JP2003179997A - Manufacturing method of piezoelectric element and ultrasonic oscillator - Google Patents

Manufacturing method of piezoelectric element and ultrasonic oscillator

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JP2003179997A
JP2003179997A JP2001379705A JP2001379705A JP2003179997A JP 2003179997 A JP2003179997 A JP 2003179997A JP 2001379705 A JP2001379705 A JP 2001379705A JP 2001379705 A JP2001379705 A JP 2001379705A JP 2003179997 A JP2003179997 A JP 2003179997A
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Japan
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piezoelectric element
groove
manufacturing
electrodes
piezoelectric
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Application number
JP2001379705A
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Inventor
Masaaki Sudo
正昭 須藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a piezoelectric element by which a piezoelectric element used for an ultrasonic oscillator can be worked with a high manufacturing yield, and to provide a manufacturing method of an ultrasonic oscillator employing the same. <P>SOLUTION: At least the piezoelectric element 1 having parallel grooves 11 formed on one side surface at prescribed intervals is incorporated, and then array working is executed. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子の製造方
法および超音波発振器の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element and a method for manufacturing an ultrasonic oscillator.

【0002】[0002]

【従来の技術】医用の超音波診断装置に用いられている
超音波発振器は、短冊形状の振動子を多数配列したアレ
イ型を形成している。それにより、超音波ビームを電子
的に制御し、解像度の高い断層像をリアルタイムで取得
することができる。
2. Description of the Related Art An ultrasonic oscillator used in a medical ultrasonic diagnostic apparatus forms an array type in which a large number of strip-shaped vibrators are arranged. Thereby, the ultrasonic beam can be electronically controlled to obtain a high-resolution tomographic image in real time.

【0003】図8は、一般的な超音波発振器の構造図で
ある。圧電素子41の両面には図示しない電極42a、
42bが形成されており、圧電素子41の下面にはゴム
系のバッキング材43がエポキシ接着剤で固定されて設
けられている。圧電素子41の上面にはエポキシ樹脂の
中にアルミナを分散させた音響整合層44が形成され、
圧電素子41および音響整合層44はアレイ加工されて
いる。アレイ発振器の配列ピッチは、狭いもので0.1
mm程度である。音響整合層44の上に音響レンズ45
が形成されている。この音響レンズ45を通して超音波
の送受信が行われる。圧電素子41の両面に形成された
電極は、フレキシブル印刷配線板(FPC)やケーブル
を介して診断装置に接続されている。
FIG. 8 is a structural diagram of a general ultrasonic oscillator. Electrodes 42a (not shown) on both surfaces of the piezoelectric element 41,
42 b is formed, and a rubber-based backing material 43 is provided on the lower surface of the piezoelectric element 41 by being fixed with an epoxy adhesive. An acoustic matching layer 44 in which alumina is dispersed in epoxy resin is formed on the upper surface of the piezoelectric element 41.
The piezoelectric element 41 and the acoustic matching layer 44 are array processed. The array pitch of the array oscillator is 0.1
It is about mm. Acoustic lens 45 on acoustic matching layer 44
Are formed. Ultrasonic waves are transmitted and received through the acoustic lens 45. The electrodes formed on both sides of the piezoelectric element 41 are connected to a diagnostic device via a flexible printed wiring board (FPC) or a cable.

【0004】図8に示した構造の超音波発振器は、図9
および図10に示す方法で製造される。まず、図9に示
すように、一体形状の圧電素子41の両面に電極42
a、42bを形成する。この圧電素子41をバッキング
材43の上に接着する。一方、圧電素子41の上面に音
響整合層44を形成する。
The ultrasonic oscillator having the structure shown in FIG.
And the method shown in FIG. First, as shown in FIG. 9, electrodes 42 are formed on both surfaces of an integrally formed piezoelectric element 41.
a and 42b are formed. The piezoelectric element 41 is bonded onto the backing material 43. On the other hand, the acoustic matching layer 44 is formed on the upper surface of the piezoelectric element 41.

【0005】次に、図10に示すように、厚さ50μm
程度のダイヤモンド製のブレード(薄刃砥石)48を有
するダイシングソーを用い、音響整合層44側から、圧
電素子41を切断し、バッキング材43に深さ数百μm
の溝49を形成するように一度にダイシングする。その
後、音響整合層4上に音響レンズ45を形成して、図8
に示した構造の超音波発振器を完成する。
Next, as shown in FIG. 10, the thickness is 50 μm.
A piezoelectric element 41 is cut from the acoustic matching layer 44 side using a dicing saw having a diamond blade (thin blade grindstone) 48 of about 100 μm in depth in the backing material 43.
The dicing is performed at one time so as to form the groove 49. Then, the acoustic lens 45 is formed on the acoustic matching layer 4, and the acoustic lens 45 shown in FIG.
The ultrasonic oscillator having the structure shown in Fig. 3 is completed.

【0006】圧電素子41の材料は、従来からジルコン
チタン酸鉛(PZT)のセラミックスが多く用いられて
いるが、最近、電気エネルギと超音波エネルギの変換効
率を表す電気機械結合係数が大きい圧電素子材料として
圧電単結晶が注目されている。圧電単結晶材料を用いた
超音波発振器を採用した医療機器や非破壊検査機は、解
像度や感度の著しい向上が可能である 圧電単結晶材料としては、例えば、Pb((Zn1/3
Nb2/30.91Ti0.09)Oに代表される
亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛との固溶体(PZNT)か
らなる単結晶・マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛と
の固溶体からなる単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶など
が挙げられる。これらの材料を用いた場合、特に医療機
器や非破壊検査機器の分野において、超音波発振器の圧
電素子41の材料として前述の圧電単結晶を用いると、
解像度や感度の著しい向上が可能である。
As the material of the piezoelectric element 41, ceramics of lead zircon titanate (PZT) have been conventionally used in many cases, but recently, a piezoelectric element having a large electromechanical coupling coefficient representing the conversion efficiency of electric energy and ultrasonic energy. Piezoelectric single crystals are drawing attention as a material. Medical devices and non-destructive inspection machines that employ an ultrasonic oscillator that uses a piezoelectric single crystal material can significantly improve resolution and sensitivity. For example, Pb ((Zn 1/3
Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ) O 3 typified by a solid solution of lead zinc niobate and lead titanate (PZNT) from a solid solution of lead magnesium niobate and lead titanate And a single crystal of lithium niobate. When these materials are used, particularly in the fields of medical equipment and nondestructive inspection equipment, when the above-mentioned piezoelectric single crystal is used as the material of the piezoelectric element 41 of the ultrasonic oscillator,
It is possible to significantly improve the resolution and sensitivity.

【0007】次に圧電素子41の製造法について説明す
る。図11は、圧電単結晶としてPZNTを用いた場合
の圧電素子41の製造工程を示す模式図である。ブリッ
ジマン法などにより結晶を育成した後、育成した結晶を
ワイヤソーでスライス加工する。続いて、スライスされ
た結晶をダイシング加工により所望の大きさの板状に外
形加工する。その後、両面ラッピンングで所望の厚み
(例えば、120〜260μm)に仕上げ、洗浄した後
にスパッタ法などにより両面に電極形成する。これらの
製造方法を経て、図12に示すような圧電単結晶板の両
面に電極42a、42bを設けた圧電素子41を構成し
ている。
Next, a method of manufacturing the piezoelectric element 41 will be described. FIG. 11 is a schematic view showing the manufacturing process of the piezoelectric element 41 when PZNT is used as the piezoelectric single crystal. After growing the crystal by the Bridgman method or the like, the grown crystal is sliced with a wire saw. Subsequently, the sliced crystal is subjected to a dicing process to form a plate having a desired size. After that, a desired thickness (for example, 120 to 260 μm) is finished by double-sided lapping, and after cleaning, electrodes are formed on both sides by a sputtering method or the like. Through these manufacturing methods, a piezoelectric element 41 having electrodes 42a and 42b on both surfaces of a piezoelectric single crystal plate as shown in FIG. 12 is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、超音波
発振器の製造過程で、圧電素子は音響整合層と共にダイ
シングソーによりアレイ加工が施されている。アレイ加
工より形成されたアレイ素子数は数十から数百に及ぶた
め、切断面の差によるアレイ素子間の特性のばらつき
は、超音波発振器に接続した診断装置に表示される断層
像の画質に影響するため高い均質性が要求されている。
As described above, in the manufacturing process of the ultrasonic oscillator, the piezoelectric element is array-processed by the dicing saw together with the acoustic matching layer. Since the number of array elements formed by array processing ranges from several tens to several hundreds, variations in the characteristics between array elements due to the difference in the cut surface affect the image quality of the tomographic image displayed on the diagnostic device connected to the ultrasonic oscillator. High homogeneity is required due to the influence.

【0009】図13に上述のアレイ加工の際のダイシン
グソーによる切断部を示すように、PZTセラッミクは
比較的加工性が良いので所望の切断面が得られるが、P
ZNT圧電単結晶は、硬く脆い性質を持つ難削材料であ
るため、粗い切断面になると共にクラック50やチッピ
ングが発生する場合が多い。それらは製造歩留まりを下
げる大きな要因となっている。
As shown in FIG. 13 which shows a cut portion by a dicing saw at the time of array processing described above, PZT ceramics has relatively good workability so that a desired cut surface can be obtained.
Since the ZNT piezoelectric single crystal is a hard-to-cut material having a hard and brittle property, it often has a rough cut surface and cracks 50 and chipping often occur. They are a major factor in reducing the manufacturing yield.

【0010】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、超音波発振器に用いる圧電素子を製造歩留り
よく加工することのできる圧電素子の製造方法、および
それを用いた超音波発振器の製造方法を提供することを
目的としている。
The present invention has been made based on these circumstances, and a method of manufacturing a piezoelectric element capable of processing a piezoelectric element used in an ultrasonic oscillator with good manufacturing yield, and a method of manufacturing an ultrasonic oscillator using the same. Is intended to provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、所定形状に切断され研磨された圧電材料の
両面に電極を形成する電極形成工程と、前記圧電材料の
少なくとも一側面に所定間隔で平行溝を形成する溝形成
工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法
である。
According to the means according to the invention of claim 1, an electrode forming step of forming electrodes on both surfaces of a piezoelectric material cut into a predetermined shape and polished, and on at least one side surface of the piezoelectric material. And a groove forming step of forming parallel grooves at predetermined intervals.

【0012】また請求項2の発明による手段によれば、
前記溝形成工程は、フォトエッチングにより行うことを
特徴とする圧電素子の製造方法である。
According to the second aspect of the present invention,
The groove forming step is a method of manufacturing a piezoelectric element, which is performed by photoetching.

【0013】また請求項3の発明による手段によれば、
前記溝形成工程での平行溝は、圧電素子の板厚をCt、
溝深さをBd、溝間素子幅をCwとした場合、 10μm<(Ct−Bd)<Cw の関係にある形状に形成することを特徴とする圧電素子
の製造方法である。
According to the third aspect of the invention,
The parallel groove in the groove forming step has a plate thickness Ct of the piezoelectric element,
When the groove depth is Bd and the inter-groove element width is Cw, it is a method of manufacturing a piezoelectric element, which is characterized by forming into a shape having a relationship of 10 μm <(Ct−Bd) <Cw.

【0014】また請求項4の発明による手段によれば、
圧電素子の両面に電極を形成し該圧電素子に電界を印加
して分極する電極形成工程と、記電極の一方に信号線
を、他方に接地線を接続する配線工程と、前記圧電素子
に請求項1乃至請求項3に記載のいずれかの圧電素子の
製造方法により該圧電素子に溝を形成する溝形成工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記信号線が接続さ
れた側にバッキング材を接合するバッキング材接合工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記接地線が接続さ
れた側に音響整合層を接合する音響整合層形成工程と、
前記溝の形成された圧電素子に、前記信号線、前記接地
線、前記バッキング材および前記音響整合層が接合され
た状態で、ダイシングブレードにより前記溝に位置合せ
して前記圧電素子とこれに接合された各部に溝加工を施
すダイシング工程と、を有することを特徴とする超音波
発振器の製造方法である。
According to the means of the invention of claim 4,
An electrode forming step of forming electrodes on both sides of the piezoelectric element and applying an electric field to the piezoelectric element to polarize; a wiring step of connecting a signal line to one of the electrodes and a ground line to the other; A groove forming step of forming a groove in the piezoelectric element by the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, and a backing on a side of the piezoelectric element having the groove connected to the signal line. A backing material joining step of joining materials, an acoustic matching layer forming step of joining an acoustic matching layer to a side of the piezoelectric element in which the groove is formed, to which the ground wire is connected,
In a state where the signal line, the ground line, the backing material, and the acoustic matching layer are joined to the piezoelectric element having the groove formed therein, the piezoelectric element is joined to the piezoelectric element by aligning with the groove with a dicing blade. And a dicing step of performing groove processing on each of the formed portions, and a method for manufacturing an ultrasonic oscillator.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1は、超音波発振器の構造を示す斜視図
である。圧電素子1の両面には電極2a、2bが形成さ
れており、圧電素子1の下面側にはエポキシ接着剤等で
形成しているチッピング防止層4を介してバッキング材
3が設けられている。なお、チッピング防止層4は、ア
レイ加工時の圧電素子1のチッピングを防止するための
ものである。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an ultrasonic oscillator. Electrodes 2a and 2b are formed on both surfaces of the piezoelectric element 1, and a backing material 3 is provided on the lower surface side of the piezoelectric element 1 via a chipping prevention layer 4 formed of an epoxy adhesive or the like. The chipping prevention layer 4 is for preventing chipping of the piezoelectric element 1 during array processing.

【0017】一方、圧電素子1の上面側には音響整合層
5が形成され、圧電素子1および音響整合層5はアレイ
加工されたアレイ発振器7を形成している。アレイ発振
器7の配列ピッチは、狭いもので0.1mm程度であ
る。音響整合層5の上に音響レンズ7が形成される。こ
の音響レンズ7を通して超音波の送受信が行われる。
On the other hand, an acoustic matching layer 5 is formed on the upper surface side of the piezoelectric element 1, and the piezoelectric element 1 and the acoustic matching layer 5 form an array oscillator 7 which is array processed. The array pitch of the array oscillators 7 is narrow and is about 0.1 mm. The acoustic lens 7 is formed on the acoustic matching layer 5. Ultrasonic waves are transmitted and received through the acoustic lens 7.

【0018】圧電素子1の両面に形成された電極2a、
2bのうち、バッキング材2a側の電極2aには信号用
のフレキシブル印刷配線板(信号用FPC8)が、はん
だ接合により固定されている。この信号用FPC8は超
音波診断装置(不図示)に接続されている。
Electrodes 2a formed on both sides of the piezoelectric element 1,
A flexible printed wiring board for signal (signal FPC 8) is fixed to the electrode 2a on the backing material 2a side of 2b by soldering. The signal FPC 8 is connected to an ultrasonic diagnostic apparatus (not shown).

【0019】また、圧電素子1のもう一方の面に形成さ
れている電極2bには接地用FPC9がはんだ接合によ
り固定されている。
A grounding FPC 9 is fixed to the electrode 2b formed on the other surface of the piezoelectric element 1 by soldering.

【0020】圧電素子1の材料としては圧電単結晶を用
いており、圧電単結晶は特に限定されず、Pb((Zn
1/3Nb2/30.91Ti0.09)Oに代表
される亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛との固溶体(PZN
T)からなる単結晶、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン
酸鉛との固溶体からなる単結晶、ニオブ酸リチウム単結
晶等を適時用いることができる。なお、圧電単結晶はキ
ュリー点が180℃程度と低いため、はんだ付けやアレ
イ加工の熱で分極劣化を生じやすい。このため、圧電単
結晶はアレイ加工後に再分極する必要がある。
A piezoelectric single crystal is used as the material of the piezoelectric element 1. The piezoelectric single crystal is not particularly limited, and Pb ((Zn
1/3 Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ) O 3 represented by solid solution of lead zinc niobate and lead titanate (PZN)
A single crystal made of T), a single crystal made of a solid solution of lead magnesium niobate and lead titanate, a lithium niobate single crystal, or the like can be used as appropriate. Since the piezoelectric single crystal has a low Curie point of about 180 ° C., polarization deterioration easily occurs due to heat of soldering or array processing. Therefore, the piezoelectric single crystal needs to be repolarized after array processing.

【0021】音響整合層5は、アルミナ粉末をエポキシ
樹脂に分散させた複合材料から形成されている。
The acoustic matching layer 5 is formed of a composite material in which alumina powder is dispersed in epoxy resin.

【0022】また、バッキング材3は、医用プローブで
は、バッキング材3として、ネオプレンゴムにフェライ
ト粉末を混合した材料や、クロロプレンゴムとエポキシ
樹脂とを混合した材料等のようにゴム系材料が用いられ
ている。
In the medical probe, the backing material 3 is a rubber-based material such as a material in which ferrite powder is mixed with neoprene rubber or a material in which chloroprene rubber and epoxy resin are mixed as the backing material 3. ing.

【0023】次に、超音波発振器の製造方法について説
明する。まず、圧電素子1の下面および上面にそれぞれ
電極2a、2bを形成する。この電極2a、2bから圧
電素子1に電界を印加することにより分極する。圧電素
子1の上面電極2bの端部に接地用FPC9の導電層を
はんだ付けする。また圧電素子1の下面電極2a、2b
の端部に信号用FPCの導電層をはんだ付けする。
Next, a method of manufacturing the ultrasonic oscillator will be described. First, the electrodes 2a and 2b are formed on the lower surface and the upper surface of the piezoelectric element 1, respectively. The electrodes 2a and 2b are polarized by applying an electric field to the piezoelectric element 1. The conductive layer of the grounding FPC 9 is soldered to the end of the upper surface electrode 2b of the piezoelectric element 1. In addition, the lower surface electrodes 2a, 2b of the piezoelectric element 1
The conductive layer of the signal FPC is soldered to the end of the.

【0024】圧電素子1の下面に、FPCの導電層との
接続部を除いてゴム系バッキング材3をエポキシ接着剤
を用いて接着する。一方、圧電素子1の上面に音響整合
層5を形成する。音響整合層5は、アルミナ粉末をエポ
キシ樹脂に分散させた複合材料からなる所定厚みの第1
音響整合層5aを形成し、さらにその上に樹脂シートか
らなる所定厚みの第2音響整合層5bを接着する。
A rubber-based backing material 3 is bonded to the lower surface of the piezoelectric element 1 by using an epoxy adhesive except for the connection portion with the conductive layer of the FPC. On the other hand, the acoustic matching layer 5 is formed on the upper surface of the piezoelectric element 1. The acoustic matching layer 5 is made of a composite material in which alumina powder is dispersed in an epoxy resin and has a first thickness of a predetermined value.
The acoustic matching layer 5a is formed, and the second acoustic matching layer 5b made of a resin sheet and having a predetermined thickness is further bonded thereon.

【0025】次に、FPC8、9をバッキング材3の側
面に沿うように下方に折り曲げる。この状態でダイシン
グソーにセットし、所定のピッチで第1音響整合層5
a、第2音響整合層5b、圧電素子1、電極2a、2
b、FPC8,9、およびバッキング材3を切断する。
その後に、後述する圧電素子1の製造方法の説明の際に
詳述するアレイ加工を行う。
Next, the FPCs 8 and 9 are bent downward along the side surface of the backing material 3. In this state, the first acoustic matching layer 5 is set on the dicing saw at a predetermined pitch.
a, second acoustic matching layer 5b, piezoelectric element 1, electrodes 2a, 2
b, the FPCs 8 and 9 and the backing material 3 are cut.
After that, the array processing which will be described in detail when the method of manufacturing the piezoelectric element 1 is described later is performed.

【0026】なお、圧電単結晶はアレイ加工後の分極劣
化を生じるため、温度80℃条件の下、電圧0.5〜2
kV/mm、時間0.2〜5min程度の直流電圧をF
PCの導電層から印加して再分極を行う。その後、切断
溝にシリコーン樹脂を充填し、第2音響整合層5b上に
音響レンズ7を接着する。さらに、FPC8、9の端部
にケーブル(不図示)を接続し、ケースに収納して超音
波発振器を製造する。
Since the piezoelectric single crystal causes polarization deterioration after array processing, a voltage of 0.5 to 2 is applied at a temperature of 80 ° C.
DC voltage of kV / mm, time 0.2-5min is F
Repolarization is performed by applying from the conductive layer of PC. After that, the cut groove is filled with silicone resin, and the acoustic lens 7 is bonded onto the second acoustic matching layer 5b. Further, a cable (not shown) is connected to the ends of the FPCs 8 and 9 and housed in a case to manufacture an ultrasonic oscillator.

【0027】次に、圧電素子1の製造方法について説明
する。図2は圧電素子1の製造工程を模式化した説明図
である。
Next, a method of manufacturing the piezoelectric element 1 will be described. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the manufacturing process of the piezoelectric element 1.

【0028】まず、ブリッジマン法により結晶を育成す
る。育成した結晶から、ラウエカメラを用いて[10
0]軸の方位を出して、この軸に平行にワイヤソーでス
ライス加工を施して、厚みが0.3〜10mm程度にウ
エハを切り出す。
First, a crystal is grown by the Bridgman method. From the grown crystal, using a Laue camera [10
[0] axis is taken out and slice processing is performed in parallel with this axis with a wire saw to cut a wafer to a thickness of about 0.3 to 10 mm.

【0029】次に、ウエハにダイシング加工を施して、
例えば15×20mm程度の大きさの板状に切り出す。
Next, the wafer is subjected to a dicing process,
For example, it is cut out into a plate shape having a size of about 15 × 20 mm.

【0030】得られた板状のウエハは、#1000〜#
4000程度の砥粒を用いたラッピング等により両面を
研磨する。この時点でのウエハ厚みは100〜500μ
mである。なお、厚みは超音波発振器としての超音波の
周波数用途で異なってくる。
The obtained plate-shaped wafers are # 1000- #.
Both sides are polished by lapping or the like using about 4000 abrasive grains. Wafer thickness at this point is 100-500μ
m. The thickness differs depending on the frequency of ultrasonic waves used as the ultrasonic oscillator.

【0031】研磨加工後は洗浄乾燥を行い、その後にウ
エハの両面にAuやAgの電極2a、2bをスパッタ法
などにより形成する。なお、ここまでの工程は従来の工
程と同様である。
After the polishing process, washing and drying are performed, and thereafter, electrodes 2a and 2b of Au or Ag are formed on both surfaces of the wafer by a sputtering method or the like. The steps up to this point are the same as the conventional steps.

【0032】これらの後、一方の電極2b(後で音響整
合層5が接合される側)の表面にフォトエッチング工程
を施す。このフォトエッチング工程は、まず、電極2b
の表面にレジスト10を塗布する塗布し、次に所定のパ
ターンが形成されたマスク(不図示)を介して露光す
る。以下、現像、ドライエッチング、レジスト剥離およ
び洗浄といった、半導体装置の製造プロセス等で一般に
用いられているフォトエッチング工程により、圧電素子
1に平行配列の溝11を形成する。
After this, a photo-etching process is applied to the surface of one electrode 2b (the side to which the acoustic matching layer 5 will be joined later). In this photo-etching process, first, the electrode 2b
The resist 10 is applied to the surface of the substrate and then exposed through a mask (not shown) having a predetermined pattern. Hereinafter, the grooves 11 arranged in parallel are formed in the piezoelectric element 1 by a photo-etching step generally used in a semiconductor device manufacturing process such as development, dry etching, resist stripping and cleaning.

【0033】なお、最後に200℃の高温で0.1〜2
kV/cmの電圧を印加した状態で室温まで冷却して分
極を終える。
Finally, at a high temperature of 200 ° C., 0.1-2
The polarization is terminated by cooling to room temperature with a voltage of kV / cm applied.

【0034】この結果、図3(a)に示すような溝入り
圧電素子1が得られる。さらに圧電素子1のもう一面に
対しても同様なフォトエッチング工程を施せば、図3
(b)に示したような両面に溝11を形成した圧電素子
1が得られる。
As a result, the grooved piezoelectric element 1 as shown in FIG. 3A is obtained. If the same photo-etching process is performed on the other surface of the piezoelectric element 1, as shown in FIG.
The piezoelectric element 1 having the grooves 11 formed on both surfaces as shown in (b) is obtained.

【0035】なお、溝形成方法としてはエッチング工程
によらずに、弾性を持たせた薄刃ブレードを用いた研削
加工を用いることもできる。その場合は、薄刃ブレード
の弾性により溝形成時の衝撃を吸収するようにしてい
る。
As the groove forming method, grinding processing using a thin blade having elasticity can be used instead of the etching step. In that case, the elasticity of the thin blade is used to absorb the impact when the groove is formed.

【0036】また、上述の場合は、圧電素子1の両面に
電極2a、2bを形成後に溝形成加工を行ったが、電極
2a、2bの形成前に溝形成加工を行い、その後に電極
2a、2bを形成しても良い。
In the above case, the grooves 2 are formed after the electrodes 2a and 2b are formed on both surfaces of the piezoelectric element 1. However, the grooves are formed before the electrodes 2a and 2b are formed, and then the electrodes 2a and 2b are formed. 2b may be formed.

【0037】次に、図4に示したアレイ加工の模式図に
より、アレイ加工について説明する。なお、図1と同一
箇所には同一符号を付して個々の説明を省略する。超音
波発振器に組み込まれている圧電素子1には、予め、上
述の溝形成加工により溝が形成されている。
Next, the array processing will be described with reference to the schematic diagram of the array processing shown in FIG. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted. A groove is formed in advance in the piezoelectric element 1 incorporated in the ultrasonic oscillator by the groove forming process described above.

【0038】音響レンズ7が接合されていない状態の超
音波発振器をダイシングソーにセットし、圧電素子1に
予め形成されている溝11に沿って、第1音響整合層5
a、第2音響整合層5b、圧電素子1、電極2a、2
b、FPCおよびゴム系バッキング材3をブレード12
で切断してアレイ加工を行う。
The ultrasonic oscillator in which the acoustic lens 7 is not bonded is set on the dicing saw, and the first acoustic matching layer 5 is formed along the groove 11 formed in the piezoelectric element 1 in advance.
a, second acoustic matching layer 5b, piezoelectric element 1, electrodes 2a, 2
b, the FPC and the rubber-based backing material 3 with the blade 12
The array processing is performed by cutting with.

【0039】この場合のアレイ加工の加工点の作用を従
来の場合と比較するために、図5は従来技術のアレイ加
工の際の加工点の作用を示し、図6は上述の実施の形態
のアレイ加工の際の加工点の作用を示す。
In order to compare the operation of the processing points of the array processing in this case with the conventional case, FIG. 5 shows the operation of the processing points in the case of the array processing of the prior art, and FIG. 6 shows the operation of the above-described embodiment. The action of processing points during array processing is shown.

【0040】難削材である圧電素子1の肉厚が減り、加
工点の3分力(X方向、Y方向、Z方向)は、従来の場
合(Fx、Fy、Fz)と上述の実施の形態の場合(F
、Fy、Fz)とを比較すると、Fx>F
、Fy>Fy、Fz>Fz となり、上述の実施
の形態の場合は加工点の応力発生を抑制できる。
The thickness of the piezoelectric element 1 which is a difficult-to-cut material is reduced and
The 3 component force (X direction, Y direction, Z direction) at the work point is
(Fx, Fy, Fz) and the case of the above embodiment (F
x1, Fy1, Fz1) And Fx> F
x1, Fy> Fy1, Fz> Fz 1And the above implementation
In the case of the above form, the stress generation at the processing point can be suppressed.

【0041】また、上述の実施の形態の場合は、溝底部
の力学的強度が最も弱い構造としたことにより、アレイ
加工におけるクラックは溝底部のみに発生するようにな
る。溝底部に生じたクラックはアレイ加工における除去
部となるため、アレイ加工での残存部におけるクラック
やチッピングおよび欠けは極めて少なくなり、超音波発
振器を歩留り良く製造できる。
Further, in the case of the above-mentioned embodiment, since the groove bottom has a structure in which the mechanical strength is the weakest, cracks are generated only in the groove bottom during array processing. Since the crack generated at the groove bottom serves as a removed portion in the array processing, cracks, chipping and chipping in the remaining portion in the array processing are extremely reduced, and the ultrasonic oscillator can be manufactured with high yield.

【0042】図7(a)〜(d)は、圧電素子1の溝形
状とアレイ加工の加工モデルとを、従来の場合と上述の
実施の形態とを比較した説明図である。
FIGS. 7A to 7D are explanatory views comparing the groove shape of the piezoelectric element 1 and the processing model of the array processing between the conventional case and the above-described embodiment.

【0043】図7(a)は、従来の圧電素子1に溝11
が形成されていない状態でのアレイ加工モデルである。
加工点の近傍で応力12が発生した場合、既に切断を終
えた隣接する切断溝側部の肉厚が最も薄いので材料強度
も弱い。このため、切り残すべき圧電素子1部位に最も
クラック14が発生しやすくなり、製造歩留りを低下さ
せる主要因になる。
FIG. 7A shows a groove 11 formed on the conventional piezoelectric element 1.
It is an array processing model in the state where is not formed.
When the stress 12 is generated in the vicinity of the processing point, the material strength is weak because the adjacent cutting groove side portions that have already been cut have the smallest wall thickness. For this reason, the cracks 14 are most likely to be generated in the portion of the piezoelectric element 1 to be left uncut, which is a main factor of reducing the manufacturing yield.

【0044】図7(b)は、板厚Ct、圧電素子1のア
レイ素子幅Cw、予め設けた切断溝11の深さBdとし
たとき、これらに(Ct−Bd)>Cwの関係がある場
合のアレイ加工モデルである。予め切断した溝11が設
けられているが、素子幅Cwは切込み初期における板厚
Ct−Bdよりも大きい。この場合も切り残すべきアレ
イ素子の部位に最もクラック14が発生しやすくなり、
予め切断溝を設けた効果が得られにくい、図7(c)
は、10μm<(Ct−Bd)<Cwの関係におけるア
レイ加工モデルである。この場合、アレイ加工による溝
底部の残肉の厚さを10μmとしている。予め設けた溝
11が深くてアレイ素子幅よりも薄い(Ct−Bd)<
Cwの関係にあるので、アレイ加工の際に溝底部の材料
強度が最も弱く、クラック14が生じやすい。しかし、
溝底部にクラックが生じてもその後に切断除去されるの
で、超音波発振器の性能に影響するものではない。した
がって、残存させるべき圧電素子1へのクラック発生率
が極めて小さくなり、歩留り良く製造できる。
FIG. 7B shows a relationship of (Ct-Bd)> Cw when the plate thickness Ct, the array element width Cw of the piezoelectric element 1 and the depth Bd of the cutting groove 11 provided in advance are set. It is an array processing model in the case. Although the groove 11 which is cut in advance is provided, the element width Cw is larger than the plate thickness Ct-Bd in the initial cutting stage. Also in this case, cracks 14 are most likely to occur at the portion of the array element to be left uncut,
It is difficult to obtain the effect of providing the cutting groove in advance, as shown in FIG. 7 (c).
Is an array processing model in the relationship of 10 μm <(Ct−Bd) <Cw. In this case, the thickness of the bottom wall of the groove formed by the array processing is set to 10 μm. The groove 11 provided in advance is deep and thinner than the array element width (Ct-Bd) <
Since there is a relationship of Cw, the material strength of the groove bottom portion is the weakest at the time of array processing, and the crack 14 is likely to occur. But,
Even if a crack is generated at the bottom of the groove, it is cut and removed thereafter, so that it does not affect the performance of the ultrasonic oscillator. Therefore, the rate of crack occurrence in the piezoelectric element 1 to be left is extremely small, and the piezoelectric element 1 can be manufactured with high yield.

【0045】ただし、図7(d)に示すように予め設け
た溝11の底部肉厚が10μm以下になると、アレイ加
工する以前の材料を扱う段階でクラック14および破断
が起こり、製造組み立て前の圧電素子1の材料としての
部品機能を保てなくなる。
However, as shown in FIG. 7 (d), when the thickness of the bottom portion of the groove 11 provided in advance is 10 μm or less, cracks 14 and fractures occur at the stage of handling the material before the array processing, and before the manufacturing and assembling. The function of parts as a material of the piezoelectric element 1 cannot be maintained.

【0046】これらの結果から、圧電素子1の溝11の
形状としては10μm<(Ct−Bd)<Cwの関係に
あることが好ましい。
From these results, the shape of the groove 11 of the piezoelectric element 1 is preferably 10 μm <(Ct−Bd) <Cw.

【0047】以上に説明したように、上述の実施の形態
によれば、超音波発振子を製造する際に行う、ダイシン
グによるアレイ加工において、従来は発生していたクラ
ックやチッピングが低減し、超音波発振器の製造歩留り
向上を図れた。
As described above, according to the above-described embodiment, in the array processing by dicing, which is performed when manufacturing the ultrasonic oscillator, cracks and chippings which have been conventionally generated are reduced, and The production yield of the sonic oscillator was improved.

【0048】特に、圧電単結晶の圧電素子1を用いた製
造に関して大きな効果が得られるが、従来から圧電素子
1に用いられているPZTセラミックスに対してもアレ
イ加工における加工精度が向上し、製造歩留りを高める
ことができる。
In particular, a great effect can be obtained in manufacturing using the piezoelectric element 1 made of a piezoelectric single crystal, but the processing accuracy in the array processing is improved even in the case of PZT ceramics conventionally used for the piezoelectric element 1, and the manufacturing is improved. The yield can be increased.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子ならびにそれ
を用いた超音波発振器を、高精度に製造歩留まりよく製
造することができる。
According to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric element and an ultrasonic oscillator using the same with high accuracy and with high manufacturing yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】超音波発振器の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic oscillator.

【図2】本発明の圧電素子の製造工程を模式化した説明
図。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the manufacturing process of the piezoelectric element of the present invention.

【図3】(a)および(b)は、溝入り圧電素子の斜視
図。
FIG. 3A and FIG. 3B are perspective views of a grooved piezoelectric element.

【図4】本発明のアレイ加工の模式図。FIG. 4 is a schematic view of array processing of the present invention.

【図5】従来技術のアレイ加工の際の加工点の作用の説
明図。
FIG. 5 is an explanatory view of the action of processing points during array processing according to the related art.

【図6】本発明のアレイ加工の際の加工点の作用の説明
図。
FIG. 6 is an explanatory view of the action of processing points during array processing of the present invention.

【図7】(a)〜(d)は、圧電素子の溝形状とアレイ
加工の加工モデルとの説明図。
7A to 7D are explanatory views of the groove shape of a piezoelectric element and a processing model of array processing.

【図8】一般的な超音波発振器の構造図。FIG. 8 is a structural diagram of a general ultrasonic oscillator.

【図9】超音波発振器の製造方法の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of a method of manufacturing an ultrasonic oscillator.

【図10】超音波発振器の製造方法の説明図。FIG. 10 is an explanatory view of a method of manufacturing an ultrasonic oscillator.

【図11】従来の圧電素子の製造工程を示す模式図。FIG. 11 is a schematic view showing a manufacturing process of a conventional piezoelectric element.

【図12】圧電素子の斜視図。FIG. 12 is a perspective view of a piezoelectric element.

【図13】従来のアレイ加工の際のダイシングソーによ
る切断部の説明図。
FIG. 13 is an explanatory view of a cutting portion by a dicing saw at the time of conventional array processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧電素子、2a、2b…電極、3…バッキング材、
4…チッピング防止層、5…音響整合層、7…音響レン
ズ、10…レジスト、11…溝、12…ブレード
1 ... Piezoelectric element, 2a, 2b ... Electrode, 3 ... Backing material,
4 ... Chipping prevention layer, 5 ... Acoustic matching layer, 7 ... Acoustic lens, 10 ... Resist, 11 ... Groove, 12 ... Blade

───────────────────────────────────────────────────── 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 31/00 330 H01L 41/22 Z // H03H 3/02 41/08 C Fターム(参考) 2G047 CA01 EA11 GB02 GB17 GB21 GB23 GB28 GB32 GB33 4C301 EE12 GB04 GB18 GB20 GB22 GB33 GB34 4C601 EE10 GB01 GB02 GB03 GB04 GB19 GB20 GB24 GB25 GB26 GB41 GB42 5D019 HH03 5J108 AA08 BB01 JJ04 KK01 KK07 MM08 MM11 MM15 NA04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04R 31/00 330 H01L 41/22 Z // H03H 3/02 41/08 C F term (reference) 2G047 CA01 EA11 GB02 GB17 GB21 GB23 GB28 GB32 GB33 4C301 EE12 GB04 GB18 GB20 GB22 GB33 GB34 4C601 EE10 GB01 GB02 GB03 GB04 GB19 GB20 GB24 GB25 GB26 GB41 GB42 5D019 HH03 5J108 AA08 BB01 JJ04 KK01 KK07 MM08 MM11 MM15 NA04 MM11 MM15 NA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定形状に切断され研磨された圧電材料
の両面に電極を形成する電極形成工程と、 前記圧電材料の少なくとも一側面に所定間隔で平行溝を
形成する溝形成工程と、を有することを特徴とする圧電
素子の製造方法。
1. An electrode forming step of forming electrodes on both surfaces of a piezoelectric material cut into a predetermined shape and polished, and a groove forming step of forming parallel grooves at a predetermined interval on at least one side surface of the piezoelectric material. A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
【請求項2】 前記溝形成工程は、フォトエッチングに
より行うことを特徴とする請求項1記載の圧電素子の製
造方法。
2. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein the groove forming step is performed by photoetching.
【請求項3】 前記溝形成工程での平行溝は、圧電素子
の板厚をCt、溝深さをBd、溝間素子幅をCwとした
場合、 10μm<(Ct−Bd)<Cw の関係にある形状に形成することを特徴とする請求項1
または請求項2に記載の圧電素子の製造方法。
3. The parallel groove in the groove forming step has a relationship of 10 μm <(Ct−Bd) <Cw, where Ct is the plate thickness of the piezoelectric element, Bd is the groove depth, and Cw is the inter-groove element width. 2. Forming into a shape according to claim 1.
Alternatively, the method for manufacturing the piezoelectric element according to claim 2.
【請求項4】 圧電素子の両面に電極を形成し該圧電素
子に電界を印加して分極する電極形成工程と、 記電極の一方に信号線を、他方に接地線を接続する配線
工程と、 前記圧電素子に請求項1乃至請求項3に記載のいずれか
の圧電素子の製造方法により該圧電素子に溝を形成する
溝形成工程と、 前記溝の形成された圧電素子の前記信号線が接続された
側にバッキング材を接合するバッキング材接合工程と、 前記溝の形成された圧電素子の前記接地線が接続された
側に音響整合層を接合する音響整合層形成工程と、 前記溝の形成された圧電素子に、前記信号線、前記接地
線、前記バッキング材および前記音響整合層が接合され
た状態で、ダイシングブレードにより前記溝に位置合せ
して前記圧電素子とこれに接合された各部に溝加工を施
すダイシング工程と、を有することを特徴とする超音波
発振器の製造方法。
4. An electrode forming step of forming electrodes on both surfaces of a piezoelectric element and applying an electric field to the piezoelectric element for polarization; a wiring step of connecting a signal line to one of the electrodes and a ground line to the other of the electrodes. A groove forming step of forming a groove in the piezoelectric element by the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, and the signal line of the piezoelectric element in which the groove is formed is connected. A backing material joining step of joining a backing material to the formed side, an acoustic matching layer forming step of joining an acoustic matching layer to a side of the piezoelectric element in which the groove is formed, to which the ground wire is connected, and the formation of the groove In the piezoelectric element, the signal wire, the ground wire, the backing material and the acoustic matching layer are joined to the piezoelectric element and each portion joined to the piezoelectric element by aligning the groove with a dicing blade. Groove processing Method for producing an ultrasonic oscillator and having a single step.
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