JP2016036071A - Ultrasonic probe and ultrasonic flaw probe system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe and an ultrasonic flaw probe system that can enhance the attenuation amount per unit time of ultrasonic waves and the height of the frequencies of the ultrasonic waves.SOLUTION: A piezoelectric material 11, and an upper electrode 12 and a lower electrode 13 which are provided at the upper and lower sides of the piezoelectric material 11 and has electrical conductivity. A sound wave propagation speed in the up-and-down direction has a dispersion characteristic, and the piezoelectric material 11 is formed such that the lattice constant in the up-and-down direction has a continuously varying concentration gradient so that the lattice constant approaches to the lattice constant of the upper electrode 12 or the lower electrode 13 as it is closer to at least one of the upper electrode 12 side and the lower electrode 13 side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波探傷に用いられる超音波探触子及びそれを用いた超音波探傷システムに関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe used for ultrasonic flaw detection and an ultrasonic flaw detection system using the same.

各種構造材等を検査対象とする検査方法としては、例えば、検査対象に超音波を照射するとともに、検査対象内部の欠陥等により反射された超音波信号を検出し、その超音波信号の伝搬時間と超音波探触子の位置とに基づいて欠陥の検出を行う超音波探傷法が知られている。超音波探傷法では、例えば、超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音波探触子を用い、超音波探触子を移動させて検査対象を走査することにより、欠陥から反射される超音波が得られる位置を特定し、欠陥の検出を行っている。   As an inspection method for inspecting various structural materials or the like, for example, an ultrasonic wave is irradiated on the inspection object, an ultrasonic signal reflected by a defect or the like inside the inspection object is detected, and the propagation time of the ultrasonic signal is detected. An ultrasonic flaw detection method that detects a defect based on the position of the ultrasonic probe and the ultrasonic probe is known. In the ultrasonic flaw detection method, for example, an ultrasonic probe consisting of a single element is used for transmission and reception of ultrasonic waves, and the ultrasonic probe is moved to scan the inspection object, so that it is reflected from the defect. The position where the ultrasonic wave is obtained is identified and the defect is detected.

このような超音波探触子に関する技術として、例えば、特許文献1(特許第3357227号公報)には、材料の内部探傷に必要な感度を有する圧電素子を提供することを目的として、基板上に形成された下部電極、該下部電極膜上に形成された酸化亜鉛薄膜及び該酸化亜鉛薄膜上に形成された上部電極を有する圧電素子において、基板としてサファイアを使用し、酸化亜鉛薄膜のX線によるロッキングカーブの標準偏差σを限定した圧電素子に関する技術が開示されている。   As a technique related to such an ultrasonic probe, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3357227) discloses a piezoelectric element having a sensitivity necessary for internal flaw detection of a material on a substrate. In the piezoelectric element having the formed lower electrode, the zinc oxide thin film formed on the lower electrode film, and the upper electrode formed on the zinc oxide thin film, sapphire is used as a substrate, and the zinc oxide thin film is obtained by X-ray A technique relating to a piezoelectric element in which the standard deviation σ of the rocking curve is limited is disclosed.

特許第3357227号公報Japanese Patent No. 3357227

ところで、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象として超音波探傷法を用いる場合には、検査対象に送信する超音波の減衰特性や周波数などを考慮する必要がある。すなわち、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を考慮すると、単位時間あたりの減衰量が高い必要があり、また、ミクロンオーダの欠陥検出を考慮すると、超音波の波長が短い(周波数が高い)必要がある。   By the way, when the ultrasonic flaw detection method is used with a structure having a fine structure such as a semiconductor chip as an inspection target, it is necessary to consider the attenuation characteristics and frequency of the ultrasonic wave transmitted to the inspection target. That is, considering separation of reflected waves from defects and reflected waves from other structures, attenuation per unit time needs to be high, and considering the detection of defects on the order of microns, the wavelength of ultrasonic waves Need to be short (high frequency).

しかしながら、上記従来技術における超音波探触子においては、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さが不十分であり、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象とする検査は困難であった。   However, in the ultrasonic probe in the above prior art, the amount of attenuation and frequency of ultrasonic waves per unit time are insufficient, and a structure having a fine structure such as a semiconductor chip is to be inspected. The inspection was difficult.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる超音波探触子およびそれを用いた超音波探傷システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides an ultrasonic probe capable of improving the attenuation amount and frequency height of ultrasonic waves per unit time and an ultrasonic flaw detection system using the same. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明は、圧電材料と、前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備え、前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するものとする。   In order to achieve the above object, the present invention comprises a piezoelectric material and conductive upper and lower conductors provided above and below the piezoelectric material, wherein the piezoelectric material has an acoustic wave propagation in the vertical direction. The lattice constant in the vertical direction has a dispersion characteristic, and the lattice constant becomes closer to the lattice constant of the upper conductor or the lower conductor as it approaches at least one of the upper conductor side or the lower conductor side. Have a concentration gradient that varies continuously.

超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる。   The amount of attenuation per ultrasonic wave and the height of the frequency can be improved.

第1の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。It is a side view showing typically the composition of the ultrasonic probe concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る超音波探傷システムの全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an ultrasonic flaw detection system according to a first embodiment. 第1の実施の形態における超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the frequency characteristic of the insertion loss of the ultrasonic probe in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the attenuation | damping characteristic of the pulse wave transmitted by the ultrasonic probe in 1st Embodiment. 従来技術における超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the frequency characteristic of the insertion loss of the ultrasonic probe in a prior art. 従来技術における超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the attenuation characteristic of the pulse wave transmitted with the ultrasonic probe in a prior art. 第2の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the ultrasonic probe which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the ultrasonic probe which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1〜図6を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2は、本実施の形態に係る超音波探傷システムの全体構成を概略的に示す図である。また、図1は超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of the ultrasonic flaw detection system according to the present embodiment. FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of the ultrasonic probe.

図2において、超音波探傷システムは、超音波探触子100、走査部101、送受信部102、制御部103、及び表示部104から概略構成されている。   In FIG. 2, the ultrasonic flaw detection system schematically includes an ultrasonic probe 100, a scanning unit 101, a transmission / reception unit 102, a control unit 103, and a display unit 104.

制御部103は、超音波探傷システムの全体の動作を制御するものであり、信号線を介して超音波探触子100、走査部101、送受信部102、及び表示部104と接続されている。   The control unit 103 controls the entire operation of the ultrasonic flaw detection system, and is connected to the ultrasonic probe 100, the scanning unit 101, the transmission / reception unit 102, and the display unit 104 via signal lines.

走査部101は、制御部103からの制御信号に基づいて、超音波探触子100を三次元方向に移動させるものであり、超音波探触子100は、図示しない駆動機構を有する走査部101に機械的に取り付けられている。   The scanning unit 101 moves the ultrasonic probe 100 in a three-dimensional direction based on a control signal from the control unit 103. The ultrasonic probe 100 has a driving mechanism (not shown). Is mechanically attached to.

送受信部102は、制御部103からの制御信号に基づいて、超音波探触子100を駆動するための電圧信号を駆動信号として超音波探触子100に印加し、超音波探触子100から検査対象に超音波を照射させる。また、超音波探触子100から照射された超音波の検査対象からの反射波によって超音波探触子100に生じる電圧信号を受信信号として受信し、制御部102に送る。   Based on the control signal from the control unit 103, the transmission / reception unit 102 applies a voltage signal for driving the ultrasonic probe 100 to the ultrasonic probe 100 as a drive signal. The test object is irradiated with ultrasonic waves. In addition, a voltage signal generated in the ultrasonic probe 100 due to a reflected wave from the ultrasonic inspection object irradiated from the ultrasonic probe 100 is received as a reception signal and sent to the control unit 102.

表示部104は、各種設定画面のほか、超音波探触子100からの受信信号に基づいて生成された画像やグラフ等の情報が表示される。   In addition to various setting screens, the display unit 104 displays information such as images and graphs generated based on received signals from the ultrasound probe 100.

図1に示すように、超音波探触子100は、圧電材料11と、圧電材料11の上下に設けられた導電性を有する上部電極12(上部導電体)及び下部電極13(下部導電体)と、下部電極13の下部に設けられたロッド基板14とを備えている。以降、上部電極12の方向を上方、下部電極13の方向を下方として説明する。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic probe 100 includes a piezoelectric material 11, and conductive upper electrodes 12 (upper conductors) and lower electrodes 13 (lower conductors) provided above and below the piezoelectric material 11. And a rod substrate 14 provided below the lower electrode 13. Hereinafter, the direction of the upper electrode 12 will be described as being upward, and the direction of the lower electrode 13 will be described as being downward.

上部電極12は、信号線により送受信部102に接続されており、また、下部電極13は、信号線により接地されている。上部電極12及び下部電極13の素材としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極12及び下部電極13は、厚くなるほど超音波探触子100の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、300μm以下で成膜する。なお、上部電極12と下部電極13の材料は必ずしも同じである必要は無く、後述するように、圧電材料11の格子定数における整合率が高くなるもの(言い換えると、格子定数が近くなるもの)をそれぞれ選択して用いる。   The upper electrode 12 is connected to the transmission / reception unit 102 by a signal line, and the lower electrode 13 is grounded by the signal line. Examples of the material of the upper electrode 12 and the lower electrode 13 include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), and titanium (Ti). The film is formed by sputtering or electron beam evaporation. Since the upper electrode 12 and the lower electrode 13 become a factor that lowers the resonance frequency of the ultrasonic probe 100 as the thickness increases, the film is formed at a thickness of 300 μm or less, for example. Note that the materials of the upper electrode 12 and the lower electrode 13 are not necessarily the same. As will be described later, a material having a higher matching rate in the lattice constant of the piezoelectric material 11 (in other words, a material having a closer lattice constant). Select and use each.

ロッド基板14は、横断面形状が円筒形状となるように形成されており、その上面に下部電極13が接続されている。ロッド基板14は、圧電材料11で発生した超音波を伝搬して下方端面から検査対象に送信し、また、検査対象側からの反射波を伝搬して圧電材料11に送る役割を有している。すなわち、ロッド基板14は、超音波探触子100における音響レンズの役割を有しており、検査対象側の端面は平面形状に限られず、超音波を集束または非集束の平行ビームで送受信するために、凹型や凸型などの球面形状に形成すれば、音響レンズとしての性能を高めることができる。   The rod substrate 14 is formed to have a cylindrical cross-sectional shape, and the lower electrode 13 is connected to the upper surface of the rod substrate 14. The rod substrate 14 has a role of propagating an ultrasonic wave generated in the piezoelectric material 11 and transmitting the ultrasonic wave from the lower end surface to the inspection target, and propagating a reflected wave from the inspection target side to send it to the piezoelectric material 11. . That is, the rod substrate 14 has a role of an acoustic lens in the ultrasonic probe 100, and the end surface on the inspection target side is not limited to a planar shape, and transmits and receives ultrasonic waves with a focused or unfocused parallel beam. Furthermore, if it is formed in a spherical shape such as a concave shape or a convex shape, the performance as an acoustic lens can be enhanced.

ロッド基板14の素材は、高周波数帯の超音波の伝搬特性を考慮し、ロッド基板14内部を超音波が伝搬したときに生じる伝搬減衰が小さい単結晶を用いている。ロッド基板14の素材としては、例えば、サファイア(Al2O3)、石英ガラス(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)などの単結晶を用いる。   The material of the rod substrate 14 is a single crystal that has a small propagation attenuation when ultrasonic waves propagate through the rod substrate 14 in consideration of the propagation characteristics of ultrasonic waves in a high frequency band. As a material of the rod substrate 14, for example, a single crystal such as sapphire (Al2O3), quartz glass (SiO2), magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTiO3) is used.

圧電材料11は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。   The piezoelectric material 11 is formed so that the acoustic propagation velocity in the vertical direction has dispersion characteristics and has a concentration gradient in which the vertical lattice constant continuously changes.

図1に示した圧電材料11は、下部電極13に近くなるにつれて、圧電材料11の格子定数が下部電極13の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料11の上部11a、中部11b、および下部11cの含有物の濃度が、上部11aの格子定数と下部電極13の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、中部11bの格子定数と下部電極13の格子定数の整合率の方が高く、さらに、下部11cの格子定数と下部電極13の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)をもつように圧電材料11は形成されている。   The piezoelectric material 11 shown in FIG. 1 is formed with a concentration gradient such that the lattice constant of the piezoelectric material 11 approaches the lattice constant of the lower electrode 13 as it approaches the lower electrode 13. That is, the concentration of inclusions in the upper part 11a, the middle part 11b, and the lower part 11c of the piezoelectric material 11 is higher than the matching ratio (closeness to the lattice constant) of the lattice constant of the upper part 11a and the lattice constant of the lower electrode 13. The matching rate between the lattice constant of the lower electrode 13 and the lattice constant of the lower electrode 13 is higher, and the gradient (concentration gradient) is such that the matching rate of the lattice constant of the lower electrode 11 and the lower electrode 13 is higher. The piezoelectric material 11 is formed.

なお、上部電極12は、圧電材料11の格子定数が上部電極12に近くなるにつれて、上部電極12の格子定数に近くなるような素材が選択されて用いられる。すなわち、言い換えると、圧電材料11の上部11a、中部11b、および下部11cの含有物の濃度が、下部11cの格子定数と上部電極12の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、中部11bの格子定数と上部電極12の格子定数の整合率の方が高く、さらに、上部11aの格子定数と上部電極12の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)をもつように圧電材料11が形成されているとも言える。   For the upper electrode 12, a material that is closer to the lattice constant of the upper electrode 12 is selected and used as the lattice constant of the piezoelectric material 11 approaches the upper electrode 12. That is, in other words, the concentration of inclusions in the upper part 11a, the middle part 11b, and the lower part 11c of the piezoelectric material 11 is more than the matching rate (closeness of the lattice constant) between the lattice constant of the lower part 11c and the lattice constant of the upper electrode 12. The gradient (concentration gradient) is such that the matching ratio between the lattice constant of the middle portion 11b and the lattice constant of the upper electrode 12 is higher and the matching ratio between the lattice constant of the upper portion 11a and the lattice constant of the upper electrode 12 is higher. It can be said that the piezoelectric material 11 is formed so as to have.

圧電材料11の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料11は、厚さ方向(上下方向)に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料11は、上部電極12や下部電極13と格子定数の整合率が高いほど(格子定数が近いほど)、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料11内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料11と上部電極12や下部電極13の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。   The lattice constant of the piezoelectric material 11 changes depending on the concentration of the inclusion, and the piezoelectric material 11 is formed to have a gradient of the lattice constant by having a concentration gradient of the inclusion in the thickness direction (vertical direction). Has been. Moreover, the strength of the piezoelectric material 11 is improved as the lattice constant matching rate with the upper electrode 12 and the lower electrode 13 is higher (as the lattice constant is closer). Therefore, as in the present embodiment, the lattice constant matching ratio between the piezoelectric material 11 and the upper electrode 12 or the lower electrode 13 is increased while maintaining a high lattice constant matching ratio in the piezoelectric material 11. By constituting, the structural strength can be improved and the film thickness can be increased.

また、圧電材料11は、含有物の濃度変化に応じて、密度、弾性定数、圧電定数、誘電率が変化するため、厚さ方向に伝わる弾性波の速度(音速)が変化する。例えば、厚さ方向に速度変化(含有物の濃度変化)のない圧電材料を用いた超音波探触子では、共振周波数は下記の(式1)又は(式2)で表される。   Moreover, since the density, elastic constant, piezoelectric constant, and dielectric constant of the piezoelectric material 11 change according to the concentration change of the inclusion, the velocity (sound speed) of the elastic wave transmitted in the thickness direction changes. For example, in an ultrasonic probe using a piezoelectric material that does not have a speed change (concentration change in content) in the thickness direction, the resonance frequency is expressed by the following (Expression 1) or (Expression 2).

F=V/2L ・・・(式1)
F=V/4L ・・・(式2)
上記(式1)、(式2)において、Fは共振周波数、Vは圧電材料の厚さ方向に伝わる音速、Lは圧電材料の厚さをそれぞれ示している。
F = V / 2L (Formula 1)
F = V / 4L (Formula 2)
In the above (Expression 1) and (Expression 2), F indicates the resonance frequency, V indicates the speed of sound transmitted in the thickness direction of the piezoelectric material, and L indicates the thickness of the piezoelectric material.

上記(式1)、(式2)の何れの式が適用されるかは、圧電材料11の音響インピーダンスとロッド基板14の音響インピーダンスの比で決まる。何れの式においても、圧電材料11の厚さを面方向(上下方向)で一定にすると、圧電材料11の厚さ方向に伝わる音速Vにより共振周波数Fが決まる。   Which one of the above (Formula 1) and (Formula 2) is applied is determined by the ratio of the acoustic impedance of the piezoelectric material 11 and the acoustic impedance of the rod substrate 14. In any formula, when the thickness of the piezoelectric material 11 is constant in the plane direction (vertical direction), the resonance frequency F is determined by the speed of sound V transmitted in the thickness direction of the piezoelectric material 11.

圧電材料11に用いられる材料は、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ビスマス(Bi4Ti3O12)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)などの酸化物または窒化物である。このうち、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸鉛などは、製造が容易であり材料が安価であるという特徴がある。また、これらの材料に含有させる物質(含有物)としては、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、スカンジウム(Sc)、ナトリウム(Na)、ジルコニウム(Zr)などの材料を用いる。   The material used for the piezoelectric material 11 is an oxide or nitride such as zinc oxide (ZnO), lead titanate (PbTiO3), bismuth titanate (Bi4Ti3O12), aluminum nitride (AlN), and gallium nitride (GaN). Among these, zinc oxide, aluminum nitride, lead titanate, and the like are characterized by being easy to manufacture and inexpensive. In addition, as materials (inclusions) to be included in these materials, materials such as magnesium (Mg), vanadium (V), scandium (Sc), sodium (Na), and zirconium (Zr) are used.

圧電材料11の素材と含有物の組み合わせは、含有物の影響による音速の変化が大きいものが望ましく、例えば、酸化亜鉛(ZnO:音速6300m/s)とマグネシウム(Mg)の組み合わせ(Mg−ZnO:音速4900m/s)、窒化アルミニウム(AlN:音速:11000m/s)とスカンジウム(Sc)の組み合わせ(Sc−AlN:音速8000m/s)、チタン酸鉛(PbTiO3:音速4400m/s)とジルコニウム(Zr)の組み合わせ(Pb(Zr,Ti)O3:音速4000m/s)などがあげられる。   The combination of the material and the inclusion of the piezoelectric material 11 is preferably one in which the change in sound speed due to the influence of the inclusion is large. For example, a combination of zinc oxide (ZnO: sound speed 6300 m / s) and magnesium (Mg) (Mg—ZnO: Sound velocity 4900 m / s), a combination of aluminum nitride (AlN: sound velocity: 11000 m / s) and scandium (Sc) (Sc—AlN: sound velocity 8000 m / s), lead titanate (PbTiO3: sound velocity 4400 m / s) and zirconium (Zr) ) (Pb (Zr, Ti) O3: speed of sound 4000 m / s).

超音波探触子の性能を判断する材料の一つに、各周波数での超音波と電気信号の変換効率(電気機械変換効率)の関係を示す挿入損失の周波数特性がある。挿入損失とは、圧電材料11に与えた電圧信号(駆動信号)のエネルギーと圧電材料11が超音波を受信することにより生じる電圧信号(受信信号)のエネルギーの比である。   One of the materials for judging the performance of an ultrasonic probe is a frequency characteristic of insertion loss indicating the relationship between the conversion efficiency (electromechanical conversion efficiency) of an ultrasonic wave and an electric signal at each frequency. The insertion loss is the ratio of the energy of the voltage signal (drive signal) given to the piezoelectric material 11 and the energy of the voltage signal (received signal) generated when the piezoelectric material 11 receives ultrasonic waves.

図3及び図5は、超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図であり、図3は本実施の形態における周波数特性を、図5は従来技術における周波数特性をそれぞれ示している。図3及び図5においては、横軸に周波数を、縦軸に挿入損失をそれぞれ示している。また、図4及び図6は、超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図であり、図4は本実施の形態における特性を、図6は従来技術における特性をそれぞれ示している。図4及び図6においては、縦軸にパルス波の振幅値を、横軸に時間をそれぞれ示している。   3 and 5 are diagrams schematically showing an example of the frequency characteristic of the insertion loss of the ultrasonic probe. FIG. 3 shows the frequency characteristic in the present embodiment, and FIG. 5 shows the frequency characteristic in the prior art. Each is shown. 3 and 5, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents insertion loss. 4 and 6 are diagrams schematically showing an example of the attenuation characteristic of the pulse wave transmitted by the ultrasonic probe. FIG. 4 shows the characteristic in the present embodiment, and FIG. 6 shows the prior art. The characteristics in are shown respectively. 4 and 6, the vertical axis represents the amplitude value of the pulse wave, and the horizontal axis represents time.

図5に示すように、従来技術における挿入損失の周波数特性は、共振周波数F0において挿入損失が最も小さくなるものの、共振周波数F0から離れると急激に挿入損失が大きくなってしまう。これに対し、本実施の形態においては、圧電材料11を振動方向(上下方向)に含有物の濃度勾配を有するように形成したので、図3に示すように、本実施の形態の挿入損失の周波数特性は、共振周波数F0において挿入損失が最も小さくなり、かつ、従来技術における挿入損失の周波数特性(図5参照)と比較して、挿入損失が小さい周波数帯域が広帯域となる特性を有する。そのため、従来技術におけるパルス波は振幅の減衰量の時間割合が小さい(図6参照)のに対して、本実施の形態では、図4に示すように、単位時間あたりの振幅の減衰量が大きい(減衰特性の良い)パルス波を送信することができる。   As shown in FIG. 5, in the frequency characteristics of the insertion loss in the prior art, the insertion loss becomes the smallest at the resonance frequency F0, but the insertion loss suddenly increases as the distance from the resonance frequency F0 increases. On the other hand, in the present embodiment, the piezoelectric material 11 is formed so as to have a concentration gradient of inclusions in the vibration direction (vertical direction), so that the insertion loss of the present embodiment is reduced as shown in FIG. The frequency characteristic has a characteristic that the insertion loss is the smallest at the resonance frequency F0, and the frequency band with a small insertion loss is a wide band as compared with the frequency characteristic of the insertion loss in the prior art (see FIG. 5). Therefore, the pulse wave in the prior art has a small time ratio of the amplitude attenuation amount (see FIG. 6), but in the present embodiment, the amplitude attenuation amount per unit time is large as shown in FIG. A pulse wave (having good attenuation characteristics) can be transmitted.

圧電材料11は、高周波数での超音波探触子の動作のために、ミクロンオーダの薄膜にする必要がある。したがって、圧電材料の製造方法としては、例えば、物理堆積法(PVD法)や化学堆積法(CVD法)などがあり、スパッタリング法、PLD法(パルスレーザ堆積法)、ゾルゲル法などを用いて製造する。   The piezoelectric material 11 needs to be a micron-order thin film for the operation of the ultrasonic probe at a high frequency. Therefore, as a method for manufacturing a piezoelectric material, for example, there are a physical deposition method (PVD method), a chemical deposition method (CVD method), and the like, which are manufactured using a sputtering method, a PLD method (pulse laser deposition method), a sol-gel method, and the like. To do.

スパッタリング法やPLD法には、圧電材料11のバルクターゲットに含有物を交ぜて成膜する方法や、バルクターゲットと含有物を別々に設置して成膜する方法、含有物をガス雰囲気で供給して成膜する方法などがある。また、ゾルゲル法には、圧電材料11の原料と含有物を溶媒に溶かし、含有物の濃度を変化させながら成膜する方法がある。   In the sputtering method and the PLD method, a method of forming a film by mixing inclusions with the bulk target of the piezoelectric material 11, a method of forming a film by separately setting the bulk target and the inclusions, and supplying the contents in a gas atmosphere. There is a method of forming a film. In addition, the sol-gel method includes a method in which the raw material and contents of the piezoelectric material 11 are dissolved in a solvent, and a film is formed while changing the concentration of the contents.

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。   The effect of the present embodiment configured as described above will be described.

半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象として超音波探傷法を用いる場合には、検査対象に送信する超音波の減衰特性や周波数などを考慮する必要がある。すなわち、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を考慮すると、単位時間あたりの減衰量が高い必要があり、また、ミクロンオーダの欠陥検出を考慮すると、超音波の波長が短い(周波数が高い)必要がある。しかしながら、上記従来技術における超音波探触子においては、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さが不十分であり、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象とする検査は困難であった。   When an ultrasonic flaw detection method is used with a structure having a fine structure such as a semiconductor chip as an inspection target, it is necessary to consider the attenuation characteristics and frequency of the ultrasonic wave transmitted to the inspection target. That is, considering separation of reflected waves from defects and reflected waves from other structures, attenuation per unit time needs to be high, and considering the detection of defects on the order of microns, the wavelength of ultrasonic waves Need to be short (high frequency). However, in the ultrasonic probe in the above prior art, the amount of attenuation and frequency of ultrasonic waves per unit time are insufficient, and a structure having a fine structure such as a semiconductor chip is to be inspected. The inspection was difficult.

これに対して本実施の形態においては、圧電材料11が上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部電極12側または下部電極13側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も上部電極12または下部電極13の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように構成したので、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the piezoelectric constant of the piezoelectric material 11 has a dispersion characteristic in the vertical direction, and the lattice constant increases as it approaches at least one of the upper electrode 12 side or the lower electrode 13 side. Since it is configured to have a concentration gradient in which the lattice constant in the vertical direction changes continuously so as to be close to the lattice constant of the upper electrode 12 or the lower electrode 13, the attenuation amount and frequency of ultrasonic waves per unit time are increased. Can be improved.

すなわち、本実施の形態においては、圧電材料11は振動方向(上下方向)に濃度勾配を持つように構成したので、超音波の挿入損失が広帯域化することによって、単位時間あたりの減衰量を向上することができ、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を精度良く行うことができる。   That is, in the present embodiment, since the piezoelectric material 11 is configured to have a concentration gradient in the vibration direction (vertical direction), the attenuation per unit time is improved by widening the insertion loss of ultrasonic waves. Therefore, the reflected wave from the defect and the reflected wave from other structures can be separated with high accuracy.

また、従来技術では、圧電材料11をミクロンオーダの薄膜にする必要から物理堆積法(PVD法)や化学堆積法(CVD法)などの製造方法を用いた場合に、構造強度の不足から膜厚を厚くすることができず、所望の共振周波数よりも高い周波数しか得られなかった。これに対して、本実施の形態においては、圧電材料11は上部電極12や下部電極13に近づくにつれて、格子定数も近くなるような濃度勾配を持つように構成したので、構造強度を向上することができ、厚膜化することができる。したがって、圧電材料11の厚膜化により所望の共振周波数をえることができる。   Further, in the prior art, since the piezoelectric material 11 needs to be a micron-order thin film, when the manufacturing method such as the physical deposition method (PVD method) or the chemical deposition method (CVD method) is used, the film thickness is insufficient due to insufficient structural strength. It was not possible to increase the thickness, and only a frequency higher than the desired resonance frequency was obtained. In contrast, in the present embodiment, the piezoelectric material 11 is configured to have a concentration gradient such that the lattice constant becomes closer as it approaches the upper electrode 12 and the lower electrode 13, thereby improving the structural strength. Can be made thicker. Therefore, a desired resonance frequency can be obtained by increasing the thickness of the piezoelectric material 11.

また、本実施形態によれば、超音波の周波数特性の広帯域化、及び高周波数化することができ、高分解能な探傷や映像化が可能となる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to widen the frequency characteristics of ultrasonic waves and increase the frequency, thereby enabling high-resolution flaw detection and imaging.

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図7を参照しつつ説明する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態は、第1の実施の形態における圧電材料を濃度勾配の異なる構成としたものである。   In this embodiment, the piezoelectric material in the first embodiment has a different concentration gradient.

図7は、本実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。   FIG. 7 is a side view schematically showing the configuration of the ultrasonic probe according to the present embodiment. In the figure, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7において、超音波探触子200は、圧電材料21と、圧電材料21の上下に設けられた導電性を有する上部電極22(上部導電体)及び下部電極23(下部導電体)と、下部電極23の下部に設けられたロッド基板24とを備えている。以降、上部電極22の方向を上方、下部電極23の方向を下方として説明する。   In FIG. 7, an ultrasonic probe 200 includes a piezoelectric material 21, an upper electrode 22 (upper conductor) and a lower electrode 23 (lower conductor) having conductivity provided above and below the piezoelectric material 21, and a lower portion. And a rod substrate 24 provided below the electrode 23. Hereinafter, the direction of the upper electrode 22 will be described as being upward, and the direction of the lower electrode 23 will be described as being downward.

上部電極22は、信号線により送受信部102に接続されており、また、下部電極23は、信号線により接地されている。上部電極22及び下部電極23の素材としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極22及び下部電極23は、厚くなるほど超音波探触子200の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、300μm以下で成膜する。なお、上部電極22と下部電極23の材料は必ずしも同じである必要は無く、後述するように、圧電材料21の格子定数における整合率が高くなるもの(言い換えると、格子定数が近くなるもの)をそれぞれ選択して用いる。   The upper electrode 22 is connected to the transmission / reception unit 102 by a signal line, and the lower electrode 23 is grounded by the signal line. Examples of the material of the upper electrode 22 and the lower electrode 23 include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), and titanium (Ti). The film is formed by sputtering or electron beam evaporation. Since the upper electrode 22 and the lower electrode 23 cause a decrease in the resonance frequency of the ultrasonic probe 200 as the thickness increases, the upper electrode 22 and the lower electrode 23 are formed with a thickness of 300 μm or less, for example. Note that the materials of the upper electrode 22 and the lower electrode 23 are not necessarily the same. As will be described later, a material having a higher matching rate in the lattice constant of the piezoelectric material 21 (in other words, a material having a closer lattice constant). Select and use each.

圧電材料21は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。   The piezoelectric material 21 is formed so that the acoustic wave velocity in the vertical direction has a dispersion characteristic and has a concentration gradient in which the vertical lattice constant continuously changes.

図7に示した圧電材料21は、下部電極23に近くなるにつれて、圧電材料21の格子定数が下部電極23の格子定数に近くなり、かつ、上部電極22に近くなるにつれて、圧電材料21の格子定数が上部電極22の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料21の上部21a、中部21b、および下部21cの含有物の濃度が、中部21bの格子定数と下部電極23の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、下部21cの格子定数と下部電極23の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)をもち、さらに、中部21bの格子定数と上部電極22の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、上部21aの格子定数と上部電極22の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)を持つように圧電材料21は形成されている。   7 is closer to the lower electrode 23, the lattice constant of the piezoelectric material 21 is closer to the lattice constant of the lower electrode 23 and closer to the upper electrode 22, the lattice of the piezoelectric material 21 is closer to the lower electrode 23. It is formed with a concentration gradient such that the constant is close to the lattice constant of the upper electrode 22. That is, the concentration of inclusions in the upper part 21a, the middle part 21b, and the lower part 21c of the piezoelectric material 21 is higher than the matching ratio (closeness of the lattice constant) of the lattice constant of the middle part 21b and the lattice constant of the lower electrode 23. It has a gradient (concentration gradient) in which the lattice constant and the lattice constant of the lower electrode 23 have a higher matching ratio (concentration gradient), and further, the matching ratio of the lattice constant of the middle part 21b and the lattice constant of the upper electrode 22 (closeness of the lattice constant). ), The piezoelectric material 21 is formed so as to have a gradient (concentration gradient) in which the matching rate between the lattice constant of the upper portion 21a and the lattice constant of the upper electrode 22 is higher.

圧電材料21の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料21は、厚さ方向(上下方向)に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料21は、上部電極22や下部電極23と格子定数の整合率が高いほど(格子定数が近いほど)、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料21内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料21と上部電極22や下部電極23の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。   The lattice constant of the piezoelectric material 21 varies depending on the concentration of the inclusion, and the piezoelectric material 21 is formed to have a gradient of the lattice constant by having a concentration gradient of the inclusion in the thickness direction (vertical direction). Has been. Moreover, the strength of the piezoelectric material 21 is improved as the lattice constant matching rate with the upper electrode 22 and the lower electrode 23 is higher (as the lattice constant is closer). Therefore, as in the present embodiment, the lattice constant matching ratio between the piezoelectric material 21 and the upper electrode 22 or the lower electrode 23 is increased while maintaining a high lattice constant matching ratio in the piezoelectric material 21. By constituting, the structural strength can be improved and the film thickness can be increased.

その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、圧電材料の格子定数との整合率を考慮して上部電極及び下部電極の素材を選択した場合でも、上部電極と下部電極で同じ素材を選択することが可能となるので、電極成膜を簡易的かつ安価に製造することができる。   In addition, even when the material of the upper electrode and the lower electrode is selected in consideration of the matching rate with the lattice constant of the piezoelectric material, it is possible to select the same material for the upper electrode and the lower electrode. It can be manufactured simply and inexpensively.

<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態を図8を参照しつつ説明する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態は、第1の実施の形態において下部電極を有しない構成としたものである。   In this embodiment, the lower electrode is not provided in the first embodiment.

図8は、本実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。   FIG. 8 is a side view schematically showing the configuration of the ultrasonic probe according to the present embodiment. In the figure, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図8において、超音波探触子300は、圧電材料31と、圧電材料31の上部に設けられた導電性を有する上部電極32(上部導電体)と、圧電材料21の下部に設けられた導電性を有するロッド基板34とを備えている。以降、上部電極32の方向を上方、ロッド基板34の方向を下方として説明する。   In FIG. 8, the ultrasonic probe 300 includes a piezoelectric material 31, a conductive upper electrode 32 (upper conductor) provided on the piezoelectric material 31, and a conductive material provided on the lower portion of the piezoelectric material 21. The rod board | substrate 34 which has property. In the following description, the direction of the upper electrode 32 is the upper side and the direction of the rod substrate 34 is the lower side.

上部電極32は、信号線により送受信部102に接続されており、また、ロッド基板34は、信号線により接地されている。上部電極32の素材としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極32は、厚くなるほど超音波探触子200の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、300μm以下で成膜する。   The upper electrode 32 is connected to the transmission / reception unit 102 by a signal line, and the rod substrate 34 is grounded by the signal line. Examples of the material of the upper electrode 32 include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), and titanium (Ti). The film is formed by the method or the electron beam evaporation method. Since the upper electrode 32 becomes a factor that lowers the resonance frequency of the ultrasonic probe 200 as the thickness increases, the upper electrode 32 is formed with a thickness of 300 μm or less, for example.

ロッド基板34の素材は、材料を添加した単結晶を用いている。ロッド基板34の素材としては、例えば、ランタン(La)、ニッケル(Ni)などを添加したチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)がよい。この場合、圧電材料31には、チタン酸鉛を用いるとよい。   The material of the rod substrate 34 is a single crystal to which material is added. As a material of the rod substrate 34, for example, strontium titanate (SrTiO3) to which lanthanum (La), nickel (Ni), or the like is added is preferable. In this case, lead titanate is preferably used for the piezoelectric material 31.

圧電材料31は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。   The piezoelectric material 31 is formed such that the acoustic wave velocity in the vertical direction has dispersion characteristics and has a concentration gradient in which the vertical lattice constant continuously changes.

図8に示した圧電材料31は、ロッド基板34に近くなるにつれて、圧電材料31の格子定数がロッド基板34の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料31の上部31a、中部31b、および下部31cの含有物の濃度が、上部31aの格子定数とロッド基板34の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、中部31bの格子定数とロッド基板34の格子定数の整合率の方が高く、さらに、下部31cの格子定数とロッド基板34の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)をもつように圧電材料31は形成されている。   The piezoelectric material 31 shown in FIG. 8 is formed with a concentration gradient such that the lattice constant of the piezoelectric material 31 approaches the lattice constant of the rod substrate 34 as it approaches the rod substrate 34. That is, the concentration of inclusions in the upper portion 31a, the middle portion 31b, and the lower portion 31c of the piezoelectric material 31 is higher than the matching rate (closeness of the lattice constant) of the lattice constant of the upper portion 31a and the lattice constant of the rod substrate 34. The matching rate between the lattice constant of the rod substrate 34 and the lattice constant of the rod substrate 34 is higher, and the gradient (concentration gradient) is such that the matching rate of the lattice constant of the lower portion 31c and the lattice constant of the rod substrate 34 is higher. The piezoelectric material 31 is formed.

なお、上部電極32は、圧電材料31の格子定数が上部電極32に近くなるにつれて、上部電極32の格子定数に近くなるような素材が選択されて用いられる。すなわち、言い換えると、圧電材料31の上部31a、中部31b、および下部31cの含有物の濃度が、下部31cの格子定数と上部電極32の格子定数の整合率(格子定数の近さ)よりも、中部31bの格子定数と上部電極32の格子定数の整合率の方が高く、さらに、上部31aの格子定数と上部電極32の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配(濃度勾配)をもつように圧電材料31が形成されているとも言える。   For the upper electrode 32, a material that is closer to the lattice constant of the upper electrode 32 is selected and used as the lattice constant of the piezoelectric material 31 becomes closer to the upper electrode 32. That is, in other words, the concentration of inclusions in the upper part 31a, the middle part 31b, and the lower part 31c of the piezoelectric material 31 is more than the matching ratio (closeness of the lattice constant) between the lattice constant of the lower part 31c and the lattice constant of the upper electrode 32. The gradient (concentration gradient) is such that the matching ratio between the lattice constant of the middle part 31b and the lattice constant of the upper electrode 32 is higher, and the matching ratio of the lattice constant of the upper part 31a and the upper electrode 32 is higher. It can also be said that the piezoelectric material 31 is formed so as to have.

圧電材料31の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料31は、厚さ方向(上下方向)に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料31は、上部電極32やロッド基板34と格子定数の整合率が高いほど(格子定数が近いほど)、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料31内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料31と上部電極32やロッド基板34の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。   The lattice constant of the piezoelectric material 31 changes depending on the concentration of the inclusion, and the piezoelectric material 31 is formed to have a gradient of the lattice constant by having a concentration gradient of the inclusion in the thickness direction (vertical direction). Has been. In addition, the piezoelectric material 31 has a higher strength as the lattice constant matching rate with the upper electrode 32 and the rod substrate 34 is higher (as the lattice constant is closer). Therefore, as in the present embodiment, the lattice constant matching ratio between the piezoelectric material 31 and the upper electrode 32 or the rod substrate 34 is increased while maintaining a high lattice constant matching ratio in the piezoelectric material 31. By constituting, the structural strength can be improved and the film thickness can be increased.

その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、導電性を有するロッド基板を用い、かつ、圧電材料との格子定数の整合率が高くなるように構成したので、下部電極が不要となり、簡易的かつ安価に製造することができる。   In addition, since a rod substrate having conductivity is used and the lattice constant matching rate with the piezoelectric material is increased, the lower electrode is not required, and it can be manufactured easily and inexpensively.

11,21,31 圧電材料
12,22,32 上部電極(上部導電体)
13,23 下部電極(下部導電体)
14,24 ロッド基板
34 ロッド基板(下部導電体)
100 超音波探触子
101 走査部
102 送受信部
103 制御部
104 表示部
11, 21, 31 Piezoelectric material 12, 22, 32 Upper electrode (upper conductor)
13, 23 Lower electrode (lower conductor)
14, 24 Rod substrate 34 Rod substrate (lower conductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ultrasonic probe 101 Scan part 102 Transmission / reception part 103 Control part 104 Display part

Claims (9)

圧電材料と、
前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備え、
前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有することを特徴とする超音波探触子。
A piezoelectric material;
A conductive upper conductor and a lower conductor provided above and below the piezoelectric material;
The piezoelectric material has a dispersion characteristic in the acoustic wave velocity in the vertical direction, and the lattice constant becomes the lattice constant of the upper conductor or the lower conductor as it approaches at least one of the upper conductor side or the lower conductor side. An ultrasonic probe characterized by having a concentration gradient in which the lattice constant in the vertical direction changes continuously so as to be close.
請求項1記載の超音波探触子において、
前記下部導電体の下部に設けられた基板をさらに備え、
前記下部導電体は、前記圧電素子の下端に接続された下部電極であることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1,
A substrate provided under the lower conductor;
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the lower conductor is a lower electrode connected to a lower end of the piezoelectric element.
請求項1記載の超音波探触子において、
前記下部導電体は、前記圧電素子の下端に接続された導電性を有する基板であることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the lower conductor is a conductive substrate connected to a lower end of the piezoelectric element.
請求項1〜3の何れか1項記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、酸化物または窒化物であることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3,
The ultrasonic probe, wherein the piezoelectric material is an oxide or a nitride.
請求項4記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)、又はチタン酸鉛(PbTiO3)の何れかで形成されたことを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 4,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the piezoelectric material is formed of any one of zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), and lead titanate (PbTiO3).
請求項4記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、マグネシウム(Mg)を含有する酸化亜鉛(ZnO)で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 4,
The ultrasonic probe, wherein the piezoelectric material is formed of zinc oxide (ZnO) containing magnesium (Mg).
請求項4記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、スカンジウム(Sc)を含有する窒化アルミニウム(AlN)で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 4,
The ultrasonic probe, wherein the piezoelectric material is formed of aluminum nitride (AlN) containing scandium (Sc).
請求項4記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、ジルコニウム(Zr)を含有するチタン酸鉛(PbTiO3)で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 4,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the piezoelectric material is formed of lead titanate (PbTiO3) containing zirconium (Zr).
圧電材料と、前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備えた超音波探触子であって、前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有する超音波探触子と、
前記上部導電体と下部導電体の間に駆動信号としての電圧信号を印加することにより、前記超音探触子から検査対象に超音波を照射させるとともに、検査対象からの反射波により前記超音波探触子で生じた電圧信号を受信信号として受信する送受信部と
を備えたことを特徴とする超音波探傷システム。
An ultrasonic probe comprising a piezoelectric material and a conductive upper conductor and a lower conductor provided above and below the piezoelectric material, wherein the piezoelectric material has a dispersion of acoustic propagation velocity in the vertical direction. The lattice constant in the vertical direction is continuous so that the lattice constant becomes closer to the lattice constant of the upper conductor or the lower conductor as it has characteristics and becomes closer to at least one of the upper conductor side or the lower conductor side. An ultrasonic probe having a concentration gradient that changes to
By applying a voltage signal as a drive signal between the upper conductor and the lower conductor, an ultrasonic wave is irradiated from the ultrasonic probe to the inspection object, and the ultrasonic wave is reflected by a reflected wave from the inspection object. An ultrasonic flaw detection system comprising: a transmission / reception unit that receives a voltage signal generated by a probe as a reception signal.
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