JP2547980B2

JP2547980B2 - 超音波トランスジユ−サとその製造方法

Info

Publication number: JP2547980B2
Application number: JP59001770A
Authority: JP
Inventors: 正小島
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 1984-01-09
Filing date: 1984-01-09
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS60145717A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、圧電体の表面に互いに交差した電極を設
け、その電極を用いて該圧電体の表面近傍に分極を行
い、圧電体の表面と垂直方向にバルク波を発生させる超
音波トランスジューサとその製造方法に関する。

（従来技術）圧電体板上に交差指電極、あるいは、すだれ状電極と
呼ばれる励振変換器と受信変換器等を形成した弾性表面
波素子が、フイルタ、遅延線、発振器などに使用されて
いる。この種の弾性表面波素子は、IDT（Interdigital
Transducer）と呼ばれ、既に分極済みの圧電板か、水晶
のような自然圧電体からなる板の上に前記交差指電極、
あるいは、すだれ状電極と呼ばれる励振変換器と受信変
換器を形成して製造する。この弾性表面波素子は励振変
換器により電気信号を弾性表面波信号に変換し、また受
信変換器によりこの弾性表面波信号を受信して電気信号
に変換するもので、圧電板の表面と垂直方向に対するバ
ルク波は発生し難く、またこのバルク波が発生しても、
これを何等かの手段を用いて抑圧するようにしてスプリ
アス特性の向上を計っていた。

ところで、上記弾性表面波素子とは別に、分極処理を
施していない強誘電体、例えば圧電セラミックス、ニオ
ブ酸リチュームやタンタル酸リチュームなどの強誘電体
の板状体の表面に交差指電極を設け、これら交差指電極
間で分極処理を施した後、その電極間を直流あるいは交
流電源で励振すると、前記弾性表面波素子とは異り、そ
の表面と垂直方向に縦波あるいは横波のバルク波を発生
させることができる。このようなトランスジューサのこ
とを『表面励振型超音波トランスジューサ』と呼ぶこと
にする。この表面励振型超音波トランスジューサについ
て、さらに説明する。

第１図（ａ）は圧電体板１の表面に交差指電極2,3を
設けた状態を示す表面図であり、第１図（ｂ）は同断面
図であり、第１図（ｃ）は圧電体板１中の分極の様子を
示す同断面図である。この表面励振型超音波トランスジ
ューサは第１図（ｃ）から解るように、圧電体板１の分
極分布は表面に近いところは、表面に極めて平行に近い
形で分極が生じている。

（従来技術の問題点）上述の如き表面励振型超音波トランスジューサは、第
１図（ｃ）からわかるように、不要な表面波や横波が生
じやすくなっていることを示す。また、交差指電極２、
３の幅ａと、また交差指電極２と３との間には必ず無電
極部ｂ（以後スペースと呼ぶ）を設ける必要がある。こ
れは、電極構造を小さくするときに問題になるし、その
部分を表面波などが伝幡しやすくなり、隣接の電極同志
が干渉を起す要因となる。また今までの方法では、交差
指電極をエッチング等で形成するため、そのつど、専用
のエッチング・マスクを作る必要があり、時間とコスト
がかかった。

（発明の目的）本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を解消し、表
面に垂直方向にバルク波を発生し易くするとともに、各
交差指電極対の独立性を向上させ、表面励振型超音波ト
ランスジューサの製作コストの低減化を計ることにあ
る。

（発明の概要）上述の如き本発明の目的を達成するために、本発明
は、圧電体板の表面に組の交差指電極を設け、該圧電体
板の表面とほぼ垂直方向にバルク波を発生させる超音波
トランスジューサにおいて、各交差指電極組を構成する
各交差指電極間に圧電体板の表面から該圧電体板の裏面
方向に向かって分極分布が跨ぐ切込み溝を形成し分極し
たことを特徴とする超音波トランスジューサが提供され
る。またさらに本発明は、強誘電体板の表面に交差指電
極を形成するとともに該交差指電極間の圧電体板表面か
らその裏面方向に向かって分極分布が跨ぐ切込み溝を設
ける工程と、前記工程の後、強誘電体板を分極せしめる
工程とを含む超音波トランスジューサの製造方法も提供
される。

（実施例）次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第２図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超音波トラ
ンスジューサの第１の実施例を示す断面図であり、第２
図（ｂ）は、その電極配置を示す正面図である。なお、
第１図に示す従来例と同一部分には同一の符号を付し、
その説明は省略する。第２図において、交差指電極２と
３の間に圧電体板１の表面から切込み溝４を設ける。こ
の切込み溝４を挟んで圧電体板１に分極を掛けると、第
２図（ａ）に示すように、分極の分布は、この切込み溝
４をまたぐようになり、分極分布が圧電体板１の表面に
対して鋭利な角度となるので、表面波が発生しにくくな
り、この切込み溝４によって表面波が圧電体板１の表面
を伝幡することを防ぎ、所要のバルク波を第２図（ａ）
矢印方向に効率良く発生させることができる。

分極の強度は、この切込み溝４の深さｄと幅ｇとによ
って調整できる。分極電圧が一定ならば、分極の強度
（あるいは程度）は、深さｄと幅ｇが大きくなれば、小
さくなる傾向を示す。

第３図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超音波トラ
ンスジューサの第２の実施例を示す断面図であり、第３
図（ｂ）は、その電極配置を示す正面図である。第３図
において、各交差指電極対Ａ、Ａ・・・・・を構成する
交差指電極２と３の間に圧電体板１の表面から切込み溝
４を設けるとともに、各交差指電極対Ａ、Ａ間には、切
込み溝４よりも深い分離溝５を設けたものである。この
実施例においても、切込み溝４を挟んで圧電体板１に分
極を掛けると、第３図（ａ）に示すように、分極の分布
は、この切込み溝４をまたぐようになり、分極分布が圧
電体板１の表面に対して鋭利な角度となるので、表面波
が発生しにくくなり、この切込み溝４によって表面波が
圧電体板１の表面を伝幡することを防ぎ、所要のバルク
波を第３図矢印方向に効率良く発生させることができ
る。しかも、分離溝５を設けたので、各交差指電極対Ａ
・Ａ間の独立性が良くなる。なお、この分離溝５の深さ
を極限まで延ばした状態は、すなわち各交差指電極対を
分離した状態と考えられる。

第４図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超音波トラ
ンスジューサの第３の実施例の電極配置を示す正面図で
あり、第４図（ｂ）は、その断面図である。第４図
（ａ），（ｂ）において、交差指電極２と３の間は、こ
れらの間に圧電体板１の表面が露出したスペースを設け
ることなく、圧電体板１に切込み溝４を設ける。

この実施例は、交差指電極間にスペースがないので、
非常に製作が容易となる。すなわち、第４図（ａ）、
（ｂ）について説明すると、圧電体板１上に長さＬ、幅
ｗの大きさの一様電極を形成しておき、第４図（ｂ）に
示すように、所要の電極幅ａと，所要の切込み幅ｇおよ
び切込み溝４の所要の深さｄをもって切込み溝４を形成
し、所望の交差指電極構造となるようにする。そして圧
電体板１を分極させれば、表面励振型超音波トランスジ
ューサが出来上る。なお、この製造方法は、後に詳しく
説明する。

この実施例においても、切込み溝４を挟んで圧電体板
１に分極を掛けると、第４図（ｂ）に示すように、分極
の分布は、この切込み溝４をまたぐようになり、分極分
布が圧電体板１の表面に対して鋭利な角度となるので、
表面波が発生しにくくなり、この切込み溝４によって表
面波が圧電体板１の表面を伝幡することを防ぎ、所要の
バルク波を第４図（ｂ）の矢印方向に効率良く発生させ
ることができる。なお、交差指電極を配置する大きさ
は、圧電体板１の大きさと同様（長さLL、幅Ｗ）に構成
してもよい。

第５図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超音波トラ
ンスジューサの第４の実施例を示す断面図であり、第５
図（ｂ）は、その電極配置を示す正面図である。第５図
において、各交差指電極対Ａ・・・Ａを構成する交差指
電極２と３の間に圧電体板１の表面から切込み溝４を設
けるとともに、各交差指電極対Ａ、Ａ間には、切込み溝
４よりも深い分離溝５を設けたものである。この実施例
においても、切込み溝４を挟んで圧電体板１に分極を掛
けると、第５図（ａ）に示すように、分極の分布は、こ
の切込み溝４をまたぐようになり、分極分布が圧電体板
１の表面に対して鋭利な角度となるので、表面波が発生
しにくくなり、この切込み溝４によって表面波が圧電体
板１の表面を伝幡することを防ぎ、所要のバルク波を第
２図矢印方向に効率良く発生させることができる。しか
も、分離溝５を設けたので、各交差指電極対Ａ・Ａ間の
独立性が良くなる。

次に第１の実施例として示した超音波トランスジュー
サの製造方法について説明する。

まず、第６図（ａ）に示すように、たとえば、周知の
PZTなどの細長い圧電体板１′の表面にフォト・リゾグ
ラフィー技術を使用して、５つの交差指電極を一組とし
た電極パターン構造７、８を形成する。ただし、この圧
電体板１′は未分極であり、厳密には強誘電体と呼んで
よい。

次に、交差指電極の引出しリードとなり、分極工程の
とき、圧電体板のサポータともなる配線板100を作る。
第６図（ｂ）はこの配線板100を示す正面図であり、同
図において、10はポリイミド樹脂など、耐熱性と可撓性
を備えた絶縁板で、この上に銅箔からなる配線パターン
11、12を形成する。配線板100の中央には抜け穴14を形
成する。この抜け穴14の長手方向周縁には、配線パター
ン11、12と接続した接続部11a,12aが形成されている。
なお第６図（ｂ）において、配線パターン11、12は配線
板100の裏側に形成されている。

この後、第６図（ｃ）に示すように、配線板100の裏
側に、圧電体板１′の電極パターン構造７、８が形成さ
れた側を接触し、該電極パターン構造７、８の根部と接
続部11a,12aとを、リフローハンダなどを用いて接続す
る。そして、カッタを用いて、配線板100の上から電極
パターン構造７、８の間に、切込み溝４を設け（第６図
（ｃ）の２点鎖線部分）、さらに、点線部分にて示す位
置に、配線板100の表面から圧電体板１′の裏面に貫通
するスリット15を設ける。この工程で、電極パターン構
造７、８の間に切込み溝４が形成されるとともに、圧電
体板１′はそれぞれ単体に切断される。そして、配線パ
ターン11、12間に電圧を印加しながら、圧電体板１′が
持つキューリーポイント以下の温度に加熱された、たと
えば、シリコンオイルのなかに圧電体板１′を侵漬させ
る。この工程で、圧電体板１′は分極される。

この工程が終了した後、１点鎖線の部分を切断する
と、独立した超音波トランスジューサが形成される。な
お、この超音波トランスジューサのチップには、配線板
100の一部が端子として端部に取り付けられているの
で、以後、端子形成工程は省略される。

なお、上記実施例において、第６図（ｃ）の２点鎖線
部分に切込み溝４を設けた後、スリット15を設けること
なく分極を行い、１点鎖線部分の切断は行わず、点線部
分15を延長して配線板100ごと圧電体板１′を切断して
それぞれ超音波トランスジューサ素子を形成するような
製造工程をとってもよい。

最後に第３の実施例として示した超音波トランスジュ
ーサの製造方法について説明する。

まず、第７図（ａ）に示すように、たとえば、周知の
PZTなどの細長い未分極の圧電体板１′の表面に一様電
極21を形成する。

次に、交差指電極の引出しリードとなり、分極工程の
とき、圧電体板のサポータともなる配線板200を作る。
第７図（ｂ）はこの配線板200を示す正面図であり、同
図において、20はポリイミド樹脂など、耐熱性と可撓性
を備えた絶縁板で、この上に銅箔からなる配線パターン
21、22を形成する。配線板200の中央には抜け穴24を形
成する。この抜け穴24の長手方向周縁には、配線パター
ン21、22と接続した接続部21a,22aが形成されている。
なお、第７図（ｂ）において、配線パターン21、22は配
線板200の裏側に形成されている。

この後、第７図（ｃ）に示すように、配線板200の裏
側に、表面に一様電極21を形成した圧電体板１′の該一
様電極21が形成された側を接触し、該一様電極21と接続
部21a,22aとを、リフローハンダなどを用いて接続す
る。そして、カッタを用いて、配線板200の上から一様
電極21と圧電体板１′に切込み溝４を設ける。この工程
で、圧電体板１′上に交差指電極27、28が形成されると
ともに、これら交差指電極27、28間に切込み溝４が形成
される。そして配線パターン21、22間に電圧を印加しな
がら、圧電体板１′が持つキューリーポイント以下の温
度に加熱された、たとえばシリコンオイルのなかに圧電
体板１′を侵漬させる。この工程で、圧電体板１′は分
極される。

最後に１点鎖線の部分を切断すると、圧電体板の表面
には、超音波トランスジューサ素子が並設されたものが
形成される。なお、この超音波トランスジューサ素子に
は、配線板200の一部が端子として端部に取り付けられ
ているので、以後、端子形成工程は省略される。

この実施例も、前記実施例と同様、第７図（ｃ）にお
いて切込み溝４を設けた後分極を行い、１点鎖線部分の
切断は行わず、点線部分29に沿って配線板200ごと圧電
体板１′を切断してそれぞれ超音波トランスジューサ素
子を形成するような製造工程をとってもよい。

なお、第８、９図に示されるように、組の交差指電極
２、３間には切込み溝を設けず、交差指電極の各々組と
組との間に切込み溝４を設けることもできる。

また、上記実施例はいずれも圧電体板にPZTを用いた
ものであるが、LiNbO₃など他の圧電体材料の板状体を用
いることもできることは勿論のことである。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明は、交差指電極間
に切込み溝を形成したので、圧電体板の表面に組の交差
指電極を設け該圧電体板の表面とほぼ垂直方向にバルク
波を発生させる超音波トランスジューサにおいて、表面
に対して垂直方向にバルク波が発生し易くなった。

また、本発明によれば、圧電体板の表面に組の交差指
電極を設け該圧電体板の表面とほぼ垂直方向にバルク波
を発生させる超音波トランスジューサにおいて、表面に
対して垂直方向にバルク波が発生し易い超音波トランス
ジューサを簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は圧電体板１の表面に交差指電極２、３を
設けた状態を示す表面図、第１図（ｂ）は同断面図、第
１図（ｃ）は圧電体板１中の分極の様子を示す同断面
図、第２図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超音波ト
ランスジューサの一実施例を示す断面図、第２図（ｂ）
は、その電極配置を示す正面図、第３図（ａ）は、本発
明に係る表面励振型超音波トランスジューサの第２の実
施例を示す断面図、第３図（ｂ）は、その電極配置を示
す正面図、第４図（ａ）は、本発明に係る表面励振型超
音波トランスジューサの第３の実施例の電極配置を示す
正面図、第４図（ｂ）は、その断面図、第５図（ａ）
は、本発明に係る表面励振型超音波トランスジューサの
第４の実施例を示す断面図、第５図（ｂ）は、その電極
配置を示す正面図、第６図（ａ）ないし（ｃ）は本発明
に係る表面励振型超音波トランスジューサの一実施例の
製造工程を示す工程説明図、第７図（ａ）ないし（ｃ）
は本発明に係る表面励振型超音波トランスジューサの他
の実施例の製造工程を示す工程説明図、第８図および第
９図は、その他の実施例を示す断面図である。１……圧電体板、２、３……交差指電極、４……切込み
溝、５……分離溝、Ａ……交差指電極対、100……配線
板、11、12……配線パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−126243（ＪＰ，Ａ) 電子通信学会技術研究報告ｕｓ82− 80、中村僖良他「交差指電極による強話電体単結晶の分械制御とそのその表面動振形超音波トランスジューサへの応用」（1983年３月22日)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体板の表面に組の交差指電極を設け、
該圧電体板の表面とほぼ垂直方向にバルク波を発生させ
る超音波トランスジューサにおいて、各交差指電極組を
構成する各交差指電極間に圧電体板の表面から該圧電体
板の裏面方向に向かって分極分布が跨ぐ切込み溝を形成
し分極したことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２】前記交差指電極間の幅が切込み溝の幅であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超
音波トランスジューサ。
【請求項３】前記交差指電極間のスペースに、該スペー
スの幅よりも幅の狭い切込み溝を設けた特許請求の範囲
第（１）項記載の超音波トランスジューサ。
【請求項４】交差指電極組の相隣る組と組との間に分離
溝を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の超音波トランスジューサ。
【請求項５】圧電体板の表面に組の交差指電極を設け、
該圧電体板の表面とほぼ垂直方向にバルク波を発生させ
る超音波トランスジューサの製造方法において、強誘電
体板の表面に交差指電極を形成するとともに該交差指電
極間の圧電体板表面からその裏面方向に向かって分極分
布が跨ぐための切込み溝を設ける工程と、前記工程終了
の後、強誘電体板を分極せしめ、分極分布を上記切込み
溝を跨がせる工程とを含む超音波トランスジューサの製
造方法。