JP2003153389A - 圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法、及び脈波検出装置 - Google Patents
圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法、及び脈波検出装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の一般的な超音波探触子に関しては、圧
電素子に特殊なパターニングを行う必要があるため、製
造が困難であるという問題点があった。また、導電性接
着剤などで導線を圧電素子に取り付ける場合では、導電
性接着剤の厚さ、導線の太さを前記音響整合層の厚さ以
下にする必要があり、きわめて製造が困難であり、実際
には最適な厚さ以上の厚さとなり、検出感度が低下する
という問題点があった。 【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
め、本発明の圧電トランスデューサは、両面に電極が設
けられた圧電素子を、複数の基板電極を有する基板上に
固定し、更に超音波を効率的に送受信する音響整合層を
前記圧電素子上に重ねた積層状の構造とした。また、前
記圧電素子の両面にそれぞれ設けられた面電極のうち、
一方の面電極は前記基板電極と重なるようにして導通さ
せ、他方の面電極は導電性の部材を介して導通するよう
に構成し、しかも他方の面電極には前記導電性の部材が
音響整合層の厚み内で、しかも露出しない接続構造とし
た。
電素子に特殊なパターニングを行う必要があるため、製
造が困難であるという問題点があった。また、導電性接
着剤などで導線を圧電素子に取り付ける場合では、導電
性接着剤の厚さ、導線の太さを前記音響整合層の厚さ以
下にする必要があり、きわめて製造が困難であり、実際
には最適な厚さ以上の厚さとなり、検出感度が低下する
という問題点があった。 【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
め、本発明の圧電トランスデューサは、両面に電極が設
けられた圧電素子を、複数の基板電極を有する基板上に
固定し、更に超音波を効率的に送受信する音響整合層を
前記圧電素子上に重ねた積層状の構造とした。また、前
記圧電素子の両面にそれぞれ設けられた面電極のうち、
一方の面電極は前記基板電極と重なるようにして導通さ
せ、他方の面電極は導電性の部材を介して導通するよう
に構成し、しかも他方の面電極には前記導電性の部材が
音響整合層の厚み内で、しかも露出しない接続構造とし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスデュ
ーサに係わり、詳細には、人体内部、物体内部の情報を
検出するための、圧電トランスデューサ、圧電トランス
デューサの製造方法及び脈波検出装置に関する。
ーサに係わり、詳細には、人体内部、物体内部の情報を
検出するための、圧電トランスデューサ、圧電トランス
デューサの製造方法及び脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波探触子などに用いられる圧
電トランスデューサについて図１６，１７、１８を用い
て説明する。図１６が従来の圧電トランスデューサの斜
視図であり、図１７は図１６の圧電トランスデューサの
側面図である。圧電トランスデューサ１００は音響整合
層１１０、バッキング材１３０、圧電素子１０１、圧電
素子に電圧を印加するためのフレキシブル基板１２０と
から構成される。
電トランスデューサについて図１６，１７、１８を用い
て説明する。図１６が従来の圧電トランスデューサの斜
視図であり、図１７は図１６の圧電トランスデューサの
側面図である。圧電トランスデューサ１００は音響整合
層１１０、バッキング材１３０、圧電素子１０１、圧電
素子に電圧を印加するためのフレキシブル基板１２０と
から構成される。
【０００３】圧電トランスデューサ１００は、タングス
テン粉末をエポキシ樹脂に混合させたバッキング材１３
０上にフレキシブル基板１２０と圧電素子１０１を貼り
付け、さらに圧電素子１０１の上に樹脂などの音響整合
層１１０を塗布、あるいは貼り付け、最後に圧電素子１
０１をダイシングにより短冊状に切断して構成される。
圧電素子１０１には、図１７に示すように、電極１０
２、１０３が設けられている。電極１０２は圧電素子の
上面１０１ａからフレキ１２０に電気的に接続させるた
め、圧電素子１０１の側面とも電気的に接続されてい
る。また、図１８は樹脂に圧電素子を埋め込んだ形状の
圧電トランスデューサである。圧電素子２１０、２２０
の両面には電圧を印加するための導線２４０が導電性の
接着剤などで接着され、樹脂２３０の中に埋め込まれ
る。以上が、一般的な超音波探触子、樹脂に埋め込まれ
た形の圧電トランスデューサの構造、である。
テン粉末をエポキシ樹脂に混合させたバッキング材１３
０上にフレキシブル基板１２０と圧電素子１０１を貼り
付け、さらに圧電素子１０１の上に樹脂などの音響整合
層１１０を塗布、あるいは貼り付け、最後に圧電素子１
０１をダイシングにより短冊状に切断して構成される。
圧電素子１０１には、図１７に示すように、電極１０
２、１０３が設けられている。電極１０２は圧電素子の
上面１０１ａからフレキ１２０に電気的に接続させるた
め、圧電素子１０１の側面とも電気的に接続されてい
る。また、図１８は樹脂に圧電素子を埋め込んだ形状の
圧電トランスデューサである。圧電素子２１０、２２０
の両面には電圧を印加するための導線２４０が導電性の
接着剤などで接着され、樹脂２３０の中に埋め込まれ
る。以上が、一般的な超音波探触子、樹脂に埋め込まれ
た形の圧電トランスデューサの構造、である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波探触子に
使用される圧電トランスデューサに関しては、圧電素子
に特殊なパターニングを行う必要があるため、製造が困
難であり、従来のような構造では製造コストが高くなる
という問題点があった。
使用される圧電トランスデューサに関しては、圧電素子
に特殊なパターニングを行う必要があるため、製造が困
難であり、従来のような構造では製造コストが高くなる
という問題点があった。
【０００５】また、一般的に生体などに使用する圧電ト
ランスデューサにおいては、超音波を効率的に生体内部
に送信するために樹脂などからなる音響整合層が圧電素
子の上面に設けられている。この音響整合層の厚さは、
使用する超音波の波長の１／４程度が最適であり、これ
以上厚くなると、超音波が減衰し、結果として脈波など
の検出感度が低下してしまう。そのため、樹脂に埋め込
んだ形状の圧電トランスデューサのように、導電性接着
剤などで導線を圧電素子に取り付ける場合では、導電性
接着剤の厚さ、導線の太さを前記音響整合層の厚さ以下
にする必要があり、きわめて製造が困難であり、実際に
は最適な厚さ以上の厚さとなり、検出感度が低下すると
いう問題点があった。
ランスデューサにおいては、超音波を効率的に生体内部
に送信するために樹脂などからなる音響整合層が圧電素
子の上面に設けられている。この音響整合層の厚さは、
使用する超音波の波長の１／４程度が最適であり、これ
以上厚くなると、超音波が減衰し、結果として脈波など
の検出感度が低下してしまう。そのため、樹脂に埋め込
んだ形状の圧電トランスデューサのように、導電性接着
剤などで導線を圧電素子に取り付ける場合では、導電性
接着剤の厚さ、導線の太さを前記音響整合層の厚さ以下
にする必要があり、きわめて製造が困難であり、実際に
は最適な厚さ以上の厚さとなり、検出感度が低下すると
いう問題点があった。
【０００６】また、導線が太い、あるいは硬い材質のも
のを使用したりすると、圧電素子の振動特性に影響が生
じ、太い導線を使用すると、圧電素子に不要な応力、固
定点が生じ、振動モードに影響を与え、共振周波数がず
れたり、共振周波数におけるインピーダンスが変化し、
効果的に振動させることができず、結果として所望の検
出感度が得られない等の問題点があった。
のを使用したりすると、圧電素子の振動特性に影響が生
じ、太い導線を使用すると、圧電素子に不要な応力、固
定点が生じ、振動モードに影響を与え、共振周波数がず
れたり、共振周波数におけるインピーダンスが変化し、
効果的に振動させることができず、結果として所望の検
出感度が得られない等の問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の圧電トランスデューサは、両面に電極が設
けられた少なくとも１枚の圧電素子を、複数の電極（以
下、基板電極）を有する基板上に固定し、更に前記圧電
素子上に音響整合層を重ねた積層状の構造とし、対向す
るように前記圧電素子の両面にそれぞれ設けられた面電
極のうち、一方の面電極は前記基板電極と重なるように
して導通させ、他方の面電極は導電性の部材を介して基
板電極と導通するように構成し、しかも前記圧電素子の
音響整合層側の面電極、即ち前記他方の電極と接続され
る前記導電性の部材端は、音響整合層の厚み内で、しか
も露出しないで接続が可能なように横設接続構造、即ち
前記他方の電極に対して横たわせる接続構造とした。ま
た、本発明の圧電トランスデューサは、前記圧電素子と
前記基板電極との接合具合、及び超音波送受信特性の向
上を鑑み、上記構造に加えて、前記基板と前記圧電素子
との間に圧電素子を支持する圧電素子支持部を有する構
成とした。
め、本発明の圧電トランスデューサは、両面に電極が設
けられた少なくとも１枚の圧電素子を、複数の電極（以
下、基板電極）を有する基板上に固定し、更に前記圧電
素子上に音響整合層を重ねた積層状の構造とし、対向す
るように前記圧電素子の両面にそれぞれ設けられた面電
極のうち、一方の面電極は前記基板電極と重なるように
して導通させ、他方の面電極は導電性の部材を介して基
板電極と導通するように構成し、しかも前記圧電素子の
音響整合層側の面電極、即ち前記他方の電極と接続され
る前記導電性の部材端は、音響整合層の厚み内で、しか
も露出しないで接続が可能なように横設接続構造、即ち
前記他方の電極に対して横たわせる接続構造とした。ま
た、本発明の圧電トランスデューサは、前記圧電素子と
前記基板電極との接合具合、及び超音波送受信特性の向
上を鑑み、上記構造に加えて、前記基板と前記圧電素子
との間に圧電素子を支持する圧電素子支持部を有する構
成とした。
【０００８】特に、前記横設接続構造に構成するにあた
っては、半導体製造工程では採用しないボールボンディ
ング法のセカンドボンディングによる素子側のワイヤ接
続、及びウェッジボンディング法による素子側のワイヤ
接続を圧電素子の横設接続方法として発明し採用した。
以上のような構成により、製造が容易であり、最適な厚
さで音響整合層を設けることを可能にすることができ、
結果として、低コスト、高感度な圧電トランスデューサ
を提供することが可能となる。
っては、半導体製造工程では採用しないボールボンディ
ング法のセカンドボンディングによる素子側のワイヤ接
続、及びウェッジボンディング法による素子側のワイヤ
接続を圧電素子の横設接続方法として発明し採用した。
以上のような構成により、製造が容易であり、最適な厚
さで音響整合層を設けることを可能にすることができ、
結果として、低コスト、高感度な圧電トランスデューサ
を提供することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施においては、両面に
電極が設けられた少なくとも１枚の圧電素子を、電極
（以下、基板電極）を有する基板上に固定し、前記圧電
素子上に音響整合層を有し、入力された駆動信号に応じ
て前記圧電素子を駆動することで測定対象物に超音波を
送信し、前記測定対象物からの反射波を受信する圧電ト
ランスデューサにおいて、前記圧電素子の音響整合層側
の電極（以下、上面電極）と前記基板電極を導電性の部
材によって電気的に接続し、前記上面電極上に設けられ
た導電性部材の厚さを前記超音波の波長の１／４以下と
した。この導電性部材としては、導電性を有するフィル
ムや、ワイヤボンディングによって設けられたワイヤが
使用可能である。
電極が設けられた少なくとも１枚の圧電素子を、電極
（以下、基板電極）を有する基板上に固定し、前記圧電
素子上に音響整合層を有し、入力された駆動信号に応じ
て前記圧電素子を駆動することで測定対象物に超音波を
送信し、前記測定対象物からの反射波を受信する圧電ト
ランスデューサにおいて、前記圧電素子の音響整合層側
の電極（以下、上面電極）と前記基板電極を導電性の部
材によって電気的に接続し、前記上面電極上に設けられ
た導電性部材の厚さを前記超音波の波長の１／４以下と
した。この導電性部材としては、導電性を有するフィル
ムや、ワイヤボンディングによって設けられたワイヤが
使用可能である。
【００１０】このような構成にすることによって、圧電
素子に複雑なパターニングをすることなく、音響整合層
を所望の厚さにすることができる。また導線によって不
要な応力が伝わらないため、所望の振動特性を得ること
が可能になるため、エネルギーのロスが少なくなり、効
果的に超音波を送信、受信可能となるため、検出感度の
向上を達成することも可能である。本実施の形態では使
用する超音波の周波数は９．６ＭＨｚ，音響整合層の音
速が２０００ｍ／ｓであるため、ワイヤボンディング部
の高さを５０μｍ程度となる。
素子に複雑なパターニングをすることなく、音響整合層
を所望の厚さにすることができる。また導線によって不
要な応力が伝わらないため、所望の振動特性を得ること
が可能になるため、エネルギーのロスが少なくなり、効
果的に超音波を送信、受信可能となるため、検出感度の
向上を達成することも可能である。本実施の形態では使
用する超音波の周波数は９．６ＭＨｚ，音響整合層の音
速が２０００ｍ／ｓであるため、ワイヤボンディング部
の高さを５０μｍ程度となる。
【００１１】また、両面に電極が設けられた少なくとも
１枚の圧電素子と、電極（以下、基板電極）を有する基
板と、前記圧電素子上に音響整合層を有し、前記圧電素
子の音響整合層側の電極（以下、上面電極）と前記基板
電極をワイヤボンディングにより電気的に接続し、入力
された駆動信号に応じて前記圧電素子を駆動することで
測定対象物に超音波を送信し、前記測定対象物からの反
射波を受信する圧電トランスデューサにおいて、ボール
ボンディング法によるセカンドボンディング、あるいは
ウェッジボンディング法を用いて前記圧電素子の前記上
面電極上に導電性の部材を這わせるようにして接続する
構造、及び製造方法とした。このような構成にすること
により、圧電素子への配線部の高さを低く設定すること
が可能となり、音響整合層からワイヤボンディングが露
出せずにセンサを製造することが可能となる。
１枚の圧電素子と、電極（以下、基板電極）を有する基
板と、前記圧電素子上に音響整合層を有し、前記圧電素
子の音響整合層側の電極（以下、上面電極）と前記基板
電極をワイヤボンディングにより電気的に接続し、入力
された駆動信号に応じて前記圧電素子を駆動することで
測定対象物に超音波を送信し、前記測定対象物からの反
射波を受信する圧電トランスデューサにおいて、ボール
ボンディング法によるセカンドボンディング、あるいは
ウェッジボンディング法を用いて前記圧電素子の前記上
面電極上に導電性の部材を這わせるようにして接続する
構造、及び製造方法とした。このような構成にすること
により、圧電素子への配線部の高さを低く設定すること
が可能となり、音響整合層からワイヤボンディングが露
出せずにセンサを製造することが可能となる。
【００１２】また、前記基板は、最上面に前記圧電素子
と接する圧電素子支持部を有し、前記下面電極と前記下
面用基板電極は導電性の接着剤等で固定し、前記ワイヤ
ボンディングを前記圧電素子において、前記接着剤で固
定された固定部の反対面の前記上面電極上に行う構成と
した。さらに前記圧電素子に設けられた前記音響整合層
の厚さは、前記超音波の波長の１／４程度とした。以上
のような構成により、製造が容易であり、最適な厚さで
音響整合層を設けることを可能とすることができる。詳
細は以下の実施の形態において述べる。
と接する圧電素子支持部を有し、前記下面電極と前記下
面用基板電極は導電性の接着剤等で固定し、前記ワイヤ
ボンディングを前記圧電素子において、前記接着剤で固
定された固定部の反対面の前記上面電極上に行う構成と
した。さらに前記圧電素子に設けられた前記音響整合層
の厚さは、前記超音波の波長の１／４程度とした。以上
のような構成により、製造が容易であり、最適な厚さで
音響整合層を設けることを可能とすることができる。詳
細は以下の実施の形態において述べる。
【００１３】
【実施の形態１】図１〜図１０を参照して本発明の圧電
トランスデューサを使用した、脈波検出装置の１実施の
形態について詳細に説明する。先ず、図１〜図２を参照
して、脈波検出装置１の外観について説明する。図１
は、本発明を適用した脈波検出装置１の外観上の構成を
示す側面図であり、図２は、図１に示した脈波検出装置
１を生体２（腕）に装着した状態を示す図である。
トランスデューサを使用した、脈波検出装置の１実施の
形態について詳細に説明する。先ず、図１〜図２を参照
して、脈波検出装置１の外観について説明する。図１
は、本発明を適用した脈波検出装置１の外観上の構成を
示す側面図であり、図２は、図１に示した脈波検出装置
１を生体２（腕）に装着した状態を示す図である。
【００１４】図１に示すように、脈波検出装置１は、処
理部３、圧電トランスデューサ４、バンド５、及び止め
金具６によって概略構成されており、図２に示すよう
に、脈波検出装置１は、生体２に装着することにより常
時携帯可能である。ここで、処理部３及び圧電トランス
デューサ４は、バンド５に取り付けられており、バンド
５及び止め金具６によって生体２（図中の破線部）に装
着される。この時、圧電トランスデューサ４は、生体２
の橈骨（とうこつ）動脈あるいは尺骨動脈付近（図示省
略）に当接される。また図示しないが、処理部３と圧電
トランスデューサ４は導線により接続されており、この
導線を介して処理部３から駆動用電圧信号が圧電トラン
スデューサ４に入力され、圧電トランスデューサ４で測
定された電圧信号が処理部３に入力される。
理部３、圧電トランスデューサ４、バンド５、及び止め
金具６によって概略構成されており、図２に示すよう
に、脈波検出装置１は、生体２に装着することにより常
時携帯可能である。ここで、処理部３及び圧電トランス
デューサ４は、バンド５に取り付けられており、バンド
５及び止め金具６によって生体２（図中の破線部）に装
着される。この時、圧電トランスデューサ４は、生体２
の橈骨（とうこつ）動脈あるいは尺骨動脈付近（図示省
略）に当接される。また図示しないが、処理部３と圧電
トランスデューサ４は導線により接続されており、この
導線を介して処理部３から駆動用電圧信号が圧電トラン
スデューサ４に入力され、圧電トランスデューサ４で測
定された電圧信号が処理部３に入力される。
【００１５】次に、図３を参照して脈波検出装置１の処
理部３について説明する。図３は、処理部３の内部構成
と、処理部３と圧電トランスデューサ４の接続状態を示
すブロック図である。図３に示すように、処理部３は、
演算処理部３１、駆動回路３２、及び表示部３３によっ
て概略構成されている。
理部３について説明する。図３は、処理部３の内部構成
と、処理部３と圧電トランスデューサ４の接続状態を示
すブロック図である。図３に示すように、処理部３は、
演算処理部３１、駆動回路３２、及び表示部３３によっ
て概略構成されている。
【００１６】演算処理部３１は、内部に備えた記憶領域
（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行す
ることによって、脈の検出に関する各種処理を実行し、
その処理結果を表示部３３に表示する。この演算処理部
３１は、脈測定時に、駆動回路３２から圧電トランスデ
ューサ４の圧電素子４１（詳細は後述）に特定の駆動用
電圧信号を出力させる。また、演算処理部３１は、圧電
素子４１から発せられた超音波の周波数と、圧電素子４
２で受信され血流のドップラ効果により変化した超音波
の周波数と、を比較して脈波を検出する。
（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行す
ることによって、脈の検出に関する各種処理を実行し、
その処理結果を表示部３３に表示する。この演算処理部
３１は、脈測定時に、駆動回路３２から圧電トランスデ
ューサ４の圧電素子４１（詳細は後述）に特定の駆動用
電圧信号を出力させる。また、演算処理部３１は、圧電
素子４１から発せられた超音波の周波数と、圧電素子４
２で受信され血流のドップラ効果により変化した超音波
の周波数と、を比較して脈波を検出する。
【００１７】駆動回路３２は、演算処理部３１の指示に
従って、特定の駆動用電圧信号を圧電トランスデューサ
４の圧電素子４１に出力する。表示部３３は、液晶表示
画面等によって構成されており、演算処理部３１から入
力される脈波検出結果等を表示する。次に、図３及び図
６を参照して、脈波検出装置１における処理部３及び圧
電トランスデューサ４の動作について説明する。先ず、
生体に脈波検出装置１を装着すると、図６に示すよう
に、圧電トランスデューサ４が生体２（の橈骨（とうこ
つ）動脈あるいは尺骨動脈付近）に当接される。そし
て、脈の検出時に、図３に示す演算処理部３１は、駆動
回路３２から圧電素子４１の両面の電極（図示省略）に
特定の駆動用電圧信号を出力させる。
従って、特定の駆動用電圧信号を圧電トランスデューサ
４の圧電素子４１に出力する。表示部３３は、液晶表示
画面等によって構成されており、演算処理部３１から入
力される脈波検出結果等を表示する。次に、図３及び図
６を参照して、脈波検出装置１における処理部３及び圧
電トランスデューサ４の動作について説明する。先ず、
生体に脈波検出装置１を装着すると、図６に示すよう
に、圧電トランスデューサ４が生体２（の橈骨（とうこ
つ）動脈あるいは尺骨動脈付近）に当接される。そし
て、脈の検出時に、図３に示す演算処理部３１は、駆動
回路３２から圧電素子４１の両面の電極（図示省略）に
特定の駆動用電圧信号を出力させる。
【００１８】圧電素子４１は、両面の電極に入力された
駆動用電圧信号に基づいて励振して超音波を発生し、該
超音波を音響整合層４９を介して生体２（図６参照）内
に送信する。生体２内に送信された超音波は血流２ａに
より反射され、圧電トランスデューサ４の圧電素子４２
により受信される。圧電素子４２は、受信した超音波を
電圧信号に変換して、両面の電極から演算処理部３１に
出力する。
駆動用電圧信号に基づいて励振して超音波を発生し、該
超音波を音響整合層４９を介して生体２（図６参照）内
に送信する。生体２内に送信された超音波は血流２ａに
より反射され、圧電トランスデューサ４の圧電素子４２
により受信される。圧電素子４２は、受信した超音波を
電圧信号に変換して、両面の電極から演算処理部３１に
出力する。
【００１９】次に、演算処理部３１は、圧電素子４１か
ら送信された超音波の周波数と、圧電素子４２で受信さ
れ血流のドップラ効果により変化した超音波の周波数
と、を比較して生体の脈を検出する。そして、演算処理
部３１は、脈の検出結果を表示部３３に表示する。この
ようにして、脈波検出装置１は、生体の脈を測定・表示
する。本実施の形態では、超音波の送信、受信を別々の
圧電素子で行うこととしたが、これを送信時、受信時に
時間的に差をつけることで、送信、受信を切り替え、１
枚の圧電素子で行うことも可能である。
ら送信された超音波の周波数と、圧電素子４２で受信さ
れ血流のドップラ効果により変化した超音波の周波数
と、を比較して生体の脈を検出する。そして、演算処理
部３１は、脈の検出結果を表示部３３に表示する。この
ようにして、脈波検出装置１は、生体の脈を測定・表示
する。本実施の形態では、超音波の送信、受信を別々の
圧電素子で行うこととしたが、これを送信時、受信時に
時間的に差をつけることで、送信、受信を切り替え、１
枚の圧電素子で行うことも可能である。
【００２０】次に、図４、図５を参照して、脈波検出装
置１の圧電トランスデューサ４について説明する。図４
は、圧電トランスデューサ４の構成を示す概要図であ
り、図５は、圧電トランスデューサ４の側面図である。
圧電素子４１，４２には、上面電極５２、下面電極５３
が設けられている（図４では省略する。）。図４に示す
ように、圧電トランスデューサ４は、基板４３、圧電素
子４１、圧電素子４２、基板４３の上面に設けられた下
面用基板電極４７ａ、上面用基板電極４７ｂ、音響整合
層４９によって構成される。下面用基板電極４７ａは圧
電素子４１，４２の下面（基板４３側）の下面電極５３
（図５参照）と電気的に接続され、上面用基板電極４７
ｂは、圧電素子４１，４２の上面（音響整合層４９側）
の上面電極５２（図５参照）とワイヤ６１を介して電気
的に接続される。
置１の圧電トランスデューサ４について説明する。図４
は、圧電トランスデューサ４の構成を示す概要図であ
り、図５は、圧電トランスデューサ４の側面図である。
圧電素子４１，４２には、上面電極５２、下面電極５３
が設けられている（図４では省略する。）。図４に示す
ように、圧電トランスデューサ４は、基板４３、圧電素
子４１、圧電素子４２、基板４３の上面に設けられた下
面用基板電極４７ａ、上面用基板電極４７ｂ、音響整合
層４９によって構成される。下面用基板電極４７ａは圧
電素子４１，４２の下面（基板４３側）の下面電極５３
（図５参照）と電気的に接続され、上面用基板電極４７
ｂは、圧電素子４１，４２の上面（音響整合層４９側）
の上面電極５２（図５参照）とワイヤ６１を介して電気
的に接続される。
【００２１】はじめに本発明の圧電トランスデューサの
製造方法を図４を用いて説明する。まず、所定の大きさ
に圧電素子を加工する。本実施の形態では、ダイシング
によって圧電素子を加工した。つぎに所定の大きさに加
工された圧電素子（上下面に図示しない電極が設けられ
ている）を基板４３上に固定する。本実施の形態では、
ダイシングによって圧電素子を加工した。
製造方法を図４を用いて説明する。まず、所定の大きさ
に圧電素子を加工する。本実施の形態では、ダイシング
によって圧電素子を加工した。つぎに所定の大きさに加
工された圧電素子（上下面に図示しない電極が設けられ
ている）を基板４３上に固定する。本実施の形態では、
ダイシングによって圧電素子を加工した。
【００２２】この際、下面用基板電極４７ａと圧電素子
４１、４２が重なるように配置する。固定には、絶縁
性、導電性の接着剤を用いるかあるいは、圧電素子４
１、４２と下面用基板電極４７ａを熱圧着させることも
可能であるが、圧電素子４１、４２の下面電極５３と下
面用基板電極４７ａが電気的に導通されることが必要で
ある。なお、絶縁性接着剤の場合には、圧電素子４１，
４２と下面用基板電極４７ａの間に絶縁性接着剤を塗布
し、圧電素子を加圧して局所的に圧電素子と基板電極を
接触させることで導通、固定させることが可能となる。
４１、４２が重なるように配置する。固定には、絶縁
性、導電性の接着剤を用いるかあるいは、圧電素子４
１、４２と下面用基板電極４７ａを熱圧着させることも
可能であるが、圧電素子４１、４２の下面電極５３と下
面用基板電極４７ａが電気的に導通されることが必要で
ある。なお、絶縁性接着剤の場合には、圧電素子４１，
４２と下面用基板電極４７ａの間に絶縁性接着剤を塗布
し、圧電素子を加圧して局所的に圧電素子と基板電極を
接触させることで導通、固定させることが可能となる。
【００２３】次に、圧電素子４１、４２の上面電極５２
と上面用基板電極４７ｂをワイヤボンディングによりワ
イヤ６１を設けることで電気的に接続する。さらに音響
整合層４９を基板４３上に設ける。音響整合層４９は熱
硬化、紫外線硬化、あるいは常温硬化の樹脂を用いる。
音響整合層４９の塗布にはスピンコートあるいはラミネ
ートによって塗布する。ラミネートの場合は、所定の厚
さのフィルムを使用することになる。後述するように、
音響整合層４９の厚さは０．１ｍｍ以下程度に均一に塗
布する必要があるためである。図４のように、圧電素子
４１、４２の下面に電極４７ａが、上面に電極４７ｂが
電気的に接続されているため、圧電素子４１の上下両面
に異なった電位の電圧を印加することが可能となる。
と上面用基板電極４７ｂをワイヤボンディングによりワ
イヤ６１を設けることで電気的に接続する。さらに音響
整合層４９を基板４３上に設ける。音響整合層４９は熱
硬化、紫外線硬化、あるいは常温硬化の樹脂を用いる。
音響整合層４９の塗布にはスピンコートあるいはラミネ
ートによって塗布する。ラミネートの場合は、所定の厚
さのフィルムを使用することになる。後述するように、
音響整合層４９の厚さは０．１ｍｍ以下程度に均一に塗
布する必要があるためである。図４のように、圧電素子
４１、４２の下面に電極４７ａが、上面に電極４７ｂが
電気的に接続されているため、圧電素子４１の上下両面
に異なった電位の電圧を印加することが可能となる。
【００２４】次に、本発明の圧電トランスデューサに使
用した部材について説明する。圧電素子４１、４２は、
厚さ０．２ｍｍ（共振周波数９．６ＭＨｚ）、外形０．
５×８ｍｍのＰＺＴを使用した。また、圧電素子４１，
４２はスパッタ、メッキなどにより両面に電圧印加用の
電極が形成されている。圧電素子４１、４２の上面電極
５２はワイヤボンディングを行うため、信頼性、強度の
点から金を用いることが望ましい。また、圧電素子４
１，４２の上下両面に金の電極を設けると、コストが高
くなるため、ワイヤボンディングする部分のみ、金電極
をパターニングにより設けることも可能である。また、
下面電極５３にはワイヤボンディングを行う必要がない
ため、Ａｌなど安価な材質とすることも可能である。基
板４３は、ガラスエポキシ樹脂を使用した。電極４７
ａ、４７ｂはＣｕに金メッキを施した電極であり、厚さ
は５０μｍ程度である。音響整合層４９の材質は、圧電
トランスデューサによって検査、測定される対象物の材
質に応じて適当な材質が選択されるが、本実施の形態で
は、生体（人体）内の情報検出に使用するため、生体と
の適合性を基に選定を行った。
用した部材について説明する。圧電素子４１、４２は、
厚さ０．２ｍｍ（共振周波数９．６ＭＨｚ）、外形０．
５×８ｍｍのＰＺＴを使用した。また、圧電素子４１，
４２はスパッタ、メッキなどにより両面に電圧印加用の
電極が形成されている。圧電素子４１、４２の上面電極
５２はワイヤボンディングを行うため、信頼性、強度の
点から金を用いることが望ましい。また、圧電素子４
１，４２の上下両面に金の電極を設けると、コストが高
くなるため、ワイヤボンディングする部分のみ、金電極
をパターニングにより設けることも可能である。また、
下面電極５３にはワイヤボンディングを行う必要がない
ため、Ａｌなど安価な材質とすることも可能である。基
板４３は、ガラスエポキシ樹脂を使用した。電極４７
ａ、４７ｂはＣｕに金メッキを施した電極であり、厚さ
は５０μｍ程度である。音響整合層４９の材質は、圧電
トランスデューサによって検査、測定される対象物の材
質に応じて適当な材質が選択されるが、本実施の形態で
は、生体（人体）内の情報検出に使用するため、生体と
の適合性を基に選定を行った。
【００２５】音響整合層４９を介して生体と各圧電素子
４１、４２との間で効率良く超音波を伝搬するために
は、音響整合層４９の音響インピーダンスを、生体の音
響インピーダンスＺｌと圧電素子の音響インピーダンス
Ｚｃとの間の値にする必要がある。音響インピーダンス
とは、音波の伝搬のしやすさを示す値であり、その値は
ヤング率や密度によって変化する。
４１、４２との間で効率良く超音波を伝搬するために
は、音響整合層４９の音響インピーダンスを、生体の音
響インピーダンスＺｌと圧電素子の音響インピーダンス
Ｚｃとの間の値にする必要がある。音響インピーダンス
とは、音波の伝搬のしやすさを示す値であり、その値は
ヤング率や密度によって変化する。
【００２６】そして、音響整合層４９の理想的な音響イ
ンピーダンスＺｍは、 Ｚｍ＝（Ｚｃ×Ｚｌ）1/2 …式（１） によって示すことができる。そして、式（１）に、公知
であるＺｌ＝１．５Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）、Ｚｃ（Ｐ
ＺＴを使用）＝３０Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）を代入する
と、Ｚｍ＝約６．７Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）となる。
ンピーダンスＺｍは、 Ｚｍ＝（Ｚｃ×Ｚｌ）1/2 …式（１） によって示すことができる。そして、式（１）に、公知
であるＺｌ＝１．５Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）、Ｚｃ（Ｐ
ＺＴを使用）＝３０Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）を代入する
と、Ｚｍ＝約６．７Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）となる。
【００２７】この計算値を基に、本実施の形態では、音
響整合層４９に、音響インピーダンスが約６Ｍ（Ｎ・ｓ
ｅｃ／ｍ3 ）である紫外線硬化性を有するエポキシ樹脂
を使用している。また、超音波の伝搬について、音響整
合層４９の厚さも重要な要素である。音響整合層４９の
厚さが不適当な場合には、上述の音響インピーダンスと
同様に、音響整合層４９において超音波の反射、さらに
は音響整合層４９内で超音波が減衰してしまいが起こっ
てしまい、効率良く超音波が伝搬しない。
響整合層４９に、音響インピーダンスが約６Ｍ（Ｎ・ｓ
ｅｃ／ｍ3 ）である紫外線硬化性を有するエポキシ樹脂
を使用している。また、超音波の伝搬について、音響整
合層４９の厚さも重要な要素である。音響整合層４９の
厚さが不適当な場合には、上述の音響インピーダンスと
同様に、音響整合層４９において超音波の反射、さらに
は音響整合層４９内で超音波が減衰してしまいが起こっ
てしまい、効率良く超音波が伝搬しない。
【００２８】音響整合層４９の圧電素子４１、４２上の
厚さ（図５のｈ）は、音響整合層４９が伝搬する超音波
の周波数で波長の１／４程度にするのが好ましい。具体
的には、超音波の周波数が９．６ＭＨｚ（通常、２．３
〜１０ＭＨｚの超音波を使用する）で、音響整合層４９
における音速が約２０００ｍ／ｓの場合、音響整合層４
９の厚さは５０μｍ程度が適当である。ここで、上面用
電極５２の厚さは音響整合層に比べ、十分薄いため、通
常は考慮する必要が無いが、ワイヤボンディングの接合
強度をあげるため、電極として金を数μｍ程度メッキす
る場合や、使用する超音波の周波数を高く設定した場合
（波長を短くした場合）などでは、この厚さも考慮に入
れる必要がある。
厚さ（図５のｈ）は、音響整合層４９が伝搬する超音波
の周波数で波長の１／４程度にするのが好ましい。具体
的には、超音波の周波数が９．６ＭＨｚ（通常、２．３
〜１０ＭＨｚの超音波を使用する）で、音響整合層４９
における音速が約２０００ｍ／ｓの場合、音響整合層４
９の厚さは５０μｍ程度が適当である。ここで、上面用
電極５２の厚さは音響整合層に比べ、十分薄いため、通
常は考慮する必要が無いが、ワイヤボンディングの接合
強度をあげるため、電極として金を数μｍ程度メッキす
る場合や、使用する超音波の周波数を高く設定した場合
（波長を短くした場合）などでは、この厚さも考慮に入
れる必要がある。
【００２９】図７は、音響整合層４９の厚さと水中に設
置した真鍮板への超音波の反射強度（圧電素子４１から
送信された超音波が圧電トランスデューサ４から４．０
ｍｍ程度離して水中に対向・設置された真鍮板に反射し
て圧電素子４２によって検出される信号割合）の測定結
果である。図７から、音響整合層４９の厚さは４０〜５
０μｍ程度で大きくなり、音響整合層４９の厚さが８０
〜９０μｍである場合の２倍以上の強度があることがわ
かる。
置した真鍮板への超音波の反射強度（圧電素子４１から
送信された超音波が圧電トランスデューサ４から４．０
ｍｍ程度離して水中に対向・設置された真鍮板に反射し
て圧電素子４２によって検出される信号割合）の測定結
果である。図７から、音響整合層４９の厚さは４０〜５
０μｍ程度で大きくなり、音響整合層４９の厚さが８０
〜９０μｍである場合の２倍以上の強度があることがわ
かる。
【００３０】次に、ワイヤボンディング部について図
８、図９、図１０をもとに説明する。前述の通り、音響
整合層４９の厚さは５０μｍ程度が適当であり、これ以
上厚くなると厚さとともに感度が低下する。図８、図９
は本発明の圧電トランスデューサの拡大図である。図８
はボールボンディング法におけるセカンドボンディング
を圧電素子４１，４２の上面電極５２に行った状態の説
明図であり、図９はボールボンディング法におけるファ
ーストボンディングを上面電極５２に行った状態の説明
図である。図８，図９ともに下面電極５３は省略してあ
る。
８、図９、図１０をもとに説明する。前述の通り、音響
整合層４９の厚さは５０μｍ程度が適当であり、これ以
上厚くなると厚さとともに感度が低下する。図８、図９
は本発明の圧電トランスデューサの拡大図である。図８
はボールボンディング法におけるセカンドボンディング
を圧電素子４１，４２の上面電極５２に行った状態の説
明図であり、図９はボールボンディング法におけるファ
ーストボンディングを上面電極５２に行った状態の説明
図である。図８，図９ともに下面電極５３は省略してあ
る。
【００３１】図１０は一般的なワイヤボンディング工程
の説明である。ワイヤボンディングは、図１０のような
キャピラリ６６と呼ばれる針に金などのワイヤ６１（線
径２５μｍ程度）を通し、ワイヤ６１の先端に放電によ
り電気的にボール６１ａ（直径１００μｍ程度）を形成
する（図１０ａ）。次にキャピラリ６６をＩＣ等のチッ
プ部品６７に押し当て、超音波を印加することでボール
を溶解してチップ部品と電気的に接続する（ファースト
ボンディング）（図１０ｂ）。次にキャピラリを基板電
極６８上に移動し、キャピラリ６６を基板電極に押し当
て、超音波を印加することで基板電極６８とワイヤ６１
を接続する（セカンドボンディング）（図１０ｃ、
ｄ）。セカンドボンディングの場合のほうが加圧力、超
音波エネルギーが強いため、一般的な電子部品の実装方
法としては、チップ部品の破損防止のためファーストボ
ンディングをチップ部品側、セカンドボンディングを基
板電極側に行っている。以上がＩＣの実装工程などで一
般的に行われているワイヤボンディング工程（ボールボ
ンディング法）の説明である。
の説明である。ワイヤボンディングは、図１０のような
キャピラリ６６と呼ばれる針に金などのワイヤ６１（線
径２５μｍ程度）を通し、ワイヤ６１の先端に放電によ
り電気的にボール６１ａ（直径１００μｍ程度）を形成
する（図１０ａ）。次にキャピラリ６６をＩＣ等のチッ
プ部品６７に押し当て、超音波を印加することでボール
を溶解してチップ部品と電気的に接続する（ファースト
ボンディング）（図１０ｂ）。次にキャピラリを基板電
極６８上に移動し、キャピラリ６６を基板電極に押し当
て、超音波を印加することで基板電極６８とワイヤ６１
を接続する（セカンドボンディング）（図１０ｃ、
ｄ）。セカンドボンディングの場合のほうが加圧力、超
音波エネルギーが強いため、一般的な電子部品の実装方
法としては、チップ部品の破損防止のためファーストボ
ンディングをチップ部品側、セカンドボンディングを基
板電極側に行っている。以上がＩＣの実装工程などで一
般的に行われているワイヤボンディング工程（ボールボ
ンディング法）の説明である。
【００３２】ファーストボンディングの際にボール６１
ａを形成せず、セカンドボンディングと同様にキャピラ
リを押し当てることのみでワイヤを形成する方式（ウェ
ッジボンディング法）も行われている。ここで前述の通
り、一般にワイヤボンディング６１のワイヤの線径は２
５μｍ、ボール６１ａの径は５０〜１００μｍ程度であ
る。また、最適な音響整合層４９の厚さは５０μｍ程度
である。そのため、図９のようにボールボンディング法
におけるファーストボンディングを上面電極５２に行う
と、音響整合層４９よりワイヤボンディング部が高くな
り、音響整合層４９の外に飛び出してしまう。このよう
にワイヤボンディング部が音響整合層４９の外に出る
と、ワイヤが切れやすくなったり、他の電気的なノイズ
がのってしまったり、使用時に汗をかいた場合などで
は、圧電素子４１，４２が電気的にショートしてしま
い、所望の信号が得られなくなるといった問題が生じて
しまう。
ａを形成せず、セカンドボンディングと同様にキャピラ
リを押し当てることのみでワイヤを形成する方式（ウェ
ッジボンディング法）も行われている。ここで前述の通
り、一般にワイヤボンディング６１のワイヤの線径は２
５μｍ、ボール６１ａの径は５０〜１００μｍ程度であ
る。また、最適な音響整合層４９の厚さは５０μｍ程度
である。そのため、図９のようにボールボンディング法
におけるファーストボンディングを上面電極５２に行う
と、音響整合層４９よりワイヤボンディング部が高くな
り、音響整合層４９の外に飛び出してしまう。このよう
にワイヤボンディング部が音響整合層４９の外に出る
と、ワイヤが切れやすくなったり、他の電気的なノイズ
がのってしまったり、使用時に汗をかいた場合などで
は、圧電素子４１，４２が電気的にショートしてしま
い、所望の信号が得られなくなるといった問題が生じて
しまう。
【００３３】一方、図８のように、上面電極５２にボー
ルボンディング法におけるセカンドボンディングを行う
と、ワイヤを上面電極５２に横たわせて寝かせるように
して接続し、しかも音響整合層４９からワイヤが露出し
ないように埋設することが可能となり、セカンドボンデ
ィングではワイヤの線径程度の高さで電気的な接続を行
えるため、音響整合層４９よりワイヤボンディング部の
厚さを薄く形成することが可能である。また、ワイヤボ
ンディングに使用するワイヤの径は２５μｍと細いた
め、圧電素子に不要な応力が生じる可能性が低く、所望
の振動特性を得ることが可能である。なお、本実施の形
態では、ボールボンディング法おけるセカンドボンディ
ングを行ったが、ウェッジボンディングでも同様の形
状、即ちワイヤを上面電極５２に寝かせるように横設し
てワイヤの線径程度の高さでワイヤボンディングを行う
ことが可能である。この場合、ファーストボンディング
でもセカンドボンディングでも可能である。
ルボンディング法におけるセカンドボンディングを行う
と、ワイヤを上面電極５２に横たわせて寝かせるように
して接続し、しかも音響整合層４９からワイヤが露出し
ないように埋設することが可能となり、セカンドボンデ
ィングではワイヤの線径程度の高さで電気的な接続を行
えるため、音響整合層４９よりワイヤボンディング部の
厚さを薄く形成することが可能である。また、ワイヤボ
ンディングに使用するワイヤの径は２５μｍと細いた
め、圧電素子に不要な応力が生じる可能性が低く、所望
の振動特性を得ることが可能である。なお、本実施の形
態では、ボールボンディング法おけるセカンドボンディ
ングを行ったが、ウェッジボンディングでも同様の形
状、即ちワイヤを上面電極５２に寝かせるように横設し
てワイヤの線径程度の高さでワイヤボンディングを行う
ことが可能である。この場合、ファーストボンディング
でもセカンドボンディングでも可能である。
【００３４】また、基板４３はスルーホールメッキ処理
などを施すことで、基板４３の裏面（音響整合層４９が
形成されていない面）に電極を設け、基板４３の裏面の
電極を通して圧電素子に電圧を印加することも可能であ
る。なお、本実施の形態の詳細な部分については、上記
実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、
本実施の形態では、使用する超音波の周波数が９．６Ｍ
Ｈｚであったため、上面電極５２にセカンドボンディン
グを行ったが、例えば使用する周波数が１．０ＭＨｚで
あれば、最適な音響整合層４９の厚さは０．４５ｍｍ以
下、３．０ＭＨｚであれば０．１５ｍｍ以下となり、通
常のボールボンディング法におけるファーストボンディ
ングでもワイヤ部が音響整合層４９の外側に露出するこ
とがないため使用可能であるが、波長λの１／４（λ／
４）がボールの径以下になる場合（λ／４が１００μｍ
以下）、λ／４がワイヤの線径以上（λ／４が２５μｍ
以上）、つまり使用する周波数での波長が１００μｍ〜
４００μｍ程度の場合には、上述の通り、セカンドボン
ディングを圧電素子の上面電極５２に行うことが非常に
有効となる。
などを施すことで、基板４３の裏面（音響整合層４９が
形成されていない面）に電極を設け、基板４３の裏面の
電極を通して圧電素子に電圧を印加することも可能であ
る。なお、本実施の形態の詳細な部分については、上記
実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、
本実施の形態では、使用する超音波の周波数が９．６Ｍ
Ｈｚであったため、上面電極５２にセカンドボンディン
グを行ったが、例えば使用する周波数が１．０ＭＨｚで
あれば、最適な音響整合層４９の厚さは０．４５ｍｍ以
下、３．０ＭＨｚであれば０．１５ｍｍ以下となり、通
常のボールボンディング法におけるファーストボンディ
ングでもワイヤ部が音響整合層４９の外側に露出するこ
とがないため使用可能であるが、波長λの１／４（λ／
４）がボールの径以下になる場合（λ／４が１００μｍ
以下）、λ／４がワイヤの線径以上（λ／４が２５μｍ
以上）、つまり使用する周波数での波長が１００μｍ〜
４００μｍ程度の場合には、上述の通り、セカンドボン
ディングを圧電素子の上面電極５２に行うことが非常に
有効となる。
【００３５】さらに、ワイヤボンディングの替わりに電
極がパターニングされたフレキシブル基板を使用するこ
ともできる。しかし、フレキシブル基板の厚さを正確に
管理する必要があり、また、フレキシブル基板と上面電
極５２との接合に接着剤を使用する場合にはその厚さも
管理しなければならず、また、フレキシブル基板のよう
に剛性が大きいと、圧電素子の振動モードにも影響する
恐れがあるため、使用することは難しい。
極がパターニングされたフレキシブル基板を使用するこ
ともできる。しかし、フレキシブル基板の厚さを正確に
管理する必要があり、また、フレキシブル基板と上面電
極５２との接合に接着剤を使用する場合にはその厚さも
管理しなければならず、また、フレキシブル基板のよう
に剛性が大きいと、圧電素子の振動モードにも影響する
恐れがあるため、使用することは難しい。
【００３６】また、基板４３についても、基板形状にな
っている必要は無く、バッキング材に電極を設けた形状
であってもよい。更にまた、ワイヤボンディングのかわ
りに金属などのフィルムを上面電極５２に設けることも
可能である。例えば、図１５はフィルム上の電極６２を
設けた例であるが、前述と同様、このような構造でもよ
いが、フィルム面積、フィルムの硬さなどによって圧電
素子の振動モードに影響を与えるため、柔らかく、面積
が小さいものを使用することが望ましい。
っている必要は無く、バッキング材に電極を設けた形状
であってもよい。更にまた、ワイヤボンディングのかわ
りに金属などのフィルムを上面電極５２に設けることも
可能である。例えば、図１５はフィルム上の電極６２を
設けた例であるが、前述と同様、このような構造でもよ
いが、フィルム面積、フィルムの硬さなどによって圧電
素子の振動モードに影響を与えるため、柔らかく、面積
が小さいものを使用することが望ましい。
【００３７】
【実施の形態２】図１１〜１２を用いて本発明の圧電ト
ランスデューサについて説明する。図１１は圧電トラン
スデューサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方
向に圧電トランスデューサ４を切断したA-A ’断面図）
であり、基板４３上に圧電素子の支持部５９を設けた図
である。なお、電極４７ｂは点線で示してある。圧電素
子４１を駆動すると、圧電素子と他の物体の界面で超音
波の反射がおきる。この反射波はノイズの原因となり、
検出信号のＳ／Ｎ比を著しく低下させる。圧電素子４
１，４２を電極４７ｂ上に直接固定した場合、通常使用
される電極は、銅や金であるため、接着剤などの層より
硬く、音響インピーダンスの差が大きいため、電極と接
着剤、あるいは電極と基板の基材の界面での反射波が大
きくなってしまう。そこで、本実施の形態のように、圧
電素子４１，４２と基板とは、圧電素子支持部５９を介
して固定することで、上記問題を軽減することができ
る。
ランスデューサについて説明する。図１１は圧電トラン
スデューサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方
向に圧電トランスデューサ４を切断したA-A ’断面図）
であり、基板４３上に圧電素子の支持部５９を設けた図
である。なお、電極４７ｂは点線で示してある。圧電素
子４１を駆動すると、圧電素子と他の物体の界面で超音
波の反射がおきる。この反射波はノイズの原因となり、
検出信号のＳ／Ｎ比を著しく低下させる。圧電素子４
１，４２を電極４７ｂ上に直接固定した場合、通常使用
される電極は、銅や金であるため、接着剤などの層より
硬く、音響インピーダンスの差が大きいため、電極と接
着剤、あるいは電極と基板の基材の界面での反射波が大
きくなってしまう。そこで、本実施の形態のように、圧
電素子４１，４２と基板とは、圧電素子支持部５９を介
して固定することで、上記問題を軽減することができ
る。
【００３８】ここで、圧電素子４１、４２と電極４７ａ
とは導電性の接着剤５５を介して固定され、その他の部
分は圧電素子支持部５９と接している。図１１に示すよ
うに、この圧電素子支持部５９は、圧電素子４１、４２
と電極４７ａとが導電性の接着剤５５を介して導通可能
なように、電極４７ａを避けるように切り欠き状の凹部
を有している。本実施の形態では、圧電素子支持部５９
として、レジストを使用した。このような構成にするこ
とで、圧電素子４１，４２との界面９０での反射が少な
くなり、所望の検出感度を得ることができる。また、実
施の形態１でも述べたが、セカンドボンディングの際に
は、加圧力、超音波をファーストボンディング時よりも
高く印加する必要があるため、キャピラリを押し当てる
際に、局所的に高い応力が生じ、圧電素子４１、４２が
破損する恐れがある。例えば、図１２は電極４７ｂが圧
電体支持部５９より高い場合の説明図であるが、図１２
のようにセカンドボンディングの際に圧電素子４１には
局所的に高い応力が発生し、破損してしまう。電極４７
ｂと圧電体支持部５９の高さが同一であり、電極４７ｂ
と圧電体支持部５９に段差がない場合であれば、圧電素
子に応力が生じても破損する恐れは少ないが、圧電素子
は弾性が低いため、わずかな段差でも破損してしまう。
とは導電性の接着剤５５を介して固定され、その他の部
分は圧電素子支持部５９と接している。図１１に示すよ
うに、この圧電素子支持部５９は、圧電素子４１、４２
と電極４７ａとが導電性の接着剤５５を介して導通可能
なように、電極４７ａを避けるように切り欠き状の凹部
を有している。本実施の形態では、圧電素子支持部５９
として、レジストを使用した。このような構成にするこ
とで、圧電素子４１，４２との界面９０での反射が少な
くなり、所望の検出感度を得ることができる。また、実
施の形態１でも述べたが、セカンドボンディングの際に
は、加圧力、超音波をファーストボンディング時よりも
高く印加する必要があるため、キャピラリを押し当てる
際に、局所的に高い応力が生じ、圧電素子４１、４２が
破損する恐れがある。例えば、図１２は電極４７ｂが圧
電体支持部５９より高い場合の説明図であるが、図１２
のようにセカンドボンディングの際に圧電素子４１には
局所的に高い応力が発生し、破損してしまう。電極４７
ｂと圧電体支持部５９の高さが同一であり、電極４７ｂ
と圧電体支持部５９に段差がない場合であれば、圧電素
子に応力が生じても破損する恐れは少ないが、圧電素子
は弾性が低いため、わずかな段差でも破損してしまう。
【００３９】また、図１２のように圧電素子が浮いてい
る場合、圧電トランスデューサは皮膚や測定対象物に接
触させて使用するため、使用時に圧電素子が破損するな
どの問題が生じてしまう。また、図１３のように電極４
７ｂを圧電素子４１，４２の全面に配置して、全面に圧
電素子４１，４２を固定した場合では、前述の反射波の
問題、及び電極４７ｂの材質が硬く、質量も大きいこ
と、さらに接続の際に接着剤などが均一に塗布されてい
ない場合、振動モードに変化が生じ、所望の周波数での
振幅が小さくなるなどの問題点が生じてしまう。そこ
で、図１１のように、電極４７ｂを圧電体支持部５９よ
り低い位置に形成し、ワイヤボンディング６１を電極４
７ｂと圧電素子４１の固定部の反対面で行うと、この部
分の底面は圧電素子が確実に固定されており、さらに圧
電体支持部５９が柔らかいため、セカンドボンディング
を圧電素子の上面電極５２に行っても、応力が分散して
圧電素子が破損することがなく、製造を容易にすること
ができ、さらに超音波の反射をも低減することが可能と
なり、検出感度の維持、向上をも達成することができ
る。
る場合、圧電トランスデューサは皮膚や測定対象物に接
触させて使用するため、使用時に圧電素子が破損するな
どの問題が生じてしまう。また、図１３のように電極４
７ｂを圧電素子４１，４２の全面に配置して、全面に圧
電素子４１，４２を固定した場合では、前述の反射波の
問題、及び電極４７ｂの材質が硬く、質量も大きいこ
と、さらに接続の際に接着剤などが均一に塗布されてい
ない場合、振動モードに変化が生じ、所望の周波数での
振幅が小さくなるなどの問題点が生じてしまう。そこ
で、図１１のように、電極４７ｂを圧電体支持部５９よ
り低い位置に形成し、ワイヤボンディング６１を電極４
７ｂと圧電素子４１の固定部の反対面で行うと、この部
分の底面は圧電素子が確実に固定されており、さらに圧
電体支持部５９が柔らかいため、セカンドボンディング
を圧電素子の上面電極５２に行っても、応力が分散して
圧電素子が破損することがなく、製造を容易にすること
ができ、さらに超音波の反射をも低減することが可能と
なり、検出感度の維持、向上をも達成することができ
る。
【００４０】なお、上記の通り、圧電体支持部５９の材
質としては、界面での反射を低減するという効果を考慮
すると圧電素子４１，４２と基板４３との中間程度の音
響インピーダンス（こ密度、ヤング率）を持つことが望
ましい。また、ワイヤボンディング時での圧電素子の破
損を防止するという点では、柔らかく（少なくとも電極
４７ｂより）、ワイヤボンディング時あるいは、使用時
に圧電素子に応力が生じてもその応力を吸収するような
材質であることが望ましい。本実施の形態では、さらに
パターニングの点を考慮してレジストを使用した。
質としては、界面での反射を低減するという効果を考慮
すると圧電素子４１，４２と基板４３との中間程度の音
響インピーダンス（こ密度、ヤング率）を持つことが望
ましい。また、ワイヤボンディング時での圧電素子の破
損を防止するという点では、柔らかく（少なくとも電極
４７ｂより）、ワイヤボンディング時あるいは、使用時
に圧電素子に応力が生じてもその応力を吸収するような
材質であることが望ましい。本実施の形態では、さらに
パターニングの点を考慮してレジストを使用した。
【００４１】
【実施の形態３】図１４を用いて本発明の圧電トランス
デューサについて説明する。図１４は圧電トランスデュ
ーサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方向に切
った断面図）である。前述の通り、音響整合層４９は超
音波の波長の１／４以下（９．６ＭＨｚの場合、５０μ
ｍ以下）に設定する必要がある。しかし、ワイヤボンデ
ィング６１が音響整合層４９より高くなってしまった場
合や、ワイヤの線径より音響整合層４９の厚さを低く設
定し無ければならない場合、図１４のようにワイヤボン
ディング６１付近のみ、音響整合層４９を厚くすること
で、感度の低下を最小限に抑えて、ワイヤボンディング
を封止することが可能となり、耐久性を向上させること
が可能となる。
デューサについて説明する。図１４は圧電トランスデュ
ーサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方向に切
った断面図）である。前述の通り、音響整合層４９は超
音波の波長の１／４以下（９．６ＭＨｚの場合、５０μ
ｍ以下）に設定する必要がある。しかし、ワイヤボンデ
ィング６１が音響整合層４９より高くなってしまった場
合や、ワイヤの線径より音響整合層４９の厚さを低く設
定し無ければならない場合、図１４のようにワイヤボン
ディング６１付近のみ、音響整合層４９を厚くすること
で、感度の低下を最小限に抑えて、ワイヤボンディング
を封止することが可能となり、耐久性を向上させること
が可能となる。
【００４２】上記構造は、一度音響整合層４９を所定の
厚さで塗布した後、音響整合層４９と同じ材質、あるい
は別の材質で音響整合層の突出部４９ｂを設けることで
作製可能である。
厚さで塗布した後、音響整合層４９と同じ材質、あるい
は別の材質で音響整合層の突出部４９ｂを設けることで
作製可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明の圧電トランスデ
ューサ、圧電トランスデューサの製造方法及び圧電トラ
ンスデューサを利用した脈波検出装置によれば、複雑な
パターニングを圧電素子に施す必要がなく、圧電素子を
駆動させることが可能であり、圧電素子に不要な応力が
生じにくく、また音響整合層を所定の厚さにすることが
可能であるため、検出感度の向上、製造コストの低減が
可能となり、更にまた、ワイヤボンディング時に圧電素
子を破損させることなく製造可能であるため、製造コス
トの低減が可能となるという効果がある。
ューサ、圧電トランスデューサの製造方法及び圧電トラ
ンスデューサを利用した脈波検出装置によれば、複雑な
パターニングを圧電素子に施す必要がなく、圧電素子を
駆動させることが可能であり、圧電素子に不要な応力が
生じにくく、また音響整合層を所定の厚さにすることが
可能であるため、検出感度の向上、製造コストの低減が
可能となり、更にまた、ワイヤボンディング時に圧電素
子を破損させることなく製造可能であるため、製造コス
トの低減が可能となるという効果がある。
【図１】本発明の脈波検出装置の説明図である。
【図２】本発明の脈波検出装置を装着した図である。
【図３】本発明の脈波検出装置の処理部の説明図であ
る。
る。
【図４】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図５】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図６】本発明の圧電トランスデューサと生体の配置図
である。
である。
【図７】音響整合層の厚さと感度の関係を示す図であ
る。
る。
【図８】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図９】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１０】ワイヤボンディング工程の説明図である。
【図１１】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１２】圧電トランスデューサの説明図である。
【図１３】圧電トランスデューサの説明図である。
【図１４】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１５】本発明の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１６】従来の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１７】従来の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
【図１８】従来の圧電トランスデューサの説明図であ
る。
る。
１ 脈波検出装置
２ 生体
３ 処理部
３１ 演算処理部
３２ 駆動回路
３３ 表示部
４ 圧電トランスデューサ
４１ 圧電素子
４２ 圧電素子
４３ 基板
４７ａ 基板電極
４７ｂ 基板電極
４９ 音響整合層
５ バンド
５２ 上面電極
５３ 下面電極
５５ 接着剤
５９ 圧電素子支持部
６ 止め金具
６１ ワイヤ
６１ａ ボール
６６ キャピラリ
６７ チップ部品
６８ 基板電極
１００ 圧電トランスデューサ
１０１ 圧電素子
１０２ 電極
１０３ 電極
１１０ 音響整合層
１２０ フレキシブル基板
１３０ バッキング材
２１０ 圧電素子
２２０ 圧電素子
２３０ 樹脂
２４０ 導線
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｇ０１Ｎ 29/24 Ｈ０４Ｒ 31/00 ３３０ ５Ｄ１０７
Ｈ０１Ｌ 41/09 Ａ６１Ｂ 5/02 ３１０Ｍ
41/187 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｊ
41/22 41/22 Ｚ
Ｈ０４Ｒ 31/00 ３３０ 41/18 １０１Ｄ
(72)発明者 仲村 隆
千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ
イコーインスツルメンツ株式会社内
Ｆターム(参考） 2G047 AA12 BC09 BC13 CA01 GB02
GB21 GB23 GB28 GB31 GB32
4C017 AA09 AB02 AC23 BC16 CC01
FF30
4C301 AA02 AA03 DD02 EE06 GA01
GA03 GA07 GB18 GB19 GB22
GB33 GB34 GB40
4C601 DE01 EE03 GA01 GA03 GA07
GB01 GB02 GB19 GB24 GB25
GB26 GB41 GB42 GB50
5D019 BB18 FF04 GG01 HH03
5D107 AA03 AA07 AA16 BB07 CC01
CC06 CC10 CC12
Claims (18)
- 【請求項１】 入力された駆動信号に応じて圧電素子を
駆動することで測定対象物に超音波を送信し、前記測定
対象物からの反射波を受信して電気信号に変換する圧電
トランスデューサであって、 １個または複数個からなる圧電素子を基板上に配置し、
該基板は、それぞれの前記圧電素子毎に、入出力端子を
形成する第１の基板電極と第２の基板電極とを該基板に
有し、それぞれの前記圧電素子は前記基板に設けた第１
の基板電極と導通する第１の面電極と、該第１の面電極
と対向して設け、前記第２の基板電極に一端が接続され
た導電性の部材の他端を接続することにより前記導電性
の部材を介して前記第２の基板電極と接続する第２の面
電極とを備え、更に、前記測定対象物側である前記第２
の面電極上に前記超音波を効率的に伝播する音響整合層
を設け、前記第２の面電極に接続する前記導電性部材の
前記他端は、前記音響整合層以下の厚さを有し、前記音
響整合層内に埋設するように横設して構成することを特
徴とする圧電トランスデューサ。 - 【請求項２】 更に、前記圧電素子は、該圧電素子を支
持するように前記基板上に設けられ、しかも前記第１の
基板電極部分を避けるように形成された凹部を有する圧
電素子支持部上に配置されることを特徴とする請求項１
に記載の圧電トランスデューサ。 - 【請求項３】 前記圧電素子支持部は、前記第１の基板
電極より機械的強度が低い材質であることを特徴とする
請求項２に記載の圧電トランスデューサ。 - 【請求項４】 前記圧電素子支持部は、前記第１の基板
電極と前記第１の面電極との導通のために形成され固化
した接着剤より機械的強度が低い材質であることを特徴
とする請求項２または３に記載の圧電トランスデュー
サ。 - 【請求項５】 前記第２の面電極上であって、前記凹部
に対置する位置で前記導電性の部材の前記他端と前記第
２の面電極とを接続することを特徴とする請求項２、
３、または４に記載の圧電トランスデューサ。 - 【請求項６】 請求項１〜５のうちのいずれかに記載の
圧電トランスデューサにおいて、 前記導電性の部材は、導電性を有するフィルムであるこ
とを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 【請求項７】 請求項１〜５のうちのいずれかに記載の
圧電トランスデューサにおいて、 前記導電性の部材は、ワイヤボンディング法によって設
けられたワイヤであることを特徴とする圧電トランスデ
ューサ。 - 【請求項８】 請求項７に記載の圧電トランスデューサ
において、 前記導電性の部材の前記他端は、ボールボンディング法
におけるセカンドボンディングにより、前記第２の面電
極と接続することを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 【請求項９】 請求項７に記載の圧電トランスデューサ
において、 前記導電性の部材の前記他端は、ウェッジボンディング
法により、前記第２の面電極と接続することを特徴とす
る圧電トランスデューサ。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のうちのいずれかに記載
の圧電トランスデューサにおいて、 前記音響整合層の厚さが、前記超音波の波長の１／４に
相当する厚さであることを特徴とする圧電トランスデュ
ーサ。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のうちのいずれかに記
載の圧電トランスデューサにおいて、 前記圧電素子に設けられた前記第１の面電極の材質と前
記第２の面電極の材質とが異なることを特徴とする圧電
トランスデューサ。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１のうちのいずれかに記
載の圧電トランスデューサにおいて、 前記第１の面電極の材質が、金であることを特徴とする
圧電トランスデューサ。 - 【請求項１３】 請求項１〜１２のうちのいずれかに記
載の圧電トランスデューサと、該圧電トランスデューサ
から超音波を生体に対して送信するように該圧電トラン
スデューサを駆動する駆動部と、前記圧電トランスデュ
ーサが受信した前記生体からの反射波により脈波を検出
する検出部と、から構成することを特徴とする脈波検出
装置。 - 【請求項１４】 対向するように表面に第１の面電極と
第２の面電極とが設けられた圧電素子を、入出力端子を
形成する第１の基板電極と第２の基板電極とを有する基
板上に、前記第１の基板電極と前記第１の面電極とが導
通するように固定する工程と、前記第２の基板電極に一
端が接続された導電性の部材の他端を、該他端の高さが
１／４超音波波長以下に形成されるように横設して前記
第２の面電極と接続する工程と、を少なくとも備えるこ
とを特徴とする圧電トランスデューサの製造方法。 - 【請求項１５】 前記導電性の部材の他端と前記第２の
面電極との接続は、ワイヤボンディング法により行うこ
とを特徴とする請求項１４に記載の圧電トランスデュー
サの製造方法。 - 【請求項１６】 前記導電性の部材の他端と前記第２の
面電極との接続は、ボールボンディング法におけるセカ
ンドボンディング法により行うことを特徴とする請求項
１４に記載の圧電トランスデューサの製造方法。 - 【請求項１７】 前記導電性の部材の他端と前記第２の
面電極との接続は、ウェッジボンディング法により行う
ことを特徴とする請求項１４に記載の圧電トランスデュ
ーサの製造方法。 - 【請求項１８】 前記導電性の部材の他端と前記第２の
面電極との接続は、フィルム状の導電性の部材を用いて
行うことを特徴とする請求項１４に記載の圧電トランス
デューサの製造方法。
Priority Applications (5)
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