JP5228924B2 - Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element - Google Patents
Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element Download PDFInfo
- Publication number
- JP5228924B2 JP5228924B2 JP2009001728A JP2009001728A JP5228924B2 JP 5228924 B2 JP5228924 B2 JP 5228924B2 JP 2009001728 A JP2009001728 A JP 2009001728A JP 2009001728 A JP2009001728 A JP 2009001728A JP 5228924 B2 JP5228924 B2 JP 5228924B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- conductive film
- anisotropic conductive
- piezoelectric
- vibration element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器並びに該振動素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibration element, an ultrasonic device using the vibration element, and a method for manufacturing the vibration element.
医療用超音波診断装置や非破壊検査機器の分野においては、対象物の内部状態を画像化するために、超音波を対象物に向けて照射し、その対象物における音響インピーダンスの異なる界面からの反射エコーを受信する超音波プローブが用いられている。
一般的な超音波プローブは、主としてセラミックスよりなる圧電素子と、圧電素子の前面に配置される整合層及び音響レンズと、圧電素子の背面に配置されるバッキング材と、圧電素子に接続される配線体とから構成されている。配線体は多くの場合、フレキシブルプリント配線板が用いられる。
従来、超音波プローブの実装において、セラミックスよりなる圧電素子とフレキシブルプリント配線板との接続は、半田付けにより行われていた。そのようなものとして、下記特許文献1がある。
下記特許文献1に示す超音波プローブは、振動子電極に接続される接続導体の部品点数を減少でき、これに伴い所定の接合工程を削減でき、製造性を向上できるメリットがある。
In the field of medical ultrasonic diagnostic equipment and non-destructive testing equipment, in order to image the internal state of an object, an ultrasonic wave is irradiated toward the object, and from the interface where the acoustic impedance of the object is different. An ultrasonic probe that receives a reflected echo is used.
A general ultrasonic probe includes a piezoelectric element mainly made of ceramics, a matching layer and an acoustic lens disposed on the front surface of the piezoelectric element, a backing material disposed on the back surface of the piezoelectric element, and wiring connected to the piezoelectric element. It is composed of the body. In many cases, a flexible printed wiring board is used as the wiring body.
Conventionally, in the mounting of an ultrasonic probe, a piezoelectric element made of ceramic and a flexible printed wiring board are connected by soldering. There exists the following
The ultrasonic probe shown in the following
しかしながら、上記特許文献1で示す超音波プローブは、振動子電極と接続導体との接続を半田付けで行うものである。よって振動子を構成する圧電材料として樹脂や、樹脂とセラミックスとの複合材料を用いる場合、樹脂が半田付けする温度に耐えることができず、振動子電極と接続導体との接続を行うことができないという問題があった。
また振動子を構成する圧電材料としてセラミックスのみを用いる場合、薄肉な圧電材料を半田付けする際、半田が圧電材料の裏面に回り込むことで導通してしまうという問題があった。
However, the ultrasonic probe shown in the above-mentioned
In addition, when only ceramics are used as the piezoelectric material constituting the vibrator, there is a problem that when the thin piezoelectric material is soldered, the solder wraps around the back surface of the piezoelectric material and becomes conductive.
そこで本発明は上記従来における問題点を解決し、圧電材料として樹脂や、樹脂とセラミックスとの複合材料や、セラミックスのみを用いる場合においても、圧電素子とフレキシブルプリント配線板との接続を容易且つ強固に行うことができると共に、製造効率の良い振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器並びに該振動素子の製造方法の提供を課題とする。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and the connection between the piezoelectric element and the flexible printed wiring board is easy and strong even when using only a resin, a composite material of resin and ceramics, or ceramics as the piezoelectric material. It is an object of the present invention to provide a vibration element with high manufacturing efficiency, an ultrasonic device using the vibration element, and a method for manufacturing the vibration element.
本発明の振動素子は、圧電素子と、配線体とを、相互の電極部で接合してある振動素子であって、前記圧電素子と前記配線体の相互の電極部間での接合を異方性導電フィルムを介して接合させてあると共に、前記圧電素子の電極部には、異方性導電フィルムの侵入を許容する凹所を設けてあることを第1の特徴としている。 The vibration element according to the present invention is a vibration element in which a piezoelectric element and a wiring body are joined at mutual electrode portions, and the joining between the mutual electrode portions of the piezoelectric element and the wiring body is anisotropic. The first feature is that the electrode portion of the piezoelectric element is provided with a recess that allows the anisotropic conductive film to enter.
上記本発明の第1の特徴によれば、圧電素子と、配線体とを、相互の電極部で接合してある振動素子であって、前記圧電素子と前記配線体の相互の電極部間での接合を異方性導電フィルムを介して接合させてあると共に、前記圧電素子の電極部には、異方性導電フィルムの侵入を許容する凹所を設けてある構成としてあることから、加熱によって軟化した異方性導電フィルムが、前記圧電素子と前記配線体との距離を縮めるための加圧に際して流動して薄くなって所定の範囲以上に拡散することがない。また圧電素子と配線体との距離が近くなりすぎると、接着に寄与しているフィルム厚が薄くなり、破壊しやすくなる。そのため接着力が低下すると懸念されるが、凹所があれば、凹所に厚くフィルムが残るため、全体としては接着強度を保つことができる。これらにより、圧電素子と配線体との接合を一段と強固に行うことができると共に、製造効率の良い振動素子とすることができる。 According to the first aspect of the present invention, a vibration element in which a piezoelectric element and a wiring body are joined to each other by electrode portions, between the piezoelectric element and the mutual electrode portions of the wiring body. Are bonded via an anisotropic conductive film, and the electrode portion of the piezoelectric element is provided with a recess allowing the penetration of the anisotropic conductive film. The softened anisotropic conductive film does not flow and thin when pressed to reduce the distance between the piezoelectric element and the wiring body and does not diffuse beyond a predetermined range. If the distance between the piezoelectric element and the wiring body is too short, the film thickness that contributes to adhesion becomes thin and breaks easily. For this reason, there is a concern that the adhesive strength is reduced, but if there is a recess, the film remains thick in the recess, so that the overall adhesive strength can be maintained. As a result, the piezoelectric element and the wiring body can be joined more firmly, and a vibration element with high manufacturing efficiency can be obtained.
また本発明の圧電素子は、上記本発明の第1に記載の特徴に加えて、前記凹所は、線状であることを第2の特徴としている。 In addition to the feature described in the first aspect of the present invention, the piezoelectric element of the present invention has a second feature that the recess is linear.
上記本発明の第2の特徴によれば、上記本発明の第1に記載の特徴による作用効果に加えて、凹所は、線状である構成としてあることから、凹所で大気をかみ込むことがない。それにより異方性導電フィルムを一段と十分に凹所に侵入させることができる。よって圧電素子と配線体との接合を一段と強固に行うことができる。 According to the second feature of the present invention, in addition to the function and effect of the first feature of the present invention, since the recess is configured to be linear, the atmosphere is enclosed in the recess. There is nothing. As a result, the anisotropic conductive film can be further sufficiently penetrated into the recess. Accordingly, the piezoelectric element and the wiring body can be joined more firmly.
また本発明の圧電素子は、上記本発明の第1又は第2に記載の特徴に加えて、前記配線体は、フレキシブルプリント配線板であることを第3の特徴としている。 In addition to the features described in the first or second aspect of the present invention, the piezoelectric element of the present invention has a third feature that the wiring body is a flexible printed wiring board.
上記本発明の第3の特徴によれば、上記本発明の第1又は第2に記載の特徴による作用効果に加えて、配線体は、フレキシブルプリント配線板である構成としてあることから、圧電素子と配線体間の駆動信号や、受信信号の伝達を良好に行うことができると共に、信号ラインを狭ピッチなものとすることができ、且つ可撓性があるので、振動素子をコンパクトに形成できる。またフラットケーブル等、他の配線材よりも異方性導電フィルム接続における加熱プロセスに適している。 According to the third feature of the present invention, in addition to the function and effect of the first or second feature of the present invention, the wiring body is a flexible printed wiring board. As a result, it is possible to satisfactorily transmit the drive signal and the reception signal between the wiring body and the wiring body, and to narrow the signal line and to be flexible, so that the vibration element can be formed compactly. . Moreover, it is suitable for the heating process in anisotropic conductive film connection rather than other wiring materials, such as a flat cable.
また本発明の圧電素子は、上記本発明の第1〜第3の何れか1項に記載の特徴に加えて、前記圧電素子は、セラミックスと樹脂との複合体で形成されていることを第4の特徴としている。 In addition to the feature described in any one of the first to third aspects of the present invention, the piezoelectric element of the present invention is characterized in that the piezoelectric element is formed of a composite of ceramics and resin. 4 features.
上記本発明の第4の特徴によれば、上記本発明の第1〜第3の何れか1項に記載の特徴による作用効果に加えて、圧電素子は、セラミックスと樹脂との複合体で形成されている構成としてあることから、圧電素子としてセラミックスと樹脂との複合体を用いることで、樹脂がダンパーの役割を果たし、振動素子の超音波発生後の自由振動を抑えることでパルス幅を短くすることができる。これにより分解能が向上する。また音響インピーダンスが生体に近い圧電素子とすることができ、音響ロスが減って感度が高くなる。これらにより高精細な振動素子とすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the function and effect of any one of the first to third aspects of the present invention, the piezoelectric element is formed of a composite of ceramics and resin. Therefore, by using a composite of ceramics and resin as a piezoelectric element, the resin acts as a damper, and the pulse width is shortened by suppressing free vibration after ultrasonic generation of the vibration element. can do. This improves the resolution. In addition, a piezoelectric element having an acoustic impedance close to that of a living body can be obtained, and acoustic loss is reduced and sensitivity is increased. Accordingly, a high-definition vibration element can be obtained.
また本発明の圧電素子は、上記本発明の第1〜第4の何れか1項に記載の特徴に加えて、前記圧電素子における配線体との接続部分は、セラミックスのみで形成されていることを第5の特徴としている。 In addition to the features described in any one of the first to fourth aspects of the present invention, in the piezoelectric element of the present invention, the connection portion of the piezoelectric element with the wiring body is formed only of ceramics. Is the fifth feature.
上記本発明の第5の特徴によれば、上記本発明の第1〜第4の何れか1項に記載の特徴による作用効果に加えて、圧電素子における配線体との接続部分は、セラミックスのみで形成されている構成としてあることから、圧電素子と配線体との接合時に圧力を一段と確実に加えて接合させることができ、接合強度を向上させることができる。よって製造効率の良い振動素子とすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the function and effect of any one of the first to fourth aspects of the present invention, the connection portion with the wiring body in the piezoelectric element is only ceramic. Therefore, when the piezoelectric element and the wiring body are joined, the pressure can be more reliably applied and the joining strength can be improved. Therefore, it can be set as a vibration element with good manufacturing efficiency.
また本発明の圧電素子は、上記本発明の第1〜第5の何れか1項に記載の特徴に加えて、前記異方性導電フィルムは、針状の導電粒子で構成されていることを第6の特徴としている。 In addition to the features described in any one of the first to fifth aspects of the present invention, the piezoelectric element of the present invention is characterized in that the anisotropic conductive film is composed of acicular conductive particles. This is the sixth feature.
上記本発明の第6の特徴によれば、上記本発明の第1〜第5の何れか1項に記載の特徴による作用効果に加えて、異方性導電フィルムは、針状の導電粒子で構成されていることから、圧電素子と配線体との接合を低圧力で行うことができると共に、圧電素子と配線体との導通を良好なものとすることができる。よって製造効率の良い振動素子とすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, in addition to the function and effect of any one of the first to fifth aspects of the present invention, the anisotropic conductive film is made of acicular conductive particles. Since it is comprised, while joining a piezoelectric element and a wiring body can be performed by a low pressure, conduction | electrical_connection with a piezoelectric element and a wiring body can be made favorable. Therefore, it can be set as a vibration element with good manufacturing efficiency.
また本発明の超音波機器は、振動子が、請求項1〜6の何れか1項に記載の振動素子で構成されていることを第7の特徴としている。
The ultrasonic device according to the present invention has a seventh feature in that the vibrator is configured by the vibration element according to any one of
上記本発明の第7の特徴によれば、超音波機器の振動子が、請求項1〜6の何れか1項に記載の振動素子で構成されていることから、振動子を構成する圧電素子と配線体との接合を容易且つ強固に行うことができると共に、製造効率の良い超音波機器とすることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the vibrator of the ultrasonic device is constituted by the vibration element according to any one of
また本発明の圧電素子の製造方法は、圧電素子と、配線体とを、相互の電極部で接合させるようにした振動素子の製造方法であって、前記圧電素子に異方性導電フィルムの侵入を許容する凹所を形成した電極部を形成する凹所電極部形成工程と、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との間に異方性導電フィルムを介在させる異方性導電フィルム介在工程と、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との間に異方性導電フィルムを介在させた状態で加熱させながら加圧することで、前記圧電素子と、前記配線体とを接合させると共に、軟化させた異方性導電フィルムを前記凹所に侵入させることで、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との電気接合を完成する加熱加圧工程とを有することを第8の特徴としている。 The method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention is a method for manufacturing a vibration element in which a piezoelectric element and a wiring body are bonded to each other at electrode portions, and an anisotropic conductive film enters the piezoelectric element. A recess electrode portion forming step for forming an electrode portion in which a recess is formed, and an anisotropic conductive film is interposed between the recess electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body. By applying pressure while heating the anisotropic conductive film between the anisotropic conductive film interposed step, the recessed electrode portion of the piezoelectric element, and the electrode portion of the wiring body, the piezoelectric element And bonding the wiring body and allowing the softened anisotropic conductive film to enter the recess, thereby electrically connecting the recessed electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body. An eighth feature of having a heating and pressing step to be completed It is.
上記本発明の第8の特徴によれば、圧電素子と、配線体とを、相互の電極部で接合させるようにした振動素子の製造方法であって、前記圧電素子に異方性導電フィルムの侵入を許容する凹所を形成した電極部を形成する凹所電極部形成工程と、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との間に異方性導電フィルムを介在させる異方性導電フィルム介在工程と、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との間に異方性導電フィルムを介在させた状態で加熱させながら加圧することで、前記圧電素子と、前記配線体とを接合させると共に、軟化させた異方性導電フィルムを前記凹所に侵入させることで、前記圧電素子の凹所電極部と、前記配線体の電極部との電気接合を完成する加熱加圧工程とを有する構成としてあることから、凹所電極部形成工程により、圧電素子に異方性導電フィルムの侵入を許容する凹所を形成した電極部を確実に形成することができる。また異方性導電フィルム介在工程により、圧電素子の凹所電極部と、配線体の電極部との間に異方性導電フィルムを確実に介在させることができる。また加熱加圧工程により、圧電素子と、配線体とを確実に接合させると共に、軟化させた異方性導電フィルムを凹所に侵入させることで、圧電素子の電極部と配線体の電極部との電気接合を確実に完成させることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a vibration element in which a piezoelectric element and a wiring body are bonded to each other at an electrode portion, wherein the piezoelectric element includes an anisotropic conductive film. An anisotropic conductive film is interposed between the recess electrode portion forming step of forming an electrode portion having a recess allowing intrusion, and the recess electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body. By applying pressure while heating with an anisotropic conductive film interposed between the step of anisotropic conductive film, the recessed electrode portion of the piezoelectric element, and the electrode portion of the wiring body, the piezoelectric An element is joined to the wiring body, and a softened anisotropic conductive film is allowed to enter the recess, thereby electrically connecting the recessed electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body. And having a heating and pressing process to complete Et al., The recess electrode portion forming step, it is possible to reliably form an electrode portion formed with a recess to allow penetration of the anisotropic conductive film to the piezoelectric element. Moreover, an anisotropic conductive film can be reliably interposed between the recessed electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body by the anisotropic conductive film intervention step. In addition, the piezoelectric element and the wiring body are securely bonded by the heating and pressurizing step, and the softened anisotropic conductive film is inserted into the recess so that the electrode portion of the piezoelectric element and the electrode portion of the wiring body are It is possible to reliably complete the electrical joining.
本発明の振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器並びに該振動素子の製造方法によれば、圧電材料として樹脂や、樹脂とセラミックスとの複合材料や、セラミックスのみを用いる場合においても、圧電素子とフレキシブルプリント配線板との接続を容易且つ強固に行うことができると共に、製造効率の良い振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器並びに該振動素子の製造方法とすることができる。 According to the vibration element of the present invention, the ultrasonic device using the vibration element, and the method of manufacturing the vibration element, the piezoelectric material can be used even when only a resin, a composite material of resin and ceramics, or ceramics is used. The element and the flexible printed wiring board can be connected easily and firmly, and a vibration element with high manufacturing efficiency, an ultrasonic device using the vibration element, and a method for manufacturing the vibration element can be provided.
以下の図面を参照して、本発明の実施形態に係る振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器並びに該振動素子の製造方法を説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。 With reference to the following drawings, a vibration element according to an embodiment of the present invention, an ultrasonic device using the vibration element, and a method for manufacturing the vibration element will be described to provide an understanding of the present invention. However, the following description is an embodiment of the present invention, and does not limit the contents described in the claims.
まず図1〜図3を参照して、本発明の実施形態に係る振動素子及び該振動素子を用いた超音波機器を説明する。 First, with reference to FIGS. 1 to 3, a vibration element according to an embodiment of the present invention and an ultrasonic device using the vibration element will be described.
本発明の実施形態に係る振動素子は図1の(a)に示すように、主として振動子10と、振動子10の前面に配置される整合層20及び音響レンズ30と、振動子10の背面に配置されるバッキング材40及び同軸ケーブル50とから構成される超音波プローブ1における振動子10を構成するものである。
As shown in FIG. 1A, the resonator element according to the embodiment of the present invention mainly includes the
この超音波プローブ1は、医療用の超音波機器であり、図1の(a)に示すように、同軸ケーブル50を介して振動子10に電圧を印加することで、振動子10内の圧電体が振動し、振動子10から人体に向け超音波が放射される。この際、超音波は整合層20により音響整合されると共に、音響レンズ30により収束され、ビーム状に整形される。また振動子10の背面側に伝播する超音波はバッキング材40に吸収される。そして人体から反射した超音波が振動子10内の圧電体を振動させ、振動子10から電気信号が図示しない診断機に出力されることで医療診断を行うものである。
以下においては、本発明の主要部をなす振動子10のみを詳細に説明することとし、超音波プローブ1において通常の構成をなす整合層20、音響レンズ30、バッキング材40、同軸ケーブル50の説明は省略する。
The
In the following, only the
前記振動子10は、図1の(b)に示すように、主として圧電素子110と、フレキシブルプリント配線板120と、異方性導電性フィルム130とから構成される振動素子100で構成される。
As shown in FIG. 1B, the
前記圧電素子110は、超音波の送受信素子として用いられるものである。
この圧電素子110は、図1の(b)、図2に示すように、短冊形状(細長い直方体形状)に分割されたアレイ状をなす圧電体111と、圧電体111の上下面を被覆する電極部112とで構成される。つまり図2に示すように、送信時には、圧電体111の上下面を被覆する電極部112に電圧を印加することで、圧電体111を振動させ、圧電体111の前面111aから超音波を発生させる。また受信時には、圧電体111の前面111aに超音波が当たることによって圧電体111が振動し、電極部112から電気信号が出力される。
The
As shown in FIGS. 1B and 2, the
また図1の(b)、図2に示すように、短冊形状(細長い直方体形状)に分割された圧電体111には、図1の(b)に示すように、それぞれの圧電体111に別個の信号ライン121aが接合されている。このような構成とすることで、入力する電圧の強度や位相を変化させることができると共に、個々の圧電体111毎に振動して発生した電気信号の強度や位相を読み取ることができ、より詳細な医療診断を行うことができる。
なお圧電素子110の厚みは圧電体111の周波数定数によって決まり、5MHzでは240〜300μm、10MHzでは120〜150μmとすることが望ましい。
Further, as shown in FIGS. 1B and 2, the
The thickness of the
また圧電体111は、図3の(a)に示すように、エポキシ樹脂111b中に圧電セラミックス111cが林立した構造である複合体で構成されている。このような圧電体111を用いることで、エポキシ樹脂111bがダンパーの役割を果たし、圧電素子110の超音波発生後の自由振動を抑えることでパルス幅を短くすることができる。これにより分解能が向上する。また音響インピーダンスが生体に近い圧電素子とすることができ、音響ロスが減って感度が高くなる。これらにより高精細な振動素子100とすることができる。よって超音波プローブ1を高精度な超音波機器とすることができると共に、鮮明な画像を得ることができる。
なお圧電セラミックス111cとしては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)にニオブを添加した材料を用いることが望ましい。中心周波数を10MHzとする場合は、直径50μm以下、5MHzとする場合は100μm以下とすることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 3A, the
As the piezoelectric ceramic 111c, it is desirable to use a material obtained by adding niobium to lead zirconate titanate (PZT). When the center frequency is 10 MHz, the diameter is preferably 50 μm or less, and when 5 MHz, the diameter is preferably 100 μm or less.
また図1の(b)に示すように、圧電体111におけるフレキシブルプリント配線板120との接合部分である電極部112には、圧電体111の長手方向と平行で、線状(細長い溝状)をした凹所111dが一定の間隔で設けられていると共に、凹所電極部112aが被覆されている。
なお凹所111dの深さは20μm、幅は0.2mm、隣接する凹所111d間のピッチは0.5mm、本数は3本とすることが望ましい。また凹所111dの形状は必ずしも線状に限るものではなく、円形や多角形の穴、不連続な直線や曲線等、適宜変更可能である。
Further, as shown in FIG. 1B, the
It is desirable that the depth of the recess 111d is 20 μm, the width is 0.2 mm, the pitch between the adjacent recesses 111d is 0.5 mm, and the number is three. The shape of the recess 111d is not necessarily limited to a linear shape, and can be changed as appropriate, such as a circular or polygonal hole, a discontinuous straight line, or a curved line.
前記電極部112は、送信時には、圧電体111に電圧を印加し、受信時には圧電体111の振動を電気信号として出力するためのものである。
なお電極部112としてはAu若しくはAgを用いることが望ましい。
The
Note that it is desirable to use Au or Ag as the
前記フレキシブルプリント配線板120は、圧電素子110を実装するための配線体であり、図1の(b)、図2に示すように、プリント配線部121と、電極部122とから構成される。
The flexible printed
前記プリント配線部121は、信号ライン121aを備えるもので、ポリイミドフィルムで構成されている。また信号ライン121aは、図1の(b)に示すように、短冊形状(細長い直方体形状)に分割されたアレイ状をなす圧電体111のピッチ毎に対応して形成されている。このような構成とすることで、圧電体111に入力する電圧の強度や位相を変化させることができると共に、個々の圧電体111毎に振動して発生した電気信号の強度や位相を読み取ることができ、より詳細な医療診断を行うことができる。
The printed
前記電極部122は、圧電体111の電極部112と接合されることで、送信時には、圧電体111の電極部112に電圧を印加し、受信時には圧電体111の振動を電気信号として図示しない診断機に出力するためのものである。電極部122としてはCuを用いることが望ましい。
このように配線体としてフレキシブルプリント配線板120を用いる構成とすることで、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120間の駆動信号や、受信信号の伝達を良好に行うことができると共に、信号ライン121aを細ピッチなものとすることができる。
The
As described above, by using the flexible printed
前記異方性導電フィルム130は、圧電体111とフレキシブルプリント配線板120とを電気接合させるためのものである。
この異方性導電フィルム130は、図3の(b)に示すように、フィルム131中に導電粒子132を有している。加熱されることで柔らかくなり、同時に加圧することで圧電体111とフレキシブルプリント配線板120との距離が近付く。このとき、圧電体111とフレキシブルプリント配線板120との間に導電粒子132がかみ込んで導通する。加熱を続けることで、フィルム131が硬化し、圧電体111とフレキシブルプリント配線板120とを接着させる。
なおフィルム131としては、エポキシ樹脂、或いはアクリル樹脂を用いることが望ましく、導電粒子132としては、針状ニッケル粒子を用いることが望ましい。針状ニッケル粒子を用いることで、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との相互の電極部での接合を低圧力で行うことができると共に、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との導通を良好なものとすることができる。よって製造効率の良い振動素子100とすることができる。また針状ニッケル粒子のアスペクト比は、5以上であることが望ましい。
ここで「アスペクト比」とは、粒子径に対する長さの比を意味するものである。
The anisotropic
This anisotropic
Note that an epoxy resin or an acrylic resin is preferably used as the film 131, and needle-like nickel particles are preferably used as the conductive particles 132. By using the acicular nickel particles, the
Here, “aspect ratio” means the ratio of length to particle diameter.
次に図2、図4〜図6を参照して、振動素子100の製造方法を簡潔に説明する。
なお振動素子100は、図2に示すように、圧電素子110における電極部112の上下両面にフレキシブルプリント配線板120を接合するものであるが、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との接合方法は、圧電素子110の上面、下面において同様であることから、以下の説明においては、圧電素子110の上面におけるフレキシブルプリント配線板120との接合のみを説明することとする。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 2, the
まず図4の(a)を参照して、圧電体111の上面に電極部112が被覆された圧電素子110を用意する。この圧電素子110には、図4(a)に示すように、凹所電極部112aを備える凹所111dが一定の間隔で形成されている。この凹所電極部112aを備える凹所111dは、図示しない凹所電極部形成工程により、圧電体111におけるフレキシブルプリント配線板120との接合部分に、圧電体111の長手方向と平行且つ同一長さで、線状(細長い溝状)をした凹所111dを形成した後、電極112を被覆することで形成される。
なお電極部112としては、Au若しくはAgを用いることが望ましい。また圧電体111に対する電極部112の被覆方法は、圧電素子に電極部を構成する方法として通常用いられるものであれば如何なる方法であってもよい。
First, referring to FIG. 4A, a
Note that Au or Ag is preferably used for the
なお中心周波数が10MHzの振動素子を作製する場合、圧電素子110の長手方向の長さは40mm、短手方向の長さは8mm、厚みは120μm〜150μmとすることが望ましい。また凹所111dの深さは20μm、幅は0.2mm、隣接する凹所111d間のピッチは0.5mm、本数は3本とすることが望ましい。また凹所111dの形状は必ずしも線状に限るものではなく、円形や多角形の穴、不連続な直線や曲線等、適宜変更可能である。
When a vibration element having a center frequency of 10 MHz is manufactured, it is desirable that the length of the
そして図4の(b)に示すように、異方性導電フィルム130を電極部122に貼り付けたフレキシブルプリント配線板120を用意する。フレキシブルプリント配線板120と異方性導電フィルム130との貼り付けは、図示しない異方性導電フィルム貼り付け工程において異方性導電フィルム130を70℃に加熱することで行う。
また異方性導電フィルム130の長手方向の長さは40mm、短手方向の長さは1.2mmとすることが望ましい。つまり軟化した状態において、3本の凹所111dを密封できるだけの大きさであることが望ましい。
And the flexible printed
The length of the anisotropic
またフレキシブルプリント配線板120は、図4の(b)に示すように、プリント配線部121における異方性導電フィルム130との接合面に電極部122を被覆することで形成されている。電極部122としてはCuを用いることが望ましい。またプリント配線部121に対する電極部122の被覆方法は、フレキシブルプリント配線板に電極部を構成する方法として通常用いられるものであれば如何なる方法であってもよい。
Moreover, the flexible printed
そして図5の(a)に示すように、異方性導電フィルム介在工程において、圧電素子110の凹所電極部112aと、フレキシブルプリント配線板120の電極部122との間に異方性導電フィルム130を介在させた状態で、ゴムシート200と、ヒートツール300を用意する。ゴムシート200としては、シリコンゴムシートを用いることが望ましい。
5A, the anisotropic conductive film is interposed between the recess electrode portion 112a of the
そして図5の(b)に示すように、加熱加圧工程において、圧電素子110の凹所電極部112aと、フレキシブルプリント配線板120の電極部122との間に異方性導電フィルム130を介在させた状態で、ゴムシート200を介してヒートツール300を260℃に設定し、異方性導電フィルム130を加熱する。このとき、異方性導電フィルム130の実温度は180℃であった。そして異方性導電フィルム130を軟化させた状態で、ヒートツール300の荷重を80Nに設定し、圧電素子110と、フレキシブルプリント配線板120と、異方性導電フィルム130とを加熱させながら加圧する。これにより、異方性導電フィルム130によって圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120とを電気的且つ機械的に接続することができる。
5B, an anisotropic
以上の工程を経て、図6に示すように、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120とが相互の電極部112、122で接合されると共に、凹所電極部112aとフレキシブルプリント配線板120の電極部122との接着が完成される。そして図示しないダイシングソーやカッティングソー等の切断機械を用いて圧電素子110及びフレキシブルプリント配線板120が短冊形状(細長い直方体形状)に分割されることで、振動素子100が製造される。
Through the above steps, as shown in FIG. 6, the
上記の製造方法を用いて振動素子100を製造することで、以下の効果を得ることができる。
まず圧電体111の凹所111dとフレキシブルプリント配線板120との間に異方性導電フィルム130を介在させた状態で圧電素子110と、フレキシブルプリント配線板120とを加熱させながら加圧することで、異方性導電フィルム130が溶融して圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との距離が近くなり、導電粒子132を介して導通させることができる。また加熱を所定の時間続けることで、異方性導電フィルム130は硬化し、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120とを機械的に接着させる。このとき、凹所111dがあるため、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との接続に寄与する以外の溶融フィルムは凹所111dに入り、所定の範囲を超えて流出することがない。また凹所111dに入った異方性導電フィルム130が硬化して接着強度を保つことができる。
By manufacturing the
First, by applying pressure while heating the
また図4に示すように、凹所111dは圧電体111の長手方向と平行且つ同一長さで、線状(細長い溝状)をした形状であり、異方性導電フィルム130の大きさは既述したように、軟化した状態において、3本の凹所111dを完全に密封できるだけの大きさである。よって加熱加圧工程において、3本の凹所111dに空気がかみ込むことを確実に防止することができる。
In addition, as shown in FIG. 4, the recess 111d has a shape that is parallel to the longitudinal direction of the
また既述したように、圧電体111は、エポキシ樹脂111b中に圧電セラミックス111cが林立した構造である複合体で構成されている。よってエポキシ樹脂111bの耐熱温度は200度以下であるところ、加熱加圧工程における加熱温度を180℃とすることで、圧電体111がエポキシ樹脂111bと圧電セラミックス111cとで構成される複合体である場合でも、圧電素子110とフレキシブルプリント配線板120との相互の電極部での接続を容易且つ確実に行うことができる。
As described above, the
また異方性導電フィルム130を用いることで、加熱加圧工程において、異方性導電フィルム130が圧電体111の裏面に回り込んだ場合でも、導通することを確実に防止することができる。これは異方性導電フィルム130では、圧力がかかった場所でしか電気的な導通がとれないためである。そのため厚さが薄い圧電素子110にフレキシブルプリント配線板120をつけることが容易である。
In addition, by using the anisotropic
またゴムシート200を介した状態で圧電素子110と、フレキシブルプリント配線板120と、異方性導電フィルム130とを加熱させながら加圧することで、加熱加圧工程における圧電素子110のたわみを防止することができる。
Further, the
なお本実施形態においては、圧電素子110におけるフレキシブルプリント配線板120との接合部分は、エポキシ樹脂111bと圧電セラミックス111cとで構成される複合体である構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、適宜変更可能である。
例えば図7に示すように、圧電素子110におけるフレキシブルプリント配線板120との接合部分を圧電セラミックス111cのみで形成する構成とすることができる。このような構成とすることで、加熱加圧工程において、圧電素子110に熱や圧力を負荷した場合でも十分な耐久性を有する圧電素子110とすることができる。また圧電素子110におけるフレキシブルプリント配線板120との接合部分を薄肉なものとすることができ、異方性導電フィルム130への加圧を一段と容易且つ確実に行うことができる。よって製造効率の良い振動素子100とすることができる。
In the present embodiment, the joint portion of the
For example, as shown in FIG. 7, it can be set as the structure which forms the junction part with the flexible printed
また本実施形態においては、配線体としてフレキシブルプリント配線板120を用いる構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えばフラットケーブルを用いることができる。
また本実施形態においては、振動素子100を医療用の超音波機器に用いる構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、圧電素子を有する振動素子を備える超音波機器であれば如何なるものに用いてもよい。例えば超音波探傷装置や非破壊検査機器に用いることができる。
In the present embodiment, the flexible printed
In the present embodiment, the
本発明は圧電素子を有する振動素子を備える超音波機器に利用することができる。 The present invention can be used for an ultrasonic device including a vibration element having a piezoelectric element.
1 超音波プローブ
10 振動子
20 整合層
30 音響レンズ
40 バッキング材
50 同軸ケーブル
100 振動素子
110 圧電素子
111 圧電体
111a 前面
111b エポキシ樹脂
111c 圧電セラミックス
111d 凹所
112 電極部
112a 凹所電極部
120 フレキシブルプリント配線板
121 プリント配線部
121a 信号ライン
122 電極部
130 異方性導電フィルム
131 フィルム
132 導電粒子
200 ゴムシート
300 ヒートツール
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009001728A JP5228924B2 (en) | 2009-01-07 | 2009-01-07 | Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009001728A JP5228924B2 (en) | 2009-01-07 | 2009-01-07 | Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010161561A JP2010161561A (en) | 2010-07-22 |
JP5228924B2 true JP5228924B2 (en) | 2013-07-03 |
Family
ID=42578405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009001728A Expired - Fee Related JP5228924B2 (en) | 2009-01-07 | 2009-01-07 | Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5228924B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6581302B2 (en) * | 2016-05-20 | 2019-09-25 | オリンパス株式会社 | Ultrasonic transducer module and ultrasonic endoscope |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3288815B2 (en) * | 1993-06-30 | 2002-06-04 | 株式会社東芝 | 2D array ultrasonic probe |
JPH08148961A (en) * | 1994-11-21 | 1996-06-07 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric component |
JP3469386B2 (en) * | 1996-02-07 | 2003-11-25 | 株式会社東芝 | Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same |
JP2003187885A (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-04 | Sony Corp | Anisotropic conductive film, method for manufacturing the same, and electronic component mounted body |
JP2003305842A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-28 | Seiko Epson Corp | Inkjet recording head and method of manufacturing the same |
-
2009
- 2009-01-07 JP JP2009001728A patent/JP5228924B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010161561A (en) | 2010-07-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5920523A (en) | Two-dimensional acoustic array and method for the manufacture thereof | |
US6640634B2 (en) | Ultrasonic probe, method of manufacturing the same and ultrasonic diagnosis apparatus | |
JP5384678B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same | |
US8030824B2 (en) | Wide bandwidth matrix transducer with polyethylene third matching layer | |
EP1728563B1 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic probe manufacturing method | |
US20110237952A1 (en) | Two-dimensional-array ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP4516451B2 (en) | Ultrasonic probe and method for producing ultrasonic probe | |
JPH0549288B2 (en) | ||
KR100916029B1 (en) | Ultrasonic probe and its method of manufacturing | |
JP4961224B2 (en) | Ultrasonic probe | |
JP5026770B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus | |
JPH07327299A (en) | Ultrasonic transducer | |
JP2004363746A (en) | Ultrasonic probe and its manufacturing method | |
JPS5920240B2 (en) | Ultrasonic probe and method for manufacturing the ultrasonic probe | |
US5757727A (en) | Two-dimensional acoustic array and method for the manufacture thereof | |
JP5228924B2 (en) | Vibration element, ultrasonic device using the vibration element, and method for manufacturing vibration element | |
KR101491801B1 (en) | Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same | |
JP4769127B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic probe manufacturing method | |
JPH03162839A (en) | Ultrasonic probe | |
JPH07194517A (en) | Ultrasonic probe | |
JP4633571B2 (en) | Array type ultrasonic transducer and manufacturing method thereof | |
KR102256909B1 (en) | Ultrasound transducer and a method for manufacturing the same | |
JP5480863B2 (en) | Ultrasonic probe and manufacturing method thereof | |
JPS6268400A (en) | Manufacture of ultrasonic probe | |
JP2000214144A (en) | Two-dimensional array ultrasonic probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110921 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130304 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160329 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |