DE3688335T2

DE3688335T2 - Ultraschallwandler und sein herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3688335T2
Application number: DE8686100194T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Fujii; Masahiro Sasaki; Iwao Seo; Hiroyuki Yagami
Original assignee: Terumo Corp; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Terumo Corp; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1986-01-08
Publication date: 1993-09-23
Anticipated expiration: 2006-01-09
Also published as: EP0187668A3; EP0187668A2; EP0187668B1; US4704774A; DE3688335D1; JPS61161446A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallwandler und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Ultraschallwandler werden verbreitet als Sonden bei Ultraschalldiagnosegeräten für die Echtzeitbeobachtung des Tomographen bzw. Tomogramms eines lebenden Körpers, bei Ultraschall-Werkstoffprüfgeräten für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und auf zahlreichen anderen Anwendungsgebieten eingesetzt.
Die JP-A-59 300 offenbart eine Ultraschallsonde, umfassend eine Elektrode eines Oszillators aus einem Hochpolymerfilm mit piezoelektrischer Eigenschaft auf der Gesamtphase einer zu benutzenden (Ober-)Fläche und einem rückseitigen Oszillator aus dem Hochpolymeren, wobei als Fremdelektroden 13 zahlreiche derselben parallel auf der Oberfläche des Hochpolymerfilms vorgesehen sind und jede dieser Elektroden als ein Oszillator arbeitet.
Verschiedene, für die Verwendung als Vibrator oder Schwinger bei solchen Ultraschallwandlern geeignete Werkstoffe wurden bereits erforscht. Ein kürzlich für diese Verwendung vorgeschlagener Werkstoff ist ein piezoelektrisches polymeres Material, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein Misch- bzw. Verbundmaterial aus ferroelektrischem Keramikpulver und einem Polymeren. Der Grund hierfür besteht darin, daß ein piezoelektrisches polymeres Material eine ausgezeichnete akustische Anpassung bezüglich eines lebenden Körpers zeigt, weil seine akustische Impedanz näher an derjenigen eines lebenden Körpers liegt als die akustische Impedanz herkömmlicher Keramikmaterialien. Ein solches piezoelektrisches polymeres Material besitzt auch einen niedrigen mechanischen Q-Wert, aufgrund dessen verbesserte(s) (Ansprech-)Empfindlichkeit und -verhalten (Frequenzgang) zu erwarten sind, und es besitzt Flexibilität, welche es ermöglicht, den Schwinger mittels maschineller Bearbeitung vergleichsweise einfach in nahezu jede Form zu bringen. Ein anderer Grund für die Verwendung eines piezoelektrischen polymeren Materials ist dessen hohe Anisotropie. Genauer gesagt: der Schwingungswirkungsgrad eines solchen Materials in der Richtung seiner Dicke ist erheblich höher als in einer Richtung senkrecht dazu, nämlich in der Querrichtung, so daß das Material zu einem Schwinger geformt werden kann, der einer (einem) idealen akustischen Kolbenquelle oder -strahler nahekommt. Da die Dicke eines solchen Schwingers sehr klein eingestellt werden kann, bietet sich eine vielfältige Anwendung im Hochfrequenzbereich an.
Es ergeben sich jedoch bestimmte Probleme, wenn versucht wird, ein piezoelektrisches polymeres Material für die Ausbildung eines Linear- oder Sektor(typ)arrays oder -felds von Wandlern für Hochfrequenzeinsatz zu verwenden. Insbesondere ist es dabei nötig, den Abstand zwischen benachbarten Elementen des Felds bzw. Arrays in der Breitenrichtung der Elemente sehr klein zu gestalten, um den Nebenzipfel zu minimieren. Da ein piezoelektrisches polymeres Material einen Schwinger bildet, der - wie erwähnt - einer (einem) akustischen Kolbenquelle oder -strahler nahekommt, besteht das für die Ausbildung der Arrayelemente am verbreitetsten angewandte Verfahren darin, nur die Elektroden in einem Feld- oder Arraymuster auszubilden; dies steht im Gegensatz zu dem bei herkömmlichen Keramikelementen angewandten Verfahren, bei dem die Elemente durch einzelnes Schneiden mittels eines Diamantschneidgeräts o. dgl. geformt werden. Mit anderen Worten: im Fall eines piezoelektrischen polymeren Materials werden die Arraymusterelektroden nach einer Technik wie Photoätzen, Siebdruck oder Aufdampfen geformt. Wenn jedoch zur Minimierung des Nebenzipfels der Arrayelementabstand weiter verkleinert wird, ist es zeitweilig schwierig, unter Anwendung des angegebenen Verfahrens Arraymusterelektroden zu formen, die bezüglich der Form stabil sind. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der akustischen Eigenschaften führen.

ABRISS DER ERFINDUNG

Eine erste Aufgabe der vor liegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschallwandlers mit ausgezeichneten akustischen Eigenschaften im Hochfrequenzbereich unter Verwendung eines piezoelektrischen polymeren Materials.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Ultraschallwandlers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die erste Aufgabe durch Schaffung eines Ultraschallwandlers der in den Ansprüchen 4 und 5 beanspruchten Art gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zweite Aufgabe durch Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, wie es in den Ansprüchen 1 und 2 beansprucht ist, gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in deren Figuren gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1(A) eine teilweise im Schnitt gehaltene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Ultraschallwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 1(B) eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung eines Hauptteils des Ultraschallwandlers nach Fig. 1(A),
Fig. 2 bis 7 Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des Ultraschallwandlers nach Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Fig. 8(A) und 8(B) eine perspektivische Darstellung bzw. eine Vorderansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Ultraschallwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im folgenden sind ein Ultraschallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung und ein erfindungsgemäßes Verfahren zu seiner Herstellung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine in den Fig. 1(A) und 1(B) dargestellte Ausführungsform eines Ultraschallwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist im folgenden in Verbindung mit einem in den Fig. 2 bis 7 dargestellten Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben.
Die Fig. 2(A) bis 2(C) veranschaulichen ein Verfahren, bei dem ein piezoelektrisches polymeres Material benutzt wird, um einen piezoelektrischen Körper (oder ein Element) zu formen, bei dem ein vorgeschriebener Bereich einen polarisierten (gepolten) Abschnitt aufweist. Das piezoelektrische polymere Material besteht aus Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Vinylidenfluorid/ Vinylfluorid-Mischpolymerisat, Vinylidenfluorid/- Ethylenetrifluorid-Mischpolymerisat, Vinylidenfluoride/Ethylentetrafluorid-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Vinylacetat-Mischpolymerisat, Viflylideflcyanid/-Acrylnitril-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Vinylidenchlorid -Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Styrol-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Methylmethacrylat-Mischpolymerisat, VinylidencYanid/Methylchloracrylat-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Vinylbenzoat-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid/Vinylchlora cetat-Mischpolymerisat, Viflylidencyanid/-Vinylchlorid-Mischpoiymerisat, Viflylidencyanid/Acrylsäure-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid-2,5-dichlorstyrol-Mischpolymerisat, Vinylidencyanid-2-chlor-1,3-butadien-Mischpolymerisat, Polyvinyliden cyanid, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid und dgl. in einer geformten Gestalt, (oder) einem uniaxial oder biaxial gereckten Material. Das piezoelektrische polymere Material kann auch aus einem Misch- oder Verbundmaterial bestehen, das durch Verkneten eines feinverteilten Pulvers einer ferroelektrischen Keramik, wie Bleititanat oder Bleizirkonattitanat, mit einem polymeren Material, wie Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid, Nylon, Polyacetal oder Polyacrylnitril, erhalten worden ist.
Gemäß Fig. 2(A) weist ein polymeres piezoelektrisches Element 1 einen vorgeschriebenen Bereich 2 auf, der einer Polarisationsbehandlung zu unterwerfen ist. Elektrisch leitfähige Platten 3, 4 aus Kupfer o. dgl., die dem Bereich 2 entsprechend geformt sind, werden in innige(n) Anlageberührung oder -kontakt mit den oberen bzw. unteren Hauptflächen des piezoelektrischen Elements 1 gebracht, um gemäß Fig. 2(B) den Bereich 2 abzudecken. Der vorgeschriebene Bereich 2 des piezoelektrischen Elements 1 wird dann durch Anlegung einer Spannung über die leitfähigen Platten oder Leiterplatten 3, 4 polarisiert (gepolt), worauf die Platten 3, 4 entfernt werden. Obgleich die Polarisierungsbedingungen je nach der Art des piezoelektrischen Elements verschieden sind, liegt die Temperatur im Bereich von 10-180ºC, vorzugsweise 40-175ºC, während die elektrische Feldstärke im Bereich von 50 kV/cm bis zur dielektrischen Durchschlagfestigkeit, vorzugsweise von 100-2000 kV/cm liegt und die Spannung für 10 s bis 10 h, vorzugsweise 10 min bis 2 h angelegt wird.
Damit wird, wie in Fig. 2(C) gezeigt, ein piezoelektrischer Körper 11 mit einem in dessen Mittelbereich liegenden und sich längs der kleinen Achse oder Nebenachse erstreckenden polarisierten Abschnitt 12 sowie (je) einem unpolarisierten Abschnitt 13 längs jeder Längs-Seitenkante des piezoelektrischen Körpers geformt
Die Fig. 3(A) bis 3(D) sind Darstellungen eines Verfahrens zum Ausbilden von Elektroden an dem teilweise polarisierten piezoelektrischen Körper 11. Fig. 3(A) zeigt den piezoelektrischen Körper 11 mit dem auf oben beschriebene Weise erzeugten polarisierten Abschnitt 12. Gemäß den Fig. 3(B) und 3(C) wird ein elektrisch leitendes Material zur Erzeugung erster und zweiter Elektroden 14, 15 nach einer bekannten Methode, wie Vakuumablagerung, Zerstäubung oder Siebdruck, auf die erste (Fig. 3(B)) bzw. zweite (Fig. 3(C)) Hauptfläche des piezoelektrischen Körpers 11 aufgebracht. Die erste Elektrode 14 wird auf der ersten Hauptfläche so geformt, daß sie nur einen der unpolarisierten Abschnitte 13 bedeckt und den anderen unpolarisierten Abschnitt 13, wie mit der Ziffer 13a bezeichnet, freigelegt bzw. unbedeckt läßt. Ebenso wird die zweite Elektrode 15 auf der zweiten Hauptfläche so geformt, daß sie nur deren unpolarisierten Abschnitt 13, entsprechend dem unbedeckten unpolarisierten Abschnitt 13a, bedeckt. Der dabei unbedeckt bleibende unpolarisierte Abschnitt ist mit der Ziffer 13b bezeichnet. Wie aus der Schnittansicht von Fig. 3(D) hervorgeht, umfaßt der so erhaltene piezoelektrische Körper 11 die unpolarisierten Abschnitte 13 auf beiden Seiten des polarisierten Abschnitts 12 und an diesen angrenzend, den Hauptabschnitt der ersten Elektrode 14 auf dem Abschnitt der ersten Hauptfläche, welcher dem polarisierten Abschnitt 12 entspricht, die zweite Elektrode 15 auf dem Abschnitt der zweiten Hauptfläche, welcher dem polarisierten Abschnitt 12 entspricht, einen sich über den unpolarisierten Abschnitt 13b auf der ersten Hauptfläche erstreckenden verbindenden Randabschnitt 14a der ersten Elektrode 14 und einen sich über den unpolarisierten Abschnitt 13a an der zweiten Hauptfläche erstreckenden verbindenden Randabschnitt 15a der zweiten Elektrode 15. Gemäß den Fig. 4(A) und 4(B) ist oder wird eine akustische Anpaßschicht 16 so auf der die zweite Elektrode 15 aufweisenden zweiten Fläche des piezoelektrischen Körpers 11 abgelagert bzw. auf diese aufgebracht, daß sie den durch den polarisierten Abschnitt 12 gebildeten Bereich bedeckt. Die akustische Anpaßschicht 16 dient auch zum Schutze der akustischen Strahlungs- bzw. Abstrahlfläche des piezoelektrischen Körpers 11 mit der zweiten Elektrode 15 und besteht aus einem flexiblen Film aus Polyester oder Polyimid einer niedrigen akustischen Impedanz, der durch Verkleben oder vorzugsweise thermisches Verschmelzen auf die zweite Fläche aufgebracht wird.
Der nächste Schritt des Herstellungsverfahrens besteht in der Ausbildung von leitfähigen Zuleitungen auf einem flexiblen Substrat oder Träger, wie in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt, zur Ermöglichung eines externen Anschlusses. Insbesondere wird ein Substrat 20 aus einem flexiblen Isolator, wie Polyimid oder Polyester, mit einer Öffnung 21 geformt. Die Breite der Öffnung 21 entspricht derjenigen des piezoelektrischen Körpers 11, abzüglich der verbindenden Randabschnitte 14a, 15a, und ihre Länge ist ungefähr die gleiche wie die des piezoelektrischen Körpers 11 längs dessen Hauptachse. Auf der Oberfläche des Substrats 20 werden in Kontakt mit den Längs-Seitenkanten der Öffnung 21 erste und zweite leitfähige Zuleitungsrandabschnitte 22, 23 angeordnet, welche den verbindenden Randabschnitten 14a, 15a entsprechen und die gleiche Breite wie diese aufweisen. Eine Anzahl erster leitfähiger Zuleitungen 24 verläuft längs der Oberfläche des Substrats 20 vom leitfähigen Zuleitungsrandabschnitt 22 zur einen Seitenkante des Substrats 20, und zwei zweite leitfähige Zuleitungen 25 erstrecken sich längs der Oberfläche des Substrats 20 vom leitfähigen Zuleitungsrandabschnitt 23 zur Seitenkante des Substrats 20. Die distalen Endabschnitte der Zuleitungen 24, 25 bilden Anschlußabschnitte 26, 27, 28 an der Seitenkante des Substrats 20, so daß eine Verbindung zu einer nicht dargestellten externen Schaltung herstellbar ist. Diese leitfähigen Leitungsmuster werden durch Ablagerung nach einem Verfahren, wie Aufdampfen oder Photoätzen, geformt. Die Zahl der die ersten leitfähigen Zuleitungen 24 bildenden leitfähigen Zuleitungsmuster entspricht der Zahl der Elemente im Array.
Fig. 5(B) veranschaulicht die Art und Weise, auf welche der die Elektroden 14 15 aufweisende piezoelektrische Körper 11 in die Öffnung 21 eingesetzt worden ist. Gemäß Fig. 5(A) sind die Zuleitungen 24 und 25 auf der gleichen Fläche des Substrats 20 verlängert oder geführt, während die Elektroden 14 und 15 jeweils auf den gegenüberliegenden Flächen des piezoelektrischen Körpers 11 abgelagert sind. Gemäß Fig. 5(B) ist es daher nötig, den leitfähigen Zuleitungsrandabschnitt 22, der mit dem verbindenden Randabschnitt 14a (klebend) zu verbinden ist, im voraus über die Kante des Substrats 20 zu führen oder zu verlängern. Wenn andererseits die Zuleitungen 24, 25 auf den jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Substrats 20 abgelagert werden, braucht der leitfähige Zuleitungsrandabschnitt 22 nicht über die Kante 40 hinaus geführt zu werden.
Gemäß den Fig. 6(A) und 6(B) wird der piezoelektrische Körper 11 in die Öffnung 21 des Substrats 20 eingesetzt, wobei die Randabschnitte 14a, 15a von erster und zweiter Elektrode 14 bzw. 15 mit Hilfe von Klebmittelschichten 30, 31 aus einem elektrisch leitfähigen Klebmittel mit den ersten und zweiten (leitfähigen) Zuleitungsrandabschnitten 22 bzw. 23 verklebt werden. Fig. 6(B) ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung der Klebebereiche.
Sodann wird die erste Elektrode 14 in eine Anzahl von Elektroden, die ein Elektrodenfeld oder -array bilden, unterteilt. Dies geschieht gemäß Fig. 7 mittels einer Schlitz- oder Schnittsäge (dicing saw) o. dgl., wobei gleichzeitig der Zuleitungsrandabschnitt 22 und die erste Elektrode 14 zu Segmenten geschnitten werden, die mit den jeweiligen, auf dem Substrat 20 an Stellen entsprechend den Arrayelementen geformten Zuleitungen 24 übereinstimmen. Beim Schneidevorgang werden Rillen 32 mit nur einer solchen Tiefe, daß sie die Bodenfläche der ersten Elektrode 14 erreichen, geformt. Dabei wird die erste Elektrode 14 in eine Anordnung (ein Array) aus mehreren Elektroden 14b unterteilt, die mit einem sehr kleinen Abstand zwischen den Elektroden nebeneinander liegen; jede Elektrode 14b ist dabei zuverlässig mit ihrer entsprechenden (leitfähigen) Zuleitung 24 verbunden. Das Ergebnis ist eine Vielzahl von Arrayelementen 33. Das auf diese Weise erhaltene piezoelektrische Element umfaßt die in höchst genauer Weise geformten und angeordneten Arrayelemente 33.
Gemäß Fig. 1(A) ist oder wird das piezoelektrische Element nach Fig. 7 mit einer Grundschicht (backing) 40 (klebend) verbunden, die aus einem Werkstoff wie Epoxyharz besteht; damit wird ein Lineararraywandler gebildet. Der piezoelektrische Wandler ist oder wird mit der Grundschicht 40 in der Weise verbunden, daß der polarisierte Abschnitt 12 an der Oberkantenfläche der Grundschicht liegt, wobei die Fläche des polarisierten Abschnitts, auf welcher die zweite Elektrode 15 abgelagert ist, nach oben weist. Es ist zu beachten, daß die zweite Elektrode 15 als gemeinsame oder Sammelelektrode dient. Unter Nutzung ihrer Flexibilität werden der piezoelektrische Körper 11 und das Substrat 20 gebogen und dann derart mit der Grundschicht 40 (klebend) verbunden, daß die Verbindungsstellen zwischen den ersten und zweiten Elektrodenrandabschnitten 14a bzw. 15a sowie den ersten und zweiten Zuleitungsrandabschnitten 22 bzw. 23 an den Seiten der Grundschicht 40 positioniert sind. In der Figur (1(A)) stehen die Ziffer 41 für ein Gehäuse und die Ziffer 42 für eine effektive akustische Abstrahlfläche.
Beim Ultraschallwandler gemäß der dargestellten Ausführungsform ist mithin nur der Abschnitt des piezoelektrischen Elements im Bereich entsprechend der effektiven akustischen Abstrahlfläche 42 polarisiert; die Übergänge zwischen den Elektroden 14, 15 und den (leitfähigen) Zuleitungen 24, 25 (welche Abschnitte in Fig. 1(A) von strichpunktierten Kreis-Linien 43, 44 umschlossen sind) liegen an den unpolarisierten Abschnitten 13a, 13b, wobei sich die Übergänge 43, 44 an den von der akustischen Abstrahlfläche 42 entfernten Seiten der Grundschicht 40 befinden. Durch eine derartige Anordnung wird der ungünstige Einfluß der Übergänge 43, 44 ausgeschaltet, die als unnötige akustische Grenzflächen wirken. Mit anderen Worten: auf der effektiven akustischen Abstrahlfläche 42 befinden sich nur die sehr dünne, durch Vakuumaufdampfung geformte zweite Elektrode 15 und die durch thermisches (Auf-)Schmelzen geformte akustische Anpaßschicht 16, während andere, schädliche Grenzflächen in Positionen liegen, die von der effektiven akustischen Abstrahlfläche 42 entfernt sind. Hierdurch werden die akustischen Charakteristika oder Eigenschaften verbessert. Insbesondere werden ausgezeichnete akustische Hochfrequenz-Eigenschaften erzielt, weil der geringe Einfluß der Klebmittelschichten 30, 31 sowie der ersten und zweiten (leitfähigen) Zuleitungsrandabschnitte 22, 23 an den Übergängen 43, 44 beseitigt ist.
Weiterhin ist gem. Fig. 1(A) die obere Stirnfläche der Grundschicht 40d unter Nutzung der Flexibilität des piezoelektrischen Körpers 11 ausgespart oder vertieft. Dies hat zur Folge, daß Schallwellen in einer Richtung senkrecht zur Ultraschallabtastrichtung fokussiert werden.
Nach dem Herstellungsverfahren gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Ultraschallwandler des oben beschriebenen Aufbaus in sehr einfacher Weise hergestellt werden. Da das Verfahren nach der Erfindung insbesondere die Schritte eines Polarisierens lediglich des vorgeschriebenen Bereichs des piezoelektrischen polymeren Elements, des anschließenden Ablagerns der ersten und zweiten Elektroden, die der Sammelelektrode und den Arrrayelektroden entsprechen, welche den polarisierten Abschnitt bedecken und an den unpolarisierten Abschnitten befindliche Randabschnitte aufweisen, des nachfolgenden Verbindens dieser ersten und zweiten Elektrodenrandabschnitte mit den auf dem flexiblen Substrat geformten leitfähigen Zuleitungsrandabschnitten und des hierauf folgenden gleichzeitigen Schneidens der ersten Elektrode und des entsprechenden leitfähigen Zuleitungsrandabschnitts mittels einer Schlitz- oder Schnittsäge umfaßt, kann ein hochdichtes Array von Elementen mit hoher Genauigkeit und Stabilität (Zuverlässigkeit) geformt werden. Das Ergebnis ist ein hochdichter Arraytyp- Ultraschallwandler, der besonders gut für Einsatz im Hochfrequenzbereich geeignet ist.
Da darüber hinaus in einem einfachen Herstellungsverfahren sowohl die Arrayelektroden des piezoelektrischen Elements geformt als auch die Arrayelektroden im wesentlichen elektrisch mit einer externen Schaltung verbunden werden, wird das Gesamtverfahren verkürzt. Da außerdem das piezoelektrische Element nur bis zur Tiefe des Arrayelektrodenabschnitts geschnitten wird, besitzt das piezoelektrische Material eine hohe mechanische Festigkeit. Als Ergebnis wird ein stabiler Ultraschallwandler eines hohen Festigkeitsgrads erhalten, bei dem der piezoelektrische Körper mit der akustischen Anpaßschicht und der Grund- oder auch Stützschicht (klebend) verbunden ist.
Da das gesamte piezoelektrische Element flexibel ist, kann es beliebig in eine gewünschte Konfiguration verformt werden. Der Wandler ist daher nicht nur auflineare Array- Sonden anwendbar, sondern läßt sich auch zu Sonden des (Kreis-)Bogenarray- und des Konvexarraytyps umwandeln. Demzufolge ist der Ultraschallwandler in weitem Umfang für verschiedene Verfahren der Ultraschall-Tomographie und für die Diagnose an verschiedenen Bereichen eines lebenden Körpers einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Ultraschallwandler für eine Einheitssonde oder Sondeneinheit (unit probe) der in den Fig. 8(A) und 8(B) dargestellten Art anwendbar. Dabei weist ein piezoelektrischer Körper 50 mit einem piezoelektrischen polymeren Element einen scheibenförmigen polarisierten Abschnitt 51 sowie vom Umfang des letzteren abgehende, lineare unpolarisierte Abschnitte 53, 53 auf. Eine erste Elektrode 54 ist auf dem polarisierten Abschnitt 51 und dem unpolarisierten Abschnitt 52 so abgelagert bzw. so daraufaufgetragen, daß sie deren Oberseite bedeckt. Ebenso ist eine zweite Elektrode 55 auf dem polarisierten Abschnitt 51 und dem unpolarisierten Abschnitt 53 so abgelagert, daß sie deren Unterseite bedeckt. Die erste Elektrode 54 weist einen am Ende des unpolarisierten Abschnitts 52 gelegenen Endabschnitt 54a auf, und die zweite Elektrode 55 weist einen am Ende des unpolarisierten Abschnitts 53 gelegenen Endabschnitt 55a auf. Erste und zweite leitfähige Zuleitungen 56, 57 sind so geformt, daß sie mit den ersten bzw. zweiten Elektrodenendabschnitten 54a bzw. 55a verbunden sind. Die erzielten Wirkungen sind ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Beim Ultraschallwandler nach der vorliegenden Erfindung ist also nur der Abschnitt des piezoelektrischen Elements am oder im Bereich entsprechend der akustischen Abstrahlfläche polarisiert; die Übergänge oder Verbindungen zwischen den Elektroden und den leitfähigen Zuleitungen liegen an den unpolarisierten Abschnitten, und die Übergänge oder Verbindungen liegen an von der akustischen Abstrahlfläche entfernten Stellen. Infolgedessen haben die Übergänge oder Verbindungen, die als unnötige akustische Grenzflächen wirken, keinen ungünstigen Einfluß auf die effektive akustische Abstrahlfläche, so daß die akustischen Eigenschaften im Hochfrequenzbereich verbessert sein können.
Weiterhin umfaßt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte eines Polarisierens lediglich des vorgeschriebenen Bereichs des piezoelektrischen polymeren Elements, eines anschließenden Ablagerns oder Auftragens der ersten und zweiten Elektroden, welche den polarisierten Abschnitt bedecken und an den unpolarisierten Abschnitten liegende Randabschnitte aufweisen, eines nachfolgenden Verbindens dieser ersten und zweiten Elektrodenrandabschnitte mit den auf dem flexiblen Substrat geformten leitfähigen Zuleitungsrandabschnitten und des hierauf erfolgenden gleichzeitigen Schneidens der ersten Elektrode und des Übergangs zwischen der ersten Elektrode und dem leitfähigen Zuleitungsabschnitt zwecks Ausbildung von Arrayelektroden. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht somit die Fertigung eines hochdichten Arrays von Elementen mit hoher Genauigkeit und Stabilität.
Da offensichtlich weit unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne von ihrem Grundgedanken und Rahmen abzuweichen, ist zu berücksichtigen, daß die Erfindung nicht auf ihre spezifischen Ausführungsformen und -beispiele, soweit sie nicht in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, beschränkt ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, umfassend die folgenden Schritte:

Formen eines polarisierten Abschnitts (12) an bzw. in einem vorgeschriebenen Bereich (2) eines plattenförmigen piezoelektrischen Körpers (11) aus einem piezoelektrischen polymeren Material mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen, indem erste und zweite elektrische Leiter (3, 4) in innige(n) Berührung oder Kontakt mit erster bzw. zweiter Hauptfläche gebracht werden und eine Spannung über die ersten und zweiten elektrischen Leiter (3, 4) angelegt wird, um damit auch einen an den polarisierten Abschnitt (12) angrenzenden unpolarisierten Abschnitt (13) zur formen,

Ablagern bzw. Auftragen einer ersten Elektrode (14) auf der bzw. die erste(n) Hauptfläche, so daß sie den polarisierten Abschnitt (12) bedeckt und sich über einen ersten Bereich des unpolarisierten Abschnitts (13) erstreckt, und einer zweiten Elektrode (15) auf der bzw. die zweite(n) Hauptfläche, so daß sie den polarisierten Abschnitt (12) bedeckt und sich über einen zweiten Bereich des unpolarisierten Abschnitts (13) erstreckt, wobei die ersten und zweiten Elektroden (14, 15) jeweils aus einem elektrischen Leiter bestehen,

Ablagern einer ersten elektrisch leitfähigen Zuleitung

(24) auf einer der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen eines flexiblen Substrats (20) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitung (25) auf einer der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des flexiblen Substrats (20),

(klebendes) Verbinden eines Endabschnitts der ersten elektrisch leitfähigen Zuleitung (24) mit der ersten Elektrode (14) an einem über den ersten Bereich (13b) des unpolarisierten Abschnitts (13) verlaufenden Randabschnitt (14a) derselben und eines Endabschnitts der zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitung (25) mit der zweiten Elektrode (15) an einem über den zweiten Bereich (13a) des unpolarisierten Bereichs (13) verlaufenden Randabschnitt (15a) derselben sowie

Durchführen eines Verbindens mit einem Grundschichtelement (40), bei dem mindestens eine Fläche plattenförmig ist, wobei der polarisierte Abschnitt (12) an der plattenförmigen Fläche des Grundschichtelements (40) und die Randabschnitte (14a, 15a) der ersten und zweiten Elektroden (14, 15) an ersten bzw. zweiten Seitenflächen des Grundschichtelements (40) angeordnet werden oder sind.

2. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, umfassend die folgenden Schritte:

Formen eines polarisierten Abschnitts (12) an bzw. in einem vorgeschriebenen Bereich (2) eines plattenförmigen piezoelektrischen Körpers (11) aus einem piezoelektrischen polymeren Material mit gegenüberliegenden ersten bzw. zweiten Hauptflächen, indem erste und zweite elektrische Leiter (3, 4) in innige(n) Berührung oder Kontakt mit erster und zweiter Hauptfläche gebracht werden und eine Spannung über die ersten und zweiten elektrischen Leiter (3, 4) angelegt wird, um damit auch einen an den polarisierten Abschnitt (12) angrenzenden unpolarisierten Abschnitt (13) zur formen,

Ablagern einer ersten elektrisch leitfähigen Zuleitung (24) auf einer der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen eines flexiblen Substrats (20) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitung (25) auf einer der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des flexiblen Substrats (20),

wobei die erste elektrisch leitfähige Zuleitung (24) (jeweils) aus einer Anzahl von elektrisch leitfähigen Mustern oder Leitermustern besteht, die an ihrem ersten Ende zusammengeschaltet sind, und ein zweites Ende aufweist, das sich vom zusammengeschalteten ersten Ende nach außen verzweigt,

Verbinden der ersten elektrisch leitfähigen Zuleitung (24) mit der ersten Elektrode (14) an einem über den Bereich des unpolarisierten Abschnitts (13) verlaufenden Randabschnitt (14a) derselben und der zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitung (25) mit der zweiten Elektrode (15) an einem über den Bereich des unpolarisierten Abschnitts (13) verlaufenden Randabschnitts (15a) derselben,

Schneiden der ersten Elektrode (14) und ihres Randabschnitts (14a), mit dem die erste(n) elektrisch leitfähige(n) Zuleitung(en) (24) verbunden ist (sind), zu einer Arraykonfiguration mit einem vorgeschriebenen Abstand sowie

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Ablagerns der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitungen (24, 25) das Versehen des Substrats (20) mit einer Öffnung (21) einer Form, die im wesentlichen die gleiche ist wie die der Hauptflächen des piezoelektrischen Körpers (11), und das Vorsehen der ersten und zweiten leitfähigen Zuleitungen (24, 25) an Außenkanten der Öffnung (21) umfaßt, und der Schritt des Verbindens von Endabschnitten der ersten bzw. zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitungen (24, 25) das Einsetzen des piezoelektrischen Körpers (11), auf dem (den) die ersten und zweiten Elektroden (14, 15) abgelagert oder aufgetragen sind, in die Öffnung (21) in der Weise umfaßt, daß die Endabschnitte der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Zuleitungen (24, 25) jeweils die Randabschnitte (14a, 15a) der ersten bzw. zweiten Elektroden (14, 15) kontaktieren.

4. Ultraschallwandler, erhältlich nach einem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1.

5. Ultraschallwandler, erhältlich nach einem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 2.