JPH04255198A - 超音波プロ−ブの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波検査装置などに
使用されるアレイ形超音波プロ−ブの製造方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】超音波プロ−ブは圧電体素子を主体とし
て構成され、超音波の送受信を行うものであり、超音波
検査装置に用いられる。超音波検査装置は、超音波プロ
ーブから超音波を対象物に向けて照射し、音響インピー
ダンスの異なる界面からの反射波を受信して、対象物の
内部状態を示す画像を取得する装置である。このような
超音波検査装置としては、人体内部を検査するための医
用診断装置、金属溶接、ＩＣパッケ−ジ内部などの探傷
を目的とした装置などが実用化されている。

【０００３】このような超音波検査装置において、超音
波プロ−ブとしては短冊状の圧電体素子を複数個配列し
たアレイ形超音波プロ−ブが多用されている。アレイ形
超音波プロ−ブでは、複数個の圧電体素子に所定の相対
遅延時間差をもって駆動パルスを印加することにより、
超音波が放射される。この遅延時間差を適当に与えるこ
とで、超音波ビ−ムの集束と偏向や平行移動を行ない、
被検体の所望の断面内をセクタ状またはリニア状に走査
することにより、実時間で断層像が得られる。この場合
、高品質の断層像を得るためには、超音波プロ−ブの高
分解能化や高感度化が要求される。

【０００４】超音波プローブの高分解能化には、動作周
波数を上げてパルス幅を短くする方法がある。例えば医
用診断装置においては、体表の影響を除去するために体
腔内にプロ−ブを挿入し、（ａ）食道壁を通して心臓を
診断する、（ｂ）体表近傍の頸動脈や乳腺を見るなど、
近年特に高周波超音波プロ−ブが望まれる診断方法や診
断部位が増してきている。探傷装置においては、最近盛
んに開発されているセラミックスや複合材などの新素材
の微細欠陥を検査する要求が増大している。これらの場
合、超音波プローブに望まれる動作周波数は、７．５Ｍ
Ｈｚまたは１０ＭＨｚ以上である。

【０００５】超音波プローブでの超音波の発生には、圧
電体の厚み振動が一般に用いられている。圧電体にはセ
ラミック、高分子、単結晶、複合材などがあるが、アレ
イ形超音波プロ−ブ用としては電気機械結合係数、誘電
率などからチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックが多
用されている。アレイ形超音波プロ−ブでは、圧電セラ
ミックは短冊状に形成されており、電圧の印加により厚
さ方向に伸びると、それに垂直な短冊状圧電体素子の配
列方向（幅方向）には縮む。従って、厚さ方向の共振と
共に幅方向の不要振動の影響で、送受信される超音波の
パルス幅が長くなり、分解能の低下をもたらす。

【０００６】この問題に対しては、短冊状圧電体素子の
幅ｗを厚みｔより狭くし、形状比と呼ばれるｗ／ｔの比
を０．６未満とすることにより、幅方向の共振周波数を
厚み方向よりも十分に高くして、幅方向の不要振動の影
響が少ない振動を発生させることが知られている。

【０００７】ところが、超音波プローブの動作周波数が
高い場合は、圧電体素子の厚みが薄くなるので、ｗ／ｔ
＜０．６の条件を確保するためには、圧電体素子の幅も
より一層狭くする必要がある。例えば１０ＭＨｚのＰＺ
Ｔ系セラミックでは、圧電体素子の厚さは１４０μｍ程
度となるため、幅は８５μｍより狭くしなければならな
い。

【０００８】しかし、圧電体素子の幅が１００μｍ程度
より狭くなると、圧電体を短冊状に形成するためにダイ
シングマシンなどで圧電体ブロックを切断する際に、セ
ラミックが飛散したり折れたりし易くなり、結果として
製造歩留まりが低下する。また、動作周波数が高くなる
と、実用的な視野幅を得るために切断数を増やす必要が
あるので、歩留まりの低下はさらに顕著となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、動作
周波数を高くしたアレイ形超音波プローブでは、短冊状
圧電体素子の厚さを薄くすると同時に、幅方向の不要振
動の抑制のために幅を狭くして所定の形状比とする必要
があるため、圧電体ブロックを切断加工して短冊状圧電
体素子を形成する際、圧電体材料が飛散したり折損しや
すくなり、歩留まりが著しく低下するという問題があっ
た。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、動作周波数が高く、しかも所望の形
状比を持ったアレイ形超音波プローブを圧電体材料の飛
散や折損を伴わずに歩留まりよく作製することができる
超音波プローブの製造方法を提供することを目的とする
。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の配列ピ
ッチで配列された複数個の短冊状圧電体素子を有するア
レイ形の超音波プロ−ブを製造する際、圧電体ブロック
を短冊状圧電体素子の最終的な配列ピッチよりも大きな
ピッチ（具体的には配列ピッチの整数倍のピッチ）で短
冊状に切断し、切断溝に樹脂を充填する工程を切断位置
を順次異ならせて複数回繰り返すことにより、所定ピッ
チで配列された複数の短冊状圧電体素子を形成すること
を特徴とする。

【００１２】切断溝に充填する樹脂としては、圧電体材
料より十分に低硬度、例えばＪＩＳのＡ規格で硬度６０
以下の樹脂が好ましく、エポキシ系、ウレタン系および
シリコーン系などの樹脂を用いることができる。

【００１３】

【作用】本発明において、圧電体ブロックを切断した後
に切断溝に樹脂を充填すると、個々の短冊状圧電体素子
は樹脂を介して接合される。このため１回目の切断時の
みでなく、２回目またはそれ以降の切断工程においても
、圧電体ブロックは実質的に最終の圧電体素子の幅より
も広い幅で切断される。従って、圧電体ブロックの切断
時における圧電体材料の飛散や折れに対する強度が増し
、高周波化のために厚みおよび幅を小さくした場合にお
いても、高い製造歩留まりが得られる。

【００１４】また、切断溝に充填する樹脂として硬度６
０（ＪＩＳ　　Ａ規格）の樹脂を用いると、各短冊状圧
電体素子間の音響的結合が小さく抑えられ、クロストー
クやサイドローブなど、音場に与える悪影響を生じるこ
とはほとんどない。

【００１５】

【実施例】１０ＭＨｚ、２８８チャネル（チャネルピッ
チ０．１１ｍｍ）のリニア走査用アレイ形超音波プロー
ブを製造する実施例について述べる。図１〜図３は、同
実施例に係る製造工程を示す斜視図である。

【００１６】まず、図１に示すように表裏両面に電極を
形成したセラミックからなる圧電体ブロック１上に、二
層の音響マッチング層２，３を形成し、さらに個々の短
冊状圧電体素子に対応する電極位置にフレキシブル配線
板４を接続した。圧電体ブロック１の厚さｔは１４０μ
ｍ、幅は３２μｍである。また、圧電体ブロック１の裏
面側には、バッキング材５が接合される。

【００１７】次に、図２に示すように圧電体ブロック１
と音響マッチング層２，３およびフレキシブル配線板４
の短冊状圧電体素子間の領域を、３０μｍ厚のブレード
を用いて、ダミー部分を含めて０．２２ｍｍピッチで１
４９個所の位置において、すなわち短冊状圧電体素子の
配列ピッチＰ（図３参照）の２倍のピッチ２Ｐで、圧電
体ブロック１の幅方向に切断した。この後、切断溝６に
樹脂７として硬度２５（ＪＩＳ　　Ａ規格）のシリコー
ン樹脂を充填した。

【００１８】次に、樹脂７の効果後、図３に示すように
圧電体ブロック１と音響マッチング層２，３およびフレ
キシブル配線板４の短冊状圧電体素子間の領域を、図２
の１回目の切断で形成された短冊状圧電体の幅を２等分
する１４８個所の位置において、同様に３０μｍ厚のブ
レードを用いて切断した。この２回目の切断後、圧電体
ブロック１を観察したところ、セラミックの飛散は見ら
れなかった。次いで、先と同様に切断溝８に樹脂９を充
填した。

【００１９】こうして得られた超音波プローブの各短冊
状圧電体素子１０の幅ｗを測定したところ、平均で約７
８μｍであった。形状比ｗ／ｔ＝０．５６と、０．６よ
りも小さくなり、前述した幅方向の共振周波数を厚み方
向よりも十分に高くして、幅方向の不要振動の影響が少
ない振動を発生させる条件を満たしていた。また、この
超音波プローブのインピーダンス特性を測定したところ
、２８８チャネルとも全て正しく動作しており、幅振動
の影響のない良好な特性が得られることが確認された。 さらに、超音波プローブをエポキシ樹脂の剥離液中に浸
した後、音響マッチング層２，３を剥離し、短冊状圧電
体素子１０のセラミック表面を顕微鏡で観察したところ
、セラミックの折れは見られなかった。

【００２０】一方、比較例として同じ仕様の超音波プロ
ーブを、３０μｍ厚のブレードを用い、０．１１ｍｍの
ピッチで圧電体ブロックを切断して作製した。切断後、
３チャネルの短冊状圧電体素子にセラミックの飛散が見
られた、また、インピーダンス特性を測定したところ、
飛散した３チャネル以外に、１１チャネルが不安定もし
くは開放状態となっていた。この後、エポキシ樹脂液中
に浸した後、音響マッチング層を剥離しセラミック表面
を顕微鏡で観察したところ、４３チャネルにセラミック
の折れが確認された。インピーダンス特性測定時と不良
チャネル数が異なるのは、セラミックにクラックが入っ
ている状態でも電極は接続されており、インピーダンス
特性上、問題がなかったためと考えられる。以上から、
不良チャネル数は全部で４６となった。不良チャネルが
１つでもあると、当然のことながら超音波プローブとし
て使用できない。

【００２１】なお、上記の実施例では圧電体ブロックの
切断を２回に分けて行ったが、３回以上に分けて行って
もよい。例えば３回に分けて切断すれば、他が先と同じ
条件の場合、短冊状圧電体素子の最終的な配列ピッチは
０．３３ｍｍとなる。

【００２２】また、本発明の製造方法はサブダイス工程
、すなわち幅振動の影響を除去するために短冊状圧電体
素子の最終的な配列ピッチより細かいピッチで圧電体ブ
ロックと音響マッチング層に切れ込みを入れる工程を含
む場合にも適用ができる。

【００２３】さらに、切断に用いるブレードは毎回同じ
である必要はなく、切断毎に変えてもよい。充填する樹
脂の材質も毎回同じである必要はない。その他、本発明
は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施が可能であ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体ブロックを短冊
状圧電体素子の最終的な配列ピッチよりも大きなピッチ
で切断し切断溝に樹脂を充填する工程を複数回行って所
望の配列ピッチの超音波プローブ作製することにより、
７．５ＭＨｚ，１０ＭＨｚといった高周波動作のアレイ
形超音波プローブで従来生じていたセラミックなどの圧
電体材料の飛散や折損を防止でき、製造歩留まりが著し
く向上する。

【００２５】また、切断溝に充填する樹脂として、特に
硬度６０以下の樹脂を用いることによって、圧電体素子
間のクロストークや、サイドローブなど、プローブの音
場に与える悪影響が生じにくくなり、良好な音場が形成
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波プローブの製造
工程における切断前の状態を示す斜視図

【図２】同実施
例の製造工程における１回目の切断後の状態を示す斜視
図

【図３】同実施例の製造工程における２回目の切断後の
状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１…圧電体ブロック　　　　　　　　　　　　　　　　
２，３…音響マッチング層 ４…フレキシブル配線板　　　　　　　　　　　　５…
バッキング材６，８…切断溝　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　７，９…樹脂１０…短冊状圧電体素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の配列ピッチで配列された複数個の短
   冊状圧電体素子を有する超音波プロ−ブを製造する方法
   において、圧電体ブロックを前記配列ピッチよりも大き
   なピッチで短冊状に切断し、切断溝に樹脂を充填する工
   程を切断位置を順次異ならせて複数回繰り返すことによ
   って、前記複数の短冊状圧電体素子を形成することを特
   徴とする超音波プロ−ブの製造方法。