CN102527626B

CN102527626B - 超声波探头及其制造方法

Info

Publication number: CN102527626B
Application number: CN201110318445.0A
Authority: CN
Inventors: 长谷川恭伸
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN102527626A; JP2012109942A; US8581472B2; JP5836727B2; US20120112604A1

Abstract

本发明提供一种超声波探头的制造方法以及通过该制造方法制造的超声波探头，生产性良好地得到微细的间距并且精度较高的信号箔，同时减小压电元件的切断槽在切割时的负载以及信号箔在弯曲时的弯曲应力，而减少压电元件的破损等的不良。所述超声波探头的制造方法的特征在于，具有由通过添加法而图案化的铜箔制成的信号箔，所述添加法包括：准备母材(20)，并在该母材(20)的表面上形成绝缘层(21)的步骤；通过光刻技术，将绝缘层(21)曝光、显影、剥离而图案化，形成沿着该图案到达母材(20)的上面的型腔(23)的步骤；在型腔(23)内以铜电镀(24)、锡焊电镀(25)的顺序实施电镀而形成信号箔(26)的步骤；以及从型腔(23)中将形成的信号箔(26)脱模的步骤。

Description

超声波探头及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种超声波探头及其制造方法，特别涉及一种使用由添加法而图案化的金属(铜)箔制成的信号箔的超声波探头及其制造方法。

背景技术

如图12所示，现有的超声波探头的压电元件组将多个压电元件1组成的压电元件组2排列在安装于阻尼(damper)台3上的阻尼(衬垫(backing))材料4上，并将电极6a从通过蚀刻而图案化的第一柔性印刷基板7互不相同地排列成锯齿状而导出。在图12中示出的现有例中，例如，将相当于80通道(channel)的压电元件1的电极6a经由银线9而通过第一柔性印刷基板7的导电路8导出。该第一柔性印刷基板7附着于阻尼台3的外表面，在该表面上具有分成每个20通道的4组的2列电极带。并且，4个插件连接件12分别对应于4组使增强板11介入而配设，各电极带和输入插件分别连接。接着，将其余的相当于40通道的压电元件1的电极经由银线9通过第二以及第三柔性印刷基板(未示出)导出。并且，第二以及第三柔性印刷基板在阻尼台3的两侧重叠于第一柔性印刷基板7而被粘接，在电极带所设置的前端侧，使增强板11介入，而配设另外的插件连接件。并且，收发波面侧的电极6b通过例如导线路共同连接，连接于柔性印刷基板的导电路(专利文献1)。

在这样构成的现有例的超声波探头中，如上所述，将具有用于信号引出而通道分割的图案的柔性印刷基板或者固态状(平坦)银箔或者铜箔，通过锡焊接合于例如压电板(由压电元件组、钛酸锆酸铅等构成)的电极，对准形成于压电板的切断槽，操作者在显微镜下在每个通道中切割(分割)信号箔后而使用。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平6-254088号公报

专利文献2：日本特开2009-147365号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

但是，在这样的现有的超声波探头中，由于柔性印刷基板被图案化，因此，在将铜箔等接合后，通过将压电板(压电元件组)切割(dicingcut)，而分割成要求的通道。但是，由于基膜、铜箔、粘接剂和压电元件组层叠而构成，因此，在制造切断间距较细的探头时，切割的难度极高，并且，在切断时，除了存在压电元件破损等的问题以外，由于柔性印刷基板较硬，存在由于将其折弯并抵接于压电元件(压电板)的侧面时的弯曲应力从而压电元件破损的问题。

此外，在使用固态状的铜箔的信号箔的制造中，由于在将压电元件组切割之后，在每个通道(例如，80通道)中，操作者通过手工操作使用剃刀等在显微镜下将铜箔对准形成于压电元件的切断槽进行分割铜箔的操作是不可欠缺的，因此，存在花费多余的制造工时，同时由于利用剃刀进行分割(切割)时的负载而压电元件折损等的问题。

(用于解决课题的方法)

为了解决上述课题，本发明的超声波探头的制造方法的特征在于，具有由通过添加法而图案化的铜箔制成的信号箔，所述添加法包括：准备母材，并在该母材的表面上形成绝缘层的步骤；通过光刻技术，将所述绝缘层曝光、显影、剥离而图案化，在所述绝缘层形成沿着该图案到达所述母材的上面的型腔的步骤；其次，在所述型腔内以铜电镀、锡焊电镀的顺序实施电镀而形成信号箔的步骤；以及从所述型腔中将形成的所述信号箔脱模的步骤。

此外，在本发明中，其特征在于，当将所述信号箔接合于压电板时，将所述压电板的超声波放射面为上面，左右一对所述信号箔的端部沿所述压电板的长轴方向重叠而接合于所述压电板的下面。

再者，在本发明中，其特征在于，对将所述信号箔接合于下面的所述压电板从上方向进行加压，通过粘接剂而接合于阻尼材料，接着，将所述信号箔折弯成直角而抵接于所述阻尼材料的侧面。

进而，在本发明中，其特征在于，当将所述压电板接合于所述阻尼材料时，在所述阻尼材料的上面形成粘接剂层，而进行全面粘接。

此外，进一步在本发明中，其特征在于，当将所述压电板接合于所述阻尼材料时，在所述压电板和所述信号箔的端部之间形成排出部而进行接合。

此外，在本发明中，其特征在于，当利用切割刀将所述压电板切断并形成切断槽时，以规定的间距进行第1次的切断，并形成切割槽，在利用树脂将第1次的切断所形成的切断槽填充之后，瞄准第1次的切断槽的中间进行第2次的切断而形成切断槽。

在本发明中，其特征在于，当向所述信号箔进行信号配线时，以1通道单位利用信号配线用银线使所述信号箔和柔性印刷基板桥接，首先，在将所有的所述银线锡焊于所述柔性印刷基板上，之后，将所述信号箔进行锡焊。

此外，本发明涉及一种通过所述制造方法制造的超声波探头。

再者，本发明涉及一种超声波探头，其特征在于，具有探头主体，所述探头主体包括：信号箔，由利用添加法而图案化的铜箔制成；压电板，将所述信号箔接合在下面；阻尼材料，将所述压电板接合在上面，而且，将所述信号箔折弯成直角并抵接于侧面；柔性印刷基板，以1通道单位利用信号配线用银线桥接于所述信号箔；声匹配层，设置在所述压电板的上面；以及声透镜，安装在所述声匹配层的上面。

本发明涉及一种超声波探头，其特征在于，包括：所述探头主体；所述探头主体的驱动元件；供电电缆，向所述驱动元件供电；以及外壳，收纳所述探头主体、所述驱动元件、所述供电电缆。

(发明的效果)

在本发明中，由于通过添加法制造信号箔，因此，可生产性良好地得到比现有的将铜箔蚀刻的柔性印刷基板更微细的间距并且精度更高的信号箔。此外，由于减小压电元件的切断槽的在切断/切割时的负载以及信号箔在弯曲时的弯曲应力，因此，能够大幅度减少压电元件的破损等的不良。

附图说明

图1是示出利用本发明的添加法的超声波探头用信号箔的制造方法的步骤的工程图。

图2是利用图1示出的制造方法制造的信号箔的模式的部分俯视图。

图3(a)是利用现有的制造方法制造的信号箔的部分放大照片，并且，(b)是利用本发明的制造方法制造的信号箔的部分放大照片。

图4是示出将利用本发明的制造方法制造的信号箔锡焊(焊接)于压电板上的状态的立体图。

图5是示出以将焊接有图4所示的信号箔的压电板粘接于阻尼材料并将信号箔以抵接于阻尼材料和阻尼台的侧面的方式折弯成直角的状态的立体图。

图6示出焊接有利用本发明的制造方法制造的信号箔的压电板的粘结方法，(a)是示出在两信号箔间和压电板的下面的间隙中形成较厚的粘接剂层而粘接的状态的主视图，(b)是示出在该间隙中形成较薄的粘接剂层而粘接，并在信号箔的阻尼材料表面与压电板的下面之间设置排出部而粘接的状态的主视图。

图7是示出将图5所示的粘接有压电板的阻尼材料通过切割锯进行切断加工而形成切断槽的状态的立体图。

图8是示出在安装于图7中切断加工后的阻尼材料的信号箔上进行信号配线的状态的立体图。

图9示出将声匹配层安装在图8示出的在信号箔上进行信号配线的压电板上的状态的立体图。

图10示出在图9所示的侧面涂层以及阻尼台/阻尼材料的侧面粘接屏蔽带(shield tape)，并且，在声匹配层上安装声透镜而构成的探头主体(传感器)的立体图。

图11示出收纳图10所示的探头主体的本发明的超声波探头，(a)是其主视图，(b)是其侧视图。

图12是从前使用的超声波探头的压电元件组的立体图。

具体实施方式

图1是示出利用本发明的添加法的超声波探头用信号(导出)箔的制造方法的步骤的工程图。

这里，所谓添加法一般为在绝缘板或者基膜上形成导体图案的技术(参照专利文献2)

在本发明的信号箔的制造方法中，代替绝缘板或者基膜，在不锈钢(SUS)板上形成导体图案，而制造信号箔。

图1示出在本发明的制造方法的各步骤中使用的母材(SUS材)、绝缘层以及电镀层的剖面图。

首先，在步骤(a)中，准备母材(SUS)材20，在母材20的表面涂布负抗蚀剂(negative resist)，而形成绝缘层21。

这里，SUS材20为了通电的必要性和在制造步骤的最后容易将制品(信号箔)从母材20剥落，采用板状，其厚度采用例如约0.1mm。此外，绝缘层21为薄膜状的抗蚀剂，采用半生状，其厚度为约20μm。

接着，在步骤(b)中，通过光刻技术(平版印刷术，lithography)，通过掩模22将绝缘层21曝光、显影，将绝缘层21的一部分剥离(图案化)，在绝缘层21内沿图案形成贯通至母材(SUS材)20的上面的型腔23。特别是，在本发明的制造方法中，代替蚀刻，将绝缘层21的一部分剥离而形成型腔23，由于没有蚀刻时各向异性的影响，因此，形成具有与母材20的厚度方向平行的内壁的型腔23。

再者，在步骤(c)中，在型腔23内，以Cu(铜)电镀24、锡焊电镀25的顺序进行电镀，而形成信号箔26。

最后，在步骤(d)中，当从型腔23内将由Cu电镀24和锡焊电镀25制成的信号箔26脱模时，制造成如图2所示的具有预先通道分割的图案(间隙26a、图案26b)的信号箔26(厚度：10-20μm)。

这里，以往，在被用作信号箔的柔性印刷基板中，由于聚酰亚胺类树脂被用作其基材，因此，其腰部变得坚固，难以弯曲。因此，存在由于柔性印刷基板弯曲时的应力而压电元件破损的危险。但是，在本发明中，在信号箔的制造中所使用的SUS母材仅在其制造时使用，探头主体的信号箔因为仅由铜箔制成，所以柔软容易弯曲，因此，可避免弯曲时压电元件的破损。

接着，如图4所示，将形成有如上述制造的间隙26a(0.24mm宽度)和图案26b(0.16mm宽度)的信号箔26焊锡(图1的步骤(c)中电镀的焊锡)接合(焊接)于将超声波放射面27a为上侧的压电板27的下面。

这里，在压电板27中，如图4的附图标记e所示，一对信号箔26的端部在其长轴方向重叠(约0.5mm)而被接合，同时，在信号箔26中，以各侧(左或者右侧)分成奇数通道和偶数通道而进行输出的方式错开成锯齿状而进行图案排列。焊接后，信号箔26的无用部分(在图4中示出的信号箔26的两端以虚线示出的部分26c)被切除。

再者，如图5所示，将焊接(锡焊接合)有信号箔26的压电板27从图5示出的A方向(上方向)进行加压，通过粘接剂将压电板27与阻尼材料28、阻尼台(基台)29粘接，之后，将信号箔26弯曲成直角，而抵接于阻尼材料28和阻尼台29的侧面。并且，图5中以虚线示出的部分26d在之后被切除，信号箔被分割成一个一个的1通道。

此外，如图6所示，在焊接时，锡焊有信号箔26的压电板27在使压电板27振动时在发挥制振作用的阻尼材料28的上面使用粘接剂，而形成较厚的粘接剂层28a并被全面粘接(参照图6(a))。用于该粘接的粘接剂适合为环氧类粘接剂，但是按照顾客的要求特性，也可以在与夹在压电板27和阻尼材料28之间的信号箔26的端部之间形成“排出”部33，而通过较薄的粘接剂进行粘接(参照图6(b))。

这里，粘接剂29仅涂布于阻尼材料28的表面，但是在使压电板27和阻尼材料28重合之后，操作者利用指压将无用的粘接剂和气泡压出的操作是不可欠缺的。此时，存在压电板27被分割或者通过使用夹具的加压而偏离规定位置进行粘接，产生不良的危险。

但是，如图6(a)所示，在将与信号箔26相同厚度的粘接剂层28a形成在阻尼材料28的整个上面的情况下，压电板27的灵敏度良好，此外，如图6(b)所示，在形成较薄的粘接剂层28a而使信号箔26粘接并形成信号箔26的排出部33的情况下，压电板27的灵敏度变低，压电板27的振动的吸收(频率频带变大)变好。

此外，如图7所示，在压电元件以3元件构成1通道的压电元件组中，为了同一通道间满足电绝缘性(DC100V、5MΩ以上)，利用例如，25μm以上厚度的切割刀进行切断，而形成切断槽30。这里，以每1通道的压电元件数接近压电板27的振动效率良好的边比(压电元件的宽度/压电元件的厚度：例如，60％)的方式，选定压电元件数和最适合的切割刀。

但是，在压电元件的切断槽30的间距极小的超声波探头中，一次切断所有的压电元件极其困难(例如，间距：0.15mm，将通道2等分割的情况)。这里，在上述事例的情况下，在一次切断所有的压电元件的情况下，以0.075mm间距通过切割进行切断，由于压电元件的厚度较薄而破裂，成品率显著降低。因此，在本发明的实施例中，将压电元件的切断分成2次进行，使得仅在0.15mm间距的通道间进行第1次的切断，并且在将树脂装填于第1次的切断槽30并坚固之后，瞄准第1次的切断槽30的中间以0.15mm间距进行第2次的利用切割的压电元件的切断。通过这样的分成2次的压电元件的切断方法，压电元件不会破损，能够进行具有狭窄间距的压电元件的切断。

最后，如图8所示，进行向信号箔26的信号配线。

即，如图8所示，以1通道单位利用信号配线用银线31(直径：例如0.1mm)使信号箔26和柔性印刷基板32桥接。因此，每1通道在2个位置需要锡焊，因此，首先，在最初将所有的银线31锡焊于柔性印刷基板32侧之后，接着，将信号箔26锡焊。

再者，为了将在图8中示出的信号箔上进行信号配线的压电板构成作为探头主体(传感器)，如图9所示，在粘接于阻尼材料28的长轴方向的角部的信号箔26上所安装的压电板27上进一步将第一声匹配层34加温/加压粘接，在用侧面涂层36和侧面板37覆盖第一声匹配层34和阻尼材料28以及阻尼台29之后，进一步将第二声匹配层35粘接于侧面涂层36的上面。此外，电缆配线用的柔性印刷基板32电连接于信号箔26，进一步，在柔性印刷基板的表面上设置连接于电源的连接件38。

并且，如图10所示，在图9所示的侧面涂层36和侧面板37以及阻尼材料28和阻尼台29的表面上粘接屏蔽带33，同时在第二声匹配层35的上面安装声透镜39。

这样构成的探头主体(传感器)收纳在如图11所示的外壳40内，通过供电电缆41驱动振子部(驱动元件)。

这里，以线性阵列探针(电子扫描式探头)的实施例说明本发明的超声波探头的实施例，但是凸起阵列探针、3D(旋转/摆动式)探头也能够适用本发明。

这里，在信号箔侧的锡焊中，当锡焊用的“烙铁头”过长时间接触于接合部时，信号箔26和压电元件的焊锡部的焊锡熔化而发生断线。此外，当“烙铁头”过强地接触于接合部时，信号箔26本身损坏而发生断线。

因此，例如，目前虽然将在表面形成有焊锡电镀的信号箔26焊锡接合于压电元件，但是代替之前的焊锡电镀，在信号箔26的表面进行镀金，通过利用粘接剂将压电元件和信号箔26进行面粘接，也能够得到导通。

Claims

1.一种超声波探头的制造方法，其特征在于，具有由通过添加法而图案化的铜箔制成的信号箔，所述添加法包括：

准备母材，并在该母材的表面上形成绝缘层的步骤；

通过光刻技术，将所述绝缘层曝光、显影、剥离而图案化，在所述绝缘层上形成沿着该图案到达所述母材的上面的型腔的步骤；

在所述型腔内以铜电镀、锡焊电镀的顺序实施电镀而形成信号箔的步骤；以及

从所述型腔中将形成的所述信号箔脱模的步骤。

2.根据权利要求1所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，当将所述信号箔接合于压电板时，将所述压电板的超声波放射面为上面，左右一对所述信号箔的端部在所述压电板的长轴方向上重叠而接合于所述压电板的下面。

3.根据权利要求2所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，对将所述信号箔接合于下面的所述压电板从上方向进行加压，通过粘接剂而接合于阻尼材料，接着，将所述信号箔折弯成直角而抵接于所述阻尼材料的侧面。

4.根据权利要求3所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，当将所述压电板接合于所述阻尼材料时，在所述阻尼材料的上面形成粘接剂层，而进行全面粘接。

5.根据权利要求3所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，当将所述压电板接合于所述阻尼材料时，在所述压电板和所述信号箔的端部之间形成排出部而进行接合。

6.根据权利要求2所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，当利用切割刀将所述压电板切断并形成切断槽时，以规定的间距进行第1次的切断，并形成切断槽，在利用树脂将第1次的切断所形成的切断槽填充之后，瞄准第1次的切断槽的中间进行第2次的切断而形成切断槽。

7.根据权利要求1所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，当向所述信号箔进行信号配线时，以1通道单位利用信号配线用银线使所述信号箔和柔性印刷基板桥接，首先，将所有的所述银线锡焊于所述柔性印刷基板上，之后，将所述信号箔进行锡焊。

8.一种超声波探头，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项记载的制造方法而制造。

9.一种超声波探头，其特征在于，具有探头主体，所述探头主体包括：

信号箔，由利用添加法而图案化的铜箔制成；

压电板，将所述信号箔接合在下面；

阻尼材料，将所述压电板接合在上面，而且，将所述信号箔折弯成直角并抵接于侧面；

柔性印刷基板，以1通道单位利用信号配线用银线桥接于所述信号箔；

声匹配层，设置在所述压电板的上面；以及

声透镜，安装在所述声匹配层的上面。

10.根据权利要求9所述的超声波探头，其特征在于，包括：

所述探头主体；

所述探头主体的驱动元件；

供电电缆，向所述驱动元件供电；以及

外壳，收纳所述探头主体、所述驱动元件、所述供电电缆。