JP2003527013A - 一方向性音響プローブとその製造方法 - Google Patents

一方向性音響プローブとその製造方法

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JP2003527013A JP2001566819A JP2001566819A JP2003527013A JP 2003527013 A JP2003527013 A JP 2003527013A JP 2001566819 A JP2001566819 A JP 2001566819A JP 2001566819 A JP2001566819 A JP 2001566819A JP 2003527013 A JP2003527013 A JP 2003527013A
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ゴーク−テュアン グエン
ジャック エルズィエール
ルネ メリガ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能相互接続ネットワークを有する一方向性音響プローブとその製造方法に関する。 【解決手段】 一方向性音響プローブは絶縁フィルム（ＣＩＳ）の表面に置かれたリニアな圧電トランスデューサ（ＴＰｉ）を有し、該絶縁フィルムは前記圧電トランスデューサを制御装置に電気的に接続する接続手段を有する。該接続手段は、圧電トランスデューサと対向する第１接続パッドと、圧電トランスデューサからオフセットしてもうけられトランスデューサを制御装置に接続する第２接続パッドと、第１接続パッドと第２接続パッドを接続し圧電トランスデューサの主軸で定義される方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙの接続トラットを有する。該プローブの長所は、音波を吸収する曲面支持材の上にプローブを位置ぎめする整形工程のときに、相互接続ネットワークが従来の技術より強固なことである。応用分野は超音波検査である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響プローブに関し、トランスデューサブロックから切断して得られ
る送信及び受信素子を有する。このようなプローブは超音波検査に使用される。
より特定すると、本発明は一方向性音響プローブに関し、直線素子を有し、制御
回路に接続される相互接続ネットワークにより相互に独立に励振される。
【０００２】
【従来の技術】
この様なプローブを製造する方法のひとつは、はじめに、圧電材料／音響マッ
チングプレートの相互接続ネットワーク／層を有する印刷回路の組立体を作成し
、次に、個々の圧電素子を切断する。本出願人による国際出願ＷＯ９７／１７１
４５は上述の方法を記述し、特に、導電トラックを有し、各音響素子のアドレス
が可能な印刷回路を使用するプローブの製造方法を記述する。
【０００３】 図１は音響マッチングプレートＬｉ１，Ｌｉ２に組立てられる圧電材料２３を
示し、該材料は標準のカッタＴｉ，Ｔｊにより２つの直交する方向に切断される
。フレキシブルな印刷回路２２は導電トラックＰＩとビアを有し、すくなくとも
ひとつのビアが導電トラックと対応する圧電材料のメタライゼーションＭｉの上
にもうけられる。この構成で、リニアな音響パスが線Ｔｉに平行に定義される。
各音響パスは線Ｔｉに平行に定義されるサブパスに分割される。前述の組立体が
作成されると、プローブは、整形され、超音波検査の分野で特に要望される曲線
プローブを製造する。
【０００４】 ここで、個々の音響素子を有する印刷回路は曲線表面をもつ固体吸収材の表面
に接着される。次にフレキシブルな印刷回路は図２に示すようにセラミックと吸
収材の縁で折り曲げられる。軸Ｘに平行に定義される音響パスはトラックＰＩに
も平行である。印刷回路と導電トラックの組立体は、一方では、吸収材ＡＢＳの
表面に置かれ、他方では、小型化のために、前記吸収材の辺Ａ，Ａ’で垂直に折
り曲げられる。この構成で、トラックは９０°の鋭い角度で折り曲げられ、従っ
て強度が弱くなり破損することさえある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、本発明はフレキシブル絶縁フィルムの表面に形成
される新規な相互接続ネットワークを有し、整形動作のときに、プローブの全体
のサイズと電気接続の強度を最適化する音響プローブを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
更に特定すると、本発明の主題は、 絶縁フィルムの表面にもうけられるリニアな圧電トランスデューサを有する一
方向性音響プローブにおいて、 前記絶縁フィルムは前記圧電トランスデューサを電気的に制御装置に接続する
接続手段を有し、 該接続手段は、 前記圧電トランスデューサと対向する第１接続パッドと、 前記圧電トランスデューサからオフセットしてもうけられ、前記圧電トランス
デューサを前記制御装置と接続することができる第２接続パッドと、 前記第１接続パッドを前記第２接続パッドに接続する、前記圧電トランスデュ
ーサの主軸により定義される方向Ｄｙに直交する方向Ｄｘの方向にもうけられる
導電トラックとを有する一方向性音響プローブにある。
【０００７】 好ましい実施例によると、各圧電トランスデューサが制御電極と接地電極を有
し、前記絶縁フィルムが、 その上面に、前記制御電極と接触する第１の第１接続パッドと第１の第２接続
パッドと前記接地電極と接触する第２の第１接続パッドとを有し、 その下面に、前記第１の第１接続パッドと導電ビアにより接続する第３の第１
接続パッドと、一方では前記第１の第２接続パッドと導電ビアにより接続し他方
では前記第３の第１接続パッドと導電トラックにより接続する第２の第２接続パ
ッドと、前記第２の第１接続パッドと導電パッドにより接続する第４の第１接続
パッドを有する。
【０００８】 好ましくは、第２の第２接続パッドは絶縁フィルムの下部表面の周囲に位置し
、接地を構成する導電領域の一部を構成する。
【０００９】 本発明の主題は又音響プローブの製造方法にある。
【００１０】 更に特定すると、本発明の主題は、 リニアな圧電トランスデューサを有する一方向性音響プローブの製造方法にお
いて、 （ａ）絶縁フィルムの各表面の上に、圧電トランスデューサの対向する第１接
続パッドと、圧電トランスデューサからオフセットした第２接続パッドを各々生
成し、 （ｂ）第１接続パッドと第２接続パッドをフィルムの下表面で接続する電気ト
ラックを生成し、 （ｃ）メタライゼーションを有する圧電材料の層を絶縁フィルムの上表面に接
着し、 （ｄ）圧電材料の層を、前記導電トラックに平行な第２方向と直交する第１方
向に切断して、リニアな圧電トランスデューサを定義する音響プローブの製造方
法にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下の記述は８個のリニアなトランスデューサを有する一方向性プローブを例
示する。しかし、本発明はリニアトランスデューサの数にかかわらず適用可能で
ある。
【００１２】 一般に、本発明によるプローブはフレキシブルな絶縁フィルム（この上に電気
接続がもうけられるので、以後フレキシブル印刷回路と呼ぶ）を有し、その上に
、種々の接続パッドがもうけられて圧電トランスデューサをアドレスすることを
可能とする。トランスデューサに対面する接続パッドは１次接続パッドと呼ばれ
、トランスデューサからオフセットした接続パッドは２次接続パッドと呼ばれる
。
【００１３】 従来、各圧電トランスデューサは接地電極Ｅｍｉと超音波センサの分野でホッ
トスポットと呼ばれる制御電極Ｅｃｉを有する。
【００１４】 図３ａは本発明によるプローブの上面図で、図３ｂは軸ＣＣ’での同じプロー
ブの断面図である。圧電トランスデューサ素子ＴＰｉはセラミックによる圧電材
料から成り、切断Ｔｉで分離されている。それらの表面は部分的にメタライズさ
れ、各トランスデューサ毎に制御電極Ｅｃｉと接地電極Ｅｍｉが定義される。こ
れらの電極は、印刷回路ＣＩＳの下表面の導電ビアＶｉにより接続される。従来
、セラミックの上表面は音響マッチング素子Ｌｉ１，Ｌｉ２により被覆された。
マッチング素子の電気特性は良好な音響マッチングを提供するように選択された
。トランスデューサはあらかじめ電気接続を有するフレキシブル印刷回路ＣＩＳ
の表面に接着される。従って、図３ａの方向Ｄｙに平行なリニアなトランスデュ
ーサが得られる。
【００１５】 図４ａと図４ｂは印刷回路の上面図と底面図で、上面は圧電材料と接触してい
る。
【００１６】 特に、図４ａで、フレキシブル印刷回路ＣＩＳの中央部で、トランスデューサ
の制御電極Ｅｃｉとの電気接続のための第１の第１接続パッドｐｐｐｃｉと、ト
ランスデューサＴＰｉの接地電極Ｅｍｉと接触する第２の第１接続パッドｓｐｐ
ｃｉと、第１の第２接続パッドｐｐｓｃｉとを有する。第２の第１接続パッドｓ
ｐｐｃｉはフレキシブル印刷回路の周辺部に生成される接地パッドＰＭｓに対応
する。圧電材料をリニアなトランスデューサに切断するとき、この切断はマッチ
ングプレート／圧電材料組立体に対して行なわれるので、前記接地パッドは切断
される。切断はフレキシブル印刷回路にまでおよび、フレキシブル印刷回路の上
表面の周辺部の接地パッドを、第２の第１接続パッドｓｐｐｃｉに分割する。
【００１７】 図４ｂにおいて、フレキシブル印刷回路の下表面は、第１の第１接続パッドｐ
ｐｐｃｉと対向しこれと導電ビアで接続される第３の第１接続パッドｔｐｐｃｉ を有する。又、方向Ｄｘの導電トラックＰＩにより前記パッドｔｐｐｃｉに接続
され導電ビアにより前記第１の第２接続パッドｐｐｓｃｉに接続される第２の第
２接続パッドｓｐｓｃｉを有する。これにより圧電トランスデューサＴＰｉの制
御電極のアドレス付けが可能となる。
【００１８】 さらに、フレキシブル印刷回路を通る導電ビアは、第２の第１接続パッドｓｐ
ｐｃｉとフレキシブル印刷回路の周辺部の接地パッドＰＭｉとの接続を可能とし
、従って、圧電トランスデューサＴＰｉの接地接触を提供する。
【００１９】 好ましくは、絶縁フィルムの周辺部の幅ｌｅｘは中央部の幅ｌｃよりも大きい
。この構成は第２の接続パッドの間のピッチを第１の接続パッドの間のピッチに
関して大きくすることを可能とする。
【００２０】 さらに、接地電極に接触する接続パッドと制御電極に接触する接続パッドはフ
レキシブル絶縁フィルムの全体に分布し、導電ビアは方向Ｄｘと４５°の角度の
方向Ｄｇに好ましくは一様に分布することができ、従って導電ビアが相互に重な
るゾーンは存在しない。
【００２１】 組立ステップ 一般に、セラミックの圧電材料は異方性導電接着フィルム（ＡＣＦ）を使用し
た接着ボンドによりフレキシブル印刷回路の上に組立てることができる。ＡＣＦ
はメタライズされた又はメタルのポリマーボールを充填したポリマーフィルムで
ある。セラミックを圧力のもとで印刷回路に接着により結合したとき導電軸にそ
ってボールをつぶすことにより電気導電性が得られる。
【００２２】 又、メタライズされた又はメタルのポリマーボールを充填したポリマーレジン
をふくんでもよい。圧力のもとで接着により結合するときに導電軸にそってボー
ルをつぶすことにより、やはり、電気導電性が得られる。
【００２３】 本発明の別の実施例によると、銀、ニッケル等の金属粒子で例えば８０％まで
充填したポリマーを有する等方性導電レジン又は等方性導電フィルムを使うこと
により電気接触を提供することができる。等方性の場合の導電性は金属粒子の間
の物理的接触により提供される。
【００２４】 切断ステップ リニアな圧電トランスデューサは、マッチングプレートで被覆された圧電材料
を、ダイアモンド鋸を使って、図３ａの方向Ｄｙに切断して得られる。
【００２５】 代表的には、リニアトランスデューサの幅は５０−５００ミクロンの間で変化
する。リニアトランスデューサを電気的に絶縁するために、切断線は絶縁フィル
ムの厚みの中で停止する。
【００２６】 ダイアモンド鋸の代りに、種々の素子をレーザ切断することも可能である。
【００２７】 ２つのタイプの切断を組合せることも可能である。従って、音響マッチングプ
レートをレーザにより切断し、圧電セラミックを機械鋸により切断することがで
きる。後者の切断方法では、異なる熱膨張係数をもつ材料の接着結合による熱ス
トレスをうけない。はじめに音響マッチングプレートを切断することにより、セ
ラミックは熱ストレスから解放され、従って、第２の切断中のセラミックの破損
が防止される。
【００２８】 前述のステップは集合的に実行することができる。その理由は、第１及び第２
の接続パッドを、同じフレキシブル絶縁フィルムの上に用意して、図５（絶縁フ
ィルムの上面図）に示すように数個の音響プローブに用いることができるからで
ある。
【００２９】 絶縁フィルムはフレキシブル印刷回路ＣＩＳとも呼ばれ、該フレキシブル印刷
回路の上面に、種々の接地パッドと、第１及び第２の接続パッドをもうけること
ができる。この場合、接地パッドＰＭｓのみを図示する。フレキシブル印刷回路
組立体の上に、電気接続（接続パッド、メタライゼーション、導電ビア）が生成
されると、種々の固体圧電材料が部分的に接着結合される。図５の例では、６個
のセラミックプレートと該６個のセラミックプレートの上の６対の音響マッチン
グプレートがフレキシブル印刷回路の上に接着結合される。次に、集合切断ステ
ップが実行される。代表的には、図５で垂直に配列する一連のプローブを図５の
長短線で示すように単一のステップで個別の素子に切断することができる。
【００３０】 リニアな圧電トランスデューサを集合的に切断するステップの後、各音響プロ
ーブを図５に示す接地面ＰＭｓのまわりで切断する。
【００３１】 このように、集合化により製造コストの低減が可能である。
【００３２】 整形ステップ 一般に、整形操作は曲線プローブの作成を可能とする操作である。本発明によ
ると、使用するフレキシンブル絶縁フィルムの性質とリニアトランスデューサの
事前の切断により、前記絶縁フィルムの十分な曲線が得られ、曲線表面をもった
吸収材の表面に組立てることができる。この点で、吸収材ＡＢＳへのフレキシブ
ルフィルムＣＩＳの組立体を示し、この構成で、電気接続トラックＰＩはもはや
９０°の鋭い角度で折れることはなく、わずかに曲線となるだけである。従って
、従来の技術のような弱さはもはやない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術によるマルチ素子音響プローブを示し、印刷回路と音響素子で定義
される音響路に平行な導電トラックを有する。
【図２】 吸収材の上に整形される図１の従来の音響プローブを用いた印刷回路を示す。
【図３ａ】 本発明による音響プローブの実施例の上面図を示す。
【図３ｂ】 図３ａのプローブの断面図を示す。
【図４ａ】 本発明によるプローブで使用されるフレキシブル印刷回路の上面図である。
【図４ｂ】 本発明によるプローブで使用されるフレキシブル印刷回路の下面図である。
【図５】 本発明によるプローブの集合製造方法の一工程を示す。
【図６】 吸収材の上に整形された本発明によるプローブを示す。
【符号の説明】
ＣＩＳ 印刷回路 ＴＰｉ 圧電トランスデューサ素子 Ｅｃｉ 制御電極 Ｅｍｉ 接地電極 Ｖｉ 導電ビア Ｌｉ１，Ｌｉ２ 音響マッチング素子 ｐｐｐｃｉ 第１の第１接続パッド ｓｐｐｃｉ 第２の第１接続パッド ｔｐｐｃｉ 第３の第１接続パッド ｑｐｐｃｉ 第４の第１接続パッド ｐｐｓｃｉ 第１の第２接続パッド ｓｐｓｃｉ 第２の第２接続パッド ＰＩ 導電トラック
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｃ (72)発明者 エルズィエール ジャック フランス国，94117 アルクイユ セデク ス，アヴェニュ デュ プレジダン サル ヴァドル アレンド，13番地，トムソン− セーエスエフ プロプリエテ アンテレク テュエル内 (72)発明者 メリガ ルネ フランス国，94117 アルクイユ セデク ス，アヴェニュ デュ プレジダン サル ヴァドル アレンド，13番地，トムソン− セーエスエフ プロプリエテ アンテレク テュエル内 Ｆターム(参考） 5D019 BB02 BB19 BB25 BB28 FF04 HH03 5D107 AA11 BB07 CC05 CC11 CD02 FF07

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁フィルム（ＣＩＳ）の表面にもうけられるリニアな圧電
    トランスデューサ（ＴＰｉ）を有する一方向性音響プローブにおいて、 前記絶縁フィルムは前記圧電トランスデューサを電気的に制御装置に接続する
    接続手段を有し、 該接続手段は、 前記圧電トランスデューサと対向する第１接続パッドと、 前記圧電トランスデューサからオフセットしてもうけられ、前記圧電トランス
    デューサを前記制御装置と接続することができる第２接続パッドと、 前記第１接続パッドを前記第２接続パッドに接続する、前記圧電トランスデュ
    ーサの主軸により定義される方向Ｄｙに直交する方向Ｄｘの方向にもうけられる
    導電トラックとを有することを特徴とする、一方向性音響プローブ。
  2. 【請求項２】 各圧電トランスデューサ（ＴＰｉ）が制御電極（Ｅｃｉ）と
    接地電極（Ｅｍｉ）を有し、前記絶縁フィルム（ＣＩＳ）が、 その上面に、前記制御電極（Ｅｃｉ）と接触する第１の第１接続パッド（ｐｐ
    ｐｃｉ）と第１の第２接続パッド（ｐｐｓｃｉ）と前記接地電極（Ｅｍｉ）と接
    触する第２の第１接続パッド（ｓｐｐｃｉ）とを有し、 その下面に、前記第１の第１接続パッド（ｐｐｐｃｉ）と導電ビアにより接続
    する第３の第１接続パッド（ｔｐｐｃｉ）と、一方では前記第１の第２接続パッ
    ド（ｐｐｓｃｉ）と導電ビアにより接続し他方では前記第３の第１接続パッド（
    ｔｐｐｃｉ）と導電トラック（ＰＩ）により接続する第２の第２接続パッド（ｓ
    ｐｓｃｉ）と、前記第２の第１接続パッド（ｓｐｐｃｉ）と導電パッドにより接
    続する第４の第１接続パッド（ｑｐｐｃｉ）を有することを特徴とする、請求項
    １記載の音響プローブ。
  3. 【請求項３】 第２の第１接続パッド（ｓｐｐｃｉ）は絶縁フィルムの上部
    表面の周囲の導電領域（ＰＭｓ）の一部を形成し、第４の第１導電パッド（ｑｐ
    ｐｃｉ）は絶縁フィルムの下部表面の周囲の導電領域（ＰＭｉ）の一部を形成す
    る、請求項２記載の音響プローブ。
  4. 【請求項４】 リニアな圧電トランスデューサが音響マッチング素子で被覆
    される、請求項１又は２に記載の音響プローブ。
  5. 【請求項５】 前記音響マッチング素子は２連の音響マッチング素子の積み
    重ねを有する、請求項４記載の音響プローブ。
  6. 【請求項６】 圧電トランスデューサの表面がメタライズされて、圧電トラ
    ンスデューサの上表面の接地電極に対するピックアップを提供し、圧電トランス
    デューサの下部表面は圧電トランスデューサを制御する電極を有する、請求項１
    −５のひとつに記載の音響プローブ。
  7. 【請求項７】 圧電トランスデューサと印刷回路の間に電気的機械的接触を
    提供する異方性導電フィルムを有する、請求項１−６のひとつに記載の圧電トラ
    ンスデューサ。
  8. 【請求項８】 圧電トランスデューサと印刷回路の間に電気的機械的接触を
    提供する、メタライズされた又はメタルポリマーボールで充填されたポリマーレ
    ジンを有する、請求項１−６のひとつに記載の音響プローブ。
  9. 【請求項９】 圧電トランスデューサと印刷回路の間に電気的機械的接触を
    提供する、メタル粒子で重く充填されたポリマーを有する、等方性導電レジン又
    は等方性導電フィルムを有する、請求項１−６のひとつに記載の音響プローブ。
  10. 【請求項１０】 音響波を吸収し絶縁フィルムを支持する固体材料を有する
    、請求項１−９のひとつに記載の音響プローブ。
  11. 【請求項１１】 リニアな圧電トランスデューサを有する一方向性音響プロ
    ーブの製造方法において、 （ａ）絶縁フィルムの各表面の上に、圧電トランスデューサの対向する第１接
    続パッド（ｐｐｐｃｉ，ｓｐｐｃｉ，ｔｐｐｃｉ，ｑｐｐｃｉ）と、圧電トラン
    スデューサからオフセットした第２接続パッド（ｐｐｓｃｉ，ｓｐｓｃｉ）を各
    々生成し、 （ｂ）第１接続パッド（ｔｐｐｃｉ）と第２接続パッド（ｓｐｓｃｉ）をフィ
    ルムの下表面で接続する電気トラックを生成し、 （ｃ）メタライゼーションを有する圧電材料の層を絶縁フィルムの上表面に接
    着し、 （ｄ）圧電材料の層を、前記導電トラックに平行な第２方向と直交する第１方
    向に切断して、リニアな圧電トランスデューサを定義することを特徴とする、音
    響プローブの製造方法。
  12. 【請求項１２】 音響マッチング材料の少なくとも一層を圧電材料の層の表
    面に接着する工程と、圧電材料と音響マッチング材料の組を切断する工程をふく
    む、請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 切断動作が絶縁フィルムに向けて下方に行なわれる請求項
    １１又は１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 切断動作が機械的に行なわれる、請求項１３に記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 切断動作がレーザで行なわれる請求項１３又は１４に記載
    の方法。
  16. 【請求項１６】 音響マッチング材料の切断がレーザで行なわれ、圧電材料
    が機械的に切断される、請求項１３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 絶縁材料をリニアな圧電材料した吸収材料の曲線表面の上
    に音響プローブを整形する工程を有する、請求項１１−１６のひとつに記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 （ａ）絶縁フィルムの表面に、第１接続パッドと、第２接
    続パッドと、該第１接続パッドを前記第２接続パッドに接続する導電トラックの
    組を生成し、 （ｂ）圧電材料の層と音響マッチング材料の層を接続パッドの上に組立て、絶
    縁フィルムの表面に音響プローブを定義し、 （ｃ）圧電材料の層と音響マッチング材料の層を切断してリニアな圧電トラン
    スデューサを有するプローブを定義し、 （ｄ）絶縁フィルムとリニアな圧電トランスデューサを切断して一方向性音響
    プローブを個別する、ことを特徴とする、請求項１１−１７のひとつに記載の音
    響プローブを集合的に製造する方法。
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