JPH07101960B2 - Ultrasonic transducer mounting housing and mounting method - Google Patents

Ultrasonic transducer mounting housing and mounting method

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JPH07101960B2
JPH07101960B2 JP1160963A JP16096389A JPH07101960B2 JP H07101960 B2 JPH07101960 B2 JP H07101960B2 JP 1160963 A JP1160963 A JP 1160963A JP 16096389 A JP16096389 A JP 16096389A JP H07101960 B2 JPH07101960 B2 JP H07101960B2
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JP
Japan
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thin film
organic thin
housing
ultrasonic transducer
mounting
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力 石原
正 吉浦
行平 樋口
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工業技術院長
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は超音波トランスジューサに関し、更に詳しくは
ロボット等の近接覚センサとして利用される静電型空中
超音波トランスジューサの実装筐体および実装方法に関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic transducer, and more particularly to a mounting housing and a mounting method for an electrostatic airborne ultrasonic transducer used as a proximity sensor for a robot or the like. .

(従来の技術) フェーズドアレイ超音波トランスジューサは、機械走査
を必要とせず、電子走査のみで近接対象物の形状をすば
やく検出することができる。そのため、煙中等の不可視
環境下でのロボットハンドのコントロールや移動時の衝
突防止等のコントロールを正確に行う際の制御デバイス
として最適なものと考えられている。現在、超音波トラ
ンスジューサを用いた音響画像技術が、水中および医療
の分野でソナーや、CTスキャナ等として広く用いられて
いる。
(Prior Art) A phased array ultrasonic transducer does not require mechanical scanning, and can quickly detect the shape of an adjacent object only by electronic scanning. Therefore, it is considered to be optimal as a control device for accurately controlling the robot hand under the invisible environment such as smoke and the collision prevention during movement. At present, an acoustic image technology using an ultrasonic transducer is widely used as a sonar, a CT scanner, etc. in the underwater and medical fields.

しかしながら、従来広く用いられている圧電セラミック
技術を利用した超音波トランスジューサには、空気との
インピーダンスマッチングや高速応答性等の点で問題が
あり、この技術をそのまま空中に適用することは困難で
あった。さらに、この型の超音波トランスジューサは共
振タイプであるため、個々の要素の特性を均一にするこ
とが困難であった。
However, ultrasonic transducers using piezoelectric ceramic technology, which has been widely used in the past, have problems in impedance matching with air, high-speed response, and the like, and it is difficult to directly apply this technology in the air. It was Further, since this type of ultrasonic transducer is a resonance type, it is difficult to make the characteristics of individual elements uniform.

セル型のトランスジューサは、コンデンサーマイクロフ
ォンおよびコンデンサースピーカの一種であり、当初か
ら空中で利用することを目的に開発が行われてきた。セ
ル型のトランスジューサは、表面に多くの溝をもつ背後
電極とこれに対向する電極をもつ有機体の振動膜からな
る。この静電型のトランスジューサを用いると、空気と
の良好なインピーダンスマッチングおよび高速応答が可
能になる。
The cell type transducer is a kind of condenser microphone and condenser speaker, and has been developed from the beginning for use in the air. The cell type transducer is composed of an organic vibrating film having a back electrode having many grooves on the surface and an electrode facing the back electrode. This electrostatic transducer enables good impedance matching with air and high-speed response.

第3図および第4図は、このセルの原理に基づいた従来
の超音波トランスジューサの構成の一例を示す断面図お
よび構成図である。これらの図において、1は円形のア
ルミ合金の板で、表面に数〜数十μmの深さをもつ複数
個の穴が機械加工により形成されている。この穴の上面
には、厚さ6〜20数μmのポリエステル膜2がハウジン
グ(金属ケース)3と中筒(プラスチックケース)4に
より挟まれて固定されている。ポリエステル膜2の表面
には、アルミ合金の板1と接する面と反対の側の表面
に、金等による電極(図示せず)が蒸着されている。一
方、アルミ合金の板1の裏面には、金属よりなる板ばね
5が取り付けられており、アルミ合金の板1をポリエス
テル膜2に押しつけている。板ばね5は、中筒4に固定
されている。6,7は電極端子で、6は板ばね5と一体に
構成されており、一方、7はハウジング3と一体に構成
されている。したがって、電極端子6の電位は、板ばね
5を介してアルミ合金の板1と等しく、一方、電極端子
7の電位は、ハウジング3を介してポリエステル膜2に
蒸着された電極と等しい。この結果、電極端子6,7間に
電圧が印加されると、この印加電圧に等しい電圧がアル
ミ合金の板1とポリエステル膜2に蒸着された電極の間
に生じ、静電気力によりポリエステル膜2が変位する。
したがって、電極端子6,7間に印加する電圧を交流信号
とすると、ポリエステル膜2に作用する静電気力も交流
で変化して、ポリエステル膜2を振動させ、この結果、
超音波が前面に放射される。
FIG. 3 and FIG. 4 are a sectional view and a configuration diagram showing an example of the configuration of a conventional ultrasonic transducer based on the principle of this cell. In these figures, 1 is a circular aluminum alloy plate, and a plurality of holes having a depth of several to several tens of μm are formed on the surface by machining. On the upper surface of this hole, a polyester film 2 having a thickness of 6 to 20 μm is fixed by being sandwiched between a housing (metal case) 3 and a middle cylinder (plastic case) 4. On the surface of the polyester film 2, an electrode (not shown) made of gold or the like is vapor-deposited on the surface opposite to the surface in contact with the aluminum alloy plate 1. On the other hand, a leaf spring 5 made of metal is attached to the back surface of the aluminum alloy plate 1, and the aluminum alloy plate 1 is pressed against the polyester film 2. The leaf spring 5 is fixed to the middle cylinder 4. Reference numerals 6 and 7 are electrode terminals, 6 is integrated with the leaf spring 5, and 7 is integrated with the housing 3. Therefore, the potential of the electrode terminal 6 is equal to that of the aluminum alloy plate 1 through the leaf spring 5, while the potential of the electrode terminal 7 is equal to that of the electrode deposited on the polyester film 2 through the housing 3. As a result, when a voltage is applied between the electrode terminals 6 and 7, a voltage equal to this applied voltage is generated between the aluminum alloy plate 1 and the electrodes vapor-deposited on the polyester film 2, and the electrostatic force causes the polyester film 2 to form. Displace.
Therefore, when the voltage applied between the electrode terminals 6 and 7 is an AC signal, the electrostatic force acting on the polyester film 2 is also changed by the AC, and the polyester film 2 is vibrated.
Ultrasonic waves are emitted to the front.

第5図は、前記第3図および第4図で述べた静電型超音
波トランスジューサの動作原理を示す図で、機械的要素
11と電気的要素12とで構成されている。機械的要素11
は、振動板11aと固定板11bから構成されており、例えば
第4図に示す構造をもつ。第3図および第4図では、ポ
リエステル膜2が振動板11aを、アルミ合金の板1が固
定板11bを、それぞれ、構成している。一方、電気的要
素12は、超音波の送波の場合には、直流バイアス電圧1
3、高抵抗14、結合容量15および発振回路16で構成され
る。発振回路16が無信号のとき、振動板11aは、直流バ
イアス電圧13により固定板11bに引きつけられている。
次に、発振回路16が直流バイアス電圧13よりも振幅の小
さい交流電圧を発生したとき、振動板11aのたわみは、
発振回路16の両端に生じる信号電圧の極性により、以下
のように変化する。すなわち、発振回路16の両端に生じ
る電圧の極性が直流バイアス電圧13と同じときには、こ
れらの電圧の和に等しい電圧が振動板11aと固定板11bの
間に加わるため、振動板11aのたわみは無信号時より大
きくなる。一方、発振回路16の電圧の極性が直流バイア
ス電圧13と逆の場合には、直流バイアス電圧から信号電
圧を差し引いた電圧が振動板11aと固定板11bの間に加わ
るため、振動板11aのたわみは無信号時より小さくな
る。したがって、発振回路16の信号電圧を周期的に変化
させると、振動板11aが振動し、超音波が前面に放射さ
れる。以上、超音波を送波する場合について述べたが、
受波の場合には、第5図の16をインピーダンス変換、増
幅、ノイズ除去のための帯域制限等を行う受信回路とす
ればよい。このとき、外部から入射した超音波により、
振動板11aが振動して、振動板11aと固定板11bの間の容
量値が変化するため、直流バイアス電圧13からの充電電
流が変化する。この充電電流の変化は高抵抗14の端子間
電圧の変化として音響−電気変換されるので、これを受
信回路でインピーダンス変換、増幅、帯域制限すること
により、超音波の受波が可能になる。
FIG. 5 is a diagram showing the operating principle of the electrostatic ultrasonic transducer described in FIG. 3 and FIG.
It is composed of 11 and electrical elements 12. Mechanical elements 11
Is composed of a vibrating plate 11a and a fixed plate 11b, and has, for example, the structure shown in FIG. In FIGS. 3 and 4, the polyester film 2 constitutes the diaphragm 11a, and the aluminum alloy plate 1 constitutes the fixed plate 11b. On the other hand, in the case of ultrasonic wave transmission, the electrical element 12 has a DC bias voltage 1
3, high resistance 14, coupling capacitance 15 and oscillator circuit 16. When the oscillator circuit 16 has no signal, the diaphragm 11a is attracted to the fixed plate 11b by the DC bias voltage 13.
Next, when the oscillation circuit 16 generates an AC voltage having a smaller amplitude than the DC bias voltage 13, the deflection of the diaphragm 11a is
It changes as follows depending on the polarity of the signal voltage generated at both ends of the oscillator circuit 16. That is, when the polarity of the voltage generated across the oscillation circuit 16 is the same as the DC bias voltage 13, a voltage equal to the sum of these voltages is applied between the diaphragm 11a and the fixed plate 11b, so that the diaphragm 11a is not bent. It will be bigger than the signal. On the other hand, when the polarity of the voltage of the oscillation circuit 16 is opposite to that of the DC bias voltage 13, the voltage obtained by subtracting the signal voltage from the DC bias voltage is applied between the diaphragm 11a and the fixed plate 11b, so that the deflection of the diaphragm 11a Is smaller than when there is no signal. Therefore, when the signal voltage of the oscillation circuit 16 is periodically changed, the diaphragm 11a vibrates and ultrasonic waves are radiated to the front surface. The case of transmitting ultrasonic waves has been described above.
In the case of receiving waves, 16 in FIG. 5 may be used as a receiving circuit that performs impedance conversion, amplification, band limitation for noise removal, and the like. At this time, due to the ultrasonic waves incident from the outside,
Since the diaphragm 11a vibrates and the capacitance value between the diaphragm 11a and the fixed plate 11b changes, the charging current from the DC bias voltage 13 changes. This change in the charging current is acoustically-electrically converted as a change in the voltage between the terminals of the high resistance 14, so that the reception circuit can receive the ultrasonic waves by impedance conversion, amplification, and band limitation.

以上、従来の静電型超音波トランスジューサの一例につ
いて説明した。しかしながら、第3図および第4図に示
した超音波トランスジューサでは、アルミ合金の板1表
面上に穴を加工する際に、機械加工を用いていたため、
穴の寸法や形状のばらつきを避けることができなかっ
た。アルミ合金の板1表面上の穴は、第5図に示す振動
板11aと固定板11bの間の間隙に相当するもので、その寸
法や形状がばらつくと、振動板11aを駆動する力がばら
つき、フェーズドアレイ超音波トランスジューサを構成
した場合に、アレイ各素子間の超音波送受特性が一定に
ならないという欠点があった。また、第3図および第4
図に示した従来の構造を用いて、前述のフェーズドアレ
イ超音波トランスジューサを実現しようとすると、装置
の大型化が避けられないという問題があった。例えば、
アレイ化されたトランスジューサの電極を結ぶ配線は、
それだけでかなりの大きさとなる。
Heretofore, an example of the conventional electrostatic ultrasonic transducer has been described. However, in the ultrasonic transducers shown in FIG. 3 and FIG. 4, since machining was used when machining the holes on the surface of the aluminum alloy plate 1,
It was impossible to avoid variations in the dimensions and shapes of the holes. The hole on the surface of the aluminum alloy plate 1 corresponds to the gap between the vibrating plate 11a and the fixed plate 11b shown in FIG. 5, and if the size or shape varies, the driving force of the vibrating plate 11a varies. However, when a phased array ultrasonic transducer is constructed, there is a drawback that the ultrasonic transmission / reception characteristics between the array elements are not constant. Also, FIG. 3 and FIG.
If the above-described conventional structure shown in the figure is used to realize the above-mentioned phased array ultrasonic transducer, there is a problem that the size of the device is inevitable. For example,
The wiring that connects the electrodes of the arrayed transducer is
It will be quite large.

第6図は、このような背景のもとに提案されたシリコン
マイクロマシニング技術を利用した静電型シリコン超音
波トランスジューサ素子の一例を示す構造模式断面図で
ある。このシリコン超音波トランスジューサは、シリコ
ン基板21表面にエッチングにより設けた微小なエッチン
グ穴22上に酸化膜23を介して固定電極24を形成し、その
上にさらに酸化膜25を介して有機体薄膜26に蒸着された
金属箔よりなる振動電極27を張り付け、微小なエッチン
グ穴22に空気を閉じ込めた構造をもつ。
FIG. 6 is a structural schematic cross-sectional view showing an example of an electrostatic silicon ultrasonic transducer element utilizing the silicon micromachining technology proposed under such a background. In this silicon ultrasonic transducer, a fixed electrode 24 is formed on a minute etching hole 22 formed by etching on the surface of a silicon substrate 21 via an oxide film 23, and an organic thin film 26 is further formed thereon via an oxide film 25. A vibrating electrode (27) made of a metal foil vapor-deposited on is attached to the structure, and air is confined in minute etching holes (22).

このシリコン超音波トランスジューサは、シリコン基板
を用いるので、シリコンのマイクロマシニング技術を用
いてシリコン基板上に精度よく微小穴を形成することが
でき、アレイ化されたトランスジューサの各素子間の特
性ばらつきを低減することができる。また、シリコン基
板を使うと、第5図に示した電気的要素12をシリコンIC
製造プロセスを用いて集積化することができるので、フ
ェーズドアレイ超音波トランスジューサの小型軽量化が
期待できる。
Since this silicon ultrasonic transducer uses a silicon substrate, it is possible to accurately form micro holes on the silicon substrate by using silicon micromachining technology, and reduce the variation in characteristics between each element of the arrayed transducer. can do. Also, if a silicon substrate is used, the electrical element 12 shown in FIG.
Since it can be integrated using a manufacturing process, it is expected that the phased array ultrasonic transducer will be smaller and lighter.

次に第7図(a)〜(d)を用いてこのシリコン超音波
トランスジューサの従来の製造方法の一例を説明する。
まず最初に、例えば面方位(100)のシリコン基板21表
面に、酸化膜28をマスクとして、ヒドラジン等を用いた
異方性エッチングにより、開口部の一辺が数十μm□程
度の正方形の微小なエッチング穴22を形成する(第7図
(a))。次に酸化膜28を完全に除去し、新たに熱酸化
により酸化膜23を成長した後、その上にアレイ状にアル
ミニウムの固定電極24を形成する(第7図(b))。そ
の後、さらにCVD法で酸化膜25を堆積し層間絶縁膜とす
る(第7図(c))。シリコン基板21をチップに分離し
た後、セラミックパッケージ20にダイボンディングさ
れ、各固定電極がワイヤーボンディングによりリードに
接続される。最後に、アルミニウムの振動電極27が蒸着
された厚さ数〜数十μmのポリエステル膜からなる有機
体薄膜26がアルミニウムの枠29に引き延ばされ固定(接
着)される。この状態で、アルミニウムの枠29ごと、ね
じ30でセラミックパッケージ20に固定(ねじ止め)され
る(第7図(d))。
Next, an example of a conventional method of manufacturing this silicon ultrasonic transducer will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d).
First, for example, on the surface of a silicon substrate 21 having a plane orientation (100), by using anisotropic etching using hydrazine or the like with the oxide film 28 as a mask, one side of the opening has a square shape of a few tens of μm square. Etching holes 22 are formed (FIG. 7 (a)). Next, the oxide film 28 is completely removed, and the oxide film 23 is newly grown by thermal oxidation, and then fixed electrodes 24 of aluminum are formed in an array on the oxide film 23 (FIG. 7B). After that, an oxide film 25 is further deposited by the CVD method to form an interlayer insulating film (FIG. 7 (c)). After the silicon substrate 21 is separated into chips, it is die-bonded to the ceramic package 20 and each fixed electrode is connected to the lead by wire bonding. Finally, the organic thin film 26 made of a polyester film having a thickness of several to several tens of μm, on which the aluminum vibrating electrode 27 is vapor-deposited, is stretched and fixed (bonded) to the aluminum frame 29. In this state, the aluminum frame 29 is fixed (screwed) to the ceramic package 20 with the screw 30 (FIG. 7 (d)).

(発明が解決しようとする課題) 以上、具体例を挙げて従来のシリコン超音波トランスジ
ューサを説明した。しかしながら、従来のセラミックパ
ッケージ20を用いた素子実装では有機体薄膜26をチップ
上に引き延ばして張る工程で一方を固定し片方をおもり
やバネ等の治具で引き延ばした有機体薄膜26にアルミニ
ウムの枠29を接着した後この枠29に沿って膜を切り取
り、枠29をセラミックパッケージ20にねじ止めしてい
た。そのため、実装工程での作業性が悪かった。またね
じ止めのとき有機体薄膜26に対して膜面に平行な力が加
わるため薄膜26にしわがよることがあり再現性が悪いと
いう欠点があった。また、有機体薄膜26およびボンディ
ングワイヤ(図示せず)が露出しており、これらに対す
る保護対策がとられていないという欠点もあった。
(Problems to be Solved by the Invention) The conventional silicon ultrasonic transducer has been described above with reference to specific examples. However, in the element mounting using the conventional ceramic package 20, one side is fixed in the process of stretching and stretching the organic thin film 26 on the chip, and one of the organic thin film 26 is stretched with a jig such as a weight or a spring to form an aluminum frame. After bonding 29, the film was cut along the frame 29, and the frame 29 was screwed to the ceramic package 20. Therefore, workability in the mounting process was poor. Further, when screwed, a force parallel to the film surface is applied to the organic thin film 26, which may cause wrinkles on the thin film 26, resulting in poor reproducibility. In addition, the organic thin film 26 and the bonding wire (not shown) are exposed, and there is a drawback that no protective measures are taken against them.

上記欠点の解決には、第3図および第4図に示した超音
波トランスジューサの実装方法が有効である。この実装
方法であれば、ポリエステル膜2はハウジング3に中筒
4をはめ込むとき接着なしで自動的に取付けられるし、
膜の引き延ばしはアルミ合金の板1を板ばね5で押すこ
とにより実現できる。
The method of mounting the ultrasonic transducer shown in FIGS. 3 and 4 is effective for solving the above-mentioned drawbacks. With this mounting method, the polyester film 2 is automatically attached without any adhesive when the middle cylinder 4 is fitted into the housing 3.
The stretching of the film can be realized by pushing the aluminum alloy plate 1 with the leaf spring 5.

しかしながら、第6図および第7図で説明したアレイ型
シリコン超音波トランスジューサでは、固定電極24が円
形のアルミ合金の板1でなくシリコン基板21上にパター
ンニングされたアルミ電極であること、アレイ構造のた
め各電極から独立にリードを取り出す必要があること、
およびボンディングワイヤを避けて膜を張る必要がある
ことなどの制約があり、第3図および第4図に示した超
音波トランスジューサの実装技術をそのまま採用するこ
とは不可能であった。
However, in the array type silicon ultrasonic transducer described with reference to FIGS. 6 and 7, the fixed electrode 24 is not the circular aluminum alloy plate 1 but the aluminum electrode patterned on the silicon substrate 21, and the array structure. Therefore, it is necessary to take out the lead from each electrode independently,
Further, there are restrictions such as the need to avoid the bonding wires and form a film, and it was impossible to directly adopt the mounting technique of the ultrasonic transducer shown in FIGS. 3 and 4.

本発明の目的は、上記従来のシリコン超音波トランスジ
ューサの欠点を除去し、実装工程での作業性・再現性が
改善され、かつ、有機体薄膜およびボンディングワイヤ
の保護が可能な、融通性のある超音波トランスジューサ
実装筐体および実装方法を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional silicon ultrasonic transducer, improve workability and reproducibility in the mounting process, and protect the organic thin film and the bonding wire, which is flexible. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer mounting housing and mounting method.

(課題を解決するための手段) 本発明の超音波トランスジューサ実装筐体は、一方の面
に第1の電極を有する有機体薄膜と、複数の穴をもつ半
導体基板表面上に配置された第2の電極とを備えた超音
波トランスジューサを実装するための筐体であって、前
記有機体薄膜の両端を入れるために前記筐体に形成され
た溝と、前記溝中に配置され前記有機体薄膜の上に置か
れる弾性体の棒と、前記筐体にねじ止めされることによ
って前記有機体薄膜および前記弾性体の棒を押さえて有
機体薄膜を固定する押さえ板と、前記半導体基板が搭載
されたプリント基板を前記筐体に収容し固定するプリン
ト支持部と、前記プリント基板を支持すると共に前記有
機体薄膜に押しつける機構とを備えたことを特徴とす
る。
(Means for Solving the Problem) An ultrasonic transducer mounting housing of the present invention includes an organic thin film having a first electrode on one surface and a second organic thin film arranged on the surface of a semiconductor substrate having a plurality of holes. And a groove formed in the housing for inserting both ends of the organic thin film, and the organic thin film arranged in the groove. An elastic rod placed on top, a pressing plate for fixing the organic thin film by pressing the organic thin film and the elastic rod by being screwed to the housing, and the semiconductor substrate are mounted. And a mechanism for supporting the printed circuit board and pressing it against the organic thin film.

前記半導体基板が搭載されたプリント基板を前記筐体に
収容し固定するプリント支持部は例えば該筐体に形成さ
れた凸部である。
The print support portion for accommodating and fixing the printed board on which the semiconductor substrate is mounted in the housing is, for example, a convex portion formed in the housing.

また前記プリント基板を支持するとともに前記有機体薄
膜に押しつける機構は例えば、前記プリント基板よりも
長い板ばねと、筐体の両側面に設けられた該板ばねを挿
入するための板ばね挿入ガイドとで構成され、前記板ば
ね挿入ガイドに前記板ばねを差込んで前記板ばねを湾曲
させることによって、プリント基板を支持するとともに
前記有機体薄膜を押しつける構成よりなる。
A mechanism for supporting the printed circuit board and pressing it against the organic thin film is, for example, a leaf spring longer than the printed circuit board, and a leaf spring insertion guide for inserting the plate springs provided on both side surfaces of the housing. In this configuration, the leaf spring is inserted into the leaf spring insertion guide to bend the leaf spring, thereby supporting the printed circuit board and pressing the organic thin film.

本発明の超音波トランスジューサの実装方法は、複数の
穴をもつ半導体基板表面上に配置された第2の電極を備
えた超音波トランスジューサを前記実装筐体に実装する
方法であって、前記有機体薄膜の両端を筐体の前記溝に
いれその上から前記弾性体の棒で押さえこの棒を前記押
さえ板で押さえてこの押さえ板をねじ止めし、次いで前
記プリント基板を前記半導体基板が搭載された側を前記
有機体薄膜にあて前記ガイドに前記板バネを差込んで前
記プリント基板の反対側の面を押しつける。
An ultrasonic transducer mounting method of the present invention is a method of mounting an ultrasonic transducer having a second electrode arranged on a surface of a semiconductor substrate having a plurality of holes in the mounting housing, wherein Put both ends of the thin film in the groove of the housing and press it from above with the elastic rod to press the rod with the pressing plate and screw the pressing plate, and then mount the printed circuit board with the semiconductor substrate. The side is applied to the organic thin film, the leaf spring is inserted into the guide, and the opposite surface of the printed board is pressed.

(作用) 本発明では、従来とは異なり、チップの前面を保護する
部分(保護カバー)と、チップ(がボンディングされた
プリント基板)と有機体薄膜を支持し固定する部分とが
一体になっている。そのため有機体薄膜を枠に接着する
工程が不要になりいきなり筐体に収納できるので作業性
が格段に向上する。また有機体薄膜を引き延ばす際は従
来のように薄膜が接触する面が平坦な枠で押さえるので
なく、薄膜を溝に挟んでその上から弾性体の棒で押さえ
る。従ってネジ止めするとき薄膜に対して膜面に平行な
方向の力は加わりにくくなり薄膜が波打つことは非常に
少なくなって作業の再現性が向上する。また薄膜を引き
延ばして固定しプリント基板を装着したとき既にボンデ
ィングワイヤと有機体薄膜の保護が完了していることに
なる。また本発明では有機体薄膜を筐体に固定してから
プリント基板を装着するので、半導体基板のボンディン
グパッドやボンディングワイヤを避けて装着することが
容易になり作業に融通性がでる。
(Function) In the present invention, unlike the prior art, the part (protective cover) that protects the front surface of the chip, the part (the printed board to which the chip is bonded), and the part that supports and fixes the organic thin film are integrated. There is. Therefore, the step of adhering the organic thin film to the frame becomes unnecessary, and the organic thin film can be housed in the housing and the workability is remarkably improved. Further, when the organic thin film is stretched, the thin film is sandwiched in the groove and pressed by an elastic rod from above, instead of holding it by a frame whose flat surface is in contact with the thin film as in the conventional case. Therefore, when screwing, the force in the direction parallel to the film surface is less likely to be applied to the thin film, the waviness of the thin film is greatly reduced, and the reproducibility of the work is improved. Further, when the thin film is stretched and fixed and the printed circuit board is mounted, the bonding wire and the organic thin film have already been protected. Further, in the present invention, since the organic thin film is fixed to the housing and then the printed circuit board is mounted, it is easy to mount the printed circuit board while avoiding the bonding pad and the bonding wire of the semiconductor substrate, and the work is flexible.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の超音波トランスジューサ実装筐体の
一実施例を示す図面であり、(a)は本実施例の筐体を
前面から見た図、(b)は該筐体のA−A矢視断面図、
(c)は該筐体を裏面から見た図、(d)は該筐体の側
面図である。第1図において、前面を保護する保護カバ
ー31、ストッパ領域32、プリント基板支持部33、断面が
V字形状の溝(以下V溝と略称)34とその両側に設けた
ねじ穴35、および板ばね挿入ガイド36が一体形成されて
いる。筐体はアルミ製である。保護カバー31は、該筐体
に実装されるシリコン超音波トランスジューサの有機体
薄膜およびシリコン基板を保護するために設けられたも
ので、放射および入射超音波を減衰なく通過させるた
め、薄肉形状に加工されるとともに、貫通した多数の微
小穴37が形成されている。図面が煩雑になるのを避ける
ため第1図、第2図では微小穴37は一部省略して描いて
ある。またストッパ領域32に設けられたV溝34とねじ穴
35は、超音波トランスジューサを構成する矩形の有機体
薄膜を実装筐体の両端部で固定するために設けられたも
ので、固定には後述するようにゴムの丸棒と押さえ板を
用いる。プリント基板支持部33は、筐体裏面の四隅に形
成された凸部であり、超音波トランスジューサを構成す
るシリコン基板がダイボンディングされたプリント基板
は、このプリント基板支持部33に囲まれ、シリコン基板
のある側の面の両端部がストッパ領域32と接触する形で
筐体内に収容される。
1A and 1B are drawings showing an embodiment of a housing for mounting an ultrasonic transducer of the present invention. FIG. 1A is a front view of the housing of this embodiment, and FIG. -A sectional view taken along arrow A,
(C) is the figure which looked at this housing from the back surface, (d) is a side view of this housing. In FIG. 1, a protective cover 31 for protecting the front surface, a stopper region 32, a printed circuit board supporting portion 33, a groove having a V-shaped cross section (hereinafter abbreviated as V groove) 34, screw holes 35 provided on both sides thereof, and a plate. The spring insertion guide 36 is integrally formed. The case is made of aluminum. The protective cover 31 is provided to protect the organic thin film and the silicon substrate of the silicon ultrasonic transducer mounted in the casing, and is processed into a thin shape in order to pass radiated and incident ultrasonic waves without attenuation. At the same time, a large number of through holes 37 are formed. In order to avoid complication of the drawings, the minute holes 37 are partially omitted in FIGS. 1 and 2. Also, the V groove 34 and the screw hole provided in the stopper area 32
The numeral 35 is provided to fix the rectangular organic thin film forming the ultrasonic transducer at both ends of the mounting housing, and a rubber round bar and a pressing plate are used for fixing, as described later. The printed circuit board supporting portion 33 is a convex portion formed at the four corners of the back surface of the housing, and the printed circuit board to which the silicon substrate forming the ultrasonic transducer is die-bonded is surrounded by the printed circuit board supporting portion 33. Both ends of the surface on the side where there is are accommodated in the housing in a state of contacting the stopper region 32.

次に、第2図を用いて、第1図に示した筐体を用いた場
合における、本発明の超音波トランスジューサの実装方
法の一例を説明する。
Next, an example of the mounting method of the ultrasonic transducer of the present invention when the case shown in FIG. 1 is used will be described with reference to FIG.

図において、(a)は実装後の筐体を前面から見た図、
(b)はそのA−A矢視断面図、(c)は裏面から見た
図、(d)はC−C矢視断面図である。図において、41
は矩形の有機体薄膜、42はチップ分離されたシリコン基
板、43はプリント基板、44はゴムの丸棒、45は押さえ
板、46は止めねじ、47は板ねじを、それぞれ示してい
る。また、第1図と同一符号を付した構成要素は、第1
図と同一の構成要素を示している。
In the figure, (a) is a front view of the housing after mounting,
(B) is the AA arrow sectional view, (c) is the figure seen from the back surface, (d) is CC sectional view. In the figure, 41
Is a rectangular organic thin film, 42 is a chip-separated silicon substrate, 43 is a printed circuit board, 44 is a rubber round bar, 45 is a holding plate, 46 is a set screw, and 47 is a plate screw. Further, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG.
The same components as in the figure are shown.

本実施例は実装方法では、まず有機体薄膜41をV溝34中
にいれ、その上にゴムの丸棒44を置きその上から押さえ
板45で押さえて止めねじ46により固定する。次に、プリ
ント基板43を筐体裏面の四隅に形成されたプリント基板
支持部33に囲まれシリコン基板のある側の面の両端部が
ストッパ領域32と接触する形で筐体内に収容される。プ
リント基板43の前面には、チップ分離後のシリコン基板
42がダイボンディングおよびワイヤーボンディングされ
ている。最後に、筐体の両側に設けられた板ばね挿入ガ
イド36に板ばね47を差込み、プリント基板43を筐体本体
に固定する。
In this embodiment, in the mounting method, first, the organic thin film 41 is put in the V groove 34, a rubber round bar 44 is placed on the organic thin film 41, and a pressing plate 45 is pressed from above and fixed by a set screw 46. Next, the printed board 43 is housed in the housing in such a manner that the printed board 43 is surrounded by the printed board supporting portions 33 formed at the four corners of the back surface of the housing and both ends of the surface on the side where the silicon substrate is present are in contact with the stopper regions 32. The front side of the printed circuit board 43 is a silicon substrate after chip separation.
42 is die-bonded and wire-bonded. Finally, the leaf springs 47 are inserted into the leaf spring insertion guides 36 provided on both sides of the casing to fix the printed circuit board 43 to the casing body.

本実施例では、有機体薄膜41を、V溝34中に置かれたゴ
ムの丸棒44と押さえ板45とで挟んで止めねじ46により固
定するため、従来行われていた、治具による有機体薄膜
の引き延ばし、および該有機体薄膜のアルミ枠への接着
は不要となり、実装工程の作業性・再現性が改善され
る。また、デバイスを構成する有機体薄膜41、シリコン
基板42およびボンディング線(図示せず)は筐体に一体
形成された保護カバー31により保護される。さらに、有
機体薄膜41は両端で固定されるため、作業工程に融通性
があり、プリント基板43に搭載されるシリコン基板42と
有機体薄膜41の間の相互の位置関係を調節することによ
り、シリコン基板のボンディングパッドやボンディング
ワイヤー領域を避けて有機体薄膜を張ること可能であ
る。
In this embodiment, the organic thin film 41 is sandwiched between the rubber round bar 44 and the pressing plate 45 placed in the V groove 34 and fixed by the set screw 46. There is no need to stretch the machine body thin film and adhere the organic thin film to the aluminum frame, and the workability and reproducibility of the mounting process are improved. Further, the organic thin film 41, the silicon substrate 42, and the bonding wires (not shown) that form the device are protected by the protective cover 31 that is integrally formed with the housing. Furthermore, since the organic thin film 41 is fixed at both ends, there is flexibility in the work process, and by adjusting the mutual positional relationship between the silicon substrate 42 mounted on the printed board 43 and the organic thin film 41, It is possible to stretch the organic thin film while avoiding the bonding pad and the bonding wire area of the silicon substrate.

したがって、本実施例によれば、前記従来技術の欠点が
ことごとく解消され、実装工程での作業性・再現性・融
通性に優れ、かつ、デバイスを構成する有機体薄膜、シ
リコン基板およびボンディング線が保護されたシリコン
超音波トランスジューサが実現される。
Therefore, according to the present embodiment, all the drawbacks of the prior art are solved, workability, reproducibility and flexibility in the mounting process are excellent, and the organic thin film, the silicon substrate and the bonding line which form the device are A protected silicon ultrasonic transducer is realized.

なお、本実施例では弾性体の棒としてゴムの丸棒を用い
たが、ゴムでなく弾性のあるプラスチックでもよいし、
丸棒でなく多角形の棒でもよい。
In this embodiment, a rubber round bar is used as the elastic rod, but elastic plastic may be used instead of rubber.
Polygonal rods may be used instead of round rods.

(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、実装工程での作業性・
再現性・融通性に優れ、かつ、有機体薄膜、半導体基板
およびボンディング線が保護された半導体超音波トラン
スジューサが実現され、フェーズドアレイ空中超音波ト
ランスジューサの小型軽量化に対する効果は大きいもの
である。
As described above, according to the present invention, workability in the mounting process
A semiconductor ultrasonic transducer having excellent reproducibility and flexibility, in which the organic thin film, the semiconductor substrate and the bonding line are protected is realized, and the effect of reducing the size and weight of the phased array aerial ultrasonic transducer is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)〜(d)は本発明による超音波トランスジ
ューサ実装筐体の一実施例を示す図、第2図(a)〜
(d)は本発明による超音波トランスジューサ実装方法
の一実施例を示す図、第3図および第4図は従来の超音
波トランスジューサの断面図および構成図、第5図は従
来の静電型超音波トランスジューサの原理図、第6図お
よび第7図(a)〜(d)は従来のシリコン超音波トラ
ンスジューサの構造および製造方法を示す図である。 1……アルミ合金の板、2……ポリエステル膜、3……
ハウジング、4……中筒、5……板ばね、6,7……電極
端子、11……機械的要素、11a……振動板、11b……固定
板、12……電気的要素、13……直流バイアス電圧、14…
…高抵抗、15……結合容量、16……発振回路、20……セ
ラミックパッケージ、21……シリコン基板、22……エッ
チング穴、23……酸化膜、24……固定電極、25……層間
絶縁膜、26……有機体薄膜、27……振動電極、28……マ
スク酸化膜、29……アルミニウムの枠、30……ねじ、31
……保護カバー、32……ストッパ領域、33……プリント
基板支持部、34……V溝、35……ねじ穴、36……板ばね
挿入ガイド、37……微小穴、41……有機体薄膜、42……
シリコン基板、43……プリント基板、44……ゴムの丸
棒、45……押さえ板、46……止めねじ、47……板ばね。
1 (a) to 1 (d) are views showing an embodiment of an ultrasonic transducer mounting housing according to the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d).
(D) is a diagram showing an embodiment of the ultrasonic transducer mounting method according to the present invention, FIGS. 3 and 4 are sectional views and configuration diagrams of a conventional ultrasonic transducer, and FIG. 5 is a conventional electrostatic type ultrasonic transducer. FIGS. 6 and 7 (a) to 7 (d) are diagrams showing the structure and manufacturing method of a conventional silicon ultrasonic transducer. 1 ... Aluminum alloy plate, 2 ... Polyester film, 3 ...
Housing, 4 ... Middle cylinder, 5 ... Leaf spring, 6,7 ... Electrode terminal, 11 ... Mechanical element, 11a ... Vibration plate, 11b ... Fixed plate, 12 ... Electrical element, 13 ... … DC bias voltage, 14…
… High resistance, 15 …… Coupling capacitance, 16 …… Oscillation circuit, 20 …… Ceramic package, 21 …… Silicon substrate, 22 …… Etching hole, 23 …… Oxide film, 24 …… Fixed electrode, 25 …… Interlayer Insulating film, 26 …… Organic thin film, 27 …… Vibrating electrode, 28 …… Mask oxide film, 29 …… Aluminum frame, 30 …… Screw, 31
...... Protective cover, 32 ...... Stopper area, 33 ...... Printed circuit board support, 34 ...... V groove, 35 ...... Screw hole, 36 ...... Leaf spring insertion guide, 37 ...... Micro hole, 41 ...... Organic material Thin film, 42 ……
Silicon substrate, 43 ... Printed circuit board, 44 ... Rubber round bar, 45 ... Holding plate, 46 ... Set screw, 47 ... Leaf spring.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一方の面に第1の電極を有する有機体薄膜
と、複数の穴をもつ半導体基板表面上に配置された第2
の電極とを備えた超音波トランスジューサを実装するた
めの筐体であって、前記有機体薄膜の両端を入れるため
に前記筐体に形成された溝と、前記溝中に配置され前記
有機体薄膜の上に置かれる弾性体の棒と、前記筐体にね
じ止めされることによって前記有機体薄膜および前記弾
性体の棒を押さえて有機体薄膜を固定する押さえ板と、
前記半導体基板が搭載されたプリント基板を前記筐体に
収容し固定するプリント支持部と、前記プリント基板を
支持すると共に前記有機体薄膜に押しつける機構とを備
えたことを特徴とする超音波トランスジューサ実装筐
体。
1. An organic thin film having a first electrode on one surface, and a second thin film arranged on the surface of a semiconductor substrate having a plurality of holes.
And a groove formed in the housing for inserting both ends of the organic thin film, and the organic thin film arranged in the groove. A rod of an elastic body placed on, a pressing plate for fixing the organic thin film by pressing the organic thin film and the elastic rod by being screwed to the housing,
An ultrasonic transducer mounting, comprising: a print supporting unit that accommodates and fixes a printed circuit board on which the semiconductor substrate is mounted in the housing; and a mechanism that supports the printed circuit board and presses it against the organic thin film. Case.
【請求項2】前記半導体基板が搭載されたプリント基板
を筐体に収容し固定するプリント支持部が、該筐体に形
成された凸部である請求項1記載の超音波トランスジュ
ーサ実装筐体。
2. The ultrasonic transducer mounting casing according to claim 1, wherein the print supporting portion for accommodating and fixing the printed substrate on which the semiconductor substrate is mounted in the casing is a convex portion formed in the casing.
【請求項3】前記プリント基板を支持するとともに前記
有機体薄膜に押しつける機構が、前記プリント基板より
も長い板ばねと、筐体の両側面に設けられた該板ばねを
挿入するための板ばね挿入ガイドとで構成され、前記板
ばね挿入ガイドに前記板ばねを差込んで前記板ばねを湾
曲させることによって、プリント基板を支持するととも
に前記有機体薄膜を押しつける構成よりなる請求項1ま
たは2記載の超音波トランスジューサ実装筐体。
3. A mechanism for supporting the printed circuit board and pressing it against the organic thin film, a leaf spring longer than the printed circuit board, and a leaf spring for inserting the leaf springs provided on both side surfaces of the housing. 3. An insertion guide, wherein the leaf spring is inserted into the leaf guide to bend the leaf spring to support the printed circuit board and press the organic thin film. Ultrasonic transducer mounting housing.
【請求項4】複数の穴をもつ半導体基板表面上に配置さ
れた第2の電極を備えた超音波トランスジューサを請求
項3記載の実装筐体に実装する方法であって、前記有機
体薄膜の両側を筐体の前記溝にいれその上から前記弾性
体の棒で押さえこの棒を前記押さえ板で押さえてこの押
さえ板をねじ止めし、次いで前記プリント基板を前記半
導体基板が搭載された側を前記有機体薄膜に当て前記ガ
イドに前記板ばねを差込んで前記プリント基板の反対側
の面を押しつけて固定するようにしたことを特徴とする
超音波トランスジューサの実装方法。
4. A method for mounting an ultrasonic transducer having a second electrode disposed on a surface of a semiconductor substrate having a plurality of holes in a mounting housing according to claim 3, wherein the organic thin film is formed of: Put both sides in the groove of the housing and press from above with the rod of the elastic body, press the rod with the pressing plate and screw the pressing plate, then place the printed board on the side on which the semiconductor substrate is mounted. A method for mounting an ultrasonic transducer, wherein the leaf spring is applied to the organic thin film and the leaf spring is inserted into the guide to press and fix the opposite surface of the printed board.
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