JP2017005525A - Ultrasonic device and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波装置およびその製造方法に関するものである。ここでいう「超音波装置」とは、超音波の送信を専ら行なうための装置、超音波の受信を専ら行なうための装置、超音波装置の送信および受信を行なうための装置のいずれをも含む概念である。 The present invention relates to an ultrasonic device and a method for manufacturing the same. The term “ultrasonic device” as used herein includes any of a device for exclusively transmitting ultrasonic waves, a device for exclusively receiving ultrasonic waves, and a device for transmitting and receiving ultrasonic devices. It is a concept.
実願昭61−175778号(実開昭63−81273号)のマイクロフィルム(特許文献1)には、圧電振動子と圧電振動子に重ねられた音響整合層とを備える装置が開示されている。音響整合層はケースの口部に固定されており、圧電振動子はケースの内部に配置されている。圧電振動子の両主面からはリード線が引き出されている。 Japanese Patent Application No. 61-175778 (Japanese Utility Model Publication No. 63-81273) discloses a device including a piezoelectric vibrator and an acoustic matching layer superimposed on the piezoelectric vibrator. . The acoustic matching layer is fixed to the mouth of the case, and the piezoelectric vibrator is disposed inside the case. Lead wires are drawn out from both main surfaces of the piezoelectric vibrator.
特開平4−336799号公報(特許文献2)には、変換器素子とこれに重ねられた音響整合層とを備える装置が開示されている。この装置の両端の2ヶ所からは導線によって電気的引出しが行なわれている。 Japanese Patent Laid-Open No. 4-336799 (Patent Document 2) discloses an apparatus including a transducer element and an acoustic matching layer superimposed on the transducer element. Electrical extraction is performed from two places on both ends of the apparatus by means of conductive wires.
圧電素子を支持するために、各圧電素子に個別のケースが備わっている場合、ケースが邪魔となって、複数の圧電素子を高密度に配置することが難しい。仮に配置できるとしても組立作業の効率が悪い。 In order to support the piezoelectric elements, when each piezoelectric element is provided with an individual case, it is difficult to arrange the plurality of piezoelectric elements at a high density because the case becomes an obstacle. Even if it can be arranged, the efficiency of the assembly work is poor.
そこで、本発明は、高密度に圧電素子を配列することができる超音波装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic apparatus capable of arranging piezoelectric elements at high density and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、本発明に基づく超音波装置は、表面を有する基板と、上記基板の表面を向く第1主表面および上記第1主表面とは逆を向く第2主表面を有する平板状であり、圧電体を含み、互いに離隔している複数の圧電素子と、上記複数の圧電素子の各々において上記第2主表面に重なるように配置された音響整合層と、上記複数の圧電素子の各々において上記第1主表面と上記基板の表面との間に介在する導電性の2個以上の支持部材とを備え、上記複数の圧電素子の各々は、上記基板から離隔するようにして上記2個以上の支持部材によって支持され、上記圧電素子と上記基板との間は上記支持部材を介して導通している。 To achieve the above object, an ultrasonic apparatus according to the present invention includes a substrate having a surface, a first main surface facing the surface of the substrate, and a flat plate having a second main surface facing the first main surface. A plurality of piezoelectric elements that are separated from each other, include a piezoelectric body, an acoustic matching layer disposed so as to overlap the second main surface of each of the plurality of piezoelectric elements, and the plurality of piezoelectric elements Each having two or more conductive support members interposed between the first main surface and the surface of the substrate, each of the plurality of piezoelectric elements being separated from the substrate. It is supported by two or more support members, and the piezoelectric element and the substrate are electrically connected via the support members.
上記発明において好ましくは、上記圧電素子は、上記第1主表面に配置された第1電極と、上記第2主表面に配置された第2電極と、上記第1電極に対する絶縁を維持しつつ上記第2電極から上記第1主表面にまで引き出された第2電極引出部とを備え、上記第1電極および上記第2電極は上記圧電体を挟んでおり、上記2個以上の支持部材のうちの少なくとも1個は上記第1電極に接続されており、上記2個以上の支持部材のうち他の少なくとも1個が上記第2電極引出部に接続されている。 Preferably, in the above invention, the piezoelectric element includes the first electrode disposed on the first main surface, the second electrode disposed on the second main surface, and the insulation while maintaining insulation with respect to the first electrode. A second electrode lead portion led out from the second electrode to the first main surface, wherein the first electrode and the second electrode sandwich the piezoelectric body, and the two of the two or more support members Are connected to the first electrode, and at least one of the two or more support members is connected to the second electrode lead-out portion.
上記発明において好ましくは、上記支持部材は、上記圧電体より軟らかい。
上記発明において好ましくは、1個の上記圧電素子に対応する上記音響整合層は、複数に分割されている。
In the present invention, preferably, the support member is softer than the piezoelectric body.
Preferably, in the above invention, the acoustic matching layer corresponding to one piezoelectric element is divided into a plurality of parts.
上記発明において好ましくは、上記圧電素子の振動モードは、横効果広がり振動、横効果長さ振動、縦効果長さ振動、厚み縦振動、厚み縦振動の高調波、または、上記圧電素子の伸縮変形もしくは広がり変形と音響整合層とが複合した厚み方向への屈曲振動である。 Preferably, in the above invention, the vibration mode of the piezoelectric element is transverse effect spreading vibration, transverse effect length vibration, longitudinal effect length vibration, thickness longitudinal vibration, harmonic of thickness longitudinal vibration, or expansion / contraction deformation of the piezoelectric element. Alternatively, it is bending vibration in the thickness direction in which spread deformation and the acoustic matching layer are combined.
上記目的を達成するため、本発明に基づく超音波装置の製造方法は、複数の圧電素子に相当し、第1面およびその反対側を向く第2面を有する平板状の圧電体親基板の第2面と音響整合層親基板とを貼り合わせる工程と、上記圧電体親基板の上記第1面に、複数の導電性の支持部材を接合または形成する工程と、上記圧電体親基板を個々の圧電素子に対応する領域ごとに完全に分断しつつ、上記音響整合層親基板は完全には分断しない程度に上記第1面から切込みを入れる工程と、上記支持部材を基板に接合することによって、上記圧電体親基板が上記基板から離隔するようにして2個以上の上記支持部材によって支持され、個々の圧電素子と上記基板との間が上記支持部材を介して導通している状態を作り出す工程と、上記音響整合層親基板の分断せずに残っていた部分を切断する工程とを含む。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing an ultrasonic device according to the present invention corresponds to a plurality of piezoelectric elements, and includes a first piezoelectric main substrate having a flat plate shape having a first surface and a second surface facing the opposite side. Bonding the two surfaces and the acoustic matching layer parent substrate to each other, bonding or forming a plurality of conductive support members on the first surface of the piezoelectric parent substrate, By cutting into the first surface to the extent that the acoustic matching layer parent substrate is not completely divided while completely dividing each region corresponding to the piezoelectric element, and by joining the support member to the substrate, A step of creating a state in which the piezoelectric main substrate is supported by two or more of the support members so as to be separated from the substrate, and the individual piezoelectric elements and the substrate are electrically connected via the support members. And the acoustic matching layer parent And a step of cutting the portion that remained without disruption of.
本発明によれば、各音響変換素子の周囲に部材がない状態とすることができるので、高密度に圧電素子を配列した超音波装置とすることができる。 According to the present invention, since there can be no member around each acoustic transducer element, an ultrasonic device in which piezoelectric elements are arranged at high density can be obtained.
(実施の形態1)
(構成)
図1〜図6を参照して、本発明に基づく実施の形態1における超音波装置について説明する。超音波装置101の部分平面図を図1に示す。超音波装置101の第1の側面図を図2に示し、第2の側面図を図3に示す。図2は、図1における右側から見たところに相当し、図3は、図1における下側から見たところに相当する。
(Embodiment 1)
(Constitution)
With reference to FIGS. 1-6, the ultrasonic apparatus in
本実施の形態における超音波装置101は、超音波を送信、受信または送信および受信の両方を行なうための装置である。超音波装置101は、音響変換アレイ53と、これに接続された回路55とを備える。回路55は、たとえば送信駆動回路または受信信号処理回路である。あるいは、回路55は送信駆動回路と受信信号処理回路とを兼ねる回路であってもよい。音響変換アレイ53は、基板1と、基板1上に配列された複数の音響変換素子51とを備える。音響変換素子51は、圧電素子21と音響整合層3とを備える。
The
本実施の形態における超音波装置101は、表面1uを有する基板1と、基板1の表面1uを向く第1主表面21aおよび第1主表面21aとは逆を向く第2主表面21bを有する平板状であり、圧電体2を含み、互いに離隔している複数の圧電素子21と、複数の圧電素子21の各々において第2主表面21bに重なるように配置された音響整合層3と、複数の圧電素子21の各々において第1主表面21aと基板1の表面1uとの間に介在する導電性の2個以上の支持部材4とを備える。複数の圧電素子21の各々は、基板1から離隔するようにして2個以上の支持部材4によって支持される。圧電素子21と基板1との間は支持部材4を介して導通している。ここでいう基板1は、表面1uにたとえば電極パターンなどによる何らかの電極を有するものであってよい。その場合、そのような電極を含めた全体を「基板」と呼んでいる。
The
さらに圧電素子21の詳しい構造について一例を示す。圧電素子21を第1主表面21aの側から見たところを図4に示す。圧電素子21を第2主表面21bの側から見たところを図5に示す。図5に示すように、第2主表面21bの全面に第2電極6bが設けられている。図4に示すように、第1主表面21aのほとんどの領域には第1電極6aが設けられている。第1主表面21aにおける第1電極6aには切欠き17が設けられており、第2電極6bから第1主表面21aにまで引き出された第2電極引出部6cが切欠き17に入り込んでいる。第1電極6aと第2電極引出部6cとは接しておらず、両者の間の絶縁が確保されている。なお、ここで示した切欠き17の形状はあくまで一例であって、この形状に限るものではない。
Furthermore, an example is shown about the detailed structure of the
図4に示すように、第1主表面21aの中央には、2個の支持部材4が接合されるべき領域がある。2個の支持部材4はそれぞれ長方形の接合面を有している。2個の支持部材4は互いに平行に配置される。ここで示した例では、2個の支持部材4は互いに平行となっているが、平行である配置に限るものではなく、他の位置関係の配置であってもよい。
As shown in FIG. 4, in the center of the first
図6に、圧電素子21に支持部材4を接合する様子を示す。ここでは、圧電素子21に既に音響整合層3が接合されている。支持部材4は、圧電素子21の音響整合層3とは逆側の面、すなわち、第1主表面21aに接合される。2個の支持部材4のうち一方は、第1電極6aに接合され、もう一方は第2電極引出部6cに接合される。こうして音響変換素子51(図3参照)が得られる。
FIG. 6 shows how the
なお、図4〜図6に示したように、第1電極に何らかの切欠きを設けて第2電極引出部を引き込む構造を、「部分電極構造」ともいう。 As shown in FIGS. 4 to 6, the structure in which the first electrode is provided with some notches and the second electrode lead portion is drawn is also referred to as a “partial electrode structure”.
(作用・効果)
本実施の形態によれば、さまざまな振動モードに適応可能な超音波装置を実現することができる。
(Action / Effect)
According to the present embodiment, it is possible to realize an ultrasonic apparatus that can be adapted to various vibration modes.
本実施の形態では、圧電素子21の導通および支持を圧電素子21の基板1側の面で行なうことができ、各音響変換素子51の周囲に部材がない状態とすることができるので、音響整合層3を高密度に配列することができる。すなわち、本実施の形態によれば、高密度に圧電素子を配列することができる超音波装置とすることができる。したがって、超音波の受信に用いる場合には、小型で高分解能の超音波装置とすることができる。複数の音響変換素子51を基板1の表面に配列するに当たっては、1列または2列で細長く配列することも当然可能であるが、これに限らず、より多くの列数による配列も容易である。ここでは複数の音響変換素子を基板の表面にm個×n個(m,nは整数)のマトリックス状に配置する場合について説明したが、マトリックス状の配置に限らず、他の任意の配置であってもよい。
In the present embodiment, conduction and support of the
本実施の形態で示したように、超音波装置101としては、以下の構成を備えることが好ましいといえる。圧電素子21は、第1主表面21aに配置された第1電極6aと、第2主表面21bに配置された第2電極6bと、第1電極6aに対する絶縁を維持しつつ第2電極6bから第1主表面21aにまで引き出された第2電極引出部6cとを備える。第1電極6aおよび第2電極6bは圧電体2を挟んでいる。2個以上の支持部材4のうちの少なくとも1個は第1電極6aに接続されており、2個以上の支持部材4のうち他の少なくとも1個が第2電極引出部6cに接続されている。この構成を採用することにより、圧電素子21の両面に対する電圧印加に寄与する電極を第1主表面21aの所望の位置に集約することができ、圧電素子21に対する電気的接続を効率良く行なうことができる。
As shown in this embodiment, it can be said that the
本実施の形態で示したように部分電極構造を採用した場合、第1電極6aと第2電極引出部6cとは、同一工程で一体的な導体膜として形成してからパターニングすることで分離して同時に形成することができるので、加工工程の増加を避けることができる。したがって、製造コストを抑えることができる。本実施の形態では、圧電素子21は部分電極構造を採用したものとして説明したが、これはあくまで一例であり、他の電極構造であってもよい。部分電極構造を採用した場合、振動モードとしては、少なくとも、横効果広がり振動、厚み縦振動、または厚み縦振動の高調波、屈曲振動に適用することができる。
When the partial electrode structure is adopted as shown in the present embodiment, the
(振動モード)
本実施の形態における超音波装置101においては、圧電素子21の振動モードは、横効果広がり振動、横効果長さ振動、縦効果長さ振動、厚み縦振動、厚み縦振動の高調波、または、前記圧電素子の伸縮変形もしくは広がり変形と音響整合層とが複合した厚み方向への屈曲振動のいずれかであってもよい。この構成を採用することにより、さまざまな振動モードによる送受信に対応することができ、設計の自由度が高まる。
(Vibration mode)
In the
「横効果広がり振動」とは、図7に示すようなものである。圧電素子21は板状となっている。矢印91は圧電素子21に含まれる圧電体の分極方向を示す。矢印95は振動方向を示す。矢印91で示されるように圧電素子21の圧電体は厚み方向に分極されており、矢印95で示されるように、圧電素子21は面方向の拡大縮小を繰り返すように振動する。
The “lateral effect spreading vibration” is as shown in FIG. The
「横効果長さ振動」とは、図8に示すようなものである。圧電素子21は細長い形状となっている。矢印91で示されるように圧電素子21の圧電体は厚み方向に分極されており、矢印95で示されるように、圧電素子21は長手方向に伸縮を繰り返すように振動する。
The “lateral effect length vibration” is as shown in FIG. The
「縦効果長さ振動」とは、図9に示すようなものである。圧電素子21は細長い形状であり、複数の圧電体を直列に接続したものとなっている。この圧電素子21に含まれる複数の圧電体はそれぞれ矢印91に示されるように分極されている。すなわち、隣接する圧電体同士は互いに逆向きとなるように分極されている。隣接する圧電体同士の界面にはそれぞれ電極が配置されているが、これらの電極は分極の向きに対応して1層おきに同電位となるように電気的に接続されている。送信時には、1層おきに接続された電極を利用して送信電圧を印加することにより、矢印95で示されるように、圧電素子21は長手方向に伸縮を繰り返すように振動する。一方、受信時には、矢印95に示される長手方向の伸縮により、1層おきに接続された電極から信号の取り出しを行なう。
The “longitudinal effect length vibration” is as shown in FIG. The
「縦効果厚み振動」とは、図10に示すようなものである。圧電素子21は厚板状となっている。矢印91で示されるように圧電素子21の圧電体は厚み方向に分極されており、矢印95で示されるように、圧電素子21は厚み方向に伸縮を繰り返すように振動する。
The “longitudinal effect thickness vibration” is as shown in FIG. The
(実施の形態2)
(構成)
図11〜図12を参照して、本発明に基づく実施の形態2における超音波装置について説明する。本実施の形態における超音波装置の構成は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様である。実施の形態1に比べて、以下の点が異なる。
(Embodiment 2)
(Constitution)
With reference to FIGS. 11-12, the ultrasonic apparatus in
本実施の形態における超音波装置に備わる音響変換素子の分解図を図11に示し、断面図を図12に示す。この音響変換素子は圧電素子21iを備える。したがって、本実施の形態における超音波装置は、圧電素子21iを備えるといえる。圧電素子21iは、絶縁層8を備える。図11に示すように、第1主表面21aの一辺の近傍を除いたほぼ全ての領域には第1電極6aが設けられている。図11および図12に示すように、第1電極6aに部分的に重なるように絶縁層8が配置され、さらにその絶縁層8の上に部分的に重なるように第2電極引出部6cが配置される。第2電極引出部6cは、圧電素子21iの音響整合層3側の主表面である第2主表面21bの全面に形成された第2電極6bから端面を経て第1主表面21aにまで引き出されたものである。第1電極6aと第2電極引出部6cとの間は絶縁層8によって絶縁が確保されている。第1主表面21aの中央に2個の支持部材4が接合されるという点は、実施の形態1で説明したものと同様である。
FIG. 11 shows an exploded view of the acoustic transducer provided in the ultrasonic apparatus according to the present embodiment, and FIG. 12 shows a cross-sectional view thereof. This acoustic conversion element includes a piezoelectric element 21i. Therefore, it can be said that the ultrasonic apparatus according to the present embodiment includes the piezoelectric element 21i. The piezoelectric element 21 i includes an insulating
なお、図11〜図12に示したように、何らかの絶縁層を介して2つの電極が重なる部分を設けた構造を、「絶縁層構造」ともいう。 Note that, as shown in FIGS. 11 to 12, a structure in which a portion where two electrodes overlap through some kind of insulating layer is also referred to as an “insulating layer structure”.
(作用・効果)
本実施の形態では、圧電素子21iを備えているので、実施の形態1で説明した部分電極構造に比べて、圧電体2のより多くの部分を利用することができる。本実施の形態では、第1電極6aには切欠きを設ける必要がない。
(Action / Effect)
In the present embodiment, since the piezoelectric element 21i is provided, more parts of the
本実施の形態では、圧電体のほぼ全ての部分を利用することができるので、高性能な超音波装置を実現することができる。 In the present embodiment, since almost all the part of the piezoelectric body can be used, a high-performance ultrasonic device can be realized.
(実施の形態3)
(構成)
図13を参照して、本発明に基づく実施の形態3における超音波装置について説明する。本実施の形態における超音波装置の構成は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様である。実施の形態1に比べて、以下の点が異なる。
(Embodiment 3)
(Constitution)
With reference to FIG. 13, the ultrasonic apparatus in
本実施の形態における超音波装置に備わる音響変換素子の斜視図を図13に示す。この音響変換素子は圧電素子21jを備える。したがって、本実施の形態における超音波装置は、圧電素子21jを備えるといえる。圧電素子21jは第1主表面21aに表面電極7a,7bを備える。表面電極7a,7bは互いに接することなく、間隙を介して配置されている。圧電素子21jは複数の内部電極9を備える。内部電極9は一方の端面から延在するものと、他方の端面から延在するものとが交互に配置されている。すなわち、側面から見たときには2つの櫛形の導電性構造体同士が互いに対向して組み合わさっているように見える。この構造を採ることにより、複数の内部電極9のうち一部は表面電極7aと電気的に接続されており、他の内部電極9は表面電極7bと電気的に接続されている。2個の支持部材4のうち1個は表面電極7aに接合されており、他の1個は表面電極7bに接合されている。2つの櫛形の導電性構造体は同じ材料で形成されていてよいが、図13では、表面電極7aと同電位のものと、表面電極7bと同電位のものとの区別を明瞭にするために、両者に異なったハッチングを付して表示している。
FIG. 13 shows a perspective view of the acoustic transducer provided in the ultrasonic apparatus according to the present embodiment. This acoustic conversion element includes a
(作用・効果)
本実施の形態では、圧電素子21j内に複数の内部電極9を備えているので、横効果長さ振動、縦効果厚み振動、および、縦効果厚み振動の高調波に適用することができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, since the plurality of
(実施の形態4)
(構成)
図14〜図16を参照して、本発明に基づく実施の形態4における超音波装置について説明する。本実施の形態における超音波装置の構成は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様である。実施の形態1に比べて、以下の点が異なる。
(Embodiment 4)
(Constitution)
With reference to FIGS. 14-16, the ultrasonic device in
本実施の形態における超音波装置に備わる音響変換素子の斜視図を図14に示す。したがって、本実施の形態における超音波装置は、圧電素子21kを備えるといえる。圧電素子21kは、表面電極7を備える。圧電素子21kは、複数の圧電体2を積層した構造を有する。圧電体2同士の間には導体膜として形成された内部電極10が介在している。複数の圧電体2は矢印91で示すようにそれぞれ厚み方向に分極している。図14に示すように、複数の圧電体2のうち隣接するもの同士は互いに逆向きに分極している。複数の圧電体2のうちの1つを取り出して平面的に見たところを図15に示す。複数の圧電体2のうちの他の1つを取り出して平面的に見たところを図16に示す。圧電体2の表面のうちの大部分を内部電極10としての導体膜が覆っているが、1つの隅に内部電極10に覆われていない領域が形成されている。この領域には層間接続導体11が形成されている。層間接続導体11は、たとえばビアホールまたはスルーホールである。
FIG. 14 is a perspective view of an acoustic conversion element provided in the ultrasonic apparatus according to the present embodiment. Therefore, it can be said that the ultrasonic apparatus according to the present embodiment includes the
(作用・効果)
本実施の形態では、圧電素子21k内に複数の内部電極9を備えているので、横効果長さ振動、縦効果厚み振動、および、縦効果厚み振動の高調波に適用することができる。本実施の形態では、2次元配置のアレイを構成する場合、有利である。
(Action / Effect)
In the present embodiment, since the plurality of
(実施の形態5)
(構成)
図17を参照して、本発明に基づく実施の形態5における超音波装置について説明する。本実施の形態における超音波装置の構成は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様である。実施の形態1に比べて、以下の点が異なる。
(Embodiment 5)
(Constitution)
With reference to FIG. 17, the ultrasonic apparatus in
本実施の形態における超音波装置に備わる音響変換素子の斜視図を図17に示す。したがって、本実施の形態における超音波装置は、圧電素子21nを備えるといえる。圧電素子21nは、音響整合層3の側を向く主表面に電極13を有し、音響整合層3とは反対の側を向く主表面に電極12a,12bを備える。圧電素子21nは圧電体2を含んでいる。圧電体2は、電極12a,12bと電極13とによって挟まれている。圧電体2は、矢印91に示されるように厚み方向に分極されている。圧電体2は一体的なものであってもよいが、図17に示すように約半分の領域ごとに分極の向きが変わっている。圧電素子21nに含まれる圧電体2においては、図17における左半分と右半分とで分極の向きが逆になっている。
FIG. 17 is a perspective view of the acoustic conversion element provided in the ultrasonic apparatus according to the present embodiment. Therefore, it can be said that the ultrasonic apparatus according to the present embodiment includes the piezoelectric element 21n. The piezoelectric element 21n includes an
(作用・効果)
本実施の形態では、圧電素子21nを備えている。本実施の形態では、加工工程の増加を避けることができる。したがって、製造コストを抑えることができる。本実施の形態では、振動モードとしては、横効果広がり振動、横効果長さ振動に有利である。
(Action / Effect)
In the present embodiment, a piezoelectric element 21n is provided. In the present embodiment, an increase in processing steps can be avoided. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed. In this embodiment, the vibration mode is advantageous for lateral effect spreading vibration and lateral effect length vibration.
ここまでいくつかの実施の形態により説明したように、圧電素子の配線の構造には複数の選択肢がある。圧電体2の振幅の小さい位置に支持部材4を配置することが考えられる。不要な振動を抑制するために適した位置に支持部材4または層間接続導体を配置することも考えられる。このように性能上の要請に応じて柔軟に対応することができる。このように選択肢が多いことによって、コスト上の要請にも対応することができる。
As described above with reference to some embodiments, there are a plurality of options for the wiring structure of the piezoelectric element. It is conceivable to arrange the
圧電素子に含まれる圧電体2の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、PZT3成分系、チタン酸鉛(PT)、ニオブ酸カリウム・ナトリウム(KNN)などの圧電セラミックスであってもよい。あるいは、水晶、タンタル酸リチウム(LT)、ニオブ酸リチウム(LN)、ランガサイト、マグネシウムニオブ酸・タンタル酸鉛(PMN−PT)固溶体などの圧電単結晶でもよい。
The material of the
音響整合層3は、樹脂単独であってもよく、樹脂より比重の小さい物質と樹脂との混合物であってもよい。ここでいう樹脂より比重の小さい物質は、たとえば中空粒子であってもよい。
The
音響整合層3は、圧電素子より小さく音響媒質気体より大きい音響インピーダンスを有する。音響整合層3は、利用する超音波周波数の縦波の1/4波長または3/4波長付近に相当する厚みを有することが好ましい。
The
基板1は絶縁性基材に導電膜や導電箔を設けたプリント基板単体であってもよい。あるいは、硬く重い金属などの基材に電気配線基板を取りつけたものであってもよい。
The
(実施の形態6)
(製造方法)
図18〜図28を参照して、本発明に基づく実施の形態6における超音波装置の製造方法について説明する。本実施の形態における超音波装置の製造方法のフローチャートを図18に示す。
(Embodiment 6)
(Production method)
With reference to FIGS. 18 to 28, a method of manufacturing an ultrasonic apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 shows a flowchart of the method for manufacturing the ultrasonic device in the present embodiment.
本実施の形態における超音波装置の製造方法は、複数の圧電素子21に相当し、第1面およびその反対側を向く第2面を有する平板状の圧電体親基板202の第2面と音響整合層親基板203とを貼り合わせる工程S1と、圧電体親基板202の第1面に、複数の導電性の支持部材4を接合または形成する工程S2と、圧電体親基板202を個々の圧電素子21に対応する領域ごとに完全に分断しつつ、音響整合層親基板203は完全には分断しない程度に第1面から切込みを入れる工程S3と、支持部材4を基板1に接合することによって、圧電体親基板202が基板1から離隔するようにして2個以上の支持部材4によって支持され、個々の圧電素子21と基板1との間が支持部材4を介して導通している状態を作り出す工程S4と、音響整合層親基板203の分断せずに残っていた部分を切断する工程S5とを含む。
The manufacturing method of the ultrasonic device in the present embodiment corresponds to the plurality of
本実施の形態における超音波装置の製造方法について、より詳しく説明する。ここでは一例として、実施の形態1で説明した超音波装置101を作製するものとする。超音波装置101は圧電素子21を備えているので、この製造方法の中でも特に圧電素子21を作製する工程について詳しく説明する。
The method for manufacturing the ultrasonic device in the present embodiment will be described in more detail. Here, as an example, the
まず、図19に示すように、平板状の圧電体親基板201を用意する。圧電体親基板201の表面はたとえばラッピング加工によって平滑度を増しておくことが好ましい。
First, as shown in FIG. 19, a flat piezoelectric
図20に示すように、圧電体親基板201の表裏両面に電極パターン206を形成する。電極パターン206は導電体膜である。電極パターン206はたとえば金属膜によって形成する。電極パターン206の形成方法は、印刷であっても焼付けであってもよい。圧電体親基板201の表裏両面のうち図20で上側に見えている面を第1面とし、下側に隠れている面を第2面とする。図20に示すように、第1面では、電極パターン206は第1主表面21a(図4参照)に対応するパターンを複数組み合わせた状態となっている。第2面では、電極パターン206は全面を覆う状態となっている。
As shown in FIG. 20,
圧電体親基板201に必要な分極処理を行なう。
図21に示すように短冊形状を切り出す。こうして、圧電体親基板201に代わって圧電体親基板202が得られる。圧電体親基板202の表裏両面は、引き続き「第1面」および「第2面」と呼ぶものとする。すなわち、図21において上側に見えている面が第1面であり、下側に隠れている面が第2面である。
Necessary polarization processing is performed on the piezoelectric
A strip shape is cut out as shown in FIG. In this way, the piezoelectric
図22に示すように、端面に電極14を形成する。端面電極14は、矢印で示すようにスパッタ加工を行なうことにより形成することができる。
As shown in FIG. 22, the
工程S1として、図23に示すように、圧電体親基板202に音響整合層親基板203を接合する。音響整合層親基板203は、圧電体親基板202に重ねるように接合される。
As step S <b> 1, as shown in FIG. 23, the acoustic matching
工程S2として、図24に示すように、導電性の支持部材4を形成する。支持部材4を形成するに当たっては、導電性樹脂を印刷することによって形成してもよい。あるいは、ディスペンスし、硬化させることによって形成してもよい。支持部材4となるべき材料が硬化した後で、カットまたは研磨によって形状を修正してもよい。支持部材4は、予め別の固形部材として形成しておいて、圧電体親基板202の表面に接合することとしてもよい。
As step S2, a
工程S3として、図25に示すように、圧電体親基板202を完全に分断し、なおかつ、音響整合層親基板203を厚み方向の途中まで切り込むように、切込み209を設ける。ここでいう「厚み方向」とは、図25における上下方向を意味する。工程S3は、圧電体親基板202を個々の圧電素子に対応する領域ごとに完全に分断しつつ、音響整合層親基板203は完全には分断しない程度に第1面から切込みを入れるものである。図25に示した例では、第1面から切込みを入れる際に、第1面に対して垂直に切込みを入れているが、これはあくまで一例であって、垂直とは限らない。たとえば第1面から斜めに切込みを入れてもよい。工程S3までを行なった時点では、音響整合層親基板203の一部はつながっているので、図25に示した構造体は全体として一体性を保っている。
As step S3, as shown in FIG. 25, a
工程S4として、図25に示した構造体を裏返して、図26に示すように基板1に対して貼り付ける。基板1は別途用意されたものである。基板1の表面には予め必要な配線16が形成されている。この貼付けの際には、支持部材4を介して支持および導通が行なわれるように貼り付ける。これにより、個々の圧電素子21と基板1との間が、支持部材4を介して導通している状態となる。個々の圧電素子21の領域ごとに注目すれば、圧電体親基板が基板1から離隔するようにして2個以上の支持部材4によって支持される状態となる。図26では、1枚の基板1の表面に、図25に示した構造体が複数個貼り付けられている。ここでは、図25に示した構造体が1枚の基板1上で1列に並んで配列されているが、配列の仕方はこれに限らない。
In step S4, the structure shown in FIG. 25 is turned over and attached to the
工程S5として、図27に示すように、音響整合層親基板203が完全に分断されずに残っていた部分を切断する。すなわち、矢印96に示すように公知技術によりそれぞれ切断を行なう。こうして、個別の音響整合層3が得られる。
As step S5, as shown in FIG. 27, the portion of the acoustic matching
図28に示すように、基板1の表面に複数の音響変換素子51が配列された音響変換アレイが得られる。さらに、この音響変換アレイに駆動および/または受信のために必要な回路55(図3参照)を接続する。こうして、超音波装置101(図3参照)が得られる。
As shown in FIG. 28, an acoustic conversion array in which a plurality of
なお、これまでの全ての実施の形態について、以下のことがいえる。
圧電素子と基板との間に介在する支持部材4は、圧電素子に含まれる圧電体2より軟らかいことが好ましい。支持部材4はシリコーン、ウレタンなどのゴム弾性を有する樹脂またはエポキシなどのリジッドな樹脂のいずれかであってもよい。既に述べたように、支持部材4は導電性を有している。支持部材4は、圧電素子の基板1に対向する側の面の全面または一部分に、両極性用として2個以上配置される。支持部材4の設置場所は圧電素子の振動時のノード点付近が好ましい。支持部材4の位置および大きさは、圧電素子の振動を阻害しない位置および大きさに設定することが好ましい。支持部材4を用いて支持および導通を確保することによって、圧電素子の振動が基板、隣接する素子などに漏洩するという問題を回避することができる。
In addition, the following can be said about all the embodiments so far.
The
1個の圧電素子に対応する音響整合層3は、複数に分割されていることが好ましい。音響放射面の振幅と振動面積との効率を良くするために、1つの圧電素子の中で音響整合層3が複数に分割されていてもよい。あるいは、1つの圧電素子の中で音響整合層3に段差や傾斜があってもよい。音響放射面の振幅と振動面積との効率を上げることによって、音圧および感度を上げることが可能である。
The
なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
In addition, you may employ | adopt combining suitably two or more among the said embodiment.
In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 基板、1u (基板の)表面、2 圧電体、3 音響整合層、4 支持部材、6a 第1電極、6b 第2電極、6c 第2電極引出部、7,7a,7b 表面電極、8 絶縁層、9,10 内部電極、11 層間接続導体、12a,12b,13 電極、14 端面電極、16 配線、17 切欠き、21,21i,21j,21k,21n 圧電素子、21a (圧電素子の)第1主表面、21b (圧電素子の)第2主表面、51 音響変換素子、53 音響変換アレイ、55 回路、91,95,96 矢印、101 超音波装置、201,202 圧電体親基板、203 音響整合層親基板、206 電極パターン、209 切込み。 1 substrate, 1u (substrate) surface, 2 piezoelectric body, 3 acoustic matching layer, 4 support member, 6a first electrode, 6b second electrode, 6c second electrode lead-out portion, 7, 7a, 7b surface electrode, 8 insulation Layer, 9, 10 internal electrode, 11 interlayer connection conductor, 12a, 12b, 13 electrode, 14 end face electrode, 16 wiring, 17 notch, 21, 21, i, 21j, 21k, 21n piezoelectric element, 21a (for piezoelectric element) 1 main surface, 21b second main surface (of piezoelectric element), 51 acoustic transducer, 53 acoustic transducer array, 55 circuit, 91, 95, 96 arrow, 101 ultrasonic device, 201, 202 piezoelectric substrate, 203 acoustic Matching layer parent substrate, 206 electrode pattern, 209 cut.
Claims (6)
前記基板の表面を向く第1主表面および前記第1主表面とは逆を向く第2主表面を有する平板状であり、圧電体を含み、互いに離隔している複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の各々において前記第2主表面に重なるように配置された音響整合層と、
前記複数の圧電素子の各々において前記第1主表面と前記基板の表面との間に介在する導電性の2個以上の支持部材とを備え、
前記複数の圧電素子の各々は、前記基板から離隔するようにして前記2個以上の支持部材によって支持され、前記圧電素子と前記基板との間は前記支持部材を介して導通している、超音波装置。 A substrate having a surface;
A plurality of piezoelectric elements having a first main surface facing the surface of the substrate and a second main surface facing the opposite side of the first main surface, including a piezoelectric body and spaced apart from each other;
An acoustic matching layer disposed to overlap the second main surface in each of the plurality of piezoelectric elements;
Each of the plurality of piezoelectric elements comprises two or more conductive support members interposed between the first main surface and the surface of the substrate;
Each of the plurality of piezoelectric elements is supported by the two or more support members so as to be separated from the substrate, and the piezoelectric elements and the substrate are electrically connected via the support members. Sonic device.
前記2個以上の支持部材のうちの少なくとも1個は前記第1電極に接続されており、前記2個以上の支持部材のうち他の少なくとも1個が前記第2電極引出部に接続されている、請求項1に記載の超音波装置。 The piezoelectric element includes a first electrode disposed on the first main surface, a second electrode disposed on the second main surface, and the second electrode from the second electrode while maintaining insulation with respect to the first electrode. A second electrode lead portion led out to one main surface, the first electrode and the second electrode sandwich the piezoelectric body,
At least one of the two or more support members is connected to the first electrode, and at least one other of the two or more support members is connected to the second electrode lead-out portion. The ultrasonic device according to claim 1.
前記圧電体親基板の前記第1面に、複数の導電性の支持部材を接合または形成する工程と、
前記圧電体親基板を個々の圧電素子に対応する領域ごとに完全に分断しつつ、前記音響整合層親基板は完全には分断しない程度に前記第1面から切込みを入れる工程と、
前記支持部材を基板に接合することによって、前記圧電体親基板が前記基板から離隔するようにして2個以上の前記支持部材によって支持され、個々の圧電素子と前記基板との間が前記支持部材を介して導通している状態を作り出す工程と、
前記音響整合層親基板の分断せずに残っていた部分を切断する工程とを含む、超音波装置の製造方法。 A step of bonding the second surface of the flat piezoelectric parent substrate having a first surface and a second surface facing the opposite side to the plurality of piezoelectric elements and the acoustic matching layer parent substrate;
Bonding or forming a plurality of conductive support members on the first surface of the piezoelectric main substrate;
A step of cutting from the first surface to such an extent that the acoustic matching layer parent substrate is not completely divided while the piezoelectric body parent substrate is completely divided into regions corresponding to individual piezoelectric elements;
By joining the support member to the substrate, the piezoelectric main substrate is supported by two or more of the support members so as to be separated from the substrate, and between the individual piezoelectric elements and the substrate is the support member. Creating a conductive state through
And a step of cutting a portion of the acoustic matching layer parent substrate remaining without being divided.
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