JPH01174199A - Manufacture of multi-layer ultrasonic probe - Google Patents

Manufacture of multi-layer ultrasonic probe

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JPH01174199A
JPH01174199A JP33473587A JP33473587A JPH01174199A JP H01174199 A JPH01174199 A JP H01174199A JP 33473587 A JP33473587 A JP 33473587A JP 33473587 A JP33473587 A JP 33473587A JP H01174199 A JPH01174199 A JP H01174199A
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JP
Japan
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layer
electrode layer
internal electrode
piezoelectric ceramic
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP33473587A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhide Abe
和秀 阿部
Seiichi Yoshida
精一 吉田
Shiro Saito
斉藤 史郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP33473587A priority Critical patent/JPH01174199A/en
Publication of JPH01174199A publication Critical patent/JPH01174199A/en
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the reliability and resolution by applying a paste including ceramic powder to a green sheet of a piezoelectric ceramics, making a laminator, incorporating the internal electrode layer and forming an outer electrode layer. CONSTITUTION:A paste material 2 having a composition of arranging 16-25wt.% of piezoelectric ceramic powder to internal electrode metallic powder is applied to a green sheet 1 making the piezoelectric ceramics as the major component in the thickness of 10-15mum. The green sheet 1 is used to form a laminator where at least one layer of the coating film of the paste material 2 is interposed in its inside. The laminator is calcined to incorporate the internal electrode layer in the piezoelectric ceramics layer. Moreover, after the outer electrode layer is formed, the resulting layer is cut off as arrays.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、超音波診断装置等に用いられる多層型超音波
探触子の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Purpose of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method of manufacturing a multilayer ultrasound probe used in an ultrasound diagnostic device or the like.

(従来の技術) 超音波探触子は、圧電素子を用いた超音波の送受波器で
あり、超音波の反射により対象物内部の状態を検査する
医用超音波診断装置や超音波金属探傷装置に用いられて
いる。各種の超音波探触子の中で、分解能を高める目的
で複数の細長い振動子をアレイ状に配列した、いわゆる
アレイ型超音波探触子が多用されている。また、近年、
血流のドツプラ情報を得ることが可能な超音波診断装置
が開発され、製造されている。かかる装置に使用される
超音波探触子は、いわゆる電子セクタ用超音波探触子と
称され、前記アレイ型超音波探触子と同様な構造を存す
るが、形状的に更に小さくなっている。こうしたアレイ
型超音波探触子や電子セクタ用超音波探触子は、例えば
心臓の冠状動脈のドツプラ信号を得るための研究に使用
されることから、その需要は今後更に増大するものと考
えられる。
(Prior art) An ultrasonic probe is an ultrasonic transducer using a piezoelectric element, and is used in medical ultrasonic diagnostic equipment and ultrasonic metal flaw detection equipment that inspects the internal state of objects by reflecting ultrasonic waves. It is used in Among various types of ultrasound probes, so-called array-type ultrasound probes, in which a plurality of elongated transducers are arranged in an array for the purpose of increasing resolution, are often used. Also, in recent years,
Ultrasonic diagnostic devices capable of obtaining Doppler information on blood flow have been developed and manufactured. The ultrasonic probe used in such a device is called an electronic sector ultrasonic probe, and has a similar structure to the array type ultrasonic probe, but is smaller in shape. . These array-type ultrasound probes and electronic sector ultrasound probes are used, for example, in research to obtain Doppler signals from the coronary arteries of the heart, so the demand for them is expected to increase further in the future. .

一方、超音波探触子と送受信系との信号伝達を考えた場
合、S/Nの向上の観点からインピーダンスを小さくす
ることが望ましい。このため、圧電セラミックス材料の
開発、更に圧電セラミックス層と内部電極層との積層化
が図られている。例えば、次のような積層構造を有する
アレイ型超音波探触子の製造方法が知られている。まず
、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系の圧電セラミック
スを主成分とするグリーンシート上に内部電極用金属粉
末を含むペースト状物を塗布した後、該グリーンシート
を用いて前記ペースト状物の塗膜が少なくとも1層介在
された積層物を作製する。つづいて、この積層物を焼成
して圧電セラミックス層間に内部電極層を一体化した後
、外径加工を施した後、外部電極層を形成する。次いで
、この積層構造材をバッキング材に固定すると共に、前
記外部’K1層へのリードの接続を行い、更に上面に整
合層を形成した後、ダイヤモンドブレード等により整合
層及び積層構造材をアレイ状に切断してアレイ型超音波
探触子を製造する。こうして製造された超音波探触子は
、複数の圧電セラミックスの間に少なくとも1層の内部
電極層を形成し、史に外部電極を形成した積層構造材を
ブレードでアレイ状の切断した細長状の振動子と、これ
ら振動子を固定するバッキング材と、前記振動子の外部
電極に接続されるリード線と、前記各振動子の表面に設
けられた整合層とから構成されている。かかる構造の探
触子においては、前述した分解能の向上の観点から外部
電極層が形成された積層構造材をブレードにより狭い幅
に切断する必要がある。
On the other hand, when considering signal transmission between the ultrasonic probe and the transmitting/receiving system, it is desirable to reduce the impedance from the viewpoint of improving S/N. For this reason, efforts are being made to develop piezoelectric ceramic materials and to laminate piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers. For example, a method of manufacturing an array-type ultrasonic probe having the following laminated structure is known. First, a paste containing metal powder for internal electrodes is applied onto a green sheet whose main component is lead zirconate titanate (PZT)-based piezoelectric ceramics, and then the green sheet is used to apply the paste. A laminate having at least one layer interposed therein is produced. Subsequently, this laminate is fired to integrate an internal electrode layer between the piezoelectric ceramic layers, and after processing the outer diameter, an external electrode layer is formed. Next, this laminated structural material is fixed to the backing material, and the leads are connected to the external 'K1 layer. After forming a matching layer on the upper surface, the matching layer and the laminated structural material are shaped into an array using a diamond blade or the like. An array-type ultrasonic probe is manufactured by cutting into pieces. The ultrasonic probe manufactured in this way has at least one internal electrode layer formed between a plurality of piezoelectric ceramics, and the laminated structure material that formed the external electrode is cut into an array shape with a blade. It is composed of vibrators, a backing material for fixing these vibrators, lead wires connected to external electrodes of the vibrators, and a matching layer provided on the surface of each vibrator. In a probe having such a structure, it is necessary to cut the laminated structure material on which the external electrode layer is formed into a narrow width with a blade in order to improve the resolution mentioned above.

また、ブレードでの切断後においては内部電極のオープ
ン不良が発生しないように焼成により圧電セラミックス
層に一体化された内部電極層がその切断方向に沿って繋
がっていることが必要である。
Further, after cutting with the blade, it is necessary that the internal electrode layer integrated with the piezoelectric ceramic layer by firing is connected along the cutting direction so that an open failure of the internal electrode does not occur.

更に、前記分解能の向上を目的として今後、リードを通
して外部電極及び内部電極に高い周波数が与えられるこ
とから、内部電極を良好な導電状態に維持することが必
要である。
Furthermore, since high frequencies will be applied to the external and internal electrodes through the leads in the future for the purpose of improving the resolution, it is necessary to maintain the internal electrodes in a good conductive state.

しかしながら、前述した方法で製造された超音波探触子
は焼成後での金属粉末を含む内部電極層が圧電セラミッ
クス層に対して良好に密着していないため、ダイヤモン
ドブレードによる切断に際し、内部電極が剥離する問題
があった。特に、該ブレードによる切断ピッチが狭くな
るほど、剥離が生じ易い傾向がある。内部電極が、一部
分で剥離された振動子は、不要モードの振動を励起し、
超音波探触子としての使用に耐えない。
However, in the ultrasonic probe manufactured by the method described above, the internal electrode layer containing metal powder does not adhere well to the piezoelectric ceramic layer after firing, so when cutting with a diamond blade, the internal electrode layer does not adhere well to the piezoelectric ceramic layer. There was a problem with peeling. In particular, as the cutting pitch by the blade becomes narrower, peeling tends to occur more easily. A vibrator whose internal electrode is partially peeled off excites unwanted mode vibrations,
Cannot withstand use as an ultrasound probe.

このようなことから、内部電極用の金属粉末に圧電セラ
ミックス粉末を2〜15重二%配合した組成のペースト
状物を圧電セラミックスを主成分とするグリーンシート
に印刷、塗布し、このグリーンシートを用いて前記と同
様に積層物を作製し、焼結して圧電振動子を製造するこ
とが特開昭57−36880号に開示されている。しか
しながら、かかる方法では焼成後において内部電極層を
圧電セラミックス層に対して良好に密着させるためには
、前記ペースト状物によるグリーンシートへの塗膜厚さ
を5〜9μmと比較的薄くする必要がある。その結果、
切断後の内部電極の厚さを充分厚くてきず、導電性が悪
化するため、高い周波数での駆動が困難となる。また、
内部電極層の厚さを薄くした場合でも該電極層を構成す
る網目状の内部電極用金属に圧電セラミックスが荒く分
散してブレードによる切断後において、その切断方向に
沿って繋がらずに途中で断線される恐れがある。
For this reason, a paste-like material containing 2 to 15% piezoelectric ceramic powder mixed with metal powder for internal electrodes is printed and applied onto a green sheet whose main component is piezoelectric ceramic. JP-A No. 57-36880 discloses that a piezoelectric vibrator is manufactured by producing a laminate using the above method and sintering it in the same manner as described above. However, in this method, in order to ensure good adhesion of the internal electrode layer to the piezoelectric ceramic layer after firing, it is necessary to apply the paste to the green sheet with a relatively thin thickness of 5 to 9 μm. be. the result,
The thickness of the internal electrodes after cutting is not made sufficiently thick, and the conductivity deteriorates, making it difficult to drive at high frequencies. Also,
Even when the thickness of the internal electrode layer is made thinner, the piezoelectric ceramics are roughly dispersed in the mesh-like internal electrode metal that makes up the electrode layer, and after cutting with a blade, the wires do not connect along the cutting direction and break in the middle. There is a risk that it will be done.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、インピーダンスの低減化を図れることは勿論、
圧電セラミックス層に対して良好に密着させると共に電
極用金属がブレードによる切断方向に沿って良好に繋が
った網状構造を有し、かつ充分な導電性を持つ内部電極
層の形成が可能な多層型超音波探触子の製造方法を提供
しようとするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to reduce the impedance.
A multilayer superstructure that allows for the formation of internal electrode layers that adhere well to the piezoelectric ceramic layer, have a network structure in which the electrode metal is well connected along the cutting direction of the blade, and have sufficient conductivity. The present invention aims to provide a method for manufacturing a sonic probe.

[発明の目的] (問題点を解決するための手段) 本発明は、内部電極用金属粉末に圧電セラミックス粉末
を16〜25重量96配合した組成のペースト状物を、
圧電セラミックスを主成分とするグリーンシートに10
〜15μmの厚さに塗布した後、このグリーンシートを
用いて内部に前記ペースト状物の塗膜が少なくとも1層
介在された積層物を作製する工程と、この積層物を焼成
して圧電セラミックス層間に内部電極層を一体化し、更
に外部電極層を形成した後、アレイ状に切断する工程と
を具備したことを特徴とするものである。
[Objective of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a paste-like material having a composition in which 16 to 25 weight 96 of piezoelectric ceramic powder is blended with metal powder for internal electrodes.
10 on a green sheet whose main component is piezoelectric ceramics
After coating to a thickness of ~15 μm, the green sheet is used to create a laminate in which at least one layer of the paste-like material is interposed, and the laminate is fired to form a layer between the piezoelectric ceramic layers. The method is characterized by comprising a step of integrating an internal electrode layer with the electrode layer, further forming an external electrode layer, and then cutting the electrode layer into an array shape.

上記圧電セラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛(PZT) 、PZTをベースとしてマグネシウ
ム・ニオブ酸鉛などを固溶させた三成分系のもの、更に
この三成分系の鉛をバリウム、ストロンチウムなどのア
ルカリ土類元素で置換したもの等を挙げることができる
Examples of the piezoelectric ceramics mentioned above include lead zirconate titanate (PZT), three-component ceramics in which magnesium and lead niobate are dissolved in PZT as a base, and those in which this three-component lead is combined with barium, strontium, etc. Examples include those substituted with alkaline earth elements.

上記ペースト状物中に配合される圧電セラミックス粉末
は、焼成後において内部電極層を上下の圧電セラミック
ス層に対して強固に密着させる役目を果たすことから、
圧電セラミックス粉末を焼結後の内部電極層の厚さに近
似した大きさにして内部電極層中の圧電セラミックス粉
末と上下の圧電セラミックス層との接触度合を増加させ
ることが望ましい。
The piezoelectric ceramic powder mixed in the paste-like material plays the role of firmly adhering the internal electrode layer to the upper and lower piezoelectric ceramic layers after firing.
It is desirable to increase the degree of contact between the piezoelectric ceramic powder in the internal electrode layer and the upper and lower piezoelectric ceramic layers by making the piezoelectric ceramic powder approximate the thickness of the internal electrode layer after sintering.

上記内部電極用金属としては、例えばPt、Pd 、A
g−Pd等を挙げることができる。また、外部電極用金
属として例えばAg等を挙げることができる。
Examples of the metal for the internal electrodes include Pt, Pd, and A.
Examples include g-Pd and the like. In addition, examples of the metal for the external electrode include Ag and the like.

上記ペースト状物を構成する圧電セラミックス粉末の配
合量を限定した理由は、その二を内部電極用金属粉末に
対して16重量未満にすると、ペースト状物を上記範囲
内のように厚く塗布し、焼成した後において上下の圧電
セラミックス層との密着性を充分に向上できず、かとい
ってその量が25重量%を越えると内部電極層中に占め
る絶縁性の圧電セラミックス量が多くなってその導電性
が損われるからである。
The reason for limiting the blending amount of the piezoelectric ceramic powder constituting the paste is that if the amount is less than 16% by weight relative to the internal electrode metal powder, the paste can be applied thickly within the above range. After firing, the adhesion between the upper and lower piezoelectric ceramic layers cannot be sufficiently improved, and on the other hand, if the amount exceeds 25% by weight, the amount of insulating piezoelectric ceramics in the internal electrode layer increases and its conductivity deteriorates. This is because sex is damaged.

上記ペースト状物の塗布厚さを上記範囲に限定した理由
は、その厚さを10μm未満にすると焼成により形成さ
れた内部電極層の導電性が損われ、かといってその厚さ
が15μmを越えると内部電極層中に圧電セラミックス
粉末が埋没されて上下の圧電セラミックスとの接触度合
が低下し、圧電セラミックスに対して内部電極層を良好
に密着できなるからである。なお、圧電セラミックス粉
末の大きさを既述したように焼成後の内部電極層の厚さ
に近似させれば、15μmを越える厚さでペースト状物
を塗布することも可能であるが、かかる場合にはペース
ト状物に配合する圧電セラミックス粉末自体の粒径が大
きくなり、それら粉末相互の焼結性が低下するため、ペ
ースト状物の厚さの上限は15μm以下に制限される。
The reason for limiting the coating thickness of the paste to the above range is that if the thickness is less than 10 μm, the conductivity of the internal electrode layer formed by firing will be impaired; This is because the piezoelectric ceramic powder is buried in the internal electrode layer and the degree of contact with the upper and lower piezoelectric ceramics is reduced, making it impossible to make good contact between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic. Note that if the size of the piezoelectric ceramic powder is approximated to the thickness of the internal electrode layer after firing as described above, it is possible to apply a paste to a thickness exceeding 15 μm, but in such a case In this case, the particle size of the piezoelectric ceramic powder itself added to the paste becomes large, and the mutual sinterability of the powders decreases, so the upper limit of the thickness of the paste is limited to 15 μm or less.

上記積層物の焼成温度は、1100〜1300℃とする
ことが望ましい。焼成は、大気中等の酸化性雰囲気で行
なえばよい。なお、圧電セラミックスの構成成分である
鉛の揮散を抑制するために鉛蒸気雰囲気で焼成してもよ
い。
The firing temperature of the laminate is preferably 1100 to 1300°C. The firing may be performed in an oxidizing atmosphere such as the air. Note that the piezoelectric ceramic may be fired in a lead vapor atmosphere in order to suppress volatilization of lead, which is a component of the piezoelectric ceramic.

(作用) 本発明によれば、内部電極用金属粉末に圧電セラミック
ス粉末を所定量配合した組成のペースト状物を、圧電セ
ラミックスを主成分とするグリーンシートに所定の厚さ
で塗布した後、このグリーンシートを用いて内部に前記
ペースト状物の塗膜が少なくとも1層介在された積層物
を作製し、焼成することによって、圧電セラミックス層
間に該セラミックス層に対して良好に密着し、かつ内部
電極用金属がブレードによる切断方向に沿って繋がった
網状構造を有し、さらに充分な導電性を持つ内部電極層
を一体的に形成した積層構造材を得ることができる。そ
の結果、該積層構造材に外部電極を形成し、所定のバッ
キング材等に固定した後、ダイヤモンドブレード等で切
断することによって、部分剥離、切断方向へのオーブン
不良がなく良好な導電性を有する内部電極が圧電セラミ
ックス層間に介在された振動子を備えたインピーダンス
が低くかつ高周波での駆動が可能な高分解能の多層型超
音波探触子を製造できる。
(Function) According to the present invention, a paste having a composition in which a predetermined amount of piezoelectric ceramic powder is mixed with metal powder for internal electrodes is applied to a green sheet whose main component is piezoelectric ceramic to a predetermined thickness, and then By preparing a laminate in which at least one coating film of the paste-like material is interposed inside using a green sheet and firing it, the piezoelectric ceramic layers have good adhesion to the ceramic layer, and the internal electrode It is possible to obtain a laminated structure material having a network structure in which the cutting metal is connected along the direction of cutting by the blade, and in which an internal electrode layer having sufficient conductivity is integrally formed. As a result, by forming external electrodes on the laminated structure material, fixing it to a predetermined backing material, etc., and cutting it with a diamond blade, etc., it has good conductivity without partial peeling or oven failure in the cutting direction. A multilayer ultrasonic probe with low impedance and high resolution that can be driven at high frequency can be manufactured, which includes a vibrator in which internal electrodes are interposed between piezoelectric ceramic layers.

(発明の実施例) 以下、本発明の実施例及び比較例を図面を参照して詳細
に説明する。
(Examples of the invention) Examples and comparative examples of the invention will be described in detail below with reference to the drawings.

実施例 まず、平均粒径0.5μmの白金粉末に平均粒径1.3
μmのPZTを主成分とする圧電セラミックス粉末を2
5重量%配合し、これら混合物に有機バインダ、分散剤
及び溶剤を加えて内部電極用ペースト状物を調製した。
Example First, platinum powder with an average particle size of 0.5 μm was mixed with an average particle size of 1.3 μm.
Piezoelectric ceramic powder whose main component is PZT with a diameter of 2 μm
An organic binder, a dispersant, and a solvent were added to the mixture to prepare a paste for internal electrodes.

なお、前記PZT系セラミックスはε5.T/ε。−+
=2000、k33セ0.75、QM−80、N t 
七2000 (Hz m )の諸特性を有し、かつキュ
ーり温度が約290℃の性質を有するものである。
Note that the PZT-based ceramic has an ε5. T/ε. −+
=2000, k33se 0.75, QM-80, Nt
It has various characteristics of 72000 (Hz m ) and a cure temperature of about 290°C.

次いで、前記と同様なPZT系圧電セラミックスの仮焼
粉末とアクリル系バインダを6 :4の重量比で混合し
、この混合物を溶剤の存在下で20時間攪拌して泥奨と
した後、この泥奨からドクターブレード法により厚さ0
.25Mのグリーンシートを成形した。つづいて、この
グリーンシート上に予め調製した前記内部電極用ペース
ト状物を325メツシユのスクリーンを用いて印刷して
第1図に示すようにグリーンシート1上に2つの塗膜パ
ターン2.2を形成した。なお、これら塗膜パターン2
.2の膜厚をマイクロメータで5点測定したところ、平
均値で12〜13μmであった。
Next, the same calcined PZT piezoelectric ceramic powder and acrylic binder as described above were mixed at a weight ratio of 6:4, and this mixture was stirred in the presence of a solvent for 20 hours to form a slurry. Thickness is reduced to 0 using the doctor blade method.
.. A 25M green sheet was molded. Next, the previously prepared internal electrode paste was printed on the green sheet using a 325 mesh screen to form two coating patterns 2.2 on the green sheet 1 as shown in FIG. Formed. In addition, these coating film patterns 2
.. When the film thickness of No. 2 was measured at 5 points with a micrometer, the average value was 12 to 13 μm.

次いで、前記グリーンシートの塗膜パターン側の表面上
に前記工程で形成した厚さ0.25mmのグリーンシー
トを重ねた後、金型中で70℃、300/(g/−の条
件で30分間加熱圧着して総厚が0.48Bの積層物を
作製した。つづいて、この積層物を大気中、1200℃
まで昇温し、2時間保持して焼成を行なった後、徐冷す
ることにより圧電セラミックス層で挟まれた2つの内部
電極層を有する厚さ約0.39mmの積層構造材を作製
した。ひきつづき、第2図に示すように前記積層構造材
3をダイヤモンドブレードにより一点鎖線に沿って切断
して外形加工を施した。この工程により2個の圧電振動
子素材が作られる。
Next, the green sheet with a thickness of 0.25 mm formed in the above step was placed on the surface of the green sheet on the coating pattern side, and then heated in a mold at 70°C and 300/(g/-) for 30 minutes. A laminate with a total thickness of 0.48B was produced by heat-pressing.Subsequently, this laminate was heated in the atmosphere at 1200°C.
The temperature was raised to 100.degree. C., held for 2 hours to perform firing, and then slowly cooled to produce a laminated structure material having a thickness of approximately 0.39 mm and having two internal electrode layers sandwiched between piezoelectric ceramic layers. Subsequently, as shown in FIG. 2, the laminated structure material 3 was cut along the dashed line with a diamond blade to give it an external shape. Through this process, two piezoelectric vibrator materials are produced.

次いで、前記圧電振動子素材に銀ペーストをスクリーン
印刷し、800℃、10分間の焼付けを行ない外部電極
層を形成した後、シリコンオイル中、100℃で480
Vの電圧を30分間印加して分極処理を施し、更に50
℃で8時間エージング処理を行なうことにより第3図(
A)〜(C)に示す15X 15X O,39IIIj
l!の2層型圧電振動子4を製作した。なお、第3図(
A)は圧電振動子の上面図、同図(B)は同圧電振動子
の背面図、同図(C)と同図(A)のX−X線に沿う断
面図である。かかる2層型圧電振動子4は、矢印方向に
分極された圧電セラミックス層5と、この圧電セラミッ
クス層5により覆われ、−辺が外部に露出した内部電極
層6と、該圧電セラミックス層5の前記内部電極層6の
一辺側及びそれと直交する側の周縁を除く表面、内部電
極6の一辺と反対側の側面及び裏面に亙って形成された
一方の外部電極7aと、前記圧電セラミックス層5の内
部電極層6の一辺側に設けられ、該内部電極層6と接続
された他方の外部電極層7bとから構成されている。
Next, silver paste was screen printed on the piezoelectric vibrator material and baked at 800°C for 10 minutes to form an external electrode layer.
Polarization treatment was performed by applying a voltage of V for 30 minutes, and then a voltage of 50 V was applied for 30 minutes.
Figure 3 (
15X 15X O, 39IIIj shown in A) to (C)
l! A two-layer piezoelectric vibrator 4 was manufactured. In addition, Figure 3 (
A) is a top view of the piezoelectric vibrator, (B) is a rear view of the piezoelectric vibrator, and a sectional view taken along the line X-X in (C) and (A) of the same figure. Such a two-layer piezoelectric vibrator 4 includes a piezoelectric ceramic layer 5 polarized in the direction of the arrow, an internal electrode layer 6 covered by the piezoelectric ceramic layer 5 and having a - side exposed to the outside, and a piezoelectric ceramic layer 5 that is polarized in the direction of the arrow. one external electrode 7a formed over the surface of the internal electrode layer 6 excluding one side and the peripheral edge orthogonal thereto, the side surface and back surface opposite to one side of the internal electrode 6; and the piezoelectric ceramic layer 5. The external electrode layer 7b is provided on one side of the internal electrode layer 6 and is connected to the internal electrode layer 6.

比較例 平均粒径0,5μmの白金粉末に平均粒径1.3μmの
前記P Z T系圧電セラミックス粉末をIO型重量6
配合し、これら混合物に有機バインダ、分散剤及び溶剤
を加えて内部電極用ペースト状物を調製した。つづいて
、このペースト状物を実施例と同様な厚さ0.25mm
のグリーンシート上に325メツシユのスクリーンを用
いて印刷して平均厚さ7〜8μmの2つの塗膜パターン
を形成した後、該グリーンシートの塗膜パターン側の表
面上に前記と同様な厚さ0.25mmのグリーンシート
を重ね、金型中で70℃、300に9/C’lllの条
件で30分間加熱圧着して総厚が約0.48mMの積層
物を作製した。この後、実施例と同様な工程により2層
型圧電振動子を製作した。
Comparative Example The above PZT piezoelectric ceramic powder with an average particle size of 1.3 μm was added to platinum powder with an average particle size of 0.5 μm.
An organic binder, a dispersant, and a solvent were added to the mixture to prepare a paste for internal electrodes. Next, apply this paste to a thickness of 0.25 mm similar to the example.
After printing on a green sheet using a 325 mesh screen to form two coating patterns with an average thickness of 7 to 8 μm, print on the surface of the green sheet on the coating pattern side the same thickness as above. Green sheets of 0.25 mm were stacked and heat-pressed in a mold at 70° C. and 300° C. for 30 minutes to produce a laminate with a total thickness of about 0.48 mm. Thereafter, a two-layer piezoelectric vibrator was manufactured using the same process as in the example.

上述した本実施例及び比較例の2層型圧電振動子につい
て1kHzにおける容量及びtanδを測定した。その
結果、本実施例及び比較例の圧電振動子は容量、tan
δが共に測定誤差範囲内で一致し、C=35 nF 、
 tanδ−0,018であった。これにより、狭い幅
に切断する前の板状圧電振動子の電気的特性は実施例と
比較例の間で違いがみられないことがわかった。
The capacitance and tan δ at 1 kHz were measured for the two-layer piezoelectric vibrators of the present example and comparative example described above. As a result, the piezoelectric vibrators of this example and comparative example have a capacitance, tan
Both δ agree within the measurement error range, C=35 nF,
The tan δ was -0,018. As a result, it was found that there was no difference in the electrical characteristics of the plate-shaped piezoelectric vibrator between the example and the comparative example before cutting into narrow widths.

また、実施例及び比較例の2層型圧電振動子を5×5M
の寸法に切断して試験片を作製し、これら試験片の両面
から引張り力を加えた時の内部電極層の剥離強度を測定
した。その結果、本実施例及び比較例の圧電振動子は内
部電極層と圧電セラミックス層の剥離強度が共に測定誤
差範囲内で−致し、80〜150/(g/dであった。
In addition, the two-layer piezoelectric vibrator of the example and comparative example was
Test pieces were prepared by cutting them into dimensions of , and the peel strength of the internal electrode layer was measured when tensile force was applied from both sides of these test pieces. As a result, the peel strength of the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer of the piezoelectric vibrators of the present example and the comparative example both matched within the measurement error range, and was 80 to 150/(g/d).

これにより、狭い幅に切断する前の板状圧電振動子の剥
離強度は実施例と比較例の間で差異が認められないこと
がわかった。
This revealed that there was no difference in the peel strength of the plate-shaped piezoelectric vibrator before cutting it into narrow widths between the example and the comparative example.

更に、剥離した後の実施例及び比較例の内部電極層の表
面を走査型電子顕微鏡で観察した。それらの顕微鏡写真
を、第4図及び第5図の模式図で示した。これら第4図
及び第5図の模式図より、実施例及び比較例の内部電極
層は内部電極用金属である白金21が圧電セラミ 金21が圧電セラミックス22内に2次元的な網目状に
接続されていることがわかる。典型的な白金21の幅は
、3〜8μmであるが、場所によっては1μm以下の幅
で接続されている箇所もあった。
Furthermore, the surfaces of the internal electrode layers of Examples and Comparative Examples after peeling were observed using a scanning electron microscope. Those micrographs are shown in the schematic diagrams of FIGS. 4 and 5. From the schematic diagrams in FIGS. 4 and 5, it can be seen that in the internal electrode layers of the example and comparative example, platinum 21, which is the metal for internal electrodes, and piezoelectric ceramic gold 21 are connected in a two-dimensional network inside the piezoelectric ceramic 22. I can see that it is being done. A typical width of the platinum 21 is 3 to 8 μm, but there were some places where the platinum 21 was connected with a width of 1 μm or less.

また、圧電セラミックス22は至る所で上下の圧電セラ
ミックス層と密着していた形跡が認められた。
In addition, evidence that the piezoelectric ceramic 22 was in close contact with the upper and lower piezoelectric ceramic layers was observed everywhere.

これは、白金21間から内部電極層の表面まではみ出し
ている圧電セラミックス粒子が見られること、白金21
間にみえる圧電セラミックス粒子が直線により形成され
る外形を呈していることがらも判断された。但し、本実
施例の内部電極層(第4図図示)は網目状の白金21に
圧電セラミックス22が細かく分散してブレードによる
切断後においてもその切断方向に沿って良好に繋がった
状態にできるのに対し、比較例の内部電極層(第5図図
示)では網目状の白金21に圧電セラミックス22が荒
く分散してブレードによる切断後においてその切断方向
に沿って繋がらず、途中で断線される恐れがある。
This is because piezoelectric ceramic particles can be seen protruding from between the platinum 21 to the surface of the internal electrode layer, and the platinum 21
It was also determined that the piezoelectric ceramic particles visible in between had an outer shape formed by straight lines. However, in the internal electrode layer (shown in FIG. 4) of this embodiment, the piezoelectric ceramics 22 are finely dispersed in the platinum mesh 21, and even after cutting with a blade, the piezoelectric ceramics 22 can be well connected along the cutting direction. On the other hand, in the internal electrode layer of the comparative example (shown in FIG. 5), the piezoelectric ceramics 22 are roughly dispersed in the mesh-like platinum 21 and are not connected along the cutting direction after cutting with a blade, so there is a risk of disconnection in the middle. There is.

次に、前述した実施例及び比較例の2層型圧電振動子か
ら医用診断装置用アレイ型超音波探触子の製造を説明す
る。
Next, manufacturing of an array type ultrasonic probe for medical diagnostic equipment from the two-layer piezoelectric vibrators of the above-mentioned Examples and Comparative Examples will be explained.

まず、2層型圧電振動子4における一方の外部電極層7
aにフレキシブルプリント基板の複数の信号側リード線
8を半田付けにより接合し、他方の外部電極層7bに厚
さ0.05mmの銅板からなるアース取出し電極9を半
田付けにより接合した。つづいて、フェライトゴム製バ
ッキング材1oの表面に接着材を塗布し、この接着材層
上に前記2層型圧電振動子4を予め接合した信号側リー
ド線8及びアース電極9が接着材層に当接するように配
置して接着した。ひきつづき、前記圧電振動子4上にエ
ポキシ系樹脂からなる厚さがλ/4 (λ:波長)の音
響整合層11を形成した。この後、スクライバダイサに
取付けた厚さ0.05zxのダイヤモンドブレードによ
り音響整合層11側からバッキング材10表面に亙って
0.25amピッチで前記フレキシブルプリント基板の
各信号側リード線に合せて矢印方向に切断して48個の
短冊状振動子(エレメント)を有する共振周波数3.7
5MHzの2層アレイ型超音波探触子を製造した(第6
図(A)、(B)図示)。
First, one external electrode layer 7 in the two-layer piezoelectric vibrator 4
A plurality of signal-side lead wires 8 of a flexible printed circuit board were connected to a by soldering, and a grounding electrode 9 made of a copper plate having a thickness of 0.05 mm was connected to the other external electrode layer 7b by soldering. Subsequently, an adhesive is applied to the surface of the ferrite rubber backing material 1o, and the signal side lead wire 8 and the ground electrode 9, to which the two-layer piezoelectric vibrator 4 has been bonded in advance, are placed on the adhesive layer. They were placed so that they were in contact and glued. Subsequently, an acoustic matching layer 11 made of epoxy resin and having a thickness of λ/4 (λ: wavelength) was formed on the piezoelectric vibrator 4. After that, a diamond blade with a thickness of 0.05zx attached to a scriber dicer is used to cut arrows from the acoustic matching layer 11 side to the backing material 10 surface at a pitch of 0.25 am in line with each signal side lead wire of the flexible printed circuit board. Resonance frequency 3.7 with 48 strip-shaped vibrators (elements) cut in the direction
A 5MHz two-layer array type ultrasonic probe was manufactured (6th
Figures (A) and (B) shown).

なお、第6図(A)は2層アレイ型超音波探触子の斜視
図、同図(B)は同図(A)のY−Y線に沿う断面図で
ある。
6(A) is a perspective view of a two-layer array type ultrasonic probe, and FIG. 6(B) is a sectional view taken along line Y--Y in FIG. 6(A).

製造された実施例及び比較例のアレイ型超音波探触子に
ついて、各短冊状振動子の共振特性(k33−)を測定
し、振動子の動作状況を調べた。
Regarding the manufactured array type ultrasonic probes of Examples and Comparative Examples, the resonance characteristics (k33-) of each strip-shaped vibrator were measured, and the operating status of the vibrator was investigated.

その結果、比較例の探触子ては48個の短冊状振動子の
うち7個の振動子において異常な共振が認められた。こ
れら7個の不良モードは、いずれも内部電極が原因とな
っており、途中で内部電極か断線し、インピーダンスが
高くなっている振動子が3個、内部電極の抵抗率が途中
で高くなっているために共振点にスプリアスが発生した
振動子が4個であった。これら7個の不良モード発生は
、内部電極層が前述した第5図図示のように網目状の白
金21に圧電セラミックス22が荒く分散しているため
、これをダイヤモンドブレードにより狭い幅で切断した
短冊状振動子がその切断方向に沿って繋がらず、途中で
断線されたこと、内部電極の厚さが薄く導電率が低いこ
とが原因であると考えられる。これに対し、本実施例の
超音波探触子では48個の短冊状振動子が全て正常な共
振特性を有することか確認された。
As a result, abnormal resonance was observed in 7 of the 48 strip-shaped vibrators in the probe of the comparative example. All of these seven failure modes are caused by the internal electrodes; three of the vibrators have an internal electrode that is disconnected midway, the impedance is high, and the resistivity of the internal electrodes is high midway. There were four vibrators that generated spurious waves at their resonance points due to the The occurrence of these seven failure modes is because the piezoelectric ceramics 22 are roughly dispersed in the mesh-like platinum 21 in the internal electrode layer as shown in FIG. This is thought to be due to the fact that the shaped vibrators were not connected along the cutting direction and were broken midway, and that the internal electrodes were thin and had low conductivity. On the other hand, in the ultrasonic probe of this example, it was confirmed that all 48 strip-shaped vibrators had normal resonance characteristics.

また、本実施例の2層アレイ型超音波探触子、及び圧電
振動子を単層とした以外、実施例と同構造、同一1法、
同一共振周波数(3,75MHz)の単層アレイ型超音
波探触子(従来例)について、パルスエコー特性を調べ
た。その結果、従来例の単層アレイ型超音波探触子では
第7図に示すパルスエコー特性の線図が、本実施例の2
層アレイ型超音波探触子では第8図に示すパルスエコー
特性の線図が得られた。これら第7図及び第8図から明
らかなように本実施例の超音波探触子では従来例の単層
型の超音波探触子とほぼ同一の波形が得られ、しかも感
度は7 dB向上でき、多層化による有用性が示されて
いる。
In addition, the two-layer array type ultrasonic probe of this example and the piezoelectric vibrator were made into a single layer, but the structure was the same as that of the example, the same method was used,
The pulse echo characteristics of a single-layer array type ultrasonic probe (conventional example) having the same resonant frequency (3.75 MHz) were investigated. As a result, in the conventional single-layer array type ultrasound probe, the pulse echo characteristic diagram shown in FIG.
With the layer array type ultrasonic probe, a diagram of pulse echo characteristics shown in FIG. 8 was obtained. As is clear from these FIGS. 7 and 8, the ultrasonic probe of this example can obtain almost the same waveform as the conventional single-layer ultrasonic probe, and the sensitivity has improved by 7 dB. It has been shown that multi-layering is useful.

更に、本実施例の2層アレイ型超音波探触子を実際の医
用超音波診断装置に組込み、評価試験を行なった。その
結果、実機においても単層アレイ型超音波探触子に比べ
て感度、S/Nが向上しており、画像についても従来の
探触子では見られなかった部位が観察される等、顕著な
性能改善が認められた。しかも、連続駆動に対する耐久
性も確認され、実施例の超音波探触子が実用に耐える機
械的強度も備えていることが確認された。
Furthermore, the two-layer array type ultrasound probe of this example was incorporated into an actual medical ultrasound diagnostic apparatus, and an evaluation test was conducted. As a result, the sensitivity and S/N of the actual device are improved compared to the single-layer array type ultrasound probe, and the images are also remarkable, such as being able to observe areas that could not be seen with conventional probes. A significant performance improvement was observed. Furthermore, durability against continuous driving was also confirmed, and it was confirmed that the ultrasonic probe of the example had mechanical strength that could withstand practical use.

なお、上記実施例ではグリーンシートに内部電極用のペ
ースト状物の塗膜パターンを2つ形成したが、これに限
定されない。例えば4つ、6つ、8つ等の塗膜パターン
をグリーンシート上に形成してもよい。
In the above embodiment, two coating patterns of paste-like material for internal electrodes were formed on the green sheet, but the present invention is not limited thereto. For example, four, six, eight, etc. coating patterns may be formed on the green sheet.

上記実施例では、2層アレイ型超音波探触子の製造につ
いて説明したが、3層以上の多層アレイ型超音波探触子
の製造にも同様に適用できる。
In the above embodiment, the manufacturing of a two-layer array type ultrasound probe has been described, but the present invention can be similarly applied to the manufacturing of a multilayer array type ultrasound probe having three or more layers.

[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によればインピーダンスの低
減化を図れることは勿論、圧電セラミックス層に対して
良好に密着させると共に電極用金属がブレードによる切
断方向に沿って良好に繋がった網状構造を有し、かつ充
分な導電性を持つ内部電極層の形成でき、ひいてはアレ
イ状にするために狭い幅で切断した後でも特性の揃った
振動子の形成が可能で不良発生を著しく低減され、更に
所定の機械的強度が保持された医用超音波診断装置や超
音波金属探傷装置等に有用な高信頼性で高分解能の多層
型超音波探触子の製造方法を提供できる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, it is possible not only to reduce impedance, but also to achieve good adhesion to the piezoelectric ceramic layer, and to ensure that the electrode metal is well aligned along the cutting direction by the blade. It is possible to form an internal electrode layer with a connected network structure and sufficient conductivity, and even after cutting into narrow widths to form an array, it is possible to form a vibrator with uniform characteristics, which prevents defects. It is possible to provide a method for manufacturing a highly reliable and high-resolution multilayer ultrasonic probe useful for medical ultrasonic diagnostic equipment, ultrasonic metal flaw detection equipment, etc., in which mechanical strength is significantly reduced and a predetermined mechanical strength is maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は本発明の実施例における2層型圧電振
動子の製造工程を示す図であり、第1図及び第2図は平
面図、第3図(A)は上面図、同図(B)は同図(A)
の背面図、同図(C)は同図(A)のX−X線に沿う断
面図である。第4図は本実施例に係わる内部電極層の電
子顕微鏡写真の模式図、第5図は比較例に係わる内部電
極層の電子顕微鏡写真の模式図、第6図(A)は本実施
例により製造された2層アレイ型超音波探触子音波探触
子のパルスエコー特性を示す線図、第8図は実施例の2
層アレイ型超音波探触子のパルスエコー特性を示す線図
である。 1・・・グリーンシート、2・・・ペースト状物の塗膜
パターン、4・・・2層型圧電振動子、5・・・圧電セ
ラミックス層、6・・・内部電極層、7a、 7b・・
・外部電極層、10・・・バッキング材、11・・・音
響整合層、21・・・白金(内部電極用金属)、22・
・・圧電セラミックス。 出願人代理人 弁理士  鈴江武彦 第2図 (A) (B) 第3図 第4図 第5図 (A) (B) 第6図 第8図
1 to 3 are diagrams showing the manufacturing process of a two-layer piezoelectric vibrator in an embodiment of the present invention, in which FIGS. 1 and 2 are plan views, FIG. 3 (A) is a top view, The same figure (B) is the same figure (A)
The rear view of the same figure (C) is a sectional view taken along the line XX of the same figure (A). FIG. 4 is a schematic diagram of an electron micrograph of the internal electrode layer according to the present example, FIG. 5 is a schematic diagram of an electron micrograph of the internal electrode layer according to the comparative example, and FIG. 6 (A) is a schematic diagram of the internal electrode layer according to the present example. FIG. 8 is a diagram showing the pulse echo characteristics of the manufactured two-layer array type ultrasound probe.
FIG. 3 is a diagram showing pulse echo characteristics of a layer array type ultrasound probe. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Green sheet, 2... Coating film pattern of paste-like material, 4... Two-layer piezoelectric vibrator, 5... Piezoelectric ceramic layer, 6... Internal electrode layer, 7a, 7b.・
- External electrode layer, 10... Backing material, 11... Acoustic matching layer, 21... Platinum (metal for internal electrode), 22.
...Piezoelectric ceramics. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 2 (A) (B) Figure 3 Figure 4 Figure 5 (A) (B) Figure 6 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 内部電極用金属粉末に圧電セラミックス粉末を16〜2
5重量%配合した組成のペースト状物を、圧電セラミッ
クスを主成分とするグリーンシートに10〜15μmの
厚さに塗布した後、このグリーンシートを用いて内部に
前記ペースト状物の塗膜が少なくとも1層介在された積
層物を作製する工程と、この積層物を焼成して圧電セラ
ミックス層間に内部電極層を一体化し、更に外部電極層
を形成した後、アレイ状に切断する工程とを具備したこ
とを特徴とする多層型超音波探触子の製造方法。
16 to 2 pieces of piezoelectric ceramic powder is added to the metal powder for internal electrodes.
After applying a paste with a composition of 5% by weight to a thickness of 10 to 15 μm on a green sheet mainly composed of piezoelectric ceramics, use this green sheet to coat the inside with at least a coating film of the paste. The method included a step of producing a laminate with one layer interposed therebetween, a step of firing the laminate to integrate an internal electrode layer between the piezoelectric ceramic layers, further forming an external electrode layer, and then cutting it into an array shape. A method for manufacturing a multilayer ultrasonic probe characterized by the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112008001849T5 (en) 2007-07-19 2010-06-17 Panasonic Corporation An ultrasonic transducer, an ultrasonic diagnostic apparatus using the same, and an ultrasonic defect inspection apparatus using the same

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