DE112017004493T5

DE112017004493T5 - Vorrichtung, Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopfes vom Array-Typ

Info

Publication number: DE112017004493T5
Application number: DE112017004493.6T
Authority: DE
Inventors: Taichi Suzuki; Koh Fuwa; Ken Maehira; Yasutomo Ohashi; Katsuhiro Fujita; Yoichi Haga; Tadao Matsunaga
Original assignee: Tohoku University NUC; Ulvac Inc
Current assignee: Tohoku University NUC; Ulvac Inc
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: US10568607B2; KR102023378B1; US20190290244A1; CN109561886B; KR20190035912A; CN109561886A; DE112017004493B4; WO2018047585A1

Abstract

Es wird ein Ultraschallkopf vom Array-Typ als eine Vorrichtung geschaffen, die einen Aufbau aufweist, bei dem eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen in einer Array-Form angeordnet ist, und der mit einer guten Ausbeute hergestellt werden kann.Im Ultraschallkopf AP gemäß dieser Erfindung sind vorgesehen: ein erstes Trockenfilm-Resist 22 mit einer Vielzahl erster Öffnungen 22a, die in Array-Form ausgebildet sind, und jeweils die piezoelektrischen Elemente 21 in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der ersten Öffnungen in einem Zustand halten, in dem die Funktionselemente 21 teilweise offen liegen; ein zweites Trockenfilm-Resist 23, das auf das erste Trockenfilm-Resist laminiert ist und auch zweite Öffnungen 23a aufweist, die jeweils jedes der Funktionselemente umschließen, wobei das zweite Trockenfilm-Resist eine Dicke aufweist, die der jedes der Funktionselemente äquivalent ist; und ein drittes Trockenfilm-Resist 24, das auf das zweite Trockenfilm-Resist laminiert ist und auch dritte Öffnungen 24a aufweist und jeweils jedes der piezoelektrischen Elemente mit dem ersten Trockenfilm-Resist in einem Zustand zusammenpresst, in dem die piezoelektrischen Elemente in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der dritten Öffungen teilweise offen liegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung, insbesondere einen Ultraschallkopf als eine Vorrichtung zum Messen unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens eines Durchmessers eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers, genauer einer Radialarterie des Handgelenks, und betrifft auch einen Ultraschallkopf als die Vorrichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Technischer Hintergrund
In letzter Zeit wurden wegen des Übergangs zu einer alternden Gesellschaft verschiedene Arten von Geräten entwickelt, die von einem Benutzer leicht im der Hand gehalten werden können und mit denen Informationen bezüglich des lebenden Körpers, wie sie für die Gesundheitsvorsorge erforderlich sind, leicht erhalten werden können. Als ein Beispiel für diese Art von Geräten ist ein Ultraschallkopf bekannt, der zur Messung eines Durchmessers eines Blutgefäßes einer Radialarterie des Handgelenks unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens verwendet wird. Als Ultraschallwandler wird hauptsächlich ein am Körper tragbarer Typ mit biegsamem Array verwendet, in dem eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen als Funktionselemente zum Senden/Empfangen von Ultraschall in einer Array-Form angeordnet sind (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Indem eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen auf diese Weise in Array-Form angeordnet wird, ohne dass man auf Spezialisten, wie Klinikärzte, klinische Ingenieure und dergleichen, angewiesen ist, kann der Benutzer das so erhaltene Produkt auf der Haut auf der Radialarterie des Handgelenks anbringen, so dass das Ausdehnen und Zusammenziehen der Radialarterie durch den Ultraschall gemessen und in den Blutdruck umgewandelt werden kann. Außerdem kann durch Messen des Pulsierens der Blutgefäße, ohne auf die Messung des Blutdrucks beschränkt zu sein, nicht nur die Messung der Gehirnströme und der Herzfrequenz, sondern auch die Bewertung der Härte der Blutgefäße aus der zeitlichen Änderung der Ausweitung und des Zusammenziehens der Blutgefäße beurteilt werden. Als Folge davon wird es möglich, routinemäßig Erkrankungen der Blutgefäße zu überwachen, wie etwa Arteriosklerose und Herzerkkrankungen. Aus der Korrelation mit endothelialen Gefäßerkrankungen wird erwartet, dass die Messungen auf die Vorbeugung und Behandlung von Bluthochdruck und Diabetes angewendet werden können.
In den oben erwähnten herkömmlichen Beispielen werden unter Verwendung einer Würfel-Schneidemaschine Rillen auf einem quaderförmigen piezoelektrischen Verbundwerkstoff ausgebildet, die eine vorher festgelegte Dicke aufweisen; ein elektrisch isolierendes Kunstharz wird in die so ausgebildeten Rillen gefüllt; und danach werden beide Hauptoberflächen in der Dickenrichtung jeweils mit einer Poliervorrichtung poliert. Dann werden auf beiden Hauptoberflächen des piezoelektrischen Verbundwerkstoffs jeweils geteilte Elektroden und Gesamt-Elektroden durch ein Sputter-Verfahren oder ein Beschichtungsverfahren ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Produkt hergestellt, bei dem jedes der piezoelektrischen Elemente zum Senden/Empfangen von Ultraschall in einer Array-Form mit einem bestimmten Abstand angeordnet ist.
Es ist bekannt, dass bei piezoelektrischen Keramiken, wie etwa PZT und Bariumtitanat, und piezoelektrischen Verbundwerkstoffen, die aus piezoelektrischen Einkristallen gebildet werden, wie etwa PMN-PT und dergleichen, die Oszillationsfrequenz abhängig von ihrer Dicke bestimmt ist. In diesem Fall werden zum Beispiel wenn PMM-PT als piezoelektrisches Element für einen Ultraschallwandler verwendet wird, der Ultraschall sendet/empfängt, die Eigenschaften sogar durch eine Änderung der Dicke um einige µm beeinträchtigt. Daher wird es in einem Herstellungsverfahren wie bei einem nach dem oben erwähnten Stand der Technik, bei dem um eine Unterteilung in entsprechende piezoelektrische Elemente vorzunehmen, Kunstharz eingefüllt wird und die Haupt-Oberfläche poliert wird, schwierig sein, dafür zu sorgen, dass die Dicken der piezoelektrischen Elemente untereinander gleich sind. Weiterhin wird das Problem auftreten, dass die Sendefrequenz jedes der piezoelektrischen Elemente nicht gleich gemacht werden kann. In diesem Fall können diese piezoelektrischen Elemente, die unterschiedliche Sendefrequenzen aufweisen, auch nicht aus den piezoelektrischen Elementen, die in Array-Form angeordnet sind, ersetzt werden. Es ist daher ein dringendes Problem, eine Struktur einer Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung mit einer hohen Ausbeute zu entwickeln, bei denen eine Vielzahl von Funktionselementen mit gleichmäßiger Dicke in einer Array-Form in vorher festgelegten Abständen angeordnet ist.
Dokumente zum Stand der Technik
Patentschriften
Patentdokument 1: JP-2006-51105 A
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, welche durch die Erfindung zu lösen sind
Angesichts der oben erwähnten Punkte, weist diese Erfindung das Problem auf, eine Vorrichtung mit einer Struktur, ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopfes vom Array-Typ zu schaffen, bei dem eine Vielzahl von Funktionselementen mit gleichmäßiger Dicke in einer Array-Form in vorher festgelegten Abständen angeordnet ist.
Hilfsmittel zum Lösen der Probleme
Um die oben angegebenen Probleme zu lösen, weist die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung, die eine Vielzahl von Funktionselementen mit vorher festgelegter Dicke aufweist, die folgenden Eigenschaften auf: ein erstes Trockenfilm-Resist mit einer Vielzahl erster Öffnungen, die in Array-Form ausgebildet sind, und jeweils die Funktionselemente in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der ersten Öffnungen in einem Zustand halten, in dem die Funktionselemente teilweise offen liegen; ein zweites Trockenfilm-Resist, das auf das erste Trockenfilm-Resist laminiert ist und auch zweite Öffnungen aufweist, die jeweils jedes der Funktionselemente umschließen, wobei das zweite Trockenfilm-Resist eine Dicke aufweist, die der jedes der Funktionselemente äquivalent ist; und ein drittes Trockenfilm-Resist, das auf das zweite Trockenfilm-Resist laminiert ist und auch dritte Öffnungen aufweist und jeweils jedes der Funktionselemente mit dem ersten Trockenfilm-Resist in einem Zustand zusammenpresst, in dem die Funktionselemente in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der dritten Öffungen teilweise offen liegen.
In dieser Erfindung umfassen die Funktionselemente neben piezoelektrischen Elementen, die aus piezoelektrischen Keramiken gebildet werden, wie etwa PZT, Bariumtitanat und einem piezoelektrischen Einkristall, wie etwa PMN-PT, auch Funktionsteile, die zur Durchführung der Funktion von Vorrichtungen erforderlich sind, wie etwa Mikrolinsen, usw. In einem Fall, dass die Funktionselemente als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind und dass die Vorrichtung als ein Array-Typ von Ultraschallkopf ausgebildet ist, um einen Durchmesser eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens zu messen, kann eine Anordnung verwendet werden, die ferner umfasst: eine Gesamt-Elektrode, die zwischen dem ersten Trockenfilm-Resist und einer Haupt-Oberfläche jedes der jeweiligen piezoelektrischen Elemente ausgebildet ist; eine Teil-Elektrode, die jeweils auf einer anderen Haupt-Oberfläche jedes der piezoelektrischen Elemente ausgebildet ist; und ein Trägermaterial, das die Teil-Elektrode bedeckt. Ferner muss in dem Fall, dass es eine Dicke aufweist, die der der Funktionselemente gleich ist, die Dicke des Teils, das vom ersten und dritten Trockenfilm zusammengepresst wird, gleich sein, die Dicken der anderen Teile müssen nicht gleich sein.
Um die oben angegebenen Probleme zu lösen, weist ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung, die eine Vielzahl von Funktionselementen mit vorher festgelegter Dicke aufweist, gemäß dieser Erfindung ferner Eigenschaften auf, die folgende Schritte umfassen: Aufkleben auf eine Oberfläche eines Trägerelementes eines ersten Trockenfilm-Resists durch eine Trennfolie und Belichten und Entwickeln des ersten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden einer Vielzahl erster Öffnungen in Array-Form; Aufkleben auf eine Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists eines zweiten Trockenfilm-Resists mit einer Dicke, die der der Funktionselemente äquivalent ist, und Belichten und Entwickeln des zweiten Trockenfilm-Resists, dadurch direkt über jeder der ersten Öffnungen Ausbilden jeweiliger zweiter Öffnungen, die größer sind als die ersten Öffnungen; Anordnen der Funktionselemente auf einer Innenseite der zweiten Öffnungen, so dass sie von Randteilen der ersten Öffnungen getragen werden; Aufkleben in einem geheizten Zustand eines dritten Trockenfilm-Resists auf einer Oberfläche des zweiten Trockenfilm-Resists, und Belichten und Entwickeln des dritten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden jeweiliger dritter Öffnungen, so dass die Funktionselemente mit dem ersten Trockenfilm-Resist zusammengepresst werden; und Ausbilden eines Trägerelementes auf einer Oberfläche des dritten Trockenfilm-Resists, und Ablösen entlang einer Trennfläche zwischen dem ersten Trockenfilm-Resist und der Trennfolie.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, weist ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopfes vom Array-Typ zum Messen eines Durchmessers eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens, ferner die Eigenschaften auf, dass es die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen mit gleicher Dicke und Ausbilden einer ersten Elektroden-Schicht über einer gesamten Haupt-Oberfläche jedes piezoelektrischen Elements; Aufkleben auf eine Oberfläche eines Trägers eines ersten Trockenfilm-Resists durch eine Trennfolie und Belichten und Entwickeln des ersten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden einer Vielzahl erster Öffnungen in Array-Form; Ausbilden einer zweiten Elektroden-Schicht auf der Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists durch Strukturieren; Aufkleben auf die Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists, auf der die zweite Elektroden-Schicht ausgebildet wurde, eines zweiten Trockenfilm-Resists mit Dicken, die der der piezoelektrischen Elemente äquivalent sind, und Belichten und Entwickeln des zweiten Trockenfilm-Resists, dadurch direkt über jeder der ersten Öffnungen Ausbilden zweiter Öffnungen, die größer sind als die ersten Öffnungen; Anordnen von piezoelektrischen Elementen auf einer Innenseite der zweiten Öffnungen von der Seite der Haupt-Oberfläche, auf der die erste Elektroden-Schicht ausgebildet wurde, so dass sie von Randteilen der ersten Öffnungen getragen werden, um dadurch eine Gesamt-Elektrode herzustellen, bei der die erste Elektroden-Schicht und die zweite Elektroden-Schicht miteinander verbunden sind; Aufkleben in einem geheizten Zustand eines dritten Trockenfilm-Resists auf einer Oberfläche des zweiten Trockenfilm-Resists, einschließlich einer anderen Haupt-Oberfläche der piezoelektrischen Elemente, und Belichten und Entwickeln des dritten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden dritter Öffnungen, so dass die piezoelektrischen Elemente mit den ersten Öffnungen zusammengepresst werden; Ausbilden von jeweiligen Teil-Elektroden auf einer anderen Haupt-Oberfläche; und Ausbilden eines Trägermaterials, das als Trägerelement dient, um das dritte Trockenfilm-Resist und die Teil-Elektroden abzudecken, und Ablösen entlang einer Trennfläche zwischen dem ersten Trockenfilm-Resist und der Trennfolie.
Gemäß dem oben gesagten wird, wenn ein Beispiel beschrieben wird, in dem die Vorrichtung definiert ist, ein Ultraschallkopf vom Array-Typ zu sein, anders als im oben beschriebenen Stand der Technik, bei dem die piezoelektrischen Elemente als Funktionselemente im Verlauf der Herstellung der Vorrichtung poliert werden, eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen, die bereits zuvor von einem quaderförmigen Artikel auf eine vorher festgelegte Dicke poliert wurden, d.h. die gleichmäßige Schwingungsfrequenzen aufweisen, hergestellt. Jedes der piezoelektrischen Elemente wird dann in jede der ersten Öffnungen, die durch Belichten und Entwickeln des ersten Trockenfilm-Resists ausgebildet wurden, eingesetzt. Es ist daher möglich, dafür zu sorgen dass piezoelektrische Elemente den ersten Öffnungen in einer Anordnung gegenüberliegen, in der die piezoelektrischen Elemente in einer Array-Form in einem vorher festgelegten Abstand angeordnet sind. Dann, wenn mindestens das dritte Trockenfilm-Resist auf die Oberfläche des zweiten Trockenfilm-Resists geklebt ist, wird durch gemeinsames Erhitzen der laminierten Materialien, auch wenn minimale Zwischenräume zwischen z.B. den zweiten Öffnungen und den piezoelektrischen Elementen vorhanden sind, jedes der Trockenfilm-Resists teilweise geschmolzen, um dadurch diese Zwischenräume zu füllen. Als Folge davon werden die piezoelektrischen Elemente durch jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists fest gehalten, wodurch jedes der piezoelektrischen Elemente sicher elektrisch isoliert sein kann. Da eine Anordnung verwendet wird, in der die Funktionselemente durch jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists gehalten werden, wird die Biegsamkeit als Vorrichtung auch nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise kann gemäß dieser Erfindung eine Vielzahl von Funktionselementen, die in einer Array-Form mit einem vorher festgelegten Abstand angeordnet sind, mit einer guten Ausbeute der Produkte hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine teilweise abgeschnittene Schnittansicht zur Erklärung einer Anordnung eines Ultraschallkopfes vom Array-Typ gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Die 2 (a) bis (e) sind Schnittansichten, die jeweils die Herstellungsschritte des in 1 gezeigten Ultraschallkopfes vom Array-Typ zeigen.
Die 3 (a) bis (d) sind Schnittansichten, die jeweils die Herstellungsschritte des in 1 gezeigten Ultraschallkopfes vom Array-Typ zeigen.
4 ist eine teilweise abgeschnittene Schnittansicht zur Erklärung einer Gestaltung eines Bildsensors als die Vorrichtung bezüglich einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
5 ist eine teilweise abgeschnittene Schnittansicht zur Erklärung einer Gestaltung eines Gassensors als die Vorrichtung bezüglich noch einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.

Ausführungsweisen der Erfindung
Mit Bezug auf die Zeichnungen werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf ein Beispiel erfolgt, in dem Funktionselemente als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind und in dem eine Vorrichtung als ein Array-Typ von Ultraschallkopf ausgebildet ist, um einen Durchmesser eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens zu messen. In der folgenden Beschreibung müssen die Begriffe, die sich auf die Richtung beziehen, wie „nach oben oder obere“, „nach unten oder untere“ und dergleichen so verstanden werden, dass sie sich als eine Basis auf die montierte Lage des Ultraschallkopfes bezogen auf das Messobjekt beziehen, wie in 1 gezeigt.
Mit Bezug auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen AP einen Ultraschallkopf vom Array-Typ als eine Ausführungsform dieser Erfindung zum Messen des Durchmessers eines Blutgefäßes B einer Radialarterie des Handgelenks als Messobjekt, indem der Messkopf an einer vorher festgelegten Position des Handgelenks W befestigt wird. Im Ultraschallkopf AP sind vorgesehen: ein Trägermaterial 1; ein UltraschallSender/Empfänger 2; und ein Teil 3 zur akustischen Anpassung. Der Ultraschallkopf AP ist von einer Seite des Trägermaterials 1 mit einem biegsamen Verdrahtungssubstrat 4 verbunden, das aus Polyimid und dergleichen besteht und das auf seiner Oberfläche eine Metall-Verdrahtung in einem vorher festgelegten Muster aufweist.
Der Ultraschall-Sender/Empfänger-Teil 2 besteht aus: einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 21, die als Funktionselemente dienen, an die eine Impulsspannung angelegt wird und die Ultraschall in Richtung des Blutgefäßes B senden und die reflektierte Wellen empfangen, die nach der Kollision mit dem Blutgefäß B reflektiert werden; einem ersten Trockenfilm-Resist 22 mit einer Vielzahl erster Öffnungen 22a, die in Array-Form ausgebildet sind und die in engen Kontakt mit einem Randteil jeder der ersten Öffnungen 22a kommen, um jeweils die piezoelektrischen Elemente 21 in einem Zustand zu halten, in dem sie teilweise offen liegen; einem zweiten Trockenfilm-Resist 23, das eine Dicke aufweist, die gleich der des piezoelektrischen Elements 21 ist, und das auf das erste Trockenfilm-Resist 22 laminiert ist und das zweite Öffnungen 23a aufweist, um jeweils jedes der piezoelektrischen Elemente 21 zu umschließen; und ein drittes Trockenfilm-Resist 24, das auf das zweite Trockenfilm-Resist 23 laminiert ist und auch dritte Öffnungen 24a aufweist und jedes der piezoelektrischen Elemente 21 mit dem ersten Trockenfilm-Resist 22 in einem Zustand zusammenpresst, in dem die piezoelektrischen Elemente 21 in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der dritten Öffungen 24a teilweise offen liegen. Zwischen dem ersten Trockenfilm-Resist 22 und einer Haupt-Oberfläche 21a jedes der piezoelektrischen Elemente 21 (untere Oberfläche des piezoelektrischen Elements 21) ist eine Gesamt-Elektrode 25 ausgebildet, und auf einer anderen Haupt-Oberfläche 21b jedes der piezoelektrischen Elemente 21 (obere Oberfläche des piezoelektrischen Elements 21) sind Teil-Elektroden 26 jeweils über der gesamten Oberfläche ausgebildet.
Das Trägermaterial 1 weist die Funtion auf, den Ultraschall von jedem der piezoelektrischen Elemente 21 effizient in Richtung des Blutgefäßes B abzustrahlen sowie die Funktion eines Trägers, um die Vorrichtung, an der ein Trägermaterial 1, der UltraschallSender/Empfänger 2 und der Teil 3 zur akustischen Anpassung vorgesehen sind, zu tragen, und ist aus einer Mischung von Metallpulver und Kunstharz und dergleichen ausgebildet. In diesem Fall ist das Trägermaterial 1 auf dem dritten Trockenfilm-Resist 24, einschließlich der Teil-Elektroden 26, auf eine Weise ausgebildet, um den Bereich einzuschließen, in dem jedes der piezoelektrischen Elemente 21 in Array-Form angeordnet ist, und die Dicke ist eingestellt, in einen Bereich von 100µm bis 300µm zu fallen. Jedes der piezoelektrischen Elemente 21 besteht aus piezoelektrischen Keramiken, wie etwa PZT, Bariumtitanat und einem piezoelektrischen Einkristall, wie etwa PMN-PT. Jedes der piezoelektrischen Elemente 21 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipeds hergestellt, der beide Haupt-Oberflächen 21a, 21b mit einer Fläche von 0,5 mm² aufweist und eine vorher festgelegte Dicke von 80µm bis 120µm (vorzugsweise 90µm) aufweist. Der Teil 3 zur akustischen Anpassung besteht aus einem Rohmaterial, wie etwa Polyvinylidenfluorid und dergleichen, das eine geeignete akustische Impedanz auf der Oberfläche des Ultraschallsenders aufweist. Er ist in Plattenform hergestellt. Seine Dicke ist in einem Bereich von 10µm bis 50µm eingestellt. Zum Ankleben des Teils 3 zur akustischen Anpassung steht ein Verfahren zur Verfügung, ein Haftmittel zu verwenden, ein Verfahren zum Kleben unter Verwendung eines Lösungsmittels und ein Verfahren zum Ausbilden durch Aufbringen einer Aufdampfungs-Polymerisation. Im Fall, dass Aufdampfungs-Polymerisation verwendet wird, kann das zu verwendende Kunstharz Polyimid, Parylen, Polyuria und dergleichen umfassen.
Die ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 sind durch dieselben Ausführungsformen gebildet, wobei nur ein Unterschied in der Dicke besteht. Jeder dieser verwendeten ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 kann aus solchen hergestellt sein, die die Funktionen, z.B. des Belichtens, Heißschmelz-Eigenschaften, usw. aufweisen. Es können herkömmliche verwendet werden, bei denen eine fotoempfindliche Kunstharz-Zusammensetzung auf die Oberfläche des plattenförmigen, aus Kunstharz bestehenden Trägers aufgebracht wird (zum Beispiel TOKTMMF-S20 Serie (hergestellt von Tokyo Ouka Kougyo)). In diesem Fall kann für das erste und dritte Trockenfilm-Resist 22, 24 aus einer vorher festgelegten Dicke im Bereich von 20µm bis 45µm ausgewählt werden. Dann werden bezüglich jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 jeweils Fotomasken (nicht gezeigt) angeordnet, um dadurch jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 zu belichten. Nach dem Entfernen der Fotomasken wird dann das Entwickeln durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden in dem Fall, dass die ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 vom negativen Typ sind, nicht belichtete Teile entfernt. Auf diese Weise werden jede der ersten bis dritten Öffnungen 22a, 23a, 24a, welche die identische Öffnungsfläche aufweisen, die im Voraus festgesetzt wurde, in einer Array-Form strukturiert. Jede der ersten bis dritten Öffnungen 22a, 23a, 24a ist so ausgebildet, dass sie ein rechteckiges Profil aufweist, kann aber abhängig von den Profilen der Haupt-Oberflächen 21a, 21b, z.B. des piezoelektrischen Elements 21 geeignet geändert werden.
Bei dem oben erwähnten Ultraschallkopf AP wird, obwohl nicht besonders dargestellt und beschrieben, eine vorher festgelegte Impulsspannung selektiv an jedes der piezoelektrischen Elemente 21 von einer herkömmlichen Impuls-Stromversorgung über das biegsame Verdrahtungssubstrat 4 angelegt. In diesem Fall, wenn eine Impulsspannung im Bereich von 40 bis 100 V angelegt wird, schwingt Ultraschall mit ungefähr 20 MHz und das piezoelektrische Element 21 schwingt durch den Ultraschall, der am Blutgefäß B reflektiert wird. Die reflektierten Wellen werden gemessen, indem die Schwingungen in elektrische Signale umgewandelt werden. Übrigens kann als Verfahren zur Messung des Durchmessers des Blutgefäßes unter Verwendung von Ultraschallköpfen AP die herkömmliche Technik verwendet werden. Daher sind weitere detaillierte Erklärungen davon weggelassen. Mit Bezug auf 2 und 3 erfolgt nun die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der oben erwähnten Ultraschallköpfe.
Zuerst wird eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 21 der oben erwähnten Dicke (d.h. mit einer gleichmäßigen Schwingungsfrequenz) hergestellt, und eine erste Elektroden-Schicht 25a wird auf einer gesamten Oberfläche einer Haupt-Oberfläche 21a jedes der piezoelektrischen Elemente 21 ausgebildet (siehe, was durch die imaginären Linien in 2(d) gezeigt wird). Zusammen mit dem obigen wird ein Trägerelement 5 hergestellt, das eine Festigkeit wie etwa Silizium und dergleichen aufweist, und das über eine gesamte obere Oberfläche davon mit einer durch Hitze ablösbaren Trennfolie 6 aufgebracht ist. Als Trennfolie 6 können übrigens herkömmliche verwendet werden, und es kann auch eine UV-härtbare Trennfolie verwendet werden. Sobald das Trägerelement 5 hergestellt wurde, wird ein erstes Trockenfilm-Resist 22 auf die Trennfolie 6 geklebt. In diesem Fall kann, um das erste Trockenfilm-Resist 22 mit guten Klebeeigenschaften auf der gesamten Oberfläche der Trennfolie 6 festzukleben, eine Laminiervorrichtung vom Rollen-Typ verwendet werden, bei der eine Druck-Verklebung mit Rollen bei Erwärmen durchgeführt wird, oder eine Laminiervorrichtung vom Vakuum-Typ, bei der eine Druck-Verklebung durchgeführt wird, während das Innere einer Vakuumkammer bei reduziertem Druck erhitzt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt.
Dann wird eine Fotomaske (nicht gezeigt) angeordnet, um das erste Trockenfilm-Resist 22 zu belichten, und nach dem Entfernen der Fotomaske wird das Entwickeln durchgeführt, um eine Vielzahl von ersten Öffnungen 22a in einer Array-Form auszubilden (siehe 2(a)). In dieser Ausführungsform hat zur gleichen Zeit wie das Ausbilden der ersten Öffnungen 22a das erste Trockenfilm-Resist 22 darin Öffnungen 22b zur Verwendung beim Ausbilden der Verdrahtungsschicht ausgebildet, um Drahtverbindungen zu einem biegsamen Verdrahtungssubstrat 4 herzustellen. Da Belichten, Entwickeln, Entfernen des belichteten Teils oder des nicht belichteten Teils die herkömmliche Technik benutzen kann, sind detaillierte Erklärungen hier übrigens weggelassen. Nachdem die ersten Öffnungen 22a und die Öffnungen 22b zum Ausbilden der Verdrahtungsschicht ausgebildet wurden, wird eine zweite Elektroden-Schicht 25b auf dem ersten Trockenfilm-Resist 22 durch Strukturieren ausgebildet (siehe 2(b)). Als erste und zweite Elektroden-Schicht 25a, 25b werden leitfähige metallische Materialien, wie etwa Gold, Kupfer, Chrom und dergleichen verwendet. Für das Ausbilden der ElektrodenSchichten 25a, 25b wird eine Sputter-Vorrichtung, eine Vorrichtung zum Vakuum-Aufdampfen (Abscheiden) und dergleichen verwendet.
Als Nächstes wird oben auf dem ersten Trockenfilm-Resist 22, auf dem die zweite Elektroden-Schicht 25b ausgebildet wurde, ein zweites Trockenfilm-Resist 23, das die gleiche Dicke aufweist wie die des piezoelektrischen Elements 21, auf ähnliche Weise wie oben angeklebt, wodurch jeweils durch Belichten und Entwickeln zweite Öffnungen 23a, die größer sind als die ersten Öffnungen 22a, direkt über den ersten Öffnungen 22a ausgebildet werden (siehe 2 (c)). In diesem Fall sind die zweiten Öffnungen 23a so eingestellt, dass sie etwas größer werden als das Profil der piezoelektrischen Elemente 21. Ferner werden ebenfalls direkt über den Öffnungen 22b zum Ausbilden der Verdrahtungsschicht 22b Öffnungen 23b zum Ausbilden anderer Verdrahtungsschichten ausgebildet. Damit sie von dem Randteil der ersten Öffnungen 22a getragen werden, werden dann die piezoelektrischen Elemente 21 jeweils auf der Innenseite der zweiten Öffnungen 23a von der Seite der Haupt-Oberfläche 21a, auf der die erste Elektroden-Schicht 25a ausgebildet wurde, angeordnet. Gemäß dieser Anordnung wird eine Gesamt-Elektrode 25 ausgebildet, bei der die erste Elektroden-Schicht 25a und die zweite Elektroden-Schicht 25b miteinander verbunden sind (siehe 2(d)). Sobald jedes der piezoelektrischen Elemente 21 positioniert wurde, wird auf eine Weise ähnlich wie oben ein drittes Trockenfilm - Resist 24 auf das zweite Trockenfilm - Resist 23 geklebt, einschließlich der anderen Haupt-Oberfläche 21b des piezoelektrischen Elements 21. Dritte Öffnungen 24a werden somit durch Belichten und Entwickeln ausgebildet, so dass die piezoelektrischen Elemente 21 mit den ersten Öffnungen 22a und den dritten Öffnungen 24a zusammengepresst werden können (siehe 2(e)).
Als Nächstes werden, sobald die dritten Öffnungen 24a ausgebildet wurden, Teil-Elektroden 26 jeweils auf einer anderen Haupt-Oberfläche 21b jedes der piezoelektrischen Elemente 21 ausgebildet, so dass die Teil-Elektroden 26 sich über die oberen Oberflächen der dritten Trockenfilm Resists 24 erstrecken (siehe 3(a)). Als Teil-Elektroden 26 werden auf eine ähnliche Weise wie bei den Gesamt-Elektroden 25 zum Beispiel leitfähige metallische Materialien, wie etwa Gold, Kupfer, Chrom und dergleichen verwendet und werden ausgebildet, indem eine Sputter-Vorrichtung, eine Vorrichtung zum Vakuum-Aufdampfen (Abscheiden) und dergleichen verwendet wird. Oben auf den dritten Trockenfilm-Resists 24, einschließlich jeder der Teil-Elektroden 26 wird ein Trägermaterial 1 ausgebildet. Vor dem Ausbilden des Trägermaterials 1 wird übrigens zum Beispiel Silberpaste 7 angeordnet, um in den durch die Öffnungen 22b, 23b, 24b definierten Raum für die Bildung der Verdrahtungsschicht gefüllt zu werden, so dass die Verdrahtung verstärkt werden kann (siehe 3(a)).
Beim Ausbilden des Trägermaterials 1 wird zuerst auf dieselbe Weise wie oben ein viertes Trockenfilm-Resist 8 auf dem dritten Trockenfilm - Resist 24, einschließlich jeder der Teil-Elektroden 26 aufgeklebt, um eine einzelne vierte Öffnung 81 auszubilden, um den Bereich einzuschließen, in dem jedes der piezoelektrischen Elemente 21 in Array-Form angeordnet ist (siehe 3(b)). Dann wird die vierte Öffnung 81 mit einer Mischung zum Beispiel aus Metallpulver und Epoxydharz gefüllt und härtet aus, um dadurch das Trägermaterial 1 auszubilden (siehe 3(c)). Anschließend wird der Trägerkörper 5 erhitzt, um ihn entlang einer Trennfläche zwischen dem ersten Trockenfilm - Resist 22 und der Trennfolie 6 abzulösen (siehe 3(d)). Dann wird, nachdem ein Teil 3 zur akustischen Anpassung auf einer unteren Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists 22 befestigt wurde, die Kopplung von der Seite des Trägermaterials 1 mit dem biegsamen Verdrahtungssubstrat 4 vorgenommen. Obwohl nicht durch besondere Darstellung beschrieben, wird übrigens als Ergebnis der Verbindung des biegsamen Verdrahtungssubstrats 4, der Gesamt-Elektrode 25 und jeder der Teil-Elektroden 26 ein Ultraschallkopf AP eines Array-Typs hergestellt.
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform werden anders als beim Stand der Technik, bei dem piezoelektrische Elemente im Verlauf der Herstellung der Vorrichtung poliert werden, eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 21, die zuvor auf eine vorher festgelegte Dicke poliert wurden, im Voraus hergestellt, d.h. eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 21 mit gleichmäßiger Schwingungsfrequenz wird im Voraus hergestellt. Das erste Trockenfilm-Resist 22 wird belichtet und entwickelt, um die ersten Öffnungen 22a auszubilden, die in einer Array-Form angeordnet sind. Jedes der piezoelektrischen Elemente 21 ist somit bezüglich jeder der ersten Öffnungen 22a angeordnet. Daher wird das so hergestellte Produkt so sein, dass jedes der piezoelektrischen Elemente 21, das den ersten Öffnungen 22 gegenüberliegt, in einer Array-Form mit einem vorher festgelegten Abstand voneinander angeordnet ist. Da jedes des ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 angeordnet ist, unter Bedingungen einer Erhitzung angeklebt zu werden, wird auch wenn ein minimaler Zwischenraum zwischen zum Beispiel der zweiten Öffnung 23a und dem piezoelektrischen Element 21 vorliegt, ein Teil von jedem der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 geschmolzen, um dadurch den Zwischenraum zu füllen. Als Folge davon wird jedes der piezoelektrischen Elemente 21 durch jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 fest gehalten, so dass jedes der piezoelektrischen Elemente 21 sicher elektrisch isoliert sein kann. Da eine Anordnung verwendet wird, in der jedes der piezoelektrischen Elemente 21 durch jedes der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 gehalten wird, wird außerdem die Biegsamkeit als Vorrichtung auch nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise wird es gemäß dieser Erfindung möglich, die Produkte, bei denen eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 21 in einer Array-Form mit einem vorher festgelegten Abstand voneinander angeordnet sind, mit einer guten Ausbeute herzustellen.
Soweit wurde eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben, es können jedoch Änderungen in einem Bereich vorgenommen werden, in dem von dem Inhalt dieser Erfindung nicht abgewichen wird, wobei der Inhalt ist, dass die Funktionselemente (einschließlich des Funktionsteils) von zu laminierenden Trockenfilm-Resists gehalten werden. Insbesondere in dem Fall, dass eine Vielzahl von Funktionselementen vorgesehen ist, bei denen die Funktion, die Wirkungen offensichtlicher zu machen, mit den Dicken variiert, sind der Aufbau der Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung dieser Erfindung geeignet. In der oben erwähnten Ausführungsform wurde eine Beschreibung eines Beispiels angegeben, bei dem das Funktionselement gemacht ist, das piezoelektrische Element zu sein und auf einen Array-Typ eines Ultraschallkopfes als eine Vorrichtung angewendet wird. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf das obige beschränkt.
Wie in 4 gezeigt, wird in dem Fall eines Bildsensors IS als eine Vorrichtung, die als Funktionselemente eine Mikrolinse 100 und ein Lichtempfangselement 101 aufweist, die Dicke der Mikrolinse 100 einen Effekt auf die Empfindlichkeit ergeben. Dann wird in dem Fall eines Bildsensors IS, der eine andere Ausführungsform dieser Erfindung betrifft, eine Vielzahl von Mikrolinsen 100, die auf eine vorher festgelegte Dicke poliert wurden, hergestellt, und mit denselben Herstellungsprozessen wie in der oben erwähnten Ausführungsform wird der Bildsensor IS hergestellt, indem die Mikrolinsen 100 von jedem der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 gehalten wird. In diesem Fall wurde als das zweite Trockenfilm-Resist 23 eines ausgewählt, dessen Dicke gleich der des Boden-Endteils 100a ist, der eine vorher festgelegte Dicke der Mikrolinse 100 aufweist. In einem Zustand, in dem er von jedem der Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 gehalten wird, wird die Dicke des ersten Trockenfilm-Resists 22 so eingestellt, dass der Linsenteil 100b in die erste Öffnung 22a hervorsteht.
Wie in 5 gezeigt, wird ferner in einem Gassensor GS als eine Vorrichtung, in der ein Quarzoszillator 200 als Funktionselement vorgesehen ist, die Dicke des Quarzoszillators 200 die Empfindlichkeit beeinflussen. Daher wird bei dem Gassensor GS, der eine andere Ausführungsform dieser Erfindung betrifft, eine Vielzahl von Quarzoszillatoren 200, die auf eine vorher festgelegte Dicke poliert wurden, hergestellt, und mit denselben Herstellungsprozessen wie in der oben erwähnten Ausführungsform wird der Gassensor GS durch Halten mit jedem der ersten bis dritten Trockenfilm-Resists 22, 23, 24 hergestellt. In 5 bezeichnet die Bezugsnummer 201 übrigens das zu messende Gas.
Bezugszeichenliste

AP: Ultraschallkopf (Vorrichtung)
2: Ultraschall-Sender/Empfänger
3: Piezoelektrisches Element (Funktionselement)
22: Erstes Trockenfilm-Resist 22a Erste Öffnung
23: Zweites Trockenfilm-Resist 23a Zweite Öffnung
24: Drittes Trockenfilm-Resist 23a Erste Öffnung
4: Trägermaterial (Trägerelement)
5: Trägerelement
6: Mit Hitze abziehbare Folie (Trennfolie)
IM: Bildsensor (Vorrichtung)
100: Mikrolinse (Funktionsteil)
GS: Gassensor (Vorrichtung)
200: Quarzoszillator (Funktionselement)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006051105 A [0005]

Claims

Vorrichtung, in der eine Vielzahl von Funktionselementen mit einer vorher festgelegten Dicke vorgesehen ist, umfassend: ein erstes Trockenfilm-Resist mit einer Vielzahl erster Öffnungen, die in Array-Form ausgebildet sind und jeweils die Funktionselemente in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der ersten Öffnungen in einem Zustand halten, in dem die Funktionselemente teilweise offen liegen; ein zweites Trockenfilm-Resist, das auf das erste Trockenfilm - Resist laminiert ist und das auch zweite Öffnungen aufweist, die jeweils jedes der Funktionselemente umschließen, wobei das zweite Trockenfilm - Resist eine Dicke aufweist, die gleich der jedes der Funktionselemente ist; und ein drittes Trockenfilm-Resist, das auf das zweite Trockenfilm - Resist laminiert ist und auch dritte Öffnungen aufweist, und jedes der Funktionselemente zusammenpresst, wobei sich der erste Trockenfilm-Resist in einem Zustand befindet, in dem die Funktionselemente teilweise offen liegen und sich in engem Kontakt mit einem Randteil jeder der dritten Öffungen befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Funktionselemente als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind und wobei die Vorrichtung als ein Array-Typ von Ultraschallkopf ausgebildet ist, um einen Durchmesser eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens zu messen, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine Gesamt-Elektrode, die zwischen dem ersten Trockenfilm - Resist und einer Haupt-Oberfläche jedes der jeweiligen piezoelektrischen Elemente ausgebildet ist; eine Teil-Elektrode, die jeweils auf einer anderen Haupt-Oberfläche jedes der piezoelektrischen Elemente ausgebildet ist; und ein Trägermaterial, das die Teil-Elektrode bedeckt.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Funktionselementen mit vorher festgelegten Dicken, folgende Schritte umfassend: Aufkleben auf eine Oberfläche eines Trägerelementes eines ersten Trockenfilm-Resists durch eine Trennfolie und Belichten und Entwickeln des ersten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden einer Vielzahl erster Öffnungen in Array-Form; Aufkleben auf eine Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists eines zweiten Trockenfilm-Resists mit einer Dicke, die der der Funktionselemente äquivalent ist, und Belichten und Entwickeln des zweiten Trockenfilm-Resists, dadurch direkt über jeder der ersten Öffnungen Ausbilden jeweiliger zweiter Öffnungen, die größer sind als die ersten Öffnungen; Anordnen der Funktionselemente auf einer Innenseite der zweiten Öffnungen, so dass sie von Randteilen der ersten Öffnungen getragen werden; Aufkleben eines dritten Trockenfilm-Resists in einem geheizten Zustand auf einer Oberfläche des zweiten Trockenfilm-Resists, und Belichten und Entwickeln des dritten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden dritter Öffnungen jeweils so, dass die Funktionselemente mit dem ersten Trockenfilm-Resist zusammengepresst werden; und Ausbilden eines Trägerelementes auf einer Oberfläche des dritten Trockenfilm-Resists, und Ablösen entlang einer Trennfläche zwischen dem ersten Trockenfilm - Resist und der Trennfolie.
Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopfes vom Array-Typ zum Messen eines Durchmessers eines Blutgefäßes eines lebenden Körpers unter Verwendung eines Impuls-Echo-Verfahrens, folgende Schritte umfassend: Herstellen einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen mit gleicher Dicke und Ausbilden einer ersten Elektroden-Schicht über einer gesamten Haupt-Oberfläche jedes piezoelektrischen Elements; Aufkleben auf eine Oberfläche eines Trägerelementes eines ersten Trockenfilm-Resists durch eine Trennfolie und Belichten und Entwickeln des ersten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden einer Vielzahl erster Öffnungen in einer Array-Form; Ausbilden einer zweiten Elektroden-Schicht auf der Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists durch Strukturieren; Aufkleben auf die Oberfläche des ersten Trockenfilm-Resists, auf der die zweite Elektroden-Schicht ausgebildet wurde, eines zweiten Trockenfilm-Resists mit Dicken, die der der piezoelektrischen Elemente äquivalent sind, und Belichten und Entwickeln des zweiten Trockenfilm-Resists, dadurch direkt über jeder der ersten Öffnungen Ausbilden zweiter Öffnungen, die größer sind als die ersten Öffnungen; Anordnen von piezoelektrischen Elementen auf einer Innenseite der zweiten Öffnungen von der Seite der Haupt-Oberfläche, auf der die erste Elektroden-Schicht ausgebildet wurde, so dass sie von Randteilen der ersten Öffnungen getragen werden, um dadurch eine Gesamt-Elektrode herzustellen, bei der die erste Elektroden-Schicht und die zweite Elektroden-Schicht miteinander verbunden sind; Aufkleben eines dritten Trockenfilm-Resists in einem geheizten Zustand auf einer Oberfläche des zweiten Trockenfilm-Resists, einschließlich einer anderen Haupt-Oberfläche der piezoelektrischen Elemente, und Belichten und Entwickeln des dritten Trockenfilm-Resists, dadurch Ausbilden dritter Öffnungen so, dass die piezoelektrischen Elemente mit den ersten Öffnungen zusammengepresst werden; Ausbilden von Teil-Elektroden, jeweils auf einer anderen Haupt-Oberfläche; und Ausbilden eines Trägermaterials, das als Trägerelement dient, um das dritte Trockenfilm - Resist und die Teil-Elektroden abzudecken, und Ablösen entlang einer Trennfläche zwischen dem ersten Trockenfilm-Resist und der Trennfolie.