JP2005087577A - Laminated structure body array, method of manufacturing the same, and method of manufacturing ultrasonic transducer array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電材料に電極が形成された積層構造体の複数の素子が2次元に配列された積層構造体アレイ、及び、その製造方法に関する。また、本発明は、そのような積層構造体アレイを含み、医療用や非破壊検査用の超音波診断装置において用いられる超音波トランスデューサアレイの製造方法に関する。 The present invention relates to a multilayer structure array in which a plurality of elements of a multilayer structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material are two-dimensionally arranged, and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a method of manufacturing an ultrasonic transducer array including such a laminated structure array and used in an ultrasonic diagnostic apparatus for medical use or nondestructive inspection.
PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子を含む圧電素子が、様々な用途に利用されている。例えば、圧電素子の両端に電極を配置した積層構造体に、電極を介して圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子は圧電効果によって伸縮する。このような積層構造体は、圧電ポンプ、圧電アクチュエータ等の様々な用途に利用されている。特に、MEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)関連の分野においては、機器の開発に伴い、このような積層構造を有する素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。 Piezoelectric ceramics represented by PZT (Pb (lead) zirconate titanate) and piezoelectric elements including polymer piezoelectric elements represented by PVDF (polyvinylidene difluoride) are used in various applications. It's being used. For example, when a voltage is applied to the piezoelectric element through the electrodes in a laminated structure in which electrodes are arranged at both ends of the piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts due to the piezoelectric effect. Such a laminated structure is used in various applications such as a piezoelectric pump and a piezoelectric actuator. In particular, in the field related to MEMS (microelectromechanical system), along with the development of devices, miniaturization and integration of elements having such a laminated structure have been advanced.
また、医療分野においては、このような積層構造体が、超音波診断装置の超音波用探触子において超音波を送信又は受信する素子(超音波トランスデューサ)として利用されている。近年、リアルタイムに画質の高い2次元又は3次元画像を取得するために、探触子を機械的に移動させることなく被検体を走査することができる2次元センサアレイの開発が進められている。 In the medical field, such a laminated structure is used as an element (ultrasonic transducer) that transmits or receives ultrasonic waves in an ultrasonic probe of an ultrasonic diagnostic apparatus. In recent years, in order to acquire a high-quality two-dimensional or three-dimensional image in real time, development of a two-dimensional sensor array capable of scanning a subject without mechanically moving a probe has been advanced.
従来、このような2次元センサアレイは、予め圧電素子に電極が設けられた積層構造体を基板上に配置したり、電極が設けられた圧電材料の板材を、ダイシングにより2次元に分割することによって製造されていた。特許文献1には、2次元アレイ超音波プローブに於いて、マトリックス状に配列した素子の各列間隔に各振動子から信号及びアースを引き出すためのプリント基板を配置した構造を有し、プリント基板上に1列相当の振動子アレイを実装した後、振動子を実装したプリント基板を行方向に配列して2次元アレイトランスデューサを構成することが開示されている。また、特許文献2には、吸音材の上に圧電材料を接着後、所定の厚みのダイシングソーで圧電材料に所定のピッチで切込みを行い配列振動子を形成し、この切込み溝の中へ微小中空体を混入した高分子樹脂を充填することによって超音波探触子を製造することが開示されている。しかしながら、超音波トランスデューサの微細化及び集積化に伴い、基板上に素子を1つずつ配置することが困難になっている。また、板材を分割する方法によれば、素子を2次元マトリクス状に配置することしかできない。しかしながら、超音波用探触子から所望の形状を有する超音波ビームを送信するためには、2次元マトリクス状に限らず、素子を様々な配列で配置したい場合がある。
上記の点に鑑み、本発明は、圧電振動子等の複数の積層構造体が任意の配列で配置された積層構造体アレイを容易に作製することを目的とする。また、本発明は、そのような積層構造体アレイを含む超音波トランスデューサアレイの製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to easily produce a laminated structure array in which a plurality of laminated structures such as piezoelectric vibrators are arranged in an arbitrary arrangement. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the ultrasonic transducer array containing such a laminated structure array.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る積層構造体アレイ製造方法は、圧電材料に電極が形成された積層構造体の複数の素子を用意する工程(a)と、基板材料の主面に少なくとも1つの金属材料層を形成することにより、複数の素子を配置するための基板を作製する工程(b)と、少なくとも1つの金属材料層が軟化する温度まで基板を加熱する工程(c)と、加熱された基板の主面に複数の素子を所望の配列となるように配置して仮固定する工程(d)と、複数の素子が仮固定された基板を少なくとも1つの金属材料層の融点以上に加熱することにより、基板が冷却された後に複数の素子を基板に固定する工程(e)とを具備する。 In order to solve the above-described problem, a multilayer structure array manufacturing method according to a first aspect of the present invention includes a step (a) of preparing a plurality of elements of a multilayer structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material, and a substrate material Forming a substrate for arranging a plurality of elements by forming at least one metal material layer on the main surface of the substrate, and heating the substrate to a temperature at which the at least one metal material layer softens (C), a step (d) of arranging and temporarily fixing a plurality of elements in a desired arrangement on the main surface of the heated substrate, and a substrate on which the plurality of elements are temporarily fixed to at least one metal A step (e) of fixing a plurality of elements to the substrate after the substrate is cooled by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the material layer.
また、本発明の第2の観点に係る積層構造体アレイの製造方法は、圧電材料に電極が形成された積層構造体の複数の素子を用意する工程(a)と、基板材料の主面に、予め定められた複数の領域を囲む隔壁を形成することにより、複数の素子を配置するための基板を作製する工程(b)と、複数の素子を複数の領域にそれぞれ配置すると共に、複数の素子を基板に固定する工程(c)とを具備する。 The method for manufacturing a multilayer structure array according to the second aspect of the present invention includes a step (a) of preparing a plurality of elements of a multilayer structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material, and a main surface of a substrate material. A step (b) of forming a substrate for arranging a plurality of elements by forming a partition wall surrounding a plurality of predetermined areas, and arranging the plurality of elements in the plurality of areas respectively; (C) which fixes an element to a board | substrate.
さらに、本発明の第1の観点に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法は、圧電材料に第1の電極が形成された積層構造体の複数の素子を用意する工程と、基板材料の主面に少なくとも1つの金属材料層を形成することにより、複数の素子を配置するための基板を作製する工程と、少なくとも1つの金属材料層が軟化する温度まで基板を加熱する工程と、加熱された基板の主面に複数の素子を所望の配列となるように配置して仮固定する工程と、複数の素子が仮固定された基板を少なくとも1つの金属材料層の融点以上に加熱することにより、基板が冷却された後に複数の素子を基板に固定する工程と、複数の素子の間に液体の樹脂材料を充填した後に、該液体の樹脂材料を固化させることにより、複数の素子を固定する工程と、樹脂材料によって固定された複数の素子から、少なくとも基板を除去する工程と、基板を除去することによって露出した、複数の素子の第1の面と反対側の第2の面に金属層を形成することにより、第2の電極を設ける工程とを具備する。 Furthermore, the method of manufacturing an ultrasonic transducer array according to the first aspect of the present invention includes a step of preparing a plurality of elements of a laminated structure in which a first electrode is formed on a piezoelectric material, and a main surface of a substrate material. Forming a substrate for arranging a plurality of elements by forming at least one metal material layer; heating the substrate to a temperature at which the at least one metal material layer softens; and heating the substrate A step of arranging a plurality of elements on the main surface in a desired arrangement and temporarily fixing the substrate, and heating the substrate on which the plurality of elements are temporarily fixed to at least the melting point of at least one metal material layer. A step of fixing the plurality of elements to the substrate after being cooled; a step of fixing the plurality of elements by filling the liquid resin material between the plurality of elements and then solidifying the liquid resin material; resin Removing at least the substrate from the plurality of elements fixed by the material, and forming a metal layer on the second surface opposite to the first surface of the plurality of elements exposed by removing the substrate. And a step of providing a second electrode.
また、本発明の第2の観点に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法は、圧電材料に第1の電極が形成された積層構造体の複数の素子を用意する工程と、基板材料の主面に、予め定められた複数の領域を囲む隔壁を形成することにより、複数の素子を配置するための基板を作製する工程と、複数の素子を複数の領域にそれぞれ配置すると共に、複数の素子を基板に固定する工程と、複数の素子の間に液体の樹脂材料を充填した後に、該液体の樹脂材料を固化させることにより、複数の素子を固定する工程と、樹脂材料によって固定された複数の素子から、少なくとも基板を除去する工程と、基板を除去することによって露出した、複数の素子の第1の面と反対側の第2の面に金属層を形成することにより、第2の電極を設ける工程とを具備する。 The method for manufacturing an ultrasonic transducer array according to the second aspect of the present invention includes a step of preparing a plurality of elements of a laminated structure in which a first electrode is formed on a piezoelectric material, and a main surface of a substrate material. A step of manufacturing a substrate for arranging a plurality of elements by forming a partition wall surrounding a plurality of predetermined areas, and arranging the plurality of elements in the plurality of areas, respectively, and arranging the plurality of elements on the substrate Fixing a plurality of elements by filling a liquid resin material between a plurality of elements and then solidifying the liquid resin material, and a plurality of elements fixed by the resin material The second electrode is provided by forming a metal layer on the second surface opposite to the first surface of the plurality of elements exposed by removing at least the substrate and removing the substrate. Process and To Bei.
さらに、本発明に係る積層構造体アレイは、基板と、基板の主面に設けられ、該主面における予め定められた複数の領域を囲む隔壁と、圧電材料に電極が形成された積層構造体を各々が含み、隔壁によって囲まれた複数の領域にそれぞれ接着された複数の素子とを具備する。 Furthermore, the laminated structure array according to the present invention is a laminated structure in which a substrate, a partition wall provided on a main surface of the substrate, surrounding a plurality of predetermined regions on the main surface, and electrodes are formed on a piezoelectric material. And a plurality of elements respectively bonded to a plurality of regions surrounded by the partition walls.
本発明によれば、複数の積層構造体の素子が任意の配列で配置された積層構造体アレイを容易に作製することができる。また、本発明によれば、複数の超音波トランスデューサが任意の配列で配置された超音波トランスデューサアレイを容易に作製することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated structure array by which the element of the several laminated structure is arrange | positioned by arbitrary arrangement | sequences can be produced easily. Further, according to the present invention, an ultrasonic transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in an arbitrary arrangement can be easily manufactured.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を示すフローチャートである。また、図2は、本実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を説明するための図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing method of a laminated structure array according to the first embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 2 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the laminated structure array which concerns on this embodiment.
図1の工程S11〜S13において、積層構造体の素子を作製する。本実施形態においては、積層構造体の素子として、超音波用探触子において超音波を送受信するために用いられる超音波トランスデューサを作製する。
まず、工程S11において、図2の(a)に示すように、所定の厚さを有する圧電材料の板材11を用意する。圧電材料としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子を用いることができる。本実施形態においては、PZTを用いている。このような圧電材料の板材を、研磨等によって所定の厚さに加工する。板材の厚さは、所望の発振周波数を得るために、次式のように規定される。
厚さt(m)=周波数定数(m・Hz)/発振周波数f(Hz)
ここで、周波数定数とは、圧電材料の特性を表す値である。例えば、周波数定数が2285m・HzのPZT板材を用いて、発振周波数5MHzの圧電振動子を作製する場合には、PZT板材の厚さを457μmにすれば良い。なお、板材の厚さ(素子の高さ)は、400μm〜700μmが一般的である。
In steps S11 to S13 of FIG. 1, an element having a laminated structure is manufactured. In the present embodiment, an ultrasonic transducer used for transmitting and receiving ultrasonic waves in an ultrasonic probe is manufactured as an element of a laminated structure.
First, in step S11, as shown in FIG. 2A, a
Thickness t (m) = frequency constant (m · Hz) / oscillation frequency f (Hz)
Here, the frequency constant is a value representing the characteristics of the piezoelectric material. For example, when a piezoelectric vibrator having an oscillation frequency of 5 MHz is manufactured using a PZT plate material having a frequency constant of 2285 m · Hz, the thickness of the PZT plate material may be set to 457 μm. The thickness of the plate (element height) is generally 400 μm to 700 μm.
工程S12において、図2の(b)に示すように、圧電材料の板材11の両面に電極となる金属材12を、スパッタ法によって形成する。図2の(c)は、金属材12を拡大して示す図である。金属材12は、導電層として用いられる金(Au)層と、導電層と圧電材料との間の密着性を高めるための白金(Pt)層及びチタン(Ti)層とを含む3層構造を有している。ここで、金層は、積層構造体素子を基板に接着するためにも用いられるので、約2μmの厚さを有している。また、白金層及びチタン層は、それぞれ約100nm及び約50nmの厚さを有している。
In step S12, as shown in FIG. 2B, the
工程S13において、金属材12が形成された板材12を、ダイサーを用いて切断する。即ち、図2の(d)に示すように、まず、板材12を、例えば、300μm間隔で棒状に切断し、さらに、図2の(e)に示すように、棒状の積層構造体を、長手方向と垂直な方向に、例えば、300μm間隔で切断する。これにより、圧電材料層13a及び金属材13bを含む積層構造体素子13が作製される。
In step S13, the
次に、工程S14において、図3の(a)に示すように、基板材料21の上に金属材22を形成することにより、積層構造体素子を配列するための配列基板23を作製する。基板材料21としては、例えば、シリコン(Si)やガラスのように、300℃程度の耐熱性を有すると共に、平面性が良い材料が用いられる。また、基板材料21の厚さについては、作製された積層構造体アレイを実装する際に、基板を除去して使用する場合があるので、厚くし過ぎない方が望ましい。そのため、積層構造体素子の高さtとの関係から、基板材料の厚さを0.2t〜0.5t程度にすることが適当である。
Next, in step S <b> 14, as shown in FIG. 3A, the
図3の(b)は、金属材22を拡大して示す図である。金属材22は、接合材として用いられるインジウム(In)の層と、接合材と基板との密着性を高めるための白金層及びチタン層とを含んでいる。ここで、本実施形態においては、基板側に形成されたインジウムと、積層構造体素子側に形成された金とを合金化させることにより、両者を接合する。そのため、金属材22のインジウム層の厚さを、積層構造体素子の金属材12における金層の厚さと同じ程度にすることが望ましい。そのため、インジウム層の厚さを、約2μmとしている。また、白金層及びチタン層は、それぞれ約100nm及び約50nmの厚さを有している。なお、接合材としては、インジウムに限られず、一般的な半田や、金属又は合金を含む接合材を用いても良い。
FIG. 3B is an enlarged view showing the
次に、工程S15〜S17において、積層構造体素子を配列基板上に配置して固定する。
即ち、工程S15において、配列基板を、インジウムの融点である約156℃よりも低く、且つ、インジウムが軟化する温度である約125℃に加熱する。次に、工程S16において、ボンダー(2次元位置決め装置)を用いて、積層構造体素子を配列基板上に配置する。ここで、ボンダーにおいては、積層構造体素子を配置する座標が予め設定されているものとする。図4に示すように、ボンダーのコレット20を用いて積層構造体素子13を吸着して所定の座標位置に搬送し、積層構造体素子13を配列基板23に押し付ける。その結果、積層構造体素子13は、軟化したインジウムによって仮固定される。同様にして、全ての積層構造体素子13の配置及び仮固定を行う。次に、工程S17において、配列基板の温度をインジウムの融点より高い180℃程度まで上昇させてインジウムを溶融させ、約30秒経過後、配置基板を冷却してインジウムを固化させる。これにより、積層構造体素子13が、配列基板上に固定される。
Next, in steps S15 to S17, the laminated structure element is arranged and fixed on the array substrate.
That is, in step S15, the array substrate is heated to about 125 ° C., which is lower than about 156 ° C. which is the melting point of indium, and at which indium softens. Next, in step S16, the laminated structure element is arranged on the array substrate using a bonder (two-dimensional positioning device). Here, in the bonder, it is assumed that coordinates for arranging the laminated structure elements are set in advance. As shown in FIG. 4, the
このようにして、基板に複数の積層構造体素子が配置された積層構造体アレイが作製される。図5は、積層構造体アレイにおける積層構造体素子の配列を示す平面図である。積層構造体素子13の配列としては、図5の(a)に示すように、複数の積層構造体素子13が同心円状に並ぶようにしても良く、図5の(b)に示すように、積層構造体素子13の密度を配列基板23上の位置に応じて変化させても良い。或いは、図5の(c)に示すように、配列基板23上に構造体素子13をランダムに配置しても良い。本実施形態によれば、このように構造体素子を任意に配列させることができる。
In this manner, a stacked structure array in which a plurality of stacked structure elements are arranged on the substrate is manufactured. FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of the stacked structure elements in the stacked structure array. As the arrangement of the
次に、本発明の第2の実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法について、図6〜図9を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を示すフローチャートである。
まず、工程S11〜S13において、積層構造体素子を作製する。積層構造体素子の作製方法については、本発明の第1の実施形態において説明したものと同様である。
Next, the manufacturing method of the laminated structure array which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated, referring FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing the manufacturing method of the laminated structure array according to this embodiment.
First, in steps S11 to S13, a laminated structure element is manufactured. The manufacturing method of the laminated structure element is the same as that described in the first embodiment of the present invention.
次に、工程S21及びS22において、積層構造体素子を配列するための配列基板を作製する。この配列基板は、積層構造体素子を支持するための隔壁を有している。
工程S21において、図7の(a)に示すように、基板材料31の上に、ラミネータを用いてドライフィルムレジスト(DFR)32aを接着することにより、DFR層32を形成する。基板材料31としては、シリコンや、ガラスや、プラスチック等の平面性の良い材料が用いられ、積層構造体素子の高さtとの関係から、基板材料の厚さを0.2t〜0.5t程度にすることが望ましい。また、DFR層32は、配列基板の隔壁を構成する。そのため、隔壁によって支持された積層構造体素子(高さ約400μm〜約700μm)が直立するように、隔壁の高さ、即ち、DFR層32の厚さを約50μm〜約500μmにすることが望ましい。工程S21を繰り返すことにより、所定の厚さになるまでドライフィルムレジスト32aを積層する。本実施形態においては、DFR層32の厚さを約300μmとしている。
Next, in steps S21 and S22, an array substrate for arraying the stacked structure elements is manufactured. This array substrate has a partition for supporting the laminated structure element.
In step S21, as shown in FIG. 7A, a
或いは、工程S21において、DFR層の替わりに、厚膜フォトレジスト層を形成しても良い。厚膜フォトレジストとは、一般的なフォトレジスト膜と比較して膜厚の厚いフォトレジスト膜のことであり、10μm程度の厚さを有している。このような厚膜フォトレジストは、粘度が高いフォトレジスト材を用いて形成することができる。 Alternatively, in step S21, a thick photoresist layer may be formed instead of the DFR layer. The thick film photoresist is a photoresist film that is thicker than a general photoresist film, and has a thickness of about 10 μm. Such a thick film photoresist can be formed using a photoresist material having a high viscosity.
工程S22において、フォトリソグラフィ法を用いることにより、DFR層32のパターン形成を行う。即ち、積層構造体素子の配置パターンが予め形成されたマスクを用いてDFR層32を露光し、現像、水洗、及び、乾燥を行う。これにより、図7の(b)に示すように、DFR層32において積層構造体素子が配置される領域33が除去され、積層構造体素子を支持するための隔壁34が基板材料31上に形成される。ここで、積層構造体素子が配置される領域33の大きさは、積層構造体素子の底面よりも若干大きくなるようにする。本実施形態においては、底面が300μm×300μmの積層構造体素子に対して、330μm×330μmの領域を形成している。また、隔壁34の幅は、隣接する積層構造体素子の配置間隔に相当する。本実施形態においては、隔壁34の幅を20μmとしている。
In step S22, the
次に、工程S23において、ボンダーを用いて積層構造体素子を配列基板上に配置して固定する。ここで、ボンダーにおいては、DFR層に形成されている隔壁のパターン、即ち、積層構造体を配置する座標が予め設定されているものとする。図8に示すように、ボンダーのコレット20を用いて積層構造体素子13を吸着し、所定の座標に位置する領域34に搬送して挿入する。その際に、マイクロピペッター30を用いて、領域34の底部に瞬間接着剤35を注入する。これにより、積層構造体素子13が、領域34に固定される。このような工程S23を繰り返すことにより、図9に示す積層構造体アレイが製造される。
Next, in step S23, the laminated structure element is arranged and fixed on the array substrate using a bonder. Here, in the bonder, it is assumed that the pattern of the partition formed in the DFR layer, that is, the coordinates for arranging the laminated structure are set in advance. As shown in FIG. 8, the
本実施形態においては、積層構造体素子を支持するための隔壁の幅を均一にしたが、基板上の位置に応じて、この幅を変更しても良い。これにより、基板上の位置に応じて、積層構造体素子の配列ピッチを変更することが可能になる。また、本実施形態においても、図5の(a)〜(c)に示すような様々な配列を用いても良い。 In this embodiment, the width of the partition wall for supporting the laminated structure element is made uniform, but this width may be changed according to the position on the substrate. Thereby, it becomes possible to change the arrangement pitch of the laminated structure elements according to the position on the substrate. Also in this embodiment, various arrangements as shown in FIGS. 5A to 5C may be used.
また、本実施形態の変形例として、ガラス隔壁材を用いて、積層構造体素子を配列するための配列基板を作製しても良い。即ち、図6の工程S21及びS22の替わりに、例えば、プラズマディスプレイパネル用のガラス隔壁材をスクリーン印刷によって基板上に配置し、サンドブラスト法を用いてガラス隔壁材をパターニングする。これにより、積層構造体素子を支持するための隔壁を形成することができる。 Further, as a modification of the present embodiment, an array substrate for arraying stacked structure elements may be manufactured using a glass partition material. That is, instead of steps S21 and S22 of FIG. 6, for example, a glass partition material for a plasma display panel is disposed on the substrate by screen printing, and the glass partition material is patterned using a sandblast method. Thereby, the partition for supporting a laminated structure element can be formed.
以上説明した本発明の第1及び第2の実施形態においては、圧電材料の板材の両面に電極が形成することによって作製された単層の積層構造体素子を用いたが、圧電材料と電極とをさらに交互に積層することによって作製された複数層の積層構造体素子を用いても良い。また、種類の異なる複数の積層構造体素子を1つの基板上に配置しても良い。 In the first and second embodiments of the present invention described above, a single-layer laminated structure element produced by forming electrodes on both surfaces of a piezoelectric material plate is used. It is also possible to use a multilayer structure element having a plurality of layers produced by alternately stacking layers. Moreover, you may arrange | position the several laminated structure element from which a kind differs on one board | substrate.
本発明の第1及び第2の実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を用いて製造された積層構造体アレイをさらに加工することにより、複数の超音波トランスデューサが任意の配列で配置された2次元超音波トランスデューサアレイを製造することができる。次に、本発明の一実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法について、図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を示すフローチャートである。また、図11は、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。なお、以下においては、第1の実施形態によって製造された積層構造体アレイを用いて説明するが、第2の実施形態によって製造された積層構造体アレイを用いても良い。 A plurality of ultrasonic transducers are arranged in an arbitrary array by further processing the stacked structure array manufactured using the manufacturing method of the stacked structure array according to the first and second embodiments of the present invention. A two-dimensional ultrasonic transducer array can be manufactured. Next, a method for manufacturing an ultrasonic transducer array according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing the ultrasonic transducer array according to the present embodiment. FIG. 11 is a diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer array according to the present embodiment. In the following description, the multilayer structure array manufactured according to the first embodiment will be described. However, the multilayer structure array manufactured according to the second embodiment may be used.
図10の工程S31において、図11の(a)に示すように、積層構造体アレイに配列されている複数の積層構造体素子13の上面(基板と反対側)に、取り外し可能な保護材41を貼付する。これにより、後の工程において、積層構造体素子13の上面に樹脂材料等が付着するのを防止する。保護材41とは、具体的には、接着及び剥離を可逆的に行うことができるシール材であり、例えば、ポリイミドテープを用いることができる。ポリイミドテープは、ハンダマスキングや耐熱仮固定等に用いられる粘着テープであり、ポリイミドの基材とアクリル系又はシリコン系の粘着剤とによって構成される。
In step S31 of FIG. 10, as shown in FIG. 11A, a removable
次に、工程S32において、図11の(b)に示すように、複数の積層構造体素子13の間にエポキシ樹脂等の接着剤を充填して固化させる。そのためには、例えば、液体の樹脂材料を満たした容器に、工程S31において素子が固定された積層構造体アレイを投入して容器を真空にする。これにより、複数の積層構造体素子13の間に液体の樹脂材料が侵入する。
Next, in step S <b> 32, as shown in FIG. 11B, an adhesive such as an epoxy resin is filled between the plurality of
次に、工程S33において、積層構造体アレイの上面のポリイミドテープを剥離すると共に、積層構造体アレイの下面を圧電材料が露出するまで研磨する。これにより、図11の(c)に示すように、基板21と、金属材22と、積層構造体素子13の一方の金属材13bとが除去される。
Next, in step S33, the polyimide tape on the upper surface of the multilayer structure array is peeled off, and the lower surface of the multilayer structure array is polished until the piezoelectric material is exposed. Thereby, as shown in FIG. 11C, the
工程S34において、積層構造体素子13の金属材が除去された面(下面)に、スパッタ法を用いてチタン(Ti)層及び白金(Pt)層を順に形成することにより、共通電極43を形成する。これにより、図11の(d)に示すように、積層構造体アレイ(1−3コンポジット)が作製される。
In step S34, a
さらに、工程S35において、金属材13b側に所定の配線が形成された配線基板44を配置することにより、各々の積層構造体素子に配線を行う。また、共通電極43の前方に音響整合層45を配置し、配線基板44の後方にバッキング層45を配置する。音響整合層46の材料としては、超音波を伝え易いパイレックス(登録商標)ガラスや金属粉入りエポキシ樹脂等が用いられる。また、バッキング層の材料としては、金属粉入りのエポキシ樹脂や、フェライト粉入りのゴム等が用いられる。これにより、図11の(e)に示すように、超音波トランスデューサアレイが作製される。
Further, in step S35, wiring is performed on each stacked structure element by disposing the
本実施形態によれば、2次元超音波トランスデューサアレイにおいて、複数の超音波トランスデューサを任意に配列することができる。これにより、複数の超音波トランスデューサが同心円状に配列されたアニュラアレイや、超音波トランスデューサがまばらに配列されたスパースアレイを作製することができる。また、超音波の送信用と受信用とにおいて、超音波トランスデューサの配列方法や配置密度を変更しても良い。これにより、所望の形状を有する超音波ビームや、サイドローブが抑制された超音波ビームを形成することができると共に、複数の超音波トランスデューサ間におけるクロストークを低減して、SN比の高い検出信号を得ることができる。さらに、超音波の送信用と受信用とにおいて、異なる超音波トランスデューサを用いても良い。受信や送信の機能に応じて最適な組成や物性や構造を有する超音波トランスデューサを用いることにより、超音波の受信感度を高くして超音波画像の画質を向上させることができる。 According to this embodiment, a plurality of ultrasonic transducers can be arbitrarily arranged in the two-dimensional ultrasonic transducer array. Thereby, an annular array in which a plurality of ultrasonic transducers are concentrically arranged or a sparse array in which ultrasonic transducers are sparsely arranged can be produced. Further, the arrangement method and the arrangement density of the ultrasonic transducers may be changed between ultrasonic transmission and reception. As a result, an ultrasonic beam having a desired shape and an ultrasonic beam with suppressed side lobes can be formed, and crosstalk between a plurality of ultrasonic transducers can be reduced, and a detection signal having a high S / N ratio. Can be obtained. Furthermore, different ultrasonic transducers may be used for ultrasonic transmission and reception. By using an ultrasonic transducer having an optimal composition, physical properties, and structure according to the reception and transmission functions, it is possible to increase the reception sensitivity of ultrasonic waves and improve the image quality of ultrasonic images.
11 圧電材料の板材
12、13a、22 金属材
13 積層構造体素子
13a 圧電材料層
20 コレット
21、31 基板材料
23 配列基板
30 マイクロピペッター
32 ドライフィルムレジスト(DFR)層
32a ドライフィルムレジスト
33 領域
34 隔壁
35 瞬間接着剤
41 保護材(ポリイミドテープ)
42 樹脂材料
43 共通電極
44 配線基板
45 音響整合層
46 バッキング層
DESCRIPTION OF
42
Claims (13)
基板材料の主面に少なくとも1つの金属材料層を形成することにより、前記複数の素子を配置するための基板を作製する工程(b)と、
前記少なくとも1つの金属材料層が軟化する温度まで前記基板を加熱する工程(c)と、
加熱された前記基板の主面に前記複数の素子を所望の配列となるように配置して仮固定する工程(d)と、
前記複数の素子が仮固定された前記基板を前記少なくとも1つの金属材料層の融点以上に加熱することにより、前記基板が冷却された後に前記複数の素子を前記基板に固定する工程(e)と、
を具備する積層構造体アレイの製造方法。 Preparing a plurality of elements of a laminated structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material;
Forming a substrate on which the plurality of elements are arranged by forming at least one metal material layer on a main surface of the substrate material (b);
Heating the substrate to a temperature at which the at least one metal material layer softens;
A step (d) of temporarily disposing and arranging the plurality of elements in a desired arrangement on the main surface of the heated substrate;
(E) fixing the plurality of elements to the substrate after the substrate is cooled by heating the substrate on which the plurality of elements are temporarily fixed to a melting point or higher of the at least one metal material layer; ,
The manufacturing method of the laminated structure array which comprises this.
基板材料の主面に、予め定められた複数の領域を囲む隔壁を形成することにより、前記複数の素子を配置するための基板を作製する工程(b)と、
前記複数の素子を前記複数の領域にそれぞれ配置すると共に、前記複数の素子を前記基板に固定する工程(c)と、
を具備する積層構造体アレイの製造方法。 Preparing a plurality of elements of a laminated structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material;
Forming a substrate for arranging the plurality of elements by forming a partition wall surrounding a plurality of predetermined regions on a main surface of the substrate material (b);
Placing the plurality of elements in the plurality of regions, respectively, and fixing the plurality of elements to the substrate (c);
The manufacturing method of the laminated structure array which comprises this.
基板材料の主面に少なくとも1つの金属材料層を形成することにより、前記複数の素子を配置するための基板を作製する工程と、
前記少なくとも1つの金属材料層が軟化する温度まで前記基板を加熱する工程と、
加熱された前記基板の主面に前記複数の素子を所望の配列となるように配置して仮固定する工程と、
前記複数の素子が仮固定された前記基板を前記少なくとも1つの金属材料層の融点以上に加熱することにより、前記基板が冷却された後に前記複数の素子を前記基板に固定する工程と、
前記複数の素子の間に液体の樹脂材料を充填した後に、該液体の樹脂材料を固化させることにより、前記複数の素子を固定する工程と、
前記樹脂材料によって固定された前記複数の素子から、少なくとも前記基板を除去する工程と、
前記基板を除去することによって露出した、前記複数の素子の第1の面と反対側の第2の面に金属層を形成することにより、第2の電極を設ける工程と、
を具備する超音波トランスデューサアレイの製造方法。 Preparing a plurality of elements of a laminated structure in which a first electrode is formed on a piezoelectric material;
Forming a substrate for arranging the plurality of elements by forming at least one metal material layer on a main surface of the substrate material;
Heating the substrate to a temperature at which the at least one metal material layer softens;
Arranging and temporarily fixing the plurality of elements in a desired arrangement on the main surface of the heated substrate;
Fixing the plurality of elements to the substrate after the substrate is cooled by heating the substrate on which the plurality of elements are temporarily fixed to a melting point or higher of the at least one metal material layer;
A step of fixing the plurality of elements by filling the liquid resin material between the plurality of elements and then solidifying the liquid resin material;
Removing at least the substrate from the plurality of elements fixed by the resin material;
Providing a second electrode by forming a metal layer on a second surface opposite to the first surface of the plurality of elements exposed by removing the substrate;
A method of manufacturing an ultrasonic transducer array comprising:
基板材料の主面に、予め定められた複数の領域を囲む隔壁を形成することにより、前記複数の素子を配置するための基板を作製する工程と、
前記複数の素子を前記複数の領域にそれぞれ配置すると共に、前記複数の素子を前記基板に固定する工程と、
前記複数の素子の間に液体の樹脂材料を充填した後に、該液体の樹脂材料を固化させることにより、前記複数の素子を固定する工程と、
前記樹脂材料によって固定された前記複数の素子から、少なくとも前記基板を除去する工程と、
前記基板を除去することによって露出した、前記複数の素子の第1の面と反対側の第2の面に金属層を形成することにより、第2の電極を設ける工程と、
を具備する超音波トランスデューサアレイの製造方法。 Preparing a plurality of elements of a laminated structure in which a first electrode is formed on a piezoelectric material;
Forming a partition for arranging the plurality of elements by forming a partition wall surrounding a plurality of predetermined regions on the main surface of the substrate material; and
Arranging the plurality of elements in the plurality of regions, and fixing the plurality of elements to the substrate;
A step of fixing the plurality of elements by filling the liquid resin material between the plurality of elements and then solidifying the liquid resin material;
Removing at least the substrate from the plurality of elements fixed by the resin material;
Providing a second electrode by forming a metal layer on a second surface opposite to the first surface of the plurality of elements exposed by removing the substrate;
A method of manufacturing an ultrasonic transducer array comprising:
前記基板の主面に設けられ、該主面における予め定められた複数の領域を囲む隔壁と、
圧電材料に電極が形成された積層構造体を各々が含み、前記隔壁によって囲まれた複数の領域にそれぞれ接着された複数の素子と、
を具備する積層構造体アレイ。 A substrate,
A partition wall provided on a main surface of the substrate and surrounding a plurality of predetermined regions on the main surface;
A plurality of elements each including a laminated structure in which electrodes are formed on a piezoelectric material, each bonded to a plurality of regions surrounded by the partition;
A laminated structure array comprising:
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010507932A (en) * | 2006-10-23 | 2010-03-11 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Symmetrically and selectively oriented random arrays for ultrasound therapy |
CN103300882A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-18 | 三星电子株式会社 | Multi-array ultrasonic probe apparatus and method for manufacturing multi-array probe apparatus |
JP2014110601A (en) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Hitachi Aloka Medical Ltd | Ultrasonic vibrator unit and process of manufacturing the same |
JP2015115684A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | Composite piezoelectric body, ultrasonic probe, and ultrasonic image diagnosis apparatus |
WO2017042997A1 (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | ソニー株式会社 | Ultrasonic array transducer, method for producing ultrasonic array transducer, ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic system |
WO2018168562A1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 国立大学法人東北大学 | Transducer array, photoacoustic probe, and photoacoustic measuring device |
KR20190035912A (en) * | 2016-09-07 | 2019-04-03 | 가부시키가이샤 알박 | DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE AND DEVICE |
JP2019195496A (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 株式会社アルバック | Array type ultrasonic probe and manufacturing method of the same |
CN116840350A (en) * | 2023-05-12 | 2023-10-03 | 南通大学 | Flexible array for monitoring circumferential crack acoustic emission of pipeline girth weld and preparation method |
-
2003
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Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010507932A (en) * | 2006-10-23 | 2010-03-11 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Symmetrically and selectively oriented random arrays for ultrasound therapy |
CN103300882A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-18 | 三星电子株式会社 | Multi-array ultrasonic probe apparatus and method for manufacturing multi-array probe apparatus |
JP2013192228A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Samsung Electronics Co Ltd | Multi-array ultrasonic probe apparatus and method for manufacturing the same |
US9071893B2 (en) | 2012-03-14 | 2015-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multi-array ultrasonic probe apparatus and method for manufacturing multi-array probe apparatus |
JP2014110601A (en) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Hitachi Aloka Medical Ltd | Ultrasonic vibrator unit and process of manufacturing the same |
JP2015115684A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | Composite piezoelectric body, ultrasonic probe, and ultrasonic image diagnosis apparatus |
WO2017042997A1 (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | ソニー株式会社 | Ultrasonic array transducer, method for producing ultrasonic array transducer, ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic system |
CN107920803A (en) * | 2015-09-07 | 2018-04-17 | 索尼公司 | Ultrasonic array oscillator, method, ultrasonic probe and the diagnostic ultrasound equipment for manufacturing ultrasonic array oscillator |
US10828012B2 (en) | 2015-09-07 | 2020-11-10 | Sony Corporation | Ultrasonic array oscillator, method of producing ultrasonic array oscillator, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus |
KR20190035912A (en) * | 2016-09-07 | 2019-04-03 | 가부시키가이샤 알박 | DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE AND DEVICE |
KR102023378B1 (en) | 2016-09-07 | 2019-09-20 | 가부시키가이샤 알박 | Device and method for manufacturing the device and method for manufacturing an array type ultrasonic probe |
WO2018168562A1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 国立大学法人東北大学 | Transducer array, photoacoustic probe, and photoacoustic measuring device |
JPWO2018168562A1 (en) * | 2017-03-17 | 2020-01-23 | 国立大学法人東北大学 | Transducer array, photoacoustic probe, and photoacoustic measurement device |
JP2019195496A (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 株式会社アルバック | Array type ultrasonic probe and manufacturing method of the same |
CN116840350A (en) * | 2023-05-12 | 2023-10-03 | 南通大学 | Flexible array for monitoring circumferential crack acoustic emission of pipeline girth weld and preparation method |
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Publication number | Publication date |
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