JP7486670B2 - 圧電素子アッセンブリ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この場合、前記固着工程は、熱硬化型導電性接着剤とされた前記第1及び第2導電性接合材を加熱硬化させるように構成される。
この場合、前記固着工程は、クリームはんだとされた前記第1及び第2導電性接合材を加熱溶融させた後に、降温させて固化させるように構成される。
図1に本実施の形態に係る圧電素子アッセンブリ200が適用された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、前記超音波トランスデューサー1における構成部材の一部の図示を省略している。
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に、図2におけるIII-III部に沿った断面図を、図4に、図3におけるIV部拡大図を、それぞれ示す。
このうち、前記複数の圧電素子30及び前記配線体100が前記圧電素子アッセンブリ200を形成している。
また、図6(a)~(e)に、前記配線体100の構成部材毎の平面図を示す。
なお、図5(a)~(d)及び図6(a)~(e)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。
図2及び図5(a)に示すように、前記剛性基板10には、上面11及び下面12の間を貫通する複数の開口部15が設けられている。
本実施の形態においては、前記圧電素子30は平面視矩形状とされており、従って、前記空洞部16も平面視矩形状とされている。
本実施の形態においては、前記導波路17は平面視円形状とされている。
例えば、前記超音波トランスデューサー1の放射音波の指向性を鋭くし、放射音波の強度を高めるためには 3×3 より多い振動体(圧電素子30)を配置させることができる。
前記可撓性樹脂膜20は、例えば、厚さ20μm~100μmのポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
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。
詳しくは、前記圧電素子30は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材によって形成される圧電素子本体32と、前記圧電素子本体32を厚み方向に関し上方側の第1圧電部位32a及び下方側の第2圧電部位32bに区画する内部電極34と、前記第1圧電部位32aの上面の一部に固着された上面電極36と、前記第2圧電部位32bの下面に固着された下面電極37と、基端側が前記内部電極34に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極36との間に内部電極側隙間34aが存する状態で前記圧電素子本体32の上面に設けられて内部電極端子34Tを形成する内部電極用接続体35と、基端側が前記下面電極37に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極36との間に下面電極側隙間37aが存する状態で前記圧電素子本体32の上面に設けられて下面電極端子37Tを形成する下面電極用接続体38とを有している。
この場合、前記第1及び第2圧電部位32a、32bの層厚は、0.1mm~0.2mmとされ得る。
従って、前記圧電素子30の変換効率向上を図るべく前記上面電極36の面積を拡大させ、これにより、前記内部電極側隙間34aが狭くなったとしても、前記第2導電性接合材190bが前記上面電極36に接触して、前記上部電極36(即ち、前記外部電極)及び前記内部電極34間が短絡することを有効に防止することができる。
これは、前記第1導電性接合材190aによる、前記下面電極端子37T及び前記上面電極36(前記下面電極端子対向領域361)と前記第1配線130aとの電気接続を可能とする為である。
なお、理解容易化の為に、図8及び図9においては下記カバー層150の図示を省略している。
前記第1及び第2配線130a、130b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、前記第1及び第2配線130a、130b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。
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、図10(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、図5(a)~(d)及び図6(a)~(e)におけると平面視同一位置に中心線を記載している。
図2及び図10(a)に示すように、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複数(本実施の形態においては9個)の開口部65を有している。
前記製造方法は、
・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する圧電素子固着工程と、
・平面視において前記中央開口42が前記複数の開口部15を一体的に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、
・前記配線体100を用意する配線体用意工程と、
・前記外部電極接続開口155aが前記下面電極端子37Tの少なくとも一部及び前記下面電極端子対向領域361の少なくとも一部を一体的に含む領域と平面視において重合し且つ前記内部電極接続開口155bが前記内部電極端子34Tの少なくとも一部と平面視において重合するように、前記配線体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体固着工程と、
・前記第1配線130aのうち前記外部電極接続開口155aを跨ぐ部分を前記下面電極端子37T及び前記上面電極36に電気的に接続し、且つ、前記第2配線130bのうち前記内部電極接続開口155bを跨ぐ部分を前記内部電極端子34Tに電気的に接続する電気接続工程と
を備えている。
前記圧電素子30Bは、平面視矩形状の角部に、前記下面電極端子37T及び前記内部電極端子34Tが配置されている。
15 開口部
20 可撓性樹脂膜
30 圧電素子
32 圧電素子本体
34 内部電極
34a 内部電極側隙間
34T 内部電極端子
35 内部電極用接続体
36 上面電極(外部電極)
37 下面電極(外部電極)
37a 下面電極側隙間
37T 下面電極端子
38 下面電極用接続体
40 下側封止板
42 中央開口
100 配線体
110 絶縁性ベース層
111 ベース側圧電素子重合部位
112a ベース層の外部電極タブ領域
112b ベース層の内部電極タブ領域
115a 第1アクセス開口
115b 第2アクセス開口
116 ベース側先端部位
130a 第1配線
130b 第2配線
150 絶縁性カバー層
151 カバー側圧電素子重合部位
152a カバー層の外部電極タブ領域
152b カバー層の内部電極タブ領域
155a 外部電極接続開口
155b 内部電極接続開口
156 カバー側先端部位
190a 第1導電性接合材
190b 第2導電性接合材
300 絶縁性被膜
361 下面電極端子対向領域
362 内部電極端子対向領域
Claims (7)
- 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の基板と、
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、
上面電極及び下面電極を有し、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下面電極が前記可撓性樹脂膜と対向する状態で前記可撓性樹脂膜に固着された複数の積層型圧電素子と、
平面視において前記複数の開口部の全てを囲む大きさの中央開口を有し、前記中央開口が前記複数の開口部の全て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体とを備えた圧電素子アッセンブリであって、
前記圧電素子は、圧電材によって形成された圧電素子本体と、前記圧電素子本体の上面及び下面にそれぞれ設けられ、外部電極を形成する前記上面電極及び前記下面電極と、前記圧電素子本体を厚み方向に関し上下に区画する内部電極と、基端側が前記下面電極に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極との間に下面電極側隙間が存する状態で前記圧電素子本体の上面に設けられて下面電極端子を形成する下面電極用接続体と、基端側が前記内部電極に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極との間に内部電極側隙間が存する状態で前記圧電素子本体の上面に設けられて内部電極端子を形成する内部電極用接続体とを有し、
前記配線体は、前記圧電素子の前記外部電極及び前記内部電極にそれぞれ電気的に接続される第1及び第2配線と、前記第1及び第2配線を支持する絶縁性ベース層と、前記第1及び第2配線の少なくとも一部を前記ベース層とは反対側から覆う絶縁性カバー層とを有し、
前記ベース層及び前記カバー層は、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、
前記ベース層及び前記カバー層のうち前記圧電素子と対向する側に位置する圧電素子側絶縁層の圧電素子重合部位は、前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記上面電極のうち前記下面電極側隙間を介して前記下面電極端子と対向する下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に囲む領域と平面視において重合する外部電極タブ領域であって、外部電極接続開口が設けられた外部電極タブ領域と、前記内部電極端子の少なくとも一部と平面視において重合する内部電極タブ領域であって、内部電極接続開口が設けられた内部電極タブ領域とを有し、
前記第1配線は一部が前記外部電極接続開口を跨ぎ、前記第2配線は一部が前記内部電極接続開口を跨いでおり、
前記配線体は、前記外部電極接続開口が前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に含む領域と平面視において重合し且つ前記内部電極接続開口が前記内部電極端子の少なくとも一部と平面視において重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、
前記第1配線は、前記外部電極接続開口を跨ぐ部分が第1導電性接合部材を介して前記下面電極端子及び前記上面電極に電気的に接続され、
前記第2配線は、前記内部電極接続開口を跨ぐ部分が第2導電性接合部材を介して前記内部電極端子に電気的に接続されており、
前記上面電極のうち前記内部電極側隙間を介して前記内部電極端子と対向する内部電極端子対向領域及び前記内部電極側隙間のうち前記内部電極端子対向領域に隣接する領域が絶縁性被膜によって一体的に覆われており、前記第2配線のうち前記内部電極接続開口を跨ぐ部分と前記上面電極との間には前記絶縁性被膜が介在されていることを特徴とする圧電素子アッセンブリ。
- 前記第1導電性接合部材は、前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記上面電極のうち前記下面電極側隙間を介して前記下面電極端子と対向する下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に覆うように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子アッセンブリ。
- 前記ベース層及び前記カバー層のうち前記圧電素子から離間された側に位置する絶縁層の圧電素子重合部位は、前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に囲む領域と平面視において重合する外部電極タブ領域であって、第1アクセス開口が設けられた外部電極タブ領域と、前記内部電極端子の少なくとも一部と平面視において重合する内部電極タブ領域であって、第2アクセス開口が設けられた第2タブ領域とを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電素子アッセンブリ。
- 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の基板と、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、上面電極及び下面電極を有し、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下面電極が前記可撓性樹脂膜と対向する状態で前記可撓性樹脂膜に固着された複数の積層型圧電素子と、平面視において前記複数の開口部の全てを囲む大きさの中央開口を有し、前記中央開口が前記複数の開口部の全て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体とを備え、前記圧電素子は、圧電材によって形成された圧電素子本体と、前記圧電素子本体の上面及び下面にそれぞれ設けられ、外部電極を形成する前記上面電極及び前記下面電極と、前記圧電素子本体を厚み方向に関し上下に区画する内部電極と、基端側が前記下面電極に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極との間に下面電極側隙間が存する状態で前記圧電素子本体の上面に設けられて下面電極端子を形成する下面電極用接続体と、基端側が前記内部電極に電気的に接続され且つ先端側が前記上面電極との間に内部電極側隙間が存する状態で前記圧電素子本体の上面に設けられて内部電極端子を形成する内部電極用接続体とを有し、前記配線体は、前記圧電素子の前記外部電極及び前記内部電極にそれぞれ電気的に接続される第1及び第2配線と、前記第1及び第2配線を支持する絶縁性ベース層と、前記第1及び第2配線の少なくとも一部を前記ベース層とは反対側から覆う絶縁性カバー層とを有し、前記ベース層及び前記カバー層は、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、前記ベース層及び前記カバー層のうち前記圧電素子と対向する側に位置する圧電素子側絶縁層の圧電素子重合部位は、前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記上面電極のうち前記下面電極側隙間を介して前記下面電極端子と対向する下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に囲む領域と平面視において重合する外部電極タブ領域であって、外部電極接続開口が設けられた外部電極タブ領域と、前記内部電極端子の少なくとも一部と平面視において重合する内部電極タブ領域であって、内部電極接続開口が設けられた内部電極タブ領域とを有している圧電素子アッセンブリの製造方法であって、
前記上面電極のうち少なくとも前記内部電極側隙間を介して前記内部電極端子と対向する内部電極端子対向領域及び前記内部電極側隙間のうち前記内部電極端子対向領域に隣接する領域を絶縁性被膜で一体的に被覆する絶縁性被膜被覆工程と、
前記下面電極端子の少なくとも一部及び前記下面電極端子対向領域の少なくとも一部を一体的に覆うように第1導電性接合部材を設け、且つ、前記内部電極端子の少なくとも一部を覆うように第2導電性接合部材を設ける工程と、
前記第1配線のうち前記外部電極接続開口を跨ぐ部分が前記第1導電性接合部材に接触し且つ前記第2配線のうち前記内部電極接続開口を跨ぐ部分が前記第2導電性接合部材に接触するように、前記配線体を設置する工程と、
前記第1配線のうち前記外部電極接続開口を跨ぐ部分及び前記第1導電性接合部材を固着させ且つ前記第2配線のうち前記内部電極接続開口を跨ぐ部分及び前記第2導電性接合部材を固着させる固着工程とを備え、
前記第2配線のうち前記内部電極接続開口を跨ぐ部分と前記上面電極との間には前記絶縁性被膜が介在されていることを特徴とする圧電素子アッセンブリの製造方法。 - 前記絶縁性被膜被覆工程は、前記絶縁性被膜によって被覆すべき領域に熱硬化型絶縁性樹脂を塗布し、その後に加熱するように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の圧電素子アッセンブリの製造方法。
- 前記第1及び第2導電性接合部材は熱硬化型導電性接着剤とされており、
前記固着工程は、熱硬化型導電性接着剤とされた前記第1及び第2導電性接合部材を加熱硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の圧電素子アッセンブリの製造方法。 - 前記第1及び第2導電性接合部材はクリームはんだとされており、
前記固着工程は、クリームはんだとされた前記第1及び第2導電性接合部材を加熱溶融させた後に、降温させて固化させるように構成されていることを特徴とする請求項4から6の何れかに記載の圧電素子アッセンブリの製造方法。
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