JP2001029346A - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

超音波探触子及びその製造方法

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JP2001029346A
JP2001029346A JP21030799A JP21030799A JP2001029346A JP 2001029346 A JP2001029346 A JP 2001029346A JP 21030799 A JP21030799 A JP 21030799A JP 21030799 A JP21030799 A JP 21030799A JP 2001029346 A JP2001029346 A JP 2001029346A
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piezoelectric
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gap
ultrasonic probe
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秀嗣 桂
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/064—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface with multiple active layers

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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で、良好な振動特性を得られる積
層型アレイ振動子を構成する。 【解決手段】 複数個の圧電板１２を互いに加圧接着す
る。各圧電板１２には、あらかじめ所定箇所にギャップ
溝が形成されている。加圧接触によりギャップ溝内に絶
縁材が充填され、これにより絶縁ギャップ２４が形成さ
れる。その絶縁ギャップ２４に隣接して上側及び下側か
ら複数の溝を形成し、そこに導電材を充填することによ
って垂直電極３２を形成する。その後、積層体を複数の
積層素子３４に切断する。一方側の垂直電極３２は奇数
番目の電極に接続され、他方側の垂直電極３２は、偶数
番目の電極に接続される。この場合、垂直電極３２と内
部電極とは絶縁ギャップ２４により電気的に隔絶され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波探触子及びそ
の製造方法に関し、特に積層型振動子及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置において、三次元イメー
ジングや超音波ビームの２軸フォーカスのために２Ｄ
（二次元）アレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子が利用
される。そのようなアレイ振動子では、複数の振動素子
が二次元的に配列される。各振動素子は非常に小さく、
インピーダンスが大きい。このため、振動素子と超音波
診断装置本体とを接続する同軸ケーブルの静電容量分に
よる電圧損失が大きくなり、感度低下の要因となる。
【０００３】そこで、アレイ振動子を構成する各素子の
電気的インピーダンスを上げるために、各素子を積層型
にする工夫が提案されている（例えば米国特許第５，５
４８，５６４号参照）。両面に電極が形成されたＮ個の
薄い圧電層を積層し、上段から交互に極性を設定する
と、各圧電層の厚さは１／Ｎになり、従ってインピーダ
ンスは１／Ｎ2となる。ここで、複数の圧電層は電気的
には並列接続され、音響的には直列接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
積層型アレイ振動子の場合、その構造が複雑であるため
どうしても製造コストが増大しがちである。特に、上記
米国特許第５，５４８，５６４号に記載された製造方法
では、組立後にセラミックの焼成や分極処理が行われて
おり、製造が大がかりとなるという問題がある。また、
同方法の場合、複数の圧電層を貫通する比較的直径の大
きい孔が形成され、その孔に導電性ペーストを充填し
て、各圧電体の電極層を共通接続する垂直電極が形成さ
れているが、そのような構造の場合、孔による欠落部分
（辺縁から半円形に削られる部分）が振動に悪影響を及
ぼすおそれがある。
【０００５】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、製造が容易で良好な振動特性
を得られる積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子及
びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、二次元配列された複数の積層素子
と、前記複数の積層素子の上面及び下面に接合されたグ
ランド電極及びシグナル電極と、を含む超音波探触子で
あって、前記各積層素子は、積層された複数の圧電体
と、前記複数の圧電体の最上面、最下面及び中間に形成
された複数の電極部と、前記積層体の第１側面に沿って
垂直に形成され、前記複数の電極部の中で奇数番目の電
極部の第１端部に電気的に接続された第１側面電極と、
前記積層体の第２側面に沿って垂直に形成され、前記複
数の電極部の中で偶数番目の電極部の第２端部に電気的
に接続された第２側面電極と、を含むことを特徴とす
る。
【０００７】上記構成によれば、積層された複数の圧電
体の第１側面及び第２側面を利用して第１側面電極及び
第２側面電極が形成され、各側面電極には電極部が所定
順序で電気的に接続される。従来においては、垂直電極
として半円筒断面形の電極が形成されており、振動への
影響等が問題とされていたが、本発明によれば、平板形
の側面電極の利用によって振動特性を良好にできるとと
もに、製造コストも低減できる。
【０００８】望ましくは、前記奇数番目の電極部の中で
最上面の電極部以外の電極部には、その第２端部に、前
記第２側面電極との電気的な接触を防止するための絶縁
ギャップが形成され、前記偶数番目の電極部の中で最下
面の電極部以外の電極部には、その第１端部に、前記第
１側面電極との電気的な接触を防止するための絶縁ギャ
ップが形成される。
【０００９】望ましくは、前記各絶縁ギャップは、前記
第１側面電極又は前記第２側面電極に隣接する位置に形
成される。望ましくは、前記絶縁ギャップは、前記電極
部を切削除去した溝に絶縁材を充填してなるものであ
る。望ましくは、前記絶縁材は前記複数の圧電体間を接
着する接着剤である。
【００１０】（２）上記目的を達成するために、本発明
は、上面及び下面に電極層が形成された複数の圧電板を
加工する工程であって、各圧電板の上面及び下面の所要
箇所に電極層を切断する深さ以上の深さをもってギャッ
プ溝を形成する溝形成工程と、前記ギャップ溝が形成さ
れた複数の圧電体を絶縁性を有する接着剤によって相互
に積層接着し、積層体を形成する積層工程と、前記積層
体の上面側から最下段の圧電板の上面電極層を切断する
深さで電極溝を形成し、前記積層体の下面側から最上段
の圧電板の下面電極層を切断する深さで電極溝を形成す
る工程と、前記電極溝に導電性部材を入れて側面電極を
形成する工程と、前記積層体をマトリクス状に切断して
積層素子群を形成する工程と、前記積層素子群に対して
シグナル電極及びグランド電極を設ける工程と、を含
み、前記積層体の切断位置に隣接して前記電極溝が形成
され、かつ、前記電極溝に隣接して前記ギャップ溝が形
成されることを特徴とする。
【００１１】望ましくは、前記複数の圧電板として、焼
成済みかつ分極済みの圧電板が利用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。
【００１３】図１〜図４には、積層型二次元アレイ振動
子を備えた超音波探触子の製造方法が示されている。各
図を参照しながらその製造方法について説明する。
【００１４】図１において、複数の圧電板１２を互いに
加圧接着することによって積層体１０が形成される。こ
こで、圧電板１２は板状の圧電体の上面及び下面に電極
層１４，１６を形成してなるものである。圧電体１２は
例えば圧電セラミック、高分子圧電材、複合圧電材など
の部材で構成される。
【００１５】図１に示されるように、圧電板１２の積層
に先立って、圧電板１２の２つの電極層１４，１６又は
その内のいずれか一方に、複数のギャップ溝２０が形成
される。具体的に説明すると、積層体１０における最上
段及び最下段の圧電板１２以外の１又は複数の圧電板１
２においては、その上面及び下面の両面に複数のギャッ
プ溝が形成され、最上段の圧電板１２においてはその下
面側にのみ複数のギャップ溝２０が形成され、最下段の
圧電板１２においてはその上面にのみ複数のギャップ溝
２０が形成される。各ギャップ溝２０の深さは少なくと
も電極層の厚みよりも大きい。ちなみに、電極層１４，
１６はスパッタリングなどの手法によって形成されたも
のである。
【００１６】ここで、各ギャップ溝２０は、後に形成さ
れる溝３０，３１と、各素子を分離する分離溝１００と
を考慮した位置に形成される。ちなみに、図１におい
て、Ｄ１は２つの溝３０，３１及び分離溝１００が形成
される領域を示しており、符号Ｄ２は溝３０又は３１が
形成される領域を示しており、符号Ｅは後に構成される
積層素子における実質部分を示している。
【００１７】図１において、各圧電板１２の積層に当た
っては、絶縁性接着剤が利用され、各圧電板１２を互い
に加圧接着すると、各ギャップ溝２０内に絶縁性接着剤
が充填され、この結果、絶縁ギャップ２４が構成され
る。この絶縁ギャップ２４は、後に示す垂直電極３２か
ら内部電極２５を電気的に隔絶するためのものである。
ここで、内部電極２５は圧電板１２間に形成されるもの
であり、上側の圧電板の下面側の電極と下側の圧電板の
上面側の電極とを重ね合わせたものである。積層体１０
の全体としては、上面から下面にかけて、１つ上面電極
と複数の内部電極と１つの下面電極とが形成されること
になる。
【００１８】次に、図２に示すように、ダイシングソー
を利用して上述した領域Ｄ１において絶縁ギャップ２４
に隣接する位置に溝３０，３１を形成する。ここで、溝
３０は上方から下方にかけて形成される溝であり、その
溝の深さは最下段の圧電板１２の上面電極を切断する位
置まで到達している。これと同様に、溝３１は積層体１
０の下面側から最上段の下面側電極を切断する深さを有
している。ここで、領域Ｄ１において、Ｄ１内に形成さ
れる２つの溝３０，３１の間には一定の領域Ｄ３が存在
している。また、図においてＹ方向の一方端及び他方端
には溝３０，３１と側面との間に領域Ｄ４が形成されて
いる。
【００１９】各溝３０，３１には、導電材が充填され
る。この場合、無電解メッキ、スパッタリング、導電性
樹脂や導電性の充填材を混ぜた樹脂の注入あるいは蒸着
などの手法が利用される。
【００２０】次に図３に示すように、図２に示す積層体
１０がＸ方向及びＹ方向に沿って賽の目上に分割され
る。具体的には、Ｘ方向の切断を行う場合には図２に示
した領域Ｄ３及びＤ４にダイシングソーが当てられ、そ
の部分が切削される。また、Ｙ方向についても同様にダ
イシングソーによって切削が行われる。その結果、図３
に示すように積層体１０が複数の積層素子３４に分離さ
れる。
【００２１】ここで、図２に示した溝３０及び３１には
充填材が充填されており、図３においてそれが垂直電極
３２として表されている。ここで、この垂直電極３２
は、積層素子３４の一方側面及び他方側面に形成される
ものである。一方側面に形成される垂直電極３２は、積
層素子３４に含まれる複数の電極（電極部）の内で、上
から奇数番目の電極にのみ電気的に接続しており、偶数
番目の電極については絶縁キャップ２４によって垂直電
極３２との電気的な接触が防止されている。
【００２２】これは、他方側の垂直電極３２においても
同様であり、その垂直電極３２は積層素子３４における
上段から偶数番目の電極にのみ電気的に接触しており、
奇数番目の電極については絶縁キャップ２４によって垂
直電極３２との電気的な接触が防止されている。なお、
このような交互接続を達成するために、圧電板１２の枚
数を奇数枚とするのが望ましい。
【００２３】図３に示す複数の積層素子３４に対して図
４に示すように、上側にグランド電極４０が設けられ、
下側にシグナル電極４２が接合される。ここで、グラン
ド電極４０は銅箔などで構成され、シグナル電極４２は
ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）などによって構成され
るものである。グランド電極４０は一方の垂直電極３２
に接続され、シグナル電極３２は他方の垂直電極に接続
される。グランド電極４０の上側には整合層４４が設け
られ、シグナル電極４２の下側にはバッキング４６が設
けられる。そして、図４に示す組立体が超音波探触子ケ
ース内に収容される。ちなみに、その場合において整合
層４４の前方には音響レンズなどが設けられる。
【００２４】図４において、各積層素子３４は分離溝１
００によって互いに分離されている。ここで、いずれか
の積層素子３４に対して電圧を印加すると、グランド電
極４０とシグナル電極４２との間に各圧電部３６が並列
接続されることになり、電気的なインピーダンスを上げ
ることができると共に、音響的には各圧電部が縦列接続
されているため、音響パワーの増大を図ることが可能と
なる。
【００２５】図４に示されるように、各積層素子３４に
おいて、内部電極に対する電気的な接続は平板状の垂直
電極３２を利用して行われているため、積層素子３４の
振動に対する悪影響が最小限におさえられている。ま
た、上述のように簡易な手法によって絶縁ギャップ２４
を形成し、必要に応じて垂直電極３２と内部電極との電
気的な接続を簡易な手法によって遮断することが可能で
ある。
【００２６】ちなみに、図１において、圧電板１２とし
ては焼成済みかつ分極済みの圧電板が利用されている。
よって、従来のようにアッセンブリを構成した後に分極
などを行うことに起因する問題を解消可能である。その
意味において圧電板１２を構成する材料選択の自由度が
高いという利点を得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造が容易で良好な振動特性を得られる積層型アレイ振
動子を提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る積層型アレイ振動子の製造方法
を示すための説明図である。
【図２】 本発明に係る積層型アレイ振動子の製造方法
を示すための説明図である。
【図３】 本発明に係る積層型アレイ振動子の製造方法
を示すための説明図である。
【図４】 本発明に係る積層型アレイ振動子の製造方法
を示すための説明図である。
【符号の説明】
１０ 積層体、１２ 圧電板、１４，１６ 電極層、２
０ ギャップ溝、２４絶縁ギャップ、２５ 内部電極、
３０ 溝、３２ 垂直電極、３４ 積層素子、１００
分離溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ ３３２ 41/22 Ｚ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二次元配列された複数の積層素子と、 前記複数の積層素子の上面及び下面に接合されたグラン
    ド電極及びシグナル電極と、 を含む超音波探触子であって、 前記各積層素子は、 積層された複数の圧電体と、 前記複数の圧電体の最上面、最下面及び中間に形成され
    た複数の電極部と、 前記積層体の第１側面に沿って垂直に形成され、前記複
    数の電極部の中で奇数番目の電極部の第１端部に電気的
    に接続された第１側面電極と、 前記積層体の第２側面に沿って垂直に形成され、前記複
    数の電極部の中で偶数番目の電極部の第２端部に電気的
    に接続された第２側面電極と、 を含むことを特徴とする超音波探触子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記奇数番目の電極部の中で最上面の電極部以外の電極
    部には、その第２端部に、前記第２側面電極との電気的
    な接触を防止するための絶縁ギャップが形成され、 前記偶数番目の電極部の中で最下面の電極部以外の電極
    部には、その第１端部に、前記第１側面電極との電気的
    な接触を防止するための絶縁ギャップが形成されたこと
    を特徴とする超音波探触子。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波探触子において、 前記各絶縁ギャップは、前記第１側面電極又は前記第２
    側面電極に隣接する位置に形成されたことを特徴とする
    超音波探触子。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の超音波探触子において、 前記絶縁ギャップは、前記電極部を切削除去した溝に絶
    縁材を充填してなるものであることを特徴とする超音波
    探触子。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の超音波探触子において、 前記絶縁材は前記複数の圧電体間を接着する接着剤であ
    ることを特徴とする超音波探触子。
  6. 【請求項６】 上面及び下面に電極層が形成された複数
    の圧電板を加工する工程であって、各圧電板の上面及び
    下面の所要箇所に電極層を切断する深さ以上の深さをも
    ってギャップ溝を形成する溝形成工程と、 前記ギャップ溝が形成された複数の圧電体を絶縁性を有
    する接着剤によって相互に積層接着し、積層体を形成す
    る積層工程と、 前記積層体の上面側から最下段の圧電板の上面電極層を
    切断する深さで電極溝を形成し、前記積層体の下面側か
    ら最上段の圧電板の下面電極層を切断する深さで電極溝
    を形成する工程と、 前記各電極溝に導電性部材を入れて側面電極を形成する
    工程と、 前記積層体をマトリクス状に切断して積層素子群を形成
    する工程と、 前記積層素子群に対してシグナル電極及びグランド電極
    を設ける工程と、 を含み、 前記積層体の切断位置に隣接して前記電極溝が形成さ
    れ、かつ、前記電極溝に隣接して前記ギャップ溝が形成
    されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の方法において、 前記複数の圧電板として、焼成済みかつ分極済みの圧電
    板が利用されることを特徴とする超音波探触子の製造方
    法。
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