[发明专利]超声波探头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波探头及其制造方法，特别是涉及多个无机压电元件和多个有机压电元件彼此层叠形成的超声波探头及其制造方法。

背景技术

以往以来，在医疗领域中，利用了超声波图像的超声波诊断装置正在被实用化。通常，这种超声波诊断装置从超声波探头朝向被检体内发送超声波束，由超声波探头对来自被检体的超声波回波进行接收，并对其接收信号进行电学上的处理，从而生成超声波图像。

近年来，为了进行更准确的诊断，对因为被检体的非线性使超声波波形变形而产生的高次谐波成分进行接收并进行影像化的谐波成像成为主流。另外，近年来，作为使用了超声波的新型的诊断方法，向生物体照射激光并对因绝热膨胀产生的微弱且宽频带的弹性波进行接收并进行影像化的光声成像正在引人关注。

作为适用于该谐波成像、光声成像的超声波探头，例如，如专利文献1所公开的那样，提出了将使用了锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O₃)等的无机压电体的多个无机压电元件和使用了聚偏氟乙烯(PVDF)等的有机压电体的多个有机压电元件层叠形成的结构。

能够利用无机压电元件发送高输出功率的超声波束，并利用有机压电元件高灵敏度地接收高次谐波的信号。另外，能够利用无机压电体元件取得通常的超声波的接收信号，并且利用有机压电元件对光声成像的宽频带的信号高灵敏度地进行接收。

专利文献1：国际公开第2008/010509号

发明内容

发明要解决的课题

在此，从多个无机压电元件输出的超声波束透过有机压电体后，从超声波探头向被检体内发送，因此以超声波束的声透射率升高的方式设计有机压电体的厚度。具体来说，有机压电体设计为相对于从多个无机压电元件发送的基本波的波长λ满足λ/4共振条件的厚度的附近。因此，有机压电体不能自如地设计厚度，为了满足上述的共振条件，需要具备一定程度的厚度而进行设计。另一方面，有机压电体的介电常数较小，因此当较厚地形成机压电元件时，电容变小，难于在电路上效率良好地对利用由有机压电元件所接收到的超声波而产生的接收信号进行取得。另外，当电容较小时，热噪声变大，因此存在与所取得的信号的S/N也变得不利的倾向。

另外，在无机压电元件上层叠有机压电体的情况下，当彼此的电极位置相对于波束发送方向不一致时，会引起焦点偏离、接收效率的降低。从而，优选为无机压电元件和所层叠的有机压电元件的电极位置相对于波束发送方向尽可能一致，但是在以往的结构、制造方法中难于准确地使其一致。

此外，有机压电体因温度上升而结晶化度逐渐降低，因此使用上限温度存在于极大地低于居里点的温度处。例如代表性的聚偏氟乙烯(PVDF)中使用上限温度是80℃，聚偏氟乙烯三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))中是100℃。从而，在工序中，当施加该温度以上的温度时，强介电性劣化，发生去极化。作为强介电性的劣化恢复方法，复极化是有效的方法，但是有机压电体的抗电场(Ec)极大，是大约400kV/cm～450kV/cm。从而，为了在设备上对被去极化过一次的有机压电体进行复极化，需要施加极高的电压，在工序方面较为困难。根据以上，在无机压电体上层叠有机压电体的情况下，需要以尽可能低的温度工序、少的热过程次数进行制作，但是在以往的结构、制造方法中几乎不花费热过程的工序较为困难。

本发明为了解决这样的以往的问题点而提出，其目的在于提供超声波探头及其制造方法，能够对从多个无机压电元件发送的超声波束具有优秀的声透射率并且也提高多个有机压电元件中的接收信号的转换效率和S/N，并且使收发超声波的无机压电元件的电极位置和超声波接收专用的有机压电元件的波束发送方向上的位置准确地一致，此外，在设备完成后还能够较高地维持有机压电元件的特性。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的超声波探头具备：衬底材料；多个无机压电元件，排列在上述衬底材料的表面上；第一声匹配层，配置在上述多个无机压电元件上；及第二声匹配层，配置在上述第一声匹配层上，上述第二声匹配层由构成多个有机压电元件的上侧有机层和用于与上述上侧有机层一起进行对上述多个无机压电元件的声匹配的下侧有机层构成。

在此，优选为，上述上侧有机层形成得比上述下侧有机层薄。