JPH01460A - Array type ultrasound probe - Google Patents

Array type ultrasound probe

Info

Publication number
JPH01460A
JPH01460A JP62-154363A JP15436387A JPH01460A JP H01460 A JPH01460 A JP H01460A JP 15436387 A JP15436387 A JP 15436387A JP H01460 A JPH01460 A JP H01460A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
probe
internal
piezoelectric
metal
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.)
Pending
Application number
JP62-154363A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS64460A (en
Inventor
和秀 阿部
精一 吉田
今井 基真
Original Assignee
株式会社東芝
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社東芝 filed Critical 株式会社東芝
Priority to JP62154363A priority Critical patent/JPS64460A/en
Priority claimed from JP62154363A external-priority patent/JPS64460A/en
Publication of JPH01460A publication Critical patent/JPH01460A/en
Publication of JPS64460A publication Critical patent/JPS64460A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分#) 本発明は超音波診断ff11i等に用いられるアレイ製
超音波探触子に関する。
Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] (Industrial Application #) The present invention relates to an array ultrasonic probe used for ultrasonic diagnosis ff11i and the like.

(従来の技術) 超音波探触子は、圧電素子により超音波を比生し、その
反射波により対象物173g1Z)状at検査するもの
であり1人本内部の診断、金属溶接内部の探傷等各種の
用途に用いられている。超音波探触子としては、複数の
矧長い濃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。ま九、近年血流のドツプ
ラー情報を得ることができる眉音波診断装置が開発され
製造されている。このような装置にmhら作る超音波探
触子はいわゆる電子セクタ用超音波探触子と呼ばれ。
(Prior art) An ultrasonic probe generates ultrasonic waves using a piezoelectric element and uses the reflected waves to inspect the condition of an object.It is useful for one-person internal diagnosis, flaw detection inside metal welds, etc. It is used for various purposes. As ultrasonic probes, so-called array-type ultrasonic probes in which a plurality of rectangular concentrators are arranged in an array are often used. In recent years, eyebrow ultrasound diagnostic devices that can obtain Doppler information on blood flow have been developed and manufactured. The ultrasonic probe manufactured by MH et al. for such a device is called an ultrasonic probe for the electronic sector.

従来のアレイ屋遁音波探触子と同様な嘴造七汀するが、
tfe状はさらに小さくなっている。現在、九とえば心
1藏の冠状動脈のドツプラ信号を得ようという研究、開
発が行われており、上述の超音波探触子の需要はさらに
増大することが予想される。
It has a beak structure similar to the conventional array sonic probe, but
The TFE shape is even smaller. Research and development are currently underway to obtain Doppler signals from, for example, the coronary arteries of the heart, and it is expected that the demand for the above-mentioned ultrasound probes will further increase.

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比向上のためには、超音波探触子のインピー
ダンスは小さい方が望ましい。超音波探触子のインピー
ダンスはfIIL位素子のgt成分で決定する。すなわ
ち、振動子の形状および駆動周波数が与えられた時に、
振動子の誘電率でインピーダンスの大小が決まり、誘電
率が大きい時にインピーダンスは小さくなる。
On the other hand, when considering signal transmission between the ultrasound probe and the transmission/reception system, it is desirable that the impedance of the ultrasound probe be small in order to improve the S/N ratio. The impedance of the ultrasonic probe is determined by the gt component of the fIIL element. In other words, given the shape of the vibrator and the driving frequency,
The magnitude of impedance is determined by the dielectric constant of the vibrator, and when the dielectric constant is large, the impedance is small.

超音波探触子用の圧電振動子としては、チタン酸ジルコ
ン酸鉛(PZT)系0EEfiセラミツクが一部に用い
られている。その他圧電材料としてはPbTi0.系圧
電セラミック、高分子圧電体、複曾圧を体等があるが、
実用化レベルには一部の分野、もしくは一部の診lfr
須戚にのみ到達しているといつのが現状である。これら
の材料はPZT系圧電セラミックに比べて訪電率が小さ
いのが欠点となっており、これに対してPZT系圧電セ
ラミックは′を気機械結合係数が大きい(kt”ニー0
.5)の与ならず、比鋳電率も大きい(K= 2000
〜3000)のが特長となっている。しかしながら、7
′?。
Lead zirconate titanate (PZT)-based 0EEfi ceramics are partially used as piezoelectric vibrators for ultrasonic probes. Other piezoelectric materials include PbTi0. There are piezoelectric ceramics, polymer piezoelectric materials, double pressure bodies, etc.
At the practical level, some fields or some diagnostic lfr
The current situation is that it has only reached Surai. The disadvantage of these materials is that they have a lower electrical contact rate than PZT-based piezoelectric ceramics, and on the other hand, PZT-based piezoelectric ceramics have a large pneumatic-mechanical coupling coefficient (kt" knee 0).
.. 5), and the specific casting rate is large (K = 2000
~3000) is a feature. However, 7
′? .

とえば比誘IE’l:2000の材料上用いた場合でも
For example, even when used on a material with a relative dielectric strength of IE'l:2000.

−素子あ九シ長さ11.2mm1幅o、zmms周波数
2、5 M Hzといつ九−役の電子セクタ用超音波探
触子においては、共振点近傍のインピーダンスが約1k
Oとなる。振動子と送受信系を接続するケーブルQ%性
インピーダンスが通常50Ωもしくは75Ωであること
や、受信系の入力インピーダンスが数10Ωから数10
00であること茫考慮すると、超音波探触子の入力イン
ピーダンスは数程度儀牲にしても高々5000程度であ
り、上記例のat波探触子の入力インピーダンスとして
は5000a度にしか低下させることができない。そこ
で、圧電セラミックの積riJ比によりインピーダンス
の低減を図る検討が行なわれている。積1偵数をnとす
ると単層の場合に比ベインピーダンスは1 /ntにな
る。これは積層比によって1等画的に圧電セラミック■
面積が1倍に、厚さが1 / nになるため答破がn!
1音になるからである。之とえば比、5lJ2oooの
材料r用いると単・謙の時IKΩであり友人カインピー
ダンスが250 (,1まで低減さnる。一方間波数は
全体の厚さで失まるので噴層比しても変1ヒしない、積
層比の方法としては圧′五セラミックス単板の接着によ
る積層と、−本焼成型が挙げられる。しかしながらは置
注や均質性など0点では一本焼成に↓る方法が(&れて
いる。同時焼成による方法は、圧電セラミックと内部電
極用金属を同時にFI8成することにより積1化する方
法で圧電セラミックのグリーンシート上に内部電池用の
金属粉ta布し、このようなグリーンシート?復数枚加
熱圧唐して一体fヒし九ものを!!8成することにより
、圧電セラミックと金嘱の積層構造を得るものである。
- In an ultrasonic probe for the electronic sector with an element length of 11.2 mm and a width of 2.5 MHz, the impedance near the resonance point is approximately 1k.
It becomes O. The Q% impedance of the cable connecting the transducer and the transmitting/receiving system is usually 50Ω or 75Ω, and the input impedance of the receiving system is from several tens of Ω to several tens of Ω.
Considering that it is 00, the input impedance of the ultrasonic probe is about 5000 at most, even if a few sacrifices are made, and the input impedance of the AT wave probe in the above example should be reduced to only 5000 degrees. I can't. Therefore, studies are being conducted to reduce the impedance by using the product riJ ratio of piezoelectric ceramics. If n is the product number, the specific vane impedance is 1/nt in the case of a single layer. This is a piezoelectric ceramic with a uniform layer ratio.
The area is 1 times larger and the thickness is 1/n, so the answer is n!
This is because it becomes one sound. For example, if a material r of 5lJ2ooo is used, the impedance is IKΩ in the case of simple and simple, and the friend's impedance is reduced to 250 (,1).On the other hand, the interwave number is lost in the overall thickness, so compared to the eruption layer. Methods for determining the lamination ratio that do not change any time include lamination by adhesion of pressure-sensitive ceramic veneers, and the final firing method.However, if the points such as placement and homogeneity are zero, the method falls short to single firing. The simultaneous firing method is a method of simultaneously forming the piezoelectric ceramic and the metal for the internal electrode to make the product 1. Metal powder for the internal battery is coated on the piezoelectric ceramic green sheet, A laminated structure of piezoelectric ceramic and metal can be obtained by heating and pressing several such green sheets to form a single piece.

PZT系圧心セラξツクの焼成温度は通常1100′C
〜1300℃であるが、空気中焼成時の虜素分圧でこの
温度に耐えしかも圧電セラミックの緒特性に悪影響?及
ぼさない九めに。
The firing temperature of PZT-based pressure-core ceramics is usually 1100'C.
The temperature is ~1300℃, but the partial pressure of electrons during firing in air can withstand this temperature, and does it have a negative effect on the properties of piezoelectric ceramics? It doesn't affect the ninth place.

内部1他用金4としては白金など高1独点の貴金属類が
使用さnている。
As the internal metal 4, precious metals such as platinum are used.

(発明が解決しようとする問題点) 上述のような方法によって作られた圧電セラミックと金
属のλ層板は、アレイ吠のエレメントに切断する時に、
切断ピッチが、tとえば0.25mm以下と狭いため、
内部1tti■′6所がはが【やすいという1間dがあ
る。これはダイアモンドカッター等で切・新する際に、
積!#圧電板にすべり応力が地主するためで、振動子の
各エレメントの面積が小さい場合K特にはがれやすくな
るものと考えられる。
(Problem to be Solved by the Invention) When the piezoelectric ceramic and metal lambda layer plate made by the method described above is cut into array elements,
Since the cutting pitch is narrow, for example 0.25mm or less,
There is a 1-d area in which 6 places inside are easy to peel off. When cutting or renewing this with a diamond cutter etc.,
product! # This is because the piezoelectric plate is subject to sliding stress, and it is thought that it is particularly likely to peel off when the area of each element of the vibrator is small.

を九、上述Oような方法で作られたアレイ型振動子を共
振周波数で連続駆動すると、内部l!庵の箇所がはがれ
やすいという問題がある。これは。
9. When an array type vibrator made by the method described above is driven continuously at the resonant frequency, the internal l! There is a problem that the hermitage part is easy to peel off. this is.

圧電振動子の共振状態では、振動子内部の応力に分布が
生じ1局所的に大−きな応力が8口わる場所があるため
1機1戒的な破隅が生じやすい内部を極部と大きな応力
が加わる囚所が一致した嚇佇、とくにはがれやすいもの
と考えられる1通常週音波探触子は基本モードを励最し
て使われることが多いが、この場−8−振動子の中央付
近で応力が甑大となり、211.41・・・構造の場合
には内部VL極の位置とほぼ一致する。
When a piezoelectric vibrator is in a resonant state, there is a distribution of stress inside the vibrator, and there are places where large stress is locally applied. 1 Normal sonic probes are often used to excite the fundamental mode, but in this case, the center of the vibrator is The stress becomes extremely large in the vicinity, and in the case of the 211.41... structure, it almost coincides with the position of the internal VL pole.

さらに上述のような方法で作られる。多T−型の圧電セ
ラミックの内部雪玉には白金rはじめとする高PA点の
賃金vI4’kO!わなければならず、原料のコストと
し°C内部!甑用金属がその大半?占めるという問題が
おる。
Furthermore, it is made by the method described above. Multi-T-shaped piezoelectric ceramic internal snowball contains platinum r and other high PA points vI4'kO! Must be the cost of raw materials and °C inside! Is most of it metal for koshiki? There is a problem of occupation.

本発明の目的は1以上の間at解決するため内部IE極
付近の機械的強度が大きいのみでなく1円部;甑中金属
の便弔黴を減らして安画な積層構造のアレイ型a音波探
触子を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the problem of at least one internal IE electrode, which not only has high mechanical strength near the internal IE pole, but also reduces the amount of fecal mold on the metal in the pot, and has a cheap laminated structure array type A sound wave. The purpose is to provide a probe.

〔兄明O構成〕[Animei O composition]

(間−点を解決するための手段) 本発明は多層からなる圧電セラミックからなる超澤波撮
勧子において内部゛電極用の金属が2次元的な網状に構
成されることによシミ気的−機械的に接読していること
を特徴とするアレイ型r&i音波探触子である。ま九網
状にis成され之内部電甑用金属の間隔または周期が1
0μm以下であること茫特徴とする上記のアレイ型超音
波探触子である。
(Means for solving the problem) The present invention provides an ultrasonic sensor made of multi-layered piezoelectric ceramic, in which the metal for the internal electrode is configured in a two-dimensional net shape, thereby preventing stains. - It is an array type R&I sonic probe characterized by mechanical close reading. The interval or period of the internal electric oven metal is made into a nine-mesh pattern.
The above-mentioned array-type ultrasonic probe is characterized by having a diameter of 0 μm or less.

多層からなる圧電セラミックは王4セラミック材料と1
!甑用の金属を層状に重ねた構造1:を有し。
Piezoelectric ceramic consisting of multilayers is made of 4 ceramic materials and 1
! It has a structure 1 in which metal for the kettle is layered.

少なくとも2層以上の圧電セラミックl@k lfする
ものである。峨甑として圧電セラミック内部にはさまれ
埋め込まれたもQが内部電極であり、圧電セラミックと
同時に焼成することにより一体比さr′L4)0本発明
による超倉波探触子においては、内部1愼用■金属が内
部電極の面内で2次元的な網状に構成される。網Oパタ
ーンとしては第1図(t4に示すように不規則的なもの
でもかまわないが。
The piezoelectric ceramic has at least two layers. Q, which is sandwiched and embedded inside the piezoelectric ceramic as an electrode, is an internal electrode, and by firing it at the same time as the piezoelectric ceramic, the integrated ratio 1. Metal is formed into a two-dimensional net within the plane of the internal electrode. The mesh O pattern may be irregular as shown in Figure 1 (t4).

面内で2次元的に妾続させることが必髪であり。It is essential to have two-dimensional concubinage within the plane.

これにより内部遁1川の金属が′電気的に接続される。This electrically connects the metal parts of the inner part.

この場合内部It甑の干均的々厚さは3μm以上が好ま
しい。金4の網の目(網の間の金属でない空間)におい
て、内部電極tはさむ上下の圧電セラミック)−が焼結
により部分的に機械的に漠続する。さらに網の目の細か
さは1.訓の周期(不規則な網の場合には子均的な網の
間隔)ilOμm以下に構成する。
In this case, the average dry thickness of the internal It pot is preferably 3 μm or more. In the meshes of gold 4 (the non-metal spaces between the meshes), the upper and lower piezoelectric ceramics sandwiching the internal electrodes t are partially mechanically interconnected by sintering. Furthermore, the fineness of the mesh is 1. The mesh period (in the case of irregular meshes, the average mesh spacing) is configured to be less than ilOμm.

さらに内部電極を列状に構成する九めの一手段として王
′峨セラミックOグリーンシート上に、圧電セラミック
の粉末と内部1愼用■属粉の混合粉を塗布し、圧電セラ
ミックと内部電極とを同時に焼成する方法を用いること
茫特徴とする製造方法である。
Furthermore, as a ninth method for configuring internal electrodes in rows, a mixed powder of piezoelectric ceramic powder and internal powder was applied on the Wang'ya ceramic O green sheet, and the piezoelectric ceramic and internal electrodes were combined. This manufacturing method is characterized by using a method in which both are fired at the same time.

(作用) 圧電セラミックと内部′電極とは同時にII8成されて
一体化されるが、その凝着強度ζ強くない、これは、内
部電極用金属として白金等の高融点O金属を使用してい
るなめ、圧電セラミックとほとんど反応せず化学的に結
合していないこと、またたとえ結合しても熱膨張率の差
によシ冷却時に圧電セラミックとの界面から残留歪が発
生することなどが理由として考えられる。このため、積
層構造の圧電振動子は内部dL甑と圧電セラミックの界
面でこわれやすい、これに比べて、圧電セラミックの内
部が岐峡することは比較的まれで、圧電セラミックの粒
どうしが焼結によシ接曾する強度は少なくとも内部電極
と圧電セラミックの界面の強度よりも強いことが経、倹
約に知られている。
(Function) Although the piezoelectric ceramic and the internal electrode are formed and integrated at the same time, their adhesion strength is not strong.This is because a high melting point O metal such as platinum is used as the metal for the internal electrode. This is because it hardly reacts with the piezoelectric ceramic and is not chemically bonded with it, and even if it does bond, residual strain will occur from the interface with the piezoelectric ceramic during cooling due to the difference in thermal expansion coefficient. Conceivable. For this reason, piezoelectric vibrators with a laminated structure are prone to breakage at the interface between the internal dL pot and the piezoelectric ceramic.Compared to this, it is relatively rare for the inside of the piezoelectric ceramic to break apart, and the particles of the piezoelectric ceramic are sintered together. It is well known that the strength of the piezoelectric ceramic is at least stronger than the strength of the interface between the internal electrode and the piezoelectric ceramic.

内部電極の電気的な゛役割は、圧電セラミックに均一な
電界と加えて、圧電効果により均一な歪や応力を発生さ
せることであるが、これに加えて高周波駆動に対する応
答のためには内部電極として電気抵抗が低いことが必要
である。このために電気的に最も理想的な電極は、低抵
抗4o金属tすきまなく一面に形成することである。し
かしながら1本発明のように網状の内部を極でも、以下
に示す理由で超音波探触子用IE1jとして充分に機能
する。まず第一に網状の網の周期が、圧電セラミックの
厚さと比べて充分小さければ、圧電セラミックの大部分
にほぼ均一な電界が加えることができる。たとえば3.
75MHz用t211溝造の振動子の圧電セラミックの
一層の厚さは9.2mm程度である( PZT系圧電セ
ラミックの場合)。これに比べて網の間隔が充分小さい
周期(1/20)10μm以下であjLば、大部分の圧
電セラミックにほぼ均一な電界が加わることは計算によ
り、または実験的に示される。
The electrical role of the internal electrode is to generate a uniform electric field in the piezoelectric ceramic as well as uniform strain and stress due to the piezoelectric effect. Therefore, it is necessary that the electrical resistance is low. For this purpose, the electrically most ideal electrode is a low-resistance 4O metal formed over one surface without any gaps. However, even if the inside of the mesh is made into poles as in the present invention, it functions satisfactorily as IE1j for an ultrasonic probe for the following reasons. First of all, if the period of the mesh is sufficiently small compared to the thickness of the piezoelectric ceramic, a substantially uniform electric field can be applied to most of the piezoelectric ceramic. For example, 3.
The thickness of one layer of the piezoelectric ceramic of the T211 groove-shaped vibrator for 75 MHz is about 9.2 mm (in the case of PZT-based piezoelectric ceramic). In comparison, it has been shown by calculations or experiments that if the interval between the meshes is sufficiently small (jL) with a period (1/20) of 10 μm or less, a substantially uniform electric field will be applied to most of the piezoelectric ceramics.

ま九、内部を甑用金属として白金を用いた場合。(9) When platinum is used as the metal for the kettle inside.

白金の抵抗率は10.6X10−・Ω・cl′−1:あ
るQで1幅Q、2mm、長さ11.2mm、厚さ5μm
の内部電極の長さ方向の電気抵抗く10程度である。通
常アレイ型超音波探触子の共振点近傍のすなわち2.5
MHz付近インピーダンスは数百Ω〜IKΩであること
t考えると、内部電極のIE電気抵抗に余裕があり。
The resistivity of platinum is 10.6X10-・Ω・cl′-1: At a certain Q, 1 width Q, 2 mm, length 11.2 mm, thickness 5 μm
The electrical resistance in the longitudinal direction of the internal electrode is about 10. Normally, the area near the resonance point of an array type ultrasonic probe, i.e. 2.5
Considering that the impedance near MHz is several hundred ohms to IK ohms, there is a margin for the IE electrical resistance of the internal electrodes.

綱目状にしても間穏がない。Even if you make it into a rope shape, there is no peace.

以上のように内部電極を網状にすることにより。By making the internal electrodes mesh-like as described above.

電気的には全面−様に形51F、され九電甑と同等の機
能’t4ftすことができるのに対して機械的な観点か
らは以下の理由で著しく強度の改善が計られる。
Electrically, the entire surface is shaped like 51F, and it can perform the same function as the Kyuden kettle, but from a mechanical point of view, the strength is significantly improved for the following reasons.

内部電極と圧電セラミックの界面の強度tσ1圧電セラ
ミック内の強度rσ、とすると、網状にすることによシ
得られる内部電極層の平均的な強度σは σ=A、σ1+A、σ、(1) で与えられることが予想される。ここでA、およびA、
はそれぞれ内部1極;−全面積に占める内部電像用金属
および圧電セラミックの面積の割付である。(0≦A、
 A、≦1 、 A、 十A、≦1)σ、はσ1よシも
少なくとも10倍以上の強度茫有t;bことから、内部
を極r網状にしA、?増やすことにより者しい強にの改
善が計られる。
Assuming that the strength at the interface between the internal electrode and the piezoelectric ceramic is tσ1 and the strength within the piezoelectric ceramic is rσ, the average strength σ of the internal electrode layer obtained by forming the mesh is σ=A, σ1+A, σ, (1) It is expected that it will be given by Here A, and A,
are each one internal pole; - the area allocation of the internal electromagnetic metal and piezoelectric ceramic to the total area; (0≦A,
A, ≦1, A, 10A, ≦1) Since σ has a strength at least 10 times stronger than σ1, the inside is made into a very reticulated structure A,? By increasing it, you can improve your strength even more.

内部電極の厚さとしては網状にし九場什でも2次元的な
接dt保つ九めに圧電セラミック焼結体0粒匝程度であ
る3μm以上が好ましく、1気抵抗Q観点からも網状に
する余裕?保つ九め3μm以上の厚さが必要である。
The thickness of the internal electrode is preferably 3 μm or more, which is about the same as a piezoelectric ceramic sintered compact with 0 grains, to maintain two-dimensional contact dt even if it is made into a net shape, and from the viewpoint of 1-air resistance Q, there is a margin for making it into a net shape. ? It is necessary to maintain a thickness of 3 μm or more.

さらに本発明は以下の理由で原料コス)1−下げること
ができる。内部tiにたとえば白金七]吏用し九場合、
超斤波探触子用債層圧電仮の原材料コストの少なくとも
90L4以上七白金が占める。この九め白金の使用凝の
減少が、最も原材料コストの低下に効果的である。内部
vL極t−網状にし、P′3部tt愼の面積分率を下げ
れば、それによシ白金の便用凍七減らすことができ、コ
スト低減に効果的である。
Furthermore, the present invention can reduce raw material cost by 1-1 for the following reasons. For example, if the internal ti is used,
Platinum accounts for at least 90L4 of the raw material cost of the bond layer piezoelectric material for the ultrasonic wave probe. This reduction in the amount of platinum used is the most effective method for lowering raw material costs. By making the internal vL pole t-reticular and lowering the area fraction of the P'3 portion, it is possible to reduce the amount of platinum used, which is effective in reducing costs.

が低減され九超詮波探触子が得られる。is reduced, and a nine-super wave probe is obtained.

(実施例) 以下に本危明の実権例で説明する。(Example) This will be explained below using an example of real power.

pb(Zr  Tl   )Osk主成分とする圧電セ
ラ ′x    1−x ミvりで3.75MHz用21脅型圧電振動子?作製し
A piezoelectric ceramic whose main component is pb(Zr Tl) Osk'x 1-x 21-thickness type piezoelectric vibrator for 3.75MHz? Created.

医用超砕波診断装置用アレイ型探触チを試作した。We prototyped an array-type probe for medical ultrafracture diagnostic equipment.

使用し九PZT系圧電セラミックは、  a ′rs 
/ε0二2000−Kms≧0.75 、QMζ80 
 などの諸特性を有しキュリー温度に約290℃である
The nine PZT-based piezoelectric ceramics used are a'rs
/ε022000-Kms≧0.75,QMζ80
It has the following characteristics and has a Curie temperature of approximately 290°C.

まず圧電セラミックのグリーンシート金作製した。圧電
セラミックの仮焼粉とアクリル系バインダーt6対4の
重啜比で混合し混合を20時間行なった6次に泥臭で、
ドクターブレード法によりグリーンシート成形上行なり
t、グリーンシートの平均厚さは255μmであり九。
First, we fabricated a piezoelectric ceramic green sheet gold. The calcined powder of piezoelectric ceramic and the acrylic binder T were mixed at a ratio of 6 to 4 and mixed for 20 hours, resulting in a muddy odor.
The green sheet was formed using the doctor blade method, and the average thickness of the green sheet was 255 μm.

次にこのグリーンシート上に白金ペーストtスクリーン
印刷にjシ塗布し友。白金ペーストには圧電セラミック
の粉末r混入した。混入し九圧′αセラミックQ千均粒
匝は1.3μmであシ、白金と圧電セラミックの点歇比
は8対2であった。印刷に便用したスクリーンは300
メツシーで膜厚は5μmである。印刷のバタン?第2図
に示す。
Next, apply platinum paste to the screen print on this green sheet. Piezoelectric ceramic powder was mixed into the platinum paste. The mixed 9-pressure 'α ceramic Q 1,000-uniform grain size was 1.3 μm, and the intermittent ratio of platinum to piezoelectric ceramic was 8:2. 300 screens were used for printing
The thickness of the film is 5 μm. Print slam? Shown in Figure 2.

−力木発明と比較するために単なる白金ペースト2反っ
て同様な印刷4行なりt、この試料は従来例として他の
工8は全て実施例と同様に行なつ九。
- In order to compare with the strength wood invention, a simple platinum paste 2 was warped and 4 lines of similar printing were performed.This sample was treated as a conventional example, and all other processes were performed in the same manner as in the embodiment.

グリーンシート上に白金ペーストr所定パターンに印刷
した0次に何も印刷していないグリーン7−ト仝、白金
ペースト七印刷し之グリーンシートの上に電ね金型中で
加熱圧着し九。圧着し九2枚のグリーンシートの、1g
、さは等しく255μmであう九が、これを圧着した侵
の厚さは480μmでありt、圧着は70 ’C、30
0kp/cm”の条件下で30分間行なっ化0次にこれ
i、1200℃まで昇温し2時間保持し、その浸徐冷し
史、焼結段の厚さは約390μmであった。
The platinum paste was printed in a predetermined pattern on the green sheet.Then, the green sheet was printed with nothing, and the platinum paste was printed on the green sheet. 1g of 92 crimped green sheets
, the thickness is 255 μm, and the thickness of the crimped layer is 480 μm, t, and the crimped temperature is 70'C, 30
The temperature was then raised to 1200° C. and held for 2 hours under the condition of 0 kp/cm”, and the thickness of the sintered stage was about 390 μm.

焼結段の圧電セラミツクチダイアモンドカッターr用い
て第3図のように切断した。この図の中で破線が切断し
九面所?示す6次に外部電極として銀ペーストテスクリ
ーン印刷し焼付けしt、印刷パタyx(第4図および第
5図に示す、44図は機、45図はうらに相当じ1表側
で、4音波の放出おLび検出上行なう、ま九うら側では
リード、縁の取り出し8行なう、銀ペースト■尭付けは
800℃で10分間行なった。
It was cut as shown in FIG. 3 using a sintered piezoelectric ceramic diamond cutter. In this diagram, the broken line cuts the nine-faced place? 6 Next, as external electrodes, silver paste was screen printed and baked, and the printed pattern yx (shown in Figures 4 and 5, Figure 44 corresponds to the machine, Figure 45 corresponds to the back side, 1 front side, 4 sound waves) The release and detection were performed, the lead and edge were removed 8 times on the back side, and silver paste was applied at 800° C. for 10 minutes.

以上のよりにして作製した2層型圧を振動子の断面図を
第6図に示す。寸法は15 X 25 X O,39m
mである。束6図で矢印は分匝方向r示す0分極処理に
シリコンオイル中100 ’Cで480V印加し30分
間行ない、その侵50℃で8晴間エージング処理を行な
った。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the two-layer pressure vibrator manufactured as described above. Dimensions are 15 x 25 x O, 39m
It is m. In Figure 6 of the bundle, the arrow indicates the direction of separation r.The zero polarization treatment was carried out in silicone oil at 100'C by applying 480V for 30 minutes, and then the aging treatment was carried out at 50C for 8 days.

こ0時点でIKHzで各喰とtanavi−測定した。At this point, each bite was measured using tanavi at IKHz.

実施例と比較例とは!li、tanaともに測定誤差範
囲内で一致し、C=35nF、tanδ=0.018で
あった。これによシ同じ大きさの電圧r加えたとき実施
例の圧電セラミックには比較例と同じ大きさの電界が加
えられていることがわかる。
What are working examples and comparative examples? Both li and tana matched within the measurement error range, and C=35 nF and tan δ=0.018. It can be seen from this that when a voltage r of the same magnitude is applied, an electric field of the same magnitude as that of the comparative example is applied to the piezoelectric ceramic of the example.

次に、この圧を振動子の剥離強度【鐸1定し九。Next, this pressure is determined by the peel strength of the vibrator [Taku 1 and 9].

内部′戒ff1ldと圧1セラミック層の剥離強度は、
比較例においては7〜19 kg / c+n%であっ
たのに対し1本佑明の実施例においては79〜147k
p/cm’であった。このように本沼明の実施例は比較
例よりも、圧電セラミックと内部電甑1−間が強く密層
し、しかも強度りばらつきも小さい0とがわかり九、剥
離した内部を極面r走査型電子顕微鏡で観察し九ところ
次の知見が得られた。比較例においては一部空孔r除い
て全面的に白金におおわれてい之、空孔の1は3〜4μ
m程度で隣接する空孔υ短端は20〜30μmであう之
。i九、内部1櫃の空孔?介して上下の圧電セラミック
が接続していた形跡は認められなかった。これに対して
実施例では内部電極が不規則な網状に接続していた。
The peel strength of the inner ′ ff1ld and the pressure 1 ceramic layer is
In the comparative example, it was 7-19 kg/c+n%, whereas in the example of Ippon Yumei, it was 79-147 kg.
p/cm'. In this way, Akira Motonuma's example shows a stronger and denser layer between the piezoelectric ceramic and the internal electrode than in the comparative example, and the variation in strength is also small. After observing it with an electron microscope, the following findings were obtained. In the comparative example, the entire surface is covered with platinum except for some holes R, and the holes 1 are 3 to 4 μm thick.
The short ends of the adjacent holes υ are approximately 20 to 30 μm in length. i9, 1 hole inside? There was no evidence that the upper and lower piezoelectric ceramics were connected through the wire. On the other hand, in the example, the internal electrodes were connected in an irregular network.

典型的な電極の幅は3〜8μmで69.3〜5μmの間
隔tおいて2次元的に網状に広がってい友。
Typical electrode widths are 3-8 .mu.m and are spread out in a two-dimensional network with spacing t of 69.3-5 .mu.m.

またいたる所で′1110間で上下の圧電セラミックが
接続してい九形跡が認められた。こnは、電極の間から
′に極面の上までにみ出している圧電セラミックの粒が
あること、′ft極の間から見える圧電セラミックの粒
が鋭角的な形状rしていることから判断された。これら
Oことから本実施例の多層型圧電セラミックの内部!極
用鋭−が2次元的な網状にm 敗さt’L、 L、かも
その間隔は10μm以下であることが確認さ1tた。及
施例と比較例の置部電極面の′電子禎a椀蹟によるバタ
ンr柔7図および第8図に示す。
In addition, evidence of connection between the upper and lower piezoelectric ceramics between '1110' was observed everywhere. This is because there are grains of piezoelectric ceramic protruding from between the electrodes to above the pole surfaces, and grains of piezoelectric ceramic visible from between the electrodes have an acute-angled shape. It was judged. From these O, the inside of the multilayer piezoelectric ceramic of this example! It was confirmed that the extremely sharp edges were formed into a two-dimensional net shape, and the distance between them was 10 μm or less. Figures 7 and 8 show the impact of the electronic charge on the electrode surface of the example and comparative example.

次に、この2rtI型圧電振′動子r用いて医用診断装
置用アレイ型超音波探触子!k i’l:製し友0作製
しtアレイ型探触子の外視kfi9図fa)に、l!!
fr面図t(b)に示す。
Next, we will create an array type ultrasound probe for medical diagnostic equipment using this 2rtI type piezoelectric transducer! k i'l: External view of the manufactured t-array type probe kfi9 (Figure fa), l! !
It is shown in the fr view t(b).

まず2層型圧電セラミックに、アース*極のリード取り
出し板として0.05tnm厚の銅板?半田付けし、信
号電極のリード取り出し板として固有のパターンが形成
され九フレキシブルプリント基板を半田付けで接合した
。引き続いてフェライトゴムバッキング材にセメダイン
15651塗布し、上記積1fj圧電セラミック?接着
し九。そO侵、スタイキャスト2651(ブレース・ジ
ャパン社製)でλ/4厚(λ:波長)の音響整合層上形
成した。
First of all, a 0.05 tnm thick copper plate as a lead extraction plate for the earth * pole on a two-layer piezoelectric ceramic. A unique pattern was formed as a lead extraction plate for the signal electrode, and nine flexible printed circuit boards were joined by soldering. Subsequently, Cemedine 15651 was applied to the ferrite rubber backing material, and the above product 1fj piezoelectric ceramic? Glue nine. Then, it was formed on an acoustic matching layer having a thickness of λ/4 (λ: wavelength) using Stycast 2651 (manufactured by Brace Japan).

次にスクライバダイサ(ディスコW)を用い。Next, use a scriber dicer (Disco W).

Q、Q5+nm厚のダイヤモンドブレードにて0.25
mmピッチでフレキシブルプリント基板のパターンに曾
わせ48個のエレメントの切断を行なった。
Q, 0.25 with Q5+nm thick diamond blade
Forty-eight elements were cut along the pattern of the flexible printed circuit board at a pitch of mm.

作製し九谷エレメントについて共振特性tI1%lI定
し、振動子としてQvJ作状況tv@べ之。その結果比
較例においては48素子中8素子で全く共振しないかも
しくは異常な共振がみられた。不良モードはいずれも内
部1甑が原因となっており、開放状、@■ものが3素子
、所望の共振周波数に対して約2倍の周波数の共振レベ
ルが最も大きくなうtものが5素子であり九。両者とも
内部aXが圧電セラミックから一部もしくは全部が剥離
した九め。
The resonance characteristic tI1%lI of the manufactured Kutani element was determined, and the QvJ production status tv@beno was used as a vibrator. As a result, in the comparative example, 8 out of 48 elements did not resonate at all or exhibited abnormal resonance. The failure modes are all caused by one internal element, the open type, @■ type has 3 elements, and the T type has 5 elements, where the resonance level is highest at a frequency approximately twice the desired resonance frequency. And nine. In both cases, part or all of the internal aX peeled off from the piezoelectric ceramic.

内部1E匝が1.!fr線しtシ、いずれか一方の王′
罐セラミックとの間にすきまができ友ものである。これ
に対し1本発明の実施例においては48素子全てが振動
子としての正常な動作が確認さn、eゆ次に本実施例に
よる21i盟超音波探触子のパルスエコー特性t−観察
し、従来の薬r−型探触子との比較4行なり友、第10
図ta)は比較例の薬1型超音波探触子のパルスエコー
特性で、(b)は同−試験法、同一スケールで測定した
本実施例のパルスエコー特性である。使用し友圧電セラ
ミック、銀ペースト、バッキング材、整111J−ド線
、接着剤にないずれも同じ材質を使用しており、また両
者とも等しい共振周波数3.75MHzk有する。この
図から、本4施例の2j−型探触子のパルスエコー特性
では、従来の皐1盟探触子のパルスエコー特性とほぼ同
一〇波形が得られ、しかもrlA度は7dB向上するこ
とが明らかになり、多・−型R11音彼探触子Q有用性
が示された。
The internal 1E box is 1. ! FR line and t, either one'
There is a gap between the can and the ceramic. On the other hand, in the example of the present invention, all 48 elements were confirmed to operate normally as transducers. Next, we observed the pulse echo characteristics of the 21i ultrasonic probe according to this example. , 4-line comparison with conventional drug R-type probe, No. 10
Figure ta) shows the pulse echo characteristics of the medicine type 1 ultrasound probe of the comparative example, and (b) shows the pulse echo characteristics of the present example measured using the same test method and the same scale. The same materials are used for the piezoelectric ceramic, silver paste, backing material, regular 111J-wire, and adhesive, and both have the same resonant frequency of 3.75 MHz. From this figure, it can be seen that the pulse echo characteristics of the 2J-type probe of this fourth example have a waveform that is almost the same as the pulse echo characteristics of the conventional Ko1mei probe, and the rlA degree is improved by 7 dB. It became clear that the multi-type R11 sound probe Q was useful.

さらに本実施例の2層型@斤波探触子七実際の医用橿音
波診断装置に、阻み込み、評価試験を行なり之。その結
果実漠においても単層探触子と比べて感度が向上してお
り1画家も同等のものが得られた。さらに連続駆動に対
する耐久性も確認され。
Furthermore, the two-layer type @Kobami probe of this example was installed in an actual medical ultrasound diagnostic device, and an evaluation test was conducted. As a result, even in the desert, the sensitivity was improved compared to a single layer probe, and the same level of sensitivity was obtained for a single painter. Furthermore, durability against continuous driving was also confirmed.

本実施IFIJ Kよる探触子が実用に耐える。幾誠的
強度r有することが確認された。
The probe according to this IFIJ K is suitable for practical use. It was confirmed that it has a certain strength.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように1本発明によれば1城的強度に慶r
L九多層盟Mi袴波探触子が得ら几、加工や実使用に充
分耐える探触子を提供できる。さらに内部ILf[用金
漬■更用籠が少ない次め同時焼成法により作製し九多4
型4#a、探触子の原材料コスト忙下げる効果がある。
As explained above, according to the present invention, it is possible to achieve comparable strength.
The L9 multi-layered Mi Hakamami probe can provide a probe that is sufficiently durable for processing and actual use. In addition, internal ILf [Kuta 4
Type 4#a has the effect of reducing the cost of raw materials for the probe.

【図面の簡単な説明】 J 1図は本発明に係る内部1甑用金属■代表的講状パ
ターンの例を示す図、第2図は、内部tti用金4ペー
ス)t7)虞布パターンr示す図、第3図は、加熱圧着
され焼成さn之21−圧1セラミックの切断する1所を
示す図、!4Jは焼成され切断され九2j錯型FE電セ
ラミックの衣側に塗布した銀ペーストのパターンを示す
図、@5図に、焼成され切断されt2曙型圧電セラミッ
クのうら側に塗布しt銀ペーストのパターンを示す図、
第6図は超音波探触子用2層型圧電セラミックの断面図
。 8g7図は1本発明の実施例による内部電極形成パター
ン?示す図、第8図は、比較例の内部電極形成パターン
を示す図、第9図は、2層型圧電セラミックを用いた医
用鐘IIv装置用ffl音波探触子0構成を示す図、(
a)は外観図、(b)は断面図、第1O図は、嚇を一型
および多層型圧電セラミック?用いた超音波探触子のパ
ルスエコー特性1図、(a)は県層型。 tb)は2層型、いずれも横軸は時間、縦軸は電圧tあ
られし、同一スケールの図である。 l・・・圧電セラミックのグリーンシート、2・・・内
部′旺甑用金y4撒布部、3・・・切断箇所を示す破線
。 4・・・圧電セラミック、5・・・外部を極用銀ペース
ト黴布部、6・・・外部!他、7・・・内部電極、8・
・・分へ方向を示す矢印、9・・・バッキング材、10
・・・整曾11.11・・・アースを極、12・・・信
号側を極。 l  2 第  2r!A 第3図 第5図 第6図 第  7  図    1OPFrL L−m−」 第 8 図  10p“ 第  9  図 (bン 第 10 図
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] J Figure 1 is a diagram showing an example of a representative metal pattern for internal tti according to the present invention. The figure shown in Fig. 3 is a figure showing one place where the heat-pressed and fired ceramic is cut. Figure 4J shows the pattern of silver paste applied to the outer side of the fired and cut 92J complex type FE electroceramic, and Figure @5 shows the pattern of silver paste applied to the back side of the fired and cut t2 Akebono type piezoelectric ceramic. A diagram showing the pattern of
FIG. 6 is a cross-sectional view of a two-layer piezoelectric ceramic for an ultrasonic probe. 8g7 Figure 1 is an internal electrode formation pattern according to an embodiment of the present invention? 8 is a diagram showing the internal electrode formation pattern of a comparative example, and FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an ffl sonic probe 0 for a medical bell IIv device using a two-layer piezoelectric ceramic.
(a) is an external view, (b) is a cross-sectional view, and Figure 1O shows the details of one-type and multilayer piezoelectric ceramics. Figure 1 shows the pulse echo characteristics of the ultrasonic probe used. (a) is the prefectural layer type. tb) is a two-layer type, the horizontal axis is time, the vertical axis is voltage t, and the figures are on the same scale. 1...Piezoelectric ceramic green sheet, 2...Inner part where gold Y4 is sprinkled, 3...Dotted line indicating the cutting location. 4... Piezoelectric ceramic, 5... External silver paste mold part, 6... External! Others, 7... Internal electrode, 8...
...An arrow indicating the direction to minutes, 9...Backing material, 10
...Setting 11.11... Earth is the pole, 12... Signal side is the pole. l 2 2nd r! A Fig. 3 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 1OPFrL L-m-" Fig. 8 10p" Fig. 9

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)多層の圧電セラミツクスからなる超音波振動子に
おいて、内部電極用の金属が2次元的な網状に構成され
ることにより電気的、機械的に接続していることを特徴
とするアレイ型超音波探触子。
(1) In an ultrasonic transducer made of multilayer piezoelectric ceramics, an array type ultrasonic transducer is characterized in that the metal for the internal electrodes is configured in a two-dimensional net shape and is electrically and mechanically connected. Sonic probe.
(2)網状に構成された内部電極用の金属の周期もしく
は間隔が10μm以下でしかも平均的な厚さが3μm以
上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
アレイ型超音波探触子。
(2) Array-type ultrasound according to claim 1, characterized in that the period or interval of the metal for internal electrodes configured in a net shape is 10 μm or less, and the average thickness is 3 μm or more. probe.
JP62154363A 1987-06-23 1987-06-23 Array type ultrasonic probe Pending JPS64460A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62154363A JPS64460A (en) 1987-06-23 1987-06-23 Array type ultrasonic probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62154363A JPS64460A (en) 1987-06-23 1987-06-23 Array type ultrasonic probe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01460A true JPH01460A (en) 1989-01-05
JPS64460A JPS64460A (en) 1989-01-05

Family

ID=15582520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62154363A Pending JPS64460A (en) 1987-06-23 1987-06-23 Array type ultrasonic probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS64460A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11347032A (en) * 1998-06-04 1999-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic probe
WO2006088708A2 (en) * 2005-02-15 2006-08-24 The Ultran Group, Inc. Multi-layer gas matrix piezoelectric composite transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5902831B2 (en) Piezoelectric actuator, piezoelectric vibration device, and portable terminal
JP4171038B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus
US6121718A (en) Multilayer transducer assembly and the method for the manufacture thereof
WO2004021404A3 (en) Ultrasonic imaging devices and methods of fabrication
US20100327703A1 (en) Piezoelectric/electrostrictive element and method for manufacturing thereof
EP2072150B1 (en) Ultrasonic transducer
CN101405882A (en) Piezoelectric actuator
JP2008244859A (en) Array type ultrasonic wave probe and ultrasonic diagnosis device
JP2001276067A (en) Ultrasonic probe, method for manufacturing the same and ultrasonic diagnostic device
JP2004120283A (en) Ultrasonic wave probe
JP3455431B2 (en) Ultrasonic probe
JPH01460A (en) Array type ultrasound probe
JP4175535B2 (en) Multilayer piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof
CN104483014B (en) A kind of large power supersonic wave sensor
JP3906126B2 (en) Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof
JPS61253873A (en) Piezoelectric ceramic material
JP3419327B2 (en) Porcelain material, ultrasonic probe, piezoelectric vibrator, and methods of manufacturing them
JP3313171B2 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
JP2013026682A (en) Medical composite single-crystal piezoelectric vibrator, medical ultrasonic probe, method of manufacturing medical composite single-crystal piezoelectric vibrator, and method of manufacturing medical ultrasonic probe
JP2004104629A (en) Ultrasonic probe
JPS63175761A (en) Ultrasonic probe
JP2003061193A (en) Layered piezoelectric vibrator and method for transmitting/receiving ultrasonic wave employing the same
JPH01174199A (en) Manufacture of multi-layer ultrasonic probe
JP2009194226A (en) Multilayer piezoelectric device and manufacturing method for the same
JP2601503B2 (en) Array type ultrasonic probe