一金屬薄板9a，可以不考慮傳播損失。該第一實(shí)施例 中，超聲波頻率設(shè)定為2.0MHz的低頻波，相對(duì)于第一金屬薄板9a的 厚度是小的。
還有，實(shí)際中，第一金屬薄板9a的厚度小于超聲波波長(zhǎng)X的1/20 時(shí)，可以不考慮傳播損失。因此，如果在這個(gè)范圍內(nèi)增大第一金屬薄 板的厚度，可以提高傳熱效果。這一點(diǎn)，其他實(shí)施例也是同樣的。
第二實(shí)施例
圖2是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第二實(shí)施例，圖2A是超聲波探頭短
軸方向的截面圖，圖2B是取部分截面的長(zhǎng)軸方向側(cè)面圖，圖2C是金 屬薄板制造時(shí)的平面圖。
該第二實(shí)施例中，在壓電元件1的另一側(cè)主面(支持件側(cè))設(shè)置 熱傳導(dǎo)用金屬薄板9。
艮P，該第二實(shí)施例中，如圖2A和圖2B所示，在壓電元件l的另 一側(cè)主面(信號(hào)電極3b側(cè))上奇數(shù)位置設(shè)置有從一端穿越中央跨到另 一端的第三金屬薄板9c，偶數(shù)位置設(shè)置有從另一端穿越中央跨到一端 的第四金屬薄板9d。而且，從壓電元件1的兩端交替導(dǎo)出第三金屬薄 板9c和第四金屬薄板9d。
在支持件2和散熱用基座8的兩個(gè)側(cè)面，通過(guò)接著劑接合絕緣性 熱傳導(dǎo)材料例如熱傳導(dǎo)板10a、 10b。從壓電元件1交替導(dǎo)出的第三金 屬薄板9c和第四金屬薄板9d固定接著于熱傳導(dǎo)板10a、 10b的上端。 另外，在熱傳導(dǎo)板10a、 10b的下端固定接著柔性基板4的前端。而且， 第三金屬薄板9c和第四金屬薄板9d通過(guò)Ag (銀)制的導(dǎo)線11與柔 性基板4的信號(hào)線4b連接。
該第二實(shí)施例中，如表示金屬薄板制造時(shí)的圖2C所示，例如支持 件2上電極指9 (9m和9n)交替延伸出的一體化的金屬薄板9X通過(guò) 導(dǎo)電性接著劑等接合于壓電板1A的下面。而且，與壓電板1A接合的 一體化的金屬薄板9X固定接著于支持件2上。而且， 一體化的金屬薄 板9X與壓電板1A—同切斷、分割，得到各個(gè)壓電元件2和各金屬薄 板9c、 9d。
通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，與前述第一實(shí)施例同樣，電極導(dǎo)出用第三金屬 薄板9c和第四金屬薄板9d，從一端(另一端)穿過(guò)中心跨到另一端(一 端)接觸壓電元件l，換言之是全面接觸(熱結(jié)合)。因此，電氣/機(jī)械 轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的壓電元件1發(fā)生的熱量容易傳導(dǎo)，熱量可以通過(guò)熱傳導(dǎo) 板10傳熱到散熱用基座8。
而且，第二實(shí)施例中，例如A1 (鋁)制的金屬散熱用基座8與第 三金屬薄板9c和第四金屬薄板9d中間夾有絕緣性熱傳導(dǎo)材料(熱傳 導(dǎo)板IO)，只有熱結(jié)合，遮斷電氣連接。因此，第三金屬薄板9c和第 四金屬薄板9d可以兼用作導(dǎo)出各壓電元件1的信號(hào)電極3和傳熱。
第三實(shí)施例
圖3是說(shuō)明本發(fā)明超聲波探頭第三實(shí)施例的短軸方向的截面圖。
該第三實(shí)施例中，如圖3所示，在壓電元件1的兩主面(聲音調(diào) 整層和支持件側(cè))設(shè)置熱傳導(dǎo)用彎折金屬薄板9a、 9c、 9d。即，該第 三實(shí)施例中，與前述第二實(shí)施例同樣，交替設(shè)置有，在壓電元件1的 另一側(cè)主面(信號(hào)電極3b側(cè))從一端(另一端)穿越中央跨到另一端 (一端)的第三金屬薄板9c和第四金屬薄板9d。
第三金屬薄板9c和第四金屬薄板9d從壓電元件1的兩端交替導(dǎo) 出，接合于兩側(cè)面的絕緣性熱傳導(dǎo)材料(第一熱傳導(dǎo)板)10a、 10b。 而且，與前述第一實(shí)施例同樣，壓電元件1 一側(cè)主面上設(shè)置有從一端 穿過(guò)中心跨到另一端的第一金屬薄板9a。壓電元件1的一端導(dǎo)出的第
三金屬薄板9c的彎折片緊密接著有第二熱傳導(dǎo)板10c，第一金屬薄板 9a與第二熱傳導(dǎo)板10c接合。
通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，與前述第二實(shí)施例同樣，第三金屬薄板9c和第 四金屬薄板9d與壓電元件l另一側(cè)主面全面接觸，熱結(jié)合，產(chǎn)生的熱 量可以通過(guò)第一熱傳導(dǎo)板10a、 10b傳熱到散熱用基座8。再有，第一 金屬薄板9a全面結(jié)合于壓電元件1 一側(cè)主面，通過(guò)熱傳導(dǎo)板10a、 10b、 10c傳熱到散熱用基座8。
因此，通過(guò)與壓電元件1兩側(cè)主面全面結(jié)合的金屬薄板9a、 9c、 9d，將電氣/機(jī)械變化時(shí)產(chǎn)生的壓電元件1發(fā)生的熱量傳導(dǎo)到散熱用基 座8，提高了傳熱(散熱)效果。
上述實(shí)施例中，壓電元件1的信號(hào)電極3b從壓電元件1的兩端交 替導(dǎo)出，也可以只從一端導(dǎo)出。這種情況下， 一側(cè)主面的金屬薄板9a 是壓電元件l的地電位面，可以直接接合于散熱用基座8。另外，熱傳 導(dǎo)板IO是用絕緣性熱傳導(dǎo)材料制作的，也可以使用絕緣性熱傳導(dǎo)接著 劑。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探頭，其特征在于，具有，在產(chǎn)生超聲波用的壓電元件的兩主面形成有驅(qū)動(dòng)電極、在前述壓電元件的一側(cè)主面上形成的聲音調(diào)整層、附著在前述壓電元件另一側(cè)主面有支持件、設(shè)置在前述支持件下面的散熱用基座、將前述壓電元件的至少任一主面與前述散熱用基座熱結(jié)合的傳熱用金屬薄板，前述傳熱用金屬薄板是從前述壓電元件的一端穿越中央跨到另一端，面接合。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板與前述壓 電元件的一側(cè)主面面接合。
3. 如權(quán)利要求1所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板與前述壓 電元件的另一側(cè)主面面接合，兼用作前述驅(qū)動(dòng)電極的電極導(dǎo)出，前述 金屬薄板與前述散熱用基座熱結(jié)合，中間夾有絕緣性熱傳導(dǎo)材料。
4. 如權(quán)利要求1所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板與前述壓 電元件的一側(cè)主面面接合，與前述散熱用基座熱結(jié)合，同時(shí)，前述傳 熱用金屬薄板與前述壓電元件的另一側(cè)主面也是面接合，兼用作前述 驅(qū)動(dòng)電極的電極導(dǎo)出，并且與前述散熱用基座熱結(jié)合，中間夾有絕緣 性熱傳導(dǎo)材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板厚度小于 前述壓電元件發(fā)射的超聲波波長(zhǎng)X的1/20。
6. 如權(quán)利要求2所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板厚度小于 前述壓電元件發(fā)射的超聲波波長(zhǎng)人的1/20。
7. 如權(quán)利要求3所述的超聲波探頭，前述傳熱用金屬薄板厚度小于 前述壓電元件發(fā)射的超聲波波長(zhǎng)X的1/20。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波探頭，其具有，在產(chǎn)生超聲波用的壓電元件的兩主面形成有驅(qū)動(dòng)電極、在前述壓電元件的一側(cè)主面上形成的聲音調(diào)整層、附著在前述壓電元件另一側(cè)主面有支持件、設(shè)置在前述支持件下面的散熱用基座、將前述壓電元件的至少任一主面與前述散熱用基座熱結(jié)合的傳熱用金屬薄板，前述傳熱用金屬薄板是從前述壓電元件的一端穿越中央跨到另一端的面接合結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，可以將電氣/機(jī)械轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的壓電元件的熱量充分傳導(dǎo)并散熱，抑制壓電元件的溫度上升。
文檔編號(hào)G01N29/32GK101103929SQ20071013620
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者近藤崇 申請(qǐng)人:日本電波工業(yè)株式會(huì)社