JP2007095991A - Laminate structure, laminate structure array and their manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電体層と電極層とが積層されてなる積層構造体及び積層構造体アレイ、並びに、それらの製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated structure and a laminated structure array in which a piezoelectric layer and an electrode layer are laminated, and a manufacturing method thereof.
圧電体層の上下に電極層が形成されてなる圧電素子は、積層コンデンサの他にも、圧電ポンプ、圧電アクチュエータ、超音波トランスデューサ等の様々な用途に利用されている。近年のMEMS(micro electro mechanical system:微小電子機械システム)関連の機器の開発に伴い、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 elements in which electrode layers are formed above and below a piezoelectric layer are used in various applications such as piezoelectric pumps, piezoelectric actuators, and ultrasonic transducers in addition to multilayer capacitors. With the recent development of MEMS (micro electro mechanical system) related devices, miniaturization and integration of elements having such a laminated structure are progressing.
このような圧電素子を単に微細化すると、素子の面積の低下に伴って電極間の容量が減少して素子の電気インピーダンスが上昇するので、圧電素子を駆動するための信号回路とのインピーダンスマッチングが取れず、電力が供給され難くなり、圧電素子の性能が低下するという問題があった。そこで、素子を微細化しつつ電極間容量を大きくするために、複数の圧電体層と複数の電極層とを交互に積層することが行われている。 If such a piezoelectric element is simply miniaturized, the capacitance between the electrodes decreases as the area of the element decreases, and the electrical impedance of the element increases. Therefore, impedance matching with a signal circuit for driving the piezoelectric element is possible. There was a problem that power could not be supplied, and the performance of the piezoelectric element deteriorated. Therefore, in order to increase the capacitance between the electrodes while miniaturizing the element, a plurality of piezoelectric layers and a plurality of electrode layers are alternately stacked.
このような積層構造体においては、複数の内部電極層を互いに接続するために、積層構造体の側面から配線が行われる。図14は、積層構造体の一般的な配線方法を説明するための断面図である。積層構造体100は、複数の圧電材料層101と、複数の内部電極層102及び103と、2つの側面電極104及び105とを含んでいる。内部電極層102は、その一端が積層構造体の一方の壁面まで延在するように形成されており、側面電極104と接続され、側面電極105から絶縁されている。また、内部電極層103は、その一端が積層構造体の他方の壁面まで延在するように形成されており、側面電極105と接続され、側面電極104から絶縁されている。側面電極104と側面電極105との間に電位差を与えることにより、内部電極層102と内部電極層103の間に配置された圧電材料層101に電界が印加され、圧電効果によって圧電材料層101が伸縮する。
In such a laminated structure, wiring is performed from the side of the laminated structure in order to connect a plurality of internal electrode layers to each other. FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a general wiring method of the laminated structure. The laminated
ところで、図14に示すように、内部電極層102及び103が配置されている層には、一方の側面電極から絶縁するために、電極が形成されていない絶縁領域106が設けられている。この絶縁領域106は、積層構造体100に電圧を印加しても伸縮しない。そのため、この部分に応力が集中して破損し易いという問題が生じている。
Incidentally, as shown in FIG. 14, an
積層構造体における他の配線方法を用いるものとして、図15に示す積層構造体も知られている。図15に示す積層構造体200は、複数の圧電材料層201と、複数の内部電極層202と、各内部電極層202の1つの端面に形成されている絶縁膜203と、2つの側面電極204及び205とを含んでいる。隣り合う2つの内部電極層202において互いに反対側の端面を絶縁膜203で覆って側面電極204及び205の内のそれぞれ1つから絶縁することにより、図14に示す積層構造体100と等価の回路を実現することができる。
A multilayer structure shown in FIG. 15 is also known as a method using another wiring method in the multilayer structure. 15 includes a plurality of
図15に示すように、積層構造体200においては、内部電極層202が圧電材料層201上の全面に形成されているので、圧電性能の発現については、図14に示す積層構造体100と比較して有利である。また、先に述べたように、積層構造体200においては、絶縁領域106(図14)におけるような応力集中が生じないので、積層構造体の寿命が短くなることもない。
As shown in FIG. 15, in the laminated
しかしながら、積層構造体200を作製するためには、積層構造体200の各々の側面に露出した内部電極層202の端面に、1つおきに絶縁膜203を形成しなくてはならない。現在において、この絶縁膜203は、刷毛塗りや、印刷や、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される場合が多いが、それらの手法では、生産性が低いという問題が生じている。また、それらの手法では、複数の積層構造体が狭ピッチで配置された2次元アレイに絶縁膜を形成することは非常に困難である。
However, in order to fabricate the laminated
別の手法として、特許文献1には、電歪効果素子の内部電極板の露出した側端面において、該内部電極板の露出部とその近傍の電歪材料上のみに電気泳動法により絶縁層を形成することが開示されている。特許文献1においては、絶縁層の材料としてガラスが用いられているが、電気泳動法によって形成されたガラス膜は、クラスター粒子の集合体であるので、疎膜となる。そのため、十分な耐電圧を得るためには、絶縁層の厚さを数十μm程度とする必要がある。
As another technique,
しかしながら、超音波トランスデューサアレイを作製する場合には、そのような絶縁層の厚さにより、超音波トランスデューサを狭ピッチでレイアウトできないという問題が生じている。このように積層構造体のアレイ素子は側面の絶縁膜の工夫が必要であり、また側面の電極が作製困難なため実用化において圧電素子の作製から実装におけるまで問題が多々見られる。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、圧電体層の両面に第1の電極層及び第2の電極層を有し、側面の絶縁膜や側面の電極を容易に作製できる積層構造体及び積層構造体アレイを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention has a laminated structure that has a first electrode layer and a second electrode layer on both sides of a piezoelectric layer, and can easily produce a side insulating film and a side electrode. An object is to provide a laminated structure array.
上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る積層構造体は、複数の構造体を積層することにより構成された積層構造体であって、前記複数の構造体の各々が、第1の主面の一端に第1の切欠き部が形成され、第1の主面に対向する第2の主面の他端に第2の切欠き部が形成された圧電体層と、前記圧電体層の第1の主面上に形成された第1の電極層と、前記圧電体層の第2の主面上に形成された第2の電極層と、前記圧電体層の第1の切欠き部において前記第1の電極層に電気的に接続された第1の引き出し電極と、前記圧電体層の第2の切欠き部において前記第2の電極層に電気的に接続された第2の引き出し電極とを具備する。 In order to solve the above-described problem, a multilayer structure according to one aspect of the present invention is a multilayer structure configured by stacking a plurality of structures, and each of the plurality of structures is a first structure. A piezoelectric layer in which a first notch is formed at one end of the main surface and a second notch is formed at the other end of the second main surface opposite to the first main surface; A first electrode layer formed on the first main surface of the body layer; a second electrode layer formed on the second main surface of the piezoelectric layer; and a first electrode layer of the piezoelectric layer. A first lead electrode electrically connected to the first electrode layer at the notch and a second electrode electrically connected to the second electrode layer at the second notch of the piezoelectric layer. 2 extraction electrodes.
また、本発明の1つの観点に係る積層構造体の製造方法は、圧電体層の第1の主面の一端に第1の切欠き部を形成し、前記圧電体層の第1の主面に対向する第2の主面の他端に第2の切欠き部を形成する工程(a)と、前記圧電体層の第1の主面上に第1の電極層を形成する工程(b)と、前記圧電体層の第2の主面上に第2の電極層を形成する工程(c)と、前記圧電体層の第1の切欠き部において前記第1の電極層に第1の引き出し電極を電気的に接続する工程(d)と、前記圧電体層の第2の切欠き部において前記第2の電極層に第2の引き出し電極を電気的に接続する工程(e)と、工程(a)〜(e)において製造された複数の構造体を積層する工程(f)とを具備する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a laminated structure, wherein a first notch is formed at one end of a first main surface of a piezoelectric layer, and the first main surface of the piezoelectric layer is formed. A step (a) of forming a second notch at the other end of the second main surface opposite to the step, and a step (b) of forming a first electrode layer on the first main surface of the piezoelectric layer. ), A step (c) of forming a second electrode layer on the second main surface of the piezoelectric layer, and a first notch on the first electrode layer in the first notch portion of the piezoelectric layer. A step (d) of electrically connecting the lead electrode of the second electrode, a step (e) of electrically connecting the second lead electrode to the second electrode layer at the second notch of the piezoelectric layer, and And (f) laminating a plurality of structures manufactured in steps (a) to (e).
本発明によれば、圧電体層の両面に切欠き部を設け、その部分に引き出し電極を有することにより、従来の作製方法では困難であった積層型超音波素子を容易に歩留まり良く作製することが可能になる。 According to the present invention, by providing notches on both sides of a piezoelectric layer and having lead-out electrodes in those portions, it is possible to easily produce a multilayer ultrasonic element that was difficult with a conventional production method with a high yield. Is possible.
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、本発明の一実施形態に係る積層構造体の構造を示す図である。積層構造体1は、複数の圧電体層10と、複数の第1電極層11と、複数の第2電極層12と、複数の引き出し電極13a、13b及び14a、14bと、複数の絶縁膜15a、15bとを含んでいる。
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 diagram showing a structure of a laminated structure according to an embodiment of the present invention. The laminated
本実施形態においては、圧電体層10を、エアロゾルデポジション(AD:aerosol deposition)法によって形成している。なお、圧電体層10を、グリーンシート法による成膜方法を用いて形成するようにしても良い。また、予め板状に形成された部材を用いても良い。圧電体層10は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)によって形成されている。圧電体層として、その他の誘電体材料を用いても良い。複数の圧電体層10の上下面には引き出し電極を取り付けるための切欠き部を設け厚み不整合を防いでいる。
In the present embodiment, the
複数の圧電体層10の上下面には、第1電極層11と第2電極層12とが配置されている。引き出し電極13a、13bは、第1電極層11と電気的に接続され、引き出し電極14a、14bは第2電極層12と電気的に接続されている。引き出し電極13a、14aは、各圧電素子間の第1電極層11と第2電極層12に電気的に接続されないように絶縁膜15aによって絶縁されている。また、引き出し電極13b、14bは、各圧電素子間の第1電極層11と第2電極層12に電気的に接続されないように絶縁膜15bによって絶縁されている。
A
本実施形態においては、複数の絶縁膜15a、15bは、エポキシ等の樹脂を塗布することによって形成されたものである。樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いても良い。また、電着法によって導電材料の膜を形成し、その後でその膜を酸化により絶縁化することによって絶縁膜15a、15bを形成しても良い。
In the present embodiment, the plurality of
導電材料としてはニッケル(Ni)、又は、アルミニウム(Al)を用いることができる。ここで、電着法には、電気メッキ法、電気による泳動力を用いた成膜法が含まれる。また、酸化処理以外にも、窒化処理や、フッ化処理や硫化処理を行っても良い。 As the conductive material, nickel (Ni) or aluminum (Al) can be used. Here, the electrodeposition method includes an electroplating method and a film forming method using electrophoretic force. In addition to the oxidation treatment, nitriding treatment, fluorination treatment, or sulfurization treatment may be performed.
引き出し電極13a及び14aと引き出し電極13b及び14bとの間に電圧を印加することにより、圧電体層10に電界を印加すると、圧電体層10は圧電効果によって伸縮する。このような圧電材料を誘電体層として用いる積層構造体は、圧電ポンプや、圧電アクチュエータや、超音波用探触子において超音波を送受信する超音波トランスデューサ等に用いることができる。積層構造体を有する構造体は、単層の構造体よりも、対向する電極の面積を増やすことになるので、電気的インピーダンスを下げることができる。したがって、単層の構造体と比較して、印加される電圧に対して効率良く動作する。
When an electric field is applied to the
次に、本実施形態に係る積層構造体の製造方法について、図2〜図6を参照しながら説明する。図2〜図6は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。 Next, the manufacturing method of the laminated structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2-6 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the laminated structure which concerns on this embodiment.
図2に示すように、基板20上に圧電体層10を形成する。その際に、本実施形態においては、エアロゾルデポジション(aerosol deposition:AD)法を用いている。AD法とは、材料の粉体を高速で下層に吹き付けて堆積させる成膜方法であり、ガスデポジション法、ジェットプリンティングシステム、又は、噴射堆積法とも呼ばれている。
As shown in FIG. 2, the
次いで、研磨又は剥離により圧電体層10から基板20を除去する。その後で、圧電体層に含まれるPZTのグレインサイズを大きくして圧電性能を高めるために、所定の温度(例えば、500℃〜1000℃程度)で熱処理する工程を設けても良い。
Next, the
次に、図3に示すように、圧電体層10の上下面に、ダイシングにより、幅0.2mm、深さ50μm程度の切欠きを形成する。その理由は、圧電体層の上下面に電極層を設け、さらに引き出し電極を電気的に接続し、この構造体を積層する際に引き出し電極の厚みに起因する厚みの不整合を防ぐためには、上記程度の厚さが必要となるからである。なお、エッチングやべベルカットにより切欠きを形成しても良く、スロープ状や曲線状に切欠きを形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 3, notches having a width of about 0.2 mm and a depth of about 50 μm are formed on the upper and lower surfaces of the
次に、図4に示すように、圧電体層10の上下面に、第1電極層11及び第2電極層12として、スパッタリングや真空蒸着により、2μm程度の白金膜を形成する。なお、グリーンシート法により第1電極層11及び第2電極層12を形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 4, platinum films of about 2 μm are formed on the upper and lower surfaces of the
次に、図5に示すように、第1電極層11及び第2電極層12の切欠き部に引き出し電極13及び14を銀ペースト又は銀パラジウムペースト等の導電性ペースト等で取り付けることにより、構造体を作製する。引き出し電極はフレキシブルプリント配線板(FPC)でも良いし、複数の配線でも良い。
Next, as shown in FIG. 5, the structure is obtained by attaching the
次に、図6に示すように、複数の構造体を、エポキシ等の樹脂で接着し加圧することにより積層構造体にする。 Next, as shown in FIG. 6, a plurality of structures are bonded with a resin such as epoxy and pressed to form a laminated structure.
最終的には、図1の構造となるように、積層構造体の側面に絶縁膜15a、15bを形成する。これらの絶縁膜15a、15bは、エポキシ等の樹脂を塗布することによって形成されたものである。樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又は、ウレタン樹脂等を用いても良い。また、絶縁膜15a、15bを電着法によって導電材料の膜を形成し、その後でその膜を酸化により絶縁化することによって形成しても良い。導電材料としては、ニッケル(Ni)、又は、アルミニウム(Al)を用いることができる。ここで電着法には電気メッキ法、電気による泳動力を用いた成膜法が含まれる。また、酸化処理以外にも、窒化処理や、フッ化処理や硫化処理を行っても良い。
Finally, insulating
本実施形態によれば、圧電体層の両面に切欠き部を設け、その部分に引き出し電極を有した構造体を積層することにより、従来の作製方法では困難であった積層型圧電素子を容易に歩留り良く作製することが可能になる。 According to this embodiment, by providing notches on both sides of the piezoelectric layer and laminating a structure having an extraction electrode on that portion, a multilayer piezoelectric element that has been difficult with the conventional manufacturing method can be easily obtained. Therefore, it can be manufactured with a high yield.
ここで、本実施形態において圧電体層を形成するために用いられるAD法について説明する。図7は、AD法によって成膜を行うために用いる装置を示している。この成膜装置は、原料の粉体41を配置するエアロゾル生成容器42を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
Here, the AD method used for forming the piezoelectric layer in the present embodiment will be described. FIG. 7 shows an apparatus used for film formation by the AD method. This film forming apparatus has an
エアロゾル生成容器42には、キャリアガス導入部43、エアロゾル導出部44、振動部45が設けられている。キャリアガス導入部43から窒素ガス(N2)等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器42内に配置された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部45によってエアロゾル生成容器42に振動を与えることにより、原料の粉体が撹拌され、効率良くエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部44を通って、成膜チャンバ46に導かれる。
The
成膜チャンバ46には、排気管47、ノズル48、可動ステージ49が設けられている。排気管47は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ46内を排気する。ノズル48は、エアロゾル生成容器42において生成され、エアロゾル導出部44を通って成膜チャンバ46に導かれたエアロゾルを、基板20に向けて噴射する。基板20は、3次元に移動可能な可動ステージ49に戴置されており、可動ステージ49を制御することにより、基板20とノズル48との相対的位置が調節される。
The
ノズル48から噴射されることによって高速に加速された高い運動エネルギーを有する粒子(原料の粉体)は、基板20に衝突して堆積する。そのとき、粒子の衝突エネルギーによって、メカノケミカル反応と呼ばれる化学反応が生じており、その反応により、粒子は基板や先に形成された膜に強固に付着すると考えられている。なお、基板20としては、ガラス、石英、PZT等のセラミックス、SUSなどの金属を用いることができ、本実施形態においては、ガラスが用いられている。
Particles (raw material powder) having high kinetic energy accelerated at high speed by being ejected from the
原料の粉体41として、例えば、平均粒径0.3μmのPZT単結晶粉体を、必要に応じて、熱処理において結晶を成長させるために用いられるゲルマニウム、シリコン、リチウム、ビスマス、ボロン、鉛等の助剤と混合し、図7に示すエアロゾル生成容器42内に配置して成膜装置を駆動する。それにより、圧電体層が形成される。
As the
本実施形態によれば、AD法を用いて圧電体層を形成しているので、圧電体層の耐圧が高いため、圧電体層を薄くすることができる。例えば、積層構造体を駆動する電圧が200〜300Vである場合において、圧電体層の厚さを2〜3μmと小さくすることができる。また、AD法を用いて形成される圧電体層は、エポキシ樹脂等によって形成される絶縁膜よりも緻密で強固なので、機械的強度が向上する。 According to the present embodiment, since the piezoelectric layer is formed using the AD method, the piezoelectric layer can be thin because the breakdown voltage of the piezoelectric layer is high. For example, when the voltage for driving the laminated structure is 200 to 300 V, the thickness of the piezoelectric layer can be reduced to 2 to 3 μm. In addition, since the piezoelectric layer formed using the AD method is denser and stronger than the insulating film formed of an epoxy resin or the like, the mechanical strength is improved.
さらに本発明は、連続して作製できない材料を用いて構造体を積層する場合に有効である。例えば、単結晶材料やコンポジット材料を用いる場合などである。単結晶材料は浮遊帯融液法(FZ法:Float Zoning Method)や引き上げ法(CZ法:Czochralski Method)などで作製するので、単結晶材料作製後に構造体を作製して積層するしかなく、本発明は有効である。単結晶材料としては、PNN−PT系材料やPMN−PT系材料を用いることができる。 Furthermore, the present invention is effective in the case of laminating structures using materials that cannot be produced continuously. For example, a single crystal material or a composite material is used. Single crystal materials are produced by the floating zone melt method (FZ method: Float Zoning Method) or the pulling method (CZ method: Czochralski Method). The invention is effective. As the single crystal material, a PNN-PT material or a PMN-PT material can be used.
コンポジット材料もコンポジット作製後に積層するしかないので、本発明は有効である。コンポジット材料としては、ダイジング作製1−3コンポジットやファイバー作製1−3コンポジットやLIGAコンポジットを用いることができる。特に、コンポジット材料は帯域性能など非常に優位な材料であるが、誘電率が著しく低いため、積層構造をとることにより感度を大きくすることができる。 Since the composite material can only be laminated after the composite is produced, the present invention is effective. As the composite material, dicing preparation 1-3 composite, fiber preparation 1-3 composite, or LIGA composite can be used. In particular, the composite material is a very superior material such as band performance. However, since the dielectric constant is remarkably low, the sensitivity can be increased by taking a laminated structure.
以上説明した積層構造体は、1次元状、1.5次元状、又は、2次元状に複数配列することにより、アレイ状の積層構造体(例えば、超音波トランスデューサアレイ)として利用することも可能である。ここで、1.5次元状とは、行方向の数に比べて列方向の数が少なくなるように超音波トランスデューサ等が配列された構造のことをいう。本実施形態に係る積層構造体は、高密度に集積することが可能なので、例えば、積層構造体を超音波トランスデューサとして利用する場合には、解像度の高い画像を撮像できる超音波探触子を得ることが可能となる。また、多数の超音波トランスデューサが高密度に集積された1.5次元又は2次元状の超音波トランスデューサアレイを有する超音波探触子を用いることにより、超音波診断装置において、3次元超音波画像をリアルタイムに取得することが可能となる。 The laminated structure described above can be used as an arrayed laminated structure (for example, an ultrasonic transducer array) by arranging a plurality of one-dimensional, 1.5-dimensional, or two-dimensional structures. It is. Here, the 1.5-dimensional shape means a structure in which ultrasonic transducers and the like are arranged so that the number in the column direction is smaller than the number in the row direction. Since the laminated structure according to the present embodiment can be integrated with high density, for example, when the laminated structure is used as an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe capable of capturing a high-resolution image is obtained. It becomes possible. Further, by using an ultrasonic probe having a 1.5-dimensional or 2-dimensional ultrasonic transducer array in which a large number of ultrasonic transducers are densely integrated, a three-dimensional ultrasonic image is obtained in an ultrasonic diagnostic apparatus. Can be acquired in real time.
次に、以上説明したような積層構造体を超音波トランスデューサとして用いた超音波用探触子について、図8〜図13を参照しながら説明する。
まず、図8に示すように、作製した積層構造体1をバッキング部材30に貼り付ける。その後、図9に示すように、音響整合層を貼り付ける。音響整合層は、超音波を伝えやすいガラスや、セラミックスや、金属粉入りエポキシ樹脂等によって形成されている。音響整合層は、生体である被検体とトランスデューサとの間の音響インピーダンスの不整合を解消させる。これにより、超音波トランスデューサから送信された超音波を、効率よく被検体中に伝播させることができる。
Next, an ultrasonic probe using the laminated structure as described above as an ultrasonic transducer will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 8, the produced
次に、図10に示すように、音響整合層を貼り付けた積層構造体を、ダイシングにより破線方向に所望のピッチで切断する。或いは、サンドブラスト法により切断することもできる。その結果、1次元アレイ状に複数の積層構造体(超音波トランスデューサ)が配置された積層構造体アレイ(超音波トランスデューサアレイ)が作製される。図11は、1次元アレイ状に複数の超音波トランスデューサが配置された超音波トランスデューサアレイを示している。さらに、複数の積層構造体の間に形成された溝及び周囲に、エポキシ樹脂等の充填材を充填して硬化させる。なお、充填材としては、この他に、ウレタン樹脂、シリコーンゴム等を用いても良い。
また、このような1次元状の超音波トランスデューサアレイを複数並べることにより、図12の(a)に示す1.5次元状の超音波トランスデューサアレイや、図12の(b)に示す2次元状の超音波トランスデューサアレイを作製しても良い。
Next, as shown in FIG. 10, the laminated structure to which the acoustic matching layer is attached is cut at a desired pitch in the direction of the broken line by dicing. Or it can also cut | disconnect by the sandblasting method. As a result, a laminated structure array (ultrasonic transducer array) in which a plurality of laminated structures (ultrasonic transducers) are arranged in a one-dimensional array is produced. FIG. 11 shows an ultrasonic transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a one-dimensional array. Further, the groove formed between the plurality of laminated structures and the periphery thereof are filled with a filler such as epoxy resin and cured. In addition, as the filler, urethane resin, silicone rubber, or the like may be used.
Further, by arranging a plurality of such one-dimensional ultrasonic transducer arrays, the 1.5-dimensional ultrasonic transducer array shown in FIG. 12A or the two-dimensional ultrasonic transducer array shown in FIG. The ultrasonic transducer array may be manufactured.
次に、図13に示すように、各超音波トランスデューサに凸状の音響レンズ61を設ける。音響レンズ61は、曲面部分であるレンズ部61aと、その外側に形成された平坦部分である平坦部61bとを有し、レンズ部61aと平坦部61bとの境界の位置が圧電体層の切欠き部よりも内側となるように形成されている。このような構成により、積層構造体1において圧電体層の切欠き部から放射される超音波の影響を排除することができる。音響レンズ61は、例えばシリコーン樹脂によって形成され、音響整合層50において音響インピーダンスの整合を行うと共に、超音波ビームを所定の深度において集束させる。以上により、超音波用探触子を作製することができる。
Next, as shown in FIG. 13, a convex acoustic lens 61 is provided for each ultrasonic transducer. The acoustic lens 61 has a
超音波用探触子に用いられる超音波トランスデューサとして、上記のような積層構造体を用いることにより、電気的インピーダンスを低下させると共に、送受信回路とのインピーダンスマッチングを良好にすることができるので、電圧の印加効率を向上させて、超音波の検出感度を高くすることが可能になる。また、超音波トランスデューサアレイにおける素子配列を狭ピッチ化することにより、搭載される超音波トランスデューサ数を増やすことができるので、超音波の走査密度を向上させたり、送受信方向をより正確に制御することが可能になる。従って、分解能を高くして、超音波画像の画質を向上させることが可能となる。或いは、従来の超音波送受信性能を維持しつつ、超音波用探触子全体を小型化することも可能となる。 As an ultrasonic transducer used in an ultrasonic probe, by using the above laminated structure, it is possible to reduce electrical impedance and improve impedance matching with a transmission / reception circuit. It is possible to improve the application efficiency of and increase the detection sensitivity of ultrasonic waves. In addition, the number of ultrasonic transducers to be mounted can be increased by narrowing the element arrangement in the ultrasonic transducer array, thereby improving the scanning density of ultrasonic waves and controlling the transmission / reception direction more accurately. Is possible. Therefore, it is possible to increase the resolution and improve the image quality of the ultrasonic image. Alternatively, the entire ultrasonic probe can be reduced in size while maintaining the conventional ultrasonic transmission / reception performance.
これにより、多数の超音波トランスデューサを高密度に集積することが容易となり、解像度の高い画像を撮像することができる超音波探触子を得ることが可能となる。また、本発明に係る積層構造体を適用した超音波トランスデューサを1.5次元又は2次元アレイ状に配置した超音波探触子は、超音波トランスデューサが高密度に集積されているので、リアルタイムに3次元超音波画像を取得する超音波診断装置に適用することができる。 As a result, it is easy to integrate a large number of ultrasonic transducers with high density, and an ultrasonic probe capable of capturing an image with high resolution can be obtained. In addition, in the ultrasonic probe in which the ultrasonic transducers to which the laminated structure according to the present invention is applied are arranged in a 1.5-dimensional or 2-dimensional array, the ultrasonic transducers are densely integrated. The present invention can be applied to an ultrasonic diagnostic apparatus that acquires a three-dimensional ultrasonic image.
本発明は、圧電体層と電極層とが積層されてなる積層構造体及び積層構造体アレイ、並びに、それらの製造方法において利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a laminated structure and a laminated structure array in which a piezoelectric layer and an electrode layer are laminated, and a manufacturing method thereof.
1、100、200積層構造体
10 圧電体層
11 第1電極層
12 第2電極層
13a、13b、14a、14b 引き出し電極
15a、15b、203 絶縁膜
20 基板
30 バッキング部材
41 原料の粉体
42 エアロゾル生成容器
43 キャリアガス導入部
44 エアロゾル導出部
45 振動部
46 成膜チャンバ
47 排気管
48 ノズル
49 可動ステージ
50 音響整合層
61 音響レンズ
101 201 圧電材料層
102、103、202 内部電極層
104、105、204、205 側面電極
106 絶縁領域
1, 100, 200
Claims (9)
第1の主面の一端に第1の切欠き部が形成され、第1の主面に対向する第2の主面の他端に第2の切欠き部が形成された圧電体層と、
前記圧電体層の第1の主面上に形成された第1の電極層と、
前記圧電体層の第2の主面上に形成された第2の電極層と、
前記圧電体層の第1の切欠き部において前記第1の電極層に電気的に接続された第1の引き出し電極と、
前記圧電体層の第2の切欠き部において前記第2の電極層に電気的に接続された第2の引き出し電極と、
を具備する、積層構造体。 A laminated structure configured by laminating a plurality of structures, each of the plurality of structures being
A piezoelectric layer in which a first notch is formed at one end of the first main surface and a second notch is formed at the other end of the second main surface opposite to the first main surface;
A first electrode layer formed on the first main surface of the piezoelectric layer;
A second electrode layer formed on the second main surface of the piezoelectric layer;
A first lead electrode electrically connected to the first electrode layer at a first notch in the piezoelectric layer;
A second lead electrode electrically connected to the second electrode layer at a second notch of the piezoelectric layer;
A laminated structure comprising:
前記第2の構造体の第2の引き出し電極が前記第1の構造体の第1の引き出し電極に接続され、前記第2の構造体の第1の引き出し電極が前記第1の構造体の第2の引き出し電極に接続されている、請求項1記載の積層構造体。 In the adjacent first structure and second structure, the first notch portion of the first structure and the second notch portion of the second structure face each other.
The second lead electrode of the second structure is connected to the first lead electrode of the first structure, and the first lead electrode of the second structure is the first lead of the first structure. The laminated structure according to claim 1, connected to two lead electrodes.
前記第1の構造体の第2の引き出し電極及び前記第2の構造体の第1の引き出し電極を、前記第2の構造体の第2の電極層及び前記第1の構造体の第1の電極層から絶縁するための第2の絶縁膜と、
をさらに具備する、請求項2記載の積層構造体。 The second lead electrode of the second structure and the first lead electrode of the first structure are connected to the second electrode layer of the first structure and the first lead electrode of the second structure. A first insulating film for insulating from the electrode layer;
The second lead electrode of the first structure and the first lead electrode of the second structure are connected to the second electrode layer of the second structure and the first lead electrode of the first structure. A second insulating film for insulating from the electrode layer;
The laminated structure according to claim 2, further comprising:
曲面部分と、その外側に形成された平坦部分とを有し、該曲面部分が前記圧電体層の第1及び第2の切欠き部よりも内側に形成されている音響レンズを具備する請求項1〜3のいずれか1項記載の積層構造体。 The multilayer structure is a multilayer piezoelectric element that generates ultrasonic waves by applying a voltage between the first extraction electrode and the second extraction electrode,
The acoustic lens has a curved surface portion and a flat portion formed outside the curved surface portion, and the curved surface portion is formed inside the first and second cutout portions of the piezoelectric layer. The laminated structure according to any one of 1 to 3.
前記圧電体層の第1の主面上に第1の電極層を形成する工程(b)と、
前記圧電体層の第2の主面上に第2の電極層を形成する工程(c)と、
前記圧電体層の第1の切欠き部において前記第1の電極層に第1の引き出し電極を電気的に接続する工程(d)と、
前記圧電体層の第2の切欠き部において前記第2の電極層に第2の引き出し電極を電気的に接続する工程(e)と、
工程(a)〜(e)において製造された複数の構造体を積層する工程(f)と、
を具備する積層構造体の製造方法。 A first notch is formed at one end of the first main surface of the piezoelectric layer, and a second notch is formed at the other end of the second main surface opposite to the first main surface of the piezoelectric layer. Forming step (a);
A step (b) of forming a first electrode layer on the first main surface of the piezoelectric layer;
A step (c) of forming a second electrode layer on the second main surface of the piezoelectric layer;
Electrically connecting a first lead electrode to the first electrode layer at a first notch in the piezoelectric layer;
Electrically connecting a second lead electrode to the second electrode layer at a second notch in the piezoelectric layer; and
A step (f) of laminating a plurality of structures produced in steps (a) to (e);
The manufacturing method of the laminated structure which comprises this.
前記第2の構造体の第2の引き出し電極及び前記第1の構造体の第1の引き出し電極を、前記第1の構造体の第2の電極層及び前記第2の構造体の第1の電極層から絶縁するための第1の絶縁膜と、前記第1の構造体の第2の引き出し電極及び前記第2の構造体の第1の引き出し電極を、前記第2の構造体の第2の電極層及び前記第1の構造体の第1の電極層から絶縁するための第2の絶縁膜とを形成する工程と、
前記第2の構造体の第2の引き出し電極を前記第1の構造体の第1の引き出し電極に接続し、前記第2の構造体の第1の引き出し電極を前記第1の構造体の第2の引き出し電極に接続する工程と、
をさらに具備する請求項6記載の積層構造体の製造方法。 In the step (f), in the adjacent first structure and second structure, the first notch of the first structure and the second notch of the second structure; Including facing and laminating
The second lead electrode of the second structure and the first lead electrode of the first structure are connected to the second electrode layer of the first structure and the first lead electrode of the second structure. The first insulating film for insulating from the electrode layer, the second extraction electrode of the first structure body, and the first extraction electrode of the second structure body are connected to the second structure body of the second structure body. Forming a second insulating film for insulating from the first electrode layer and the first electrode layer of the first structure,
The second lead electrode of the second structure is connected to the first lead electrode of the first structure, and the first lead electrode of the second structure is connected to the first lead electrode of the first structure. Connecting to the two extraction electrodes;
The method for producing a laminated structure according to claim 6, further comprising:
曲面部分と、その外側に形成された平坦部分とを有し、該曲面部分が前記圧電体層の第1及び第2の切欠き部よりも内側に形成されている音響レンズを設ける工程をさらに具備する請求項6又は7記載の積層構造体の製造方法。 The multilayer structure is a multilayer piezoelectric element that generates ultrasonic waves by applying a voltage between the first extraction electrode and the second extraction electrode,
A step of providing an acoustic lens having a curved surface portion and a flat portion formed outside the curved surface portion, the curved surface portion being formed inside the first and second cutout portions of the piezoelectric layer; The manufacturing method of the laminated structure of Claim 6 or 7 to comprise.
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