JP6776481B1 - 超音波トランスデューサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、前記超音波トランスデューサーを効率良く製造し得る製造方法の提供を第2の目的とする。
従って、前記複数の振動体の共振周波数を厳格に一致させることなく、前記複数の振動体から放射される超音波の位相の精密制御を行うことができる。
前記上側封止板は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有するものとされる。
この場合、前記圧電素子は、平面視縦横寸法の最大値が4.0mm以下の平面視矩形状、直径が4.0mm以下の平面視円形状、又は、長径が4.0mm以下の平面視楕円形状とされる。
従って、前記複数の振動体の共振周波数を厳格に一致させることなく、前記複数の振動体から放射される超音波の位相の精密制御を行うことができる。
前記接合工程は、前記下側封止板の上面のうち前記配線アッセンブリが位置する部分に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に跨るように熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記圧電素子の内側電極端子に熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記配線アッセンブリを前記下側封止板の上面の所定位置に配置させてプリアッセンブリを形成する処理と、前記プリアッセンブリを加熱処理して熱硬化型絶縁性接着剤及び熱硬化型導電性接着剤を硬化させる処理とを含む。
前記防護板固着工程は、前記剛性基板における前記複数の開口部に対応した複数の防護板開口部を有する剛性の防護板を接着剤によって前記剛性基板の下面に固着するように構成される。
前記上側封止板設置工程は、前記配線アッセンブリの上面に熱硬化型柔軟性樹脂を塗布する処理と、前記柔軟性樹脂の上に、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有する剛性の上側封止板を配置する処理と、加熱により前記柔軟性樹脂を硬化させる処理とを含むものとされる。
図1に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー1の平面図を示す。
なお、図1においては、理解容易化の為に一部の構成部材の図示を省略している。
また、図2に、図1におけるII-II線に沿った前記超音波トランスデューサー1の部分縦断正面図を示す。
さらに、図3〜図5に、前記超音波トランスデューサー1の構成部材毎の平面図を示す。
なお、図3(a)〜(e)、図4(a)〜(e)及び図5(a)〜(c)において、各構成部材の相対位置関係の理解容易化の為に平面視同一位置に中心線を記載している。
また、図6(b)に、図6(a)におけるVI部拡大図を示す。
放射音波の指向性を鋭くし、強度を高めるためには 3×3 より多い振動体を配列することが望ましい。
前記可撓性樹脂膜20は、接着剤又は熱圧着等の種々の方法によって前記剛性基板10に固着される。
また、図7(b)に、図7(a)におけるVII-VII線に沿った断面図を示す。
前記圧電素子30は、圧電素子本体32と、一対の第1及び第2印加電極とを有し、前記第1及び第2印加電極の間に電圧が印加されると伸縮するように構成されている。
積層型圧電素子は、単層型圧電素子に比して、同一電圧印加時に電界強度を高めることができ、印加電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
即ち、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー1におけるように、振動体を形成する複数の圧電素子が並列配置されているフェイズドアレイによって、数メートル先の物体を検知する為には、前記複数の圧電素子30がそれぞれ実装されてなる複数の振動体から放射される音波の位相を精密に制御する必要がある。
従って、前記複数の振動体が発生する音波の位相を精密に制御することができる。
図8(a)〜(c)に、それぞれ、本解析に用いたモデル300の縦断面図、平面図及び底面図を示す。
圧電素子330:一層の厚さが0.13mmの2層積層型(合計厚さ0.26mm)
一辺長さa1=3.4mm×3.4mmの平面視正方形状
不感領域幅a2=0.2mm
可撓性樹脂膜320:ポリイミドフィルム
剛性基板310:開口部315を有する厚さ0.3mmのSUS板
一辺長さb=4.4mm×4.4mmの平面視正方形状
なお、当然ながら、これに代えて、前記圧電素子30を、平面視縦横寸法の最大値が4.0mm以下の長方形を含む平面視矩形状、直径が4.0mm以下の平面視円形状、又は、長径が4.0mm以下の平面視楕円形状とすることも可能である。
前記開口部315の開口幅cを3.3mmとし且つ前記可撓性樹脂膜320の厚さを0.05mmとした状態で、前記圧電素子330の平面視一方向(図8においてy方向)へ変位量がゼロの場合(モデル1−1)、0.05mmの場合(モデル1−2)及び0.1mmの場合(モデル1−3)における、前記圧電素子330を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子330への印加電圧の周波数40kHz時における発生音圧(SPL)とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図9に示す。
前記可撓性樹脂膜320の厚さを0.05mmとした状態で、前記開口部315の開口幅cを3.2mmとした場合(モデル2−1)、3.3mmとした場合(モデル2−2)及び3.4mmとした場合(モデル3−3)における、前記圧電素子330を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子330への印加電圧の周波数40kHz時における発生音圧(SPL)とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図10に示す。
これを踏まえると、前記圧電素子330の全周が重合幅0.03mm〜0.07mmで前記剛性基板310に重合するように設計を行うことが好ましい。
前記開口部315の開口幅cを3.3mmとした状態で、前記可撓性樹脂膜320の厚さを0.013mmとした場合(モデル3−1)、0.025mmとした場合(モデル3−2)、0.05mmとした場合(モデル3−3)及び0.075mmとした場合(モデル3−4)における、前記圧電素子330を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子330への印加電圧の周波数40kHz時における発生音圧(SPL)とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図11に示す。
前記柔軟性樹脂50は、例えば、シリコーンとされる。
また、前記圧電素子30の振動減衰を大きくすることができ、前記複数の圧電素子30によってバースト状に発生した音波の残響を抑制して、反射波による物体の距離検知可能範囲を可及的に広げることができる。
なお、理解容易化の為に、図12及び図13においては下記カバー層150の図示を省略している。
この場合、前記第1及び第2タブ領域112a、112bは、それぞれ、外側電極用タブ領域及び内側電極用タブ領域として作用する。
図15に、図14におけるXV部拡大図を示す。
前記導体層120は、前記ベース層110上に積層された厚さ12〜25μm程度のCu箔に対して不要部分をエッチング除去することによって形成可能である。
好ましくは、前記導体層120を形成するCuの露出部分にNi/Auメッキを施すことができる。
即ち、前記カバー側圧電素子重合部位151は、平面視において前記外側電極用タブ領域112a及び内側電極用タブ領域112bにそれぞれ重合するカバー側外側電極用タブ領域152a及びカバー側内側電極用タブ領域152bを有している。
斯かる構成によれば、導体層の小型化を図ることができる。
前記上側封止板60は、前記複数の圧電素子30のそれぞれに対応した位置に開口部65を有している。
前記防護板80は、前記基板10における前記複数の開口部15に対応した複数の開口部82を有している。
・剛性板材にエッチングによって、前記複数の開口部15を有する前記剛性基板10を形成する剛性基板形成工程と、
・前記複数の開口部15を覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記剛性基板10の上面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
・平面視において前記複数の開口部15とそれぞれ重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20の上面に絶縁性接着剤によって固着して、前記圧電体アッセンブリ3を形成する圧電体アッセンブリ形成工程と、
・平面視において前記中央開口42が前記開口部形成領域12を囲むように前記下側封止板40を接着剤によって前記可撓性樹脂20の上面に固着する下側封止板設置工程と、
・前記配線アッセンブリ100を用意する配線アッセンブリ用意工程と、
・平面視において、前記外側電極接続用開口115aが対応する前記圧電素子30の上面電極36の一部及び下面電極端子37Tと重合し且つ前記内側電極接続用開口115bが対応する前記圧電素子30の内側電極端子34Tと重合した状態で、前記配線アッセンブリ100を絶縁性接着剤によって前記下側封止板40の上面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
・前記外側電極用導体層130aの圧電素子側端子領域131aの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子30の上面電極36の一部及び下面電極端子37Tの双方に電気的に接続し、前記内側電極用導体層130bの圧電素子側端子領域131bの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子30の内側電極端子34Tに電気的に接続する電気接続工程と
を備えている。
前記防護板固着工程は、前記防護板80を接着剤によって前記剛性基板10の下面に固着するように構成される。
10 剛性基板
12 開口部形成領域
15 開口部
20 可撓性樹脂
30 圧電素子
40 下側封止板
42 中央開口
50、55 柔軟性樹脂
60 上側封止板
65 開口部
70 吸音材
75 補強板
80 防護板
82 開口部
100 配線アッセンブリ
108、109 貫通孔
110 ベース層
111 圧電素子重合部位
116 先端部位
112a 外側電極用タブ領域(第1タブ領域)
112b 内側電極用タブ領域(第2タブ領域)
115a 外側電極接続用開口(第1タブ領域の接続用開口)
115b 内側電極接続用開口(第2タブ領域の接続用開口)
116 先端部位
117 中間部位
118 基端部位
120 導体層
130a 外側電極用導体層(第1導体層)
130b 内側電極用導体層(第2導体層)
131a、131b 圧電素子側端子領域
136a、136b 先端領域
137a、137b 中間領域
138a、138b 外部側端子領域
150 カバー層
152a カバー側外側電極用タブ領域(カバー側第1タブ領域)
152b カバー側内側電極用タブ領域(カバー側第2タブ領域)
156 カバー側先端部位
160 裏面側カバー層
Claims (24)
- 下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の積層型圧電素子とを備え、
前記可撓性樹脂膜は膜厚25〜75μmのポリイミドによって形成されていることを特徴とする超音波トランスデューサー。 - 下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、
前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備え、
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、前記圧電素子における一対の第1及び第2印加電極にそれぞれ接続される第1及び第2導体層であって、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する第1及び第2導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域へのアクセスを許容しつつ前記第1及び第2導体層を覆う絶縁性のカバー層とを有していることを特徴とする超音波トランスデューサー。 - 前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、
前記圧電素子重合部位は、前記圧電素子の第1及び第2印加電極にそれぞれ対応した第1及び第2タブ領域を含み、
前記第1及び第2タブ領域の各々は接続用開口を有し、
前記第1導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第1タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第1タブ領域に支持されたブリッジ形状とされており、
前記第2導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第2タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第2タブ領域に支持されたブリッジ形状とされており、
前記圧電素子は、上方から前記第1及び第2印加電極に電気接続可能とされており、
前記配線アッセンブリは、平面視において、前記第1タブ領域の接続用開口が前記第1印加電極の電気接続可能部に重合し且つ前記第2タブ領域の接続用開口が前記第2印加電極の電気接続可能部に重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、
前記第1導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第1タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第1印加電極の電気接続可能部に電気的に接続され、
前記第2導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第2タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第2印加電極の電気接続可能部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波トランスデューサー。 - 前記カバー層は、前記ベース層における前記第1タブ領域、前記第2タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側第1タブ領域、カバー側第2タブ領域及びカバー側先端部位を有していることを特徴とする請求項3に記載の超音波トランスデューサー。
- 前記第1導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第1印加電極における電気接続可能部との電気的接続、並びに、前記第2導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第2印加電極における電気接続可能部との電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われていることを特徴とする請求項3又は4に記載の超音波トランスデューサー。
- 前記下側封止板の中央開口によって囲まれる空間のうち、前記複数の圧電素子の側方部分には、柔軟性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項2から5の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
- 前記下側封止板及び前記配線アッセンブリの上面に柔軟性樹脂を介して固着された上側封止板を備え、
前記上側封止板は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有していることを特徴とする請求項2から6の何れかに記載の超音波トランスデューサー。 - 前記上側封止板の複数の開口部を覆うように前記上側封止板の上面に固着された吸音材を備えていることを特徴とする請求項7に記載の超音波トランスデューサー。
- 前記吸音材の上面に固着された補強板を備えていることを特徴とする請求項8に記載の超音波トランスデューサー。
- 下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板の下面に固着された防護板とを備え、
前記防護板は、前記基板における前記複数の開口部に対応した複数の開口部を有していることを特徴とする超音波トランスデューサー。 - 前記複数の開口部は配列ピッチが4.3mm以下とされており、
前記圧電素子は、平面視縦横寸法の最大値が4.0mm以下の平面視矩形状、直径が4.0mm以下の平面視円形状、又は、長径が4.0mm以下の平面視楕円形状とされていることを特徴とする請求項1から10の何れかに記載の超音波トランスデューサー。 - 前記圧電素子は、全周において前記基板に重合されており、
前記圧電素子と前記基板との重合幅は、0.03mm〜0.07mmとされていることを特徴とする請求項11に記載の超音波トランスデューサー。 - 下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、
前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備え、
前記圧電素子は、圧電素子本体と、前記圧電素子本体を厚み方向に関し上方側の第1圧電部位及び下方側の第2圧電部位に区画する内側電極と、前記第1圧電部位の上面の一部に固着された上面電極と、前記第2圧電部位の下面に固着され、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極と、一端部が前記内側電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極とは絶縁状態で前記第1圧電部位の上面においてアクセス可能な内側電極端子を形成する内側電極用接続部材と、一端部が前記下面電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極及び前記内側電極とは絶縁状態で前記第1圧電部位の上面においてアクセス可能な下面電極端子を形成する下面電極用接続部材とを有し、
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層とを有し、
前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、
前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と、内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含み、
前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、
前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有し、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされており、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされており、
前記配線アッセンブリは、平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に電気的に接続され、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続されていることを特徴とする超音波トランスデューサー。 - 前記カバー層は、前記ベース層における前記外側電極用タブ領域、前記内側電極用タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側外側電極用タブ領域、カバー側内側電極用タブ領域及びカバー側先端部位を有していることを特徴とする請求項13に記載の超音波トランスデューサー。
- 前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子との間の電気的接続、並びに、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の内側電極端子との間の電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われていることを特徴とする請求項13に記載の超音波トランスデューサー。
- 前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方は、前記複数の圧電素子の対応する電極にそれぞれ電気的に接続された複数の個別配線であって、互いに対して独立された複数の個別配線を有し、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方は、前記複数の圧電素子の対応する電極に接続された単一配線を有していることを特徴とする請求項13から15の何れかに記載の超音波トランスデューサー。 - 前記ベース層は、前記先端部位及び前記複数の圧電素子重合部位に加えて、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の前記外部側端子領域を支持する基端部位と、前記先端部位及び前記基端部位を連結する中間部位とを有し、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の配線は、前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域に加えて、前記先端部位に支持され、前記圧電素子側端子領域の基端側が連結される先端領域と、前記中間部位に支持され、前記先端領域及び前記外部側端子領域の間を連結する中間領域とを含み、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方における前記複数の個別配線は、前記外部側端子領域から前記圧電素子側端子領域へ至る全体に亘って、前記ベース層のうち前記圧電素子と対向する下面及び前記圧電素子とは反対側の上面の一方である基準面に固着されており、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方における前記単一配線は、前記外部側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着され、前記中間領域においては前記ベース層の基準面とは反対側の裏面に固着され、且つ、前記先端領域及び前記圧電素子側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着されており、前記中間領域は前記ベース層に形成された貫通孔を介して前記外部側端子領域及び前記先端領域に電気的に接続されていることを特徴とする請求項16に記載の超音波トランスデューサー。 - 剛性板材にエッチングによって下面及び上面の間を貫通する複数の開口部を有する剛性基板を形成する剛性基板形成工程と、
前記複数の開口部を覆うように可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記基板の上面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
上方から、上面電極、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極に接続された下面電極端子、及び、内側電極に接続された内側電極端子にアクセス可能な2層積層型の複数の圧電素子を用意し、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜の上面に絶縁性接着剤によって固着して、圧電体アッセンブリを形成する圧電体アッセンブリ形成工程と、
前記剛性基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有する剛性の下側封止板を用意し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記下側封止板を接着剤によって前記可撓性樹脂膜の上面に固着する下側封止板設置工程と、
絶縁性のベース層、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層、並びに、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層を有する配線アッセンブリであって、前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合可能な複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と、内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含み、前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有し、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされ、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされている配線アッセンブリを用意する配線アッセンブリ用意工程と、
平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記配線アッセンブリを絶縁性接着剤によって前記下側封止板の上面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方に電気的に接続し、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続する電気接続工程とを備え、
前記配線アッセンブリ用意工程は、少なくとも前記配線アッセンブリ固着工程より前の段階において、前記剛性基板形成工程、前記可撓性樹脂膜固着工程、前記圧電体アッセンブリ形成工程及び前記下側封止板設置工程とは独立して実行されることを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。 - 前記配線アッセンブリ固着工程及び前記電気接続工程を一括して同時に行う接合工程を備え、
前記接合工程は、
前記下側封止板の上面のうち前記配線アッセンブリが位置する部分に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に跨るように熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、
前記圧電素子の内側電極端子に熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、
前記配線アッセンブリを前記下側封止板の上面の所定位置に配置させてプリアッセンブリを形成する処理と、
前記プリアッセンブリを加熱処理して熱硬化型絶縁性接着剤及び熱硬化型導電性接着剤を硬化させる処理とを含むことを特徴とする請求項18に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。 - 前記電気接続工程は、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理と、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理とを含むことを特徴とする請求項18に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。 - 前記下側封止板設置工程の後で且つ前記配線アッセンブリ固着工程の前に、前記下側封止板の中央開口によって画される空間のうち前記複数の圧電素子の側方部分に熱硬化型封止樹脂を流し込み、加熱処理して硬化させる封止樹脂設置工程を備えていることを特徴とする請求項18から20の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
- 前記圧電体アッセンブリ形成工程の後の任意タイミングにおいて行う防護板固着工程を備え、
前記防護板固着工程は、前記剛性基板における前記複数の開口部に対応した複数の防護板開口部を有する剛性の防護板を接着剤によって前記剛性基板の下面に固着するように構成されていることを特徴とする請求項18から21の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。 - 前記電気接続工程の後に、上側封止板設置工程を備え、
前記上側封止板設置工程は、
前記配線アッセンブリの上面に熱硬化型の柔軟性樹脂を塗布する処理と、
前記柔軟性樹脂の上に、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有する剛性の上側封止板を配置する処理と、
加熱により前記柔軟性樹脂を硬化させる処理とを含むことを特徴とする請求項18から22の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。 - 前記上側封止板設置工程の後に、吸音材設置工程及び補強板設置工程を備え、
前記吸音材設置工程は、
前記上側封止板の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に吸音材を配置する処理と、
加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含み、
前記補強板設置工程は、
前記吸音材の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に剛性の補強板を配置する処理と、
加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含むことを特徴とする請求項23に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7023436B1 (ja) * | 2021-02-03 | 2022-02-21 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
JP7139545B1 (ja) * | 2021-09-01 | 2022-09-20 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー |
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WO2023095243A1 (ja) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013156246A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-08-15 | General Electric Co <Ge> | 材料の厚さを測定するための装置 |
JP2017169161A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス、超音波測定装置、超音波画像処理装置 |
JP2019146020A (ja) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波センサー、超音波装置、及び超音波センサーの製造方法 |
WO2019234854A1 (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
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---|---|---|---|---|
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JP6229431B2 (ja) * | 2013-10-28 | 2017-11-15 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス、超音波プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器および超音波画像装置 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013156246A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-08-15 | General Electric Co <Ge> | 材料の厚さを測定するための装置 |
JP2017169161A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス、超音波測定装置、超音波画像処理装置 |
JP2019146020A (ja) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波センサー、超音波装置、及び超音波センサーの製造方法 |
WO2019234854A1 (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7023436B1 (ja) * | 2021-02-03 | 2022-02-21 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
WO2022168188A1 (ja) * | 2021-02-03 | 2022-08-11 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー及びその製造方法 |
JP7139545B1 (ja) * | 2021-09-01 | 2022-09-20 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー |
WO2023032064A1 (ja) * | 2021-09-01 | 2023-03-09 | サンコール株式会社 | 超音波トランスデューサー |
WO2023153271A1 (ja) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 検出装置 |
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