JPH11304775A - Ultrasonic probe and its manufacture - Google Patents

Ultrasonic probe and its manufacture

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JPH11304775A
JPH11304775A JP12406098A JP12406098A JPH11304775A JP H11304775 A JPH11304775 A JP H11304775A JP 12406098 A JP12406098 A JP 12406098A JP 12406098 A JP12406098 A JP 12406098A JP H11304775 A JPH11304775 A JP H11304775A
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JP
Japan
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housing
piezoelectric element
conductive metal
acoustic lens
film
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Pending
Application number
JP12406098A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
弘 山本
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP12406098A priority Critical patent/JPH11304775A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe which can sufficiently exhibit its performance without causing the deterioration of its piezoelectric element. SOLUTION: An ultrasonic probe is constituted in such a way that a piezoelectric element 1 carrying metallic films for forming electrodes on both surfaces is joined with an acoustic lens 10 carrying a conductive metallic thin film 4 on one surface, by press-contacting the surface of the element 1 carrying the thin film for forming a lower electrode 3 with the surface of the lens 10 carrying the metallic thin film 4, and a damper material 6 is bonded to the surface of the element 1 carrying the metallic film for forming an upper electrode 2. Then the joined body is housed in a housing 11 made of a conductive metal, and the space formed of the housing 11, acoustic lens 10, piezoelectric element 1, and damper material 6 is filled up with a synthetic resin material containing conductive metal power. Finally, the metal powder contained in the resin material is deposited in the corner sections demarcated by the upper surface of the thin film 4 of the lens 10 on the outer peripheral edge side of the film 4 and the internal surface of the housing 11 by the agency of a centrifugal force, so as to electrically connect the lower electrode 3 to the housing 11 by rotating the housing 11 along the axial line of the housing 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に超音波を照
射して試料表面や内部の欠陥を検出する超音波探触子及
びその製造方法に関する。更に詳細には、本発明は圧電
素子の劣化を招くことなく、性能を十分に発揮すること
ができる超音波探触子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe for irradiating a sample with ultrasonic waves to detect a defect on the surface or inside of the sample, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an ultrasonic probe capable of sufficiently exhibiting performance without causing deterioration of a piezoelectric element, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から超音波検査装置は、様々な分野
で非破壊検査のために使用されてきた。このような超音
波検査装置で使用される超音波探触子は圧電素子を有す
る。圧電素子の両面に設けた電極に電圧を印加すること
により超音波ビームを発生させ、このビームを被検査体
中に照射し、被検査体から反射されるエコーを圧電素子
で受信し、これを電気信号に変換し、信号処理すること
により被検査体中の構造を解析する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic inspection apparatus has been used for nondestructive inspection in various fields. An ultrasonic probe used in such an ultrasonic inspection device has a piezoelectric element. An ultrasonic beam is generated by applying a voltage to the electrodes provided on both sides of the piezoelectric element, the beam is irradiated into the object to be inspected, and an echo reflected from the object to be inspected is received by the piezoelectric element. The structure in the test object is analyzed by converting it into an electric signal and performing signal processing.

【0003】超音波検査装置は、被検査体に何らの物理
的又は機械的変形を加えることなくその内部構造を調べ
ることができ、しかも、放射線のような危険な手段を必
要としない極めて安全で効果的な非破壊検査装置であ
る。
[0003] An ultrasonic inspection apparatus can inspect the internal structure of an inspected object without applying any physical or mechanical deformation, and is extremely safe and does not require dangerous means such as radiation. It is an effective non-destructive inspection device.

【0004】超音波検査装置では、様々なタイプの超音
波探触子が使用されてきた。例えば、特開平1−291
844号公報には、PZTなどの圧電物質からなる圧電
素子の両面に表面電極と裏面電極を設け、裏面電極側に
エポキシ系合成樹脂にタングステン粉末を混合して形成
したダンピング層を接合した超音波探触子が開示されて
いる。この超音波探触子では、圧電素子の表面電極と裏
面電極に導線を直接半田付けしている。このため、半
田の硬化収縮により発生する負荷のために圧電素子の電
気特性が劣化する;半田付けによる熱応力又は熱歪み
により圧電素子に微小クラックが生じる;半田付けの
ために作業性が劣り、製造コストを増大させる;半田
付けの際の加熱により圧電素子の一部が脱分極する;又
は半田付けのために圧電素子の一部に質量集中が起こ
り、半田付け位置により特性変動が生じる、などの不都
合が起こることが知られている。
Various types of ultrasonic probes have been used in ultrasonic inspection apparatuses. For example, JP-A-1-291
No. 844 discloses an ultrasonic wave in which a front surface electrode and a back surface electrode are provided on both surfaces of a piezoelectric element made of a piezoelectric material such as PZT, and a damping layer formed by mixing tungsten powder with epoxy-based synthetic resin is bonded to the back surface electrode. A probe is disclosed. In this ultrasonic probe, a conductor is directly soldered to the front electrode and the back electrode of the piezoelectric element. For this reason, the electrical characteristics of the piezoelectric element are degraded due to a load generated by the curing shrinkage of the solder; thermal cracks or thermal strains due to soldering cause micro cracks in the piezoelectric element; workability due to soldering is poor, Increases manufacturing cost; heating causes part of the piezoelectric element to be depolarized by soldering; or mass concentration occurs in part of the piezoelectric element due to soldering, and characteristics change depending on the soldering position. It is known that inconveniences occur.

【0005】この半田付け超音波探触子の欠点を改良し
た超音波探触子が特開平5−227594号公報に開示
されている。この改良タイプの超音波探触子では、ダン
ピング層の表面に真空蒸着を行い、その面と圧電素子の
上部電極とを導電性接着剤を介して接合している。ま
た、上側ハウジングと下側ハウジングとは絶縁層を介し
て接合されている。
An ultrasonic probe in which the disadvantages of the soldering ultrasonic probe are improved is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-227594. In this improved ultrasonic probe, vacuum deposition is performed on the surface of the damping layer, and the surface and the upper electrode of the piezoelectric element are joined via a conductive adhesive. Further, the upper housing and the lower housing are joined via an insulating layer.

【0006】特開平5−227594号公報に開示され
た超音波探触子では、合成樹脂にタングステン粉末を混
合して形成したダンピング層の表面に真空蒸着によって
電極を形成する。真空蒸着によりダンピング層の表面を
凸凹の状態となるため、これを圧電素子の裏面に導電性
接着剤を介して接合する際、均一に接合するのが困難と
なる。また、表面の凸凹は周波数が高くなればなるほ
ど、影響を大きく受け、発振波形の乱れ(尾引き)の原
因となりかねない。
In the ultrasonic probe disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-227594, an electrode is formed by vacuum evaporation on the surface of a damping layer formed by mixing a tungsten powder with a synthetic resin. Since the surface of the damping layer becomes uneven due to the vacuum deposition, it is difficult to uniformly join the damping layer to the back surface of the piezoelectric element via a conductive adhesive. Also, the higher the frequency, the higher the frequency of the irregularities on the surface, which may cause disturbance (tailing) of the oscillation waveform.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は圧電素子の劣化を招くことなく、性能を十分に発揮で
きる超音波探触子を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe which can sufficiently exhibit its performance without causing deterioration of the piezoelectric element.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題は、一方の面に
導通性金属薄膜を有する音響レンズを、その導通性金属
薄膜を有する面側で、両面に電極形成用金属膜を有する
圧電素子と、その下部電極となる金属膜面側で圧接接合
させ、圧電素子の上部電極となる金属膜面側にダンパ材
を接合させ、この接合体を導通性金属製のハウジング内
に収容し、前記ハウジングと前記音響レンズ、圧電素子
及びダンパ材とにより形成される空間内に、導電性金属
粉末を有する合成樹脂材料を充填し、前記ハウジングの
軸線に沿って該ハウジングを回転させて、遠心力の作用
により前記合成樹脂材料内の導電性金属粉末を、前記音
響レンズの導通性金属薄膜の外周縁上面と前記ハウジン
グ内壁面とにより画成されるコーナー部に堆積させ、こ
れにより前記下部電極とハウジングとを電気的に導通さ
せることにより解決される。
An object of the present invention is to provide an acoustic lens having a conductive metal thin film on one surface and a piezoelectric element having an electrode forming metal film on both surfaces on the surface having the conductive metal thin film. The lower electrode is joined by pressure contact on the metal film surface side, and the damper material is joined to the upper electrode metal film surface of the piezoelectric element, and the joined body is housed in a conductive metal housing. And a space formed by the acoustic lens, the piezoelectric element and the damper material is filled with a synthetic resin material having a conductive metal powder, and the housing is rotated along the axis of the housing, thereby applying a centrifugal force. Depositing the conductive metal powder in the synthetic resin material on the corner defined by the outer peripheral upper surface of the conductive metal thin film of the acoustic lens and the inner wall surface of the housing; It is solved by connecting electrically the electrode and the housing.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は本発明による超音波探触子
の組立構造の概要部分断面図である。図1において、圧
電素子1と音響レンズ10とは特開平8−223695
号公報に開示されるような圧接接合法により、接着剤無
しで接合されている。圧電素子1と音響レンズ10との
圧接接合体をハウジング11の中に挿入し、音響レンズ
10の外周面側とハウジング11の内壁面側とを接着剤
などで固定する。その後、ダンパ材6を圧電素子1の上
部に形成する。ここでのダンパ材6は、合成樹脂にタン
グステン粉末を混入したものなどが挙げられる。
FIG. 1 is a schematic partial sectional view of an assembling structure of an ultrasonic probe according to the present invention. In FIG. 1, a piezoelectric element 1 and an acoustic lens 10 are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-223695.
No. 6,009,045, the bonding is performed without an adhesive by a pressure bonding method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157,036. The press-contact assembly of the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10 is inserted into the housing 11, and the outer peripheral surface side of the acoustic lens 10 and the inner wall surface side of the housing 11 are fixed with an adhesive or the like. After that, the damper material 6 is formed on the piezoelectric element 1. As the damper material 6 here, a material obtained by mixing a tungsten powder with a synthetic resin is used.

【0010】ダンパ材6を固化した後、ダンパ材6の周
りに同じく、合成樹脂とタングステン粉末を入れて、ハ
ウジング11の中心軸を元に回転させる。回転による遠
心力で、タングステン粉末が音響レンズ10の上部とハ
ウジング11の内壁面とのコーナー部に堆積されて導通
部12が形成される。
After the damper member 6 is solidified, the synthetic resin and the tungsten powder are similarly put around the damper member 6 and rotated around the center axis of the housing 11. Due to the centrifugal force caused by the rotation, the tungsten powder is deposited on the corner between the upper part of the acoustic lens 10 and the inner wall surface of the housing 11 to form the conduction part 12.

【0011】圧電素子1とダンパ材6との間には例え
ば、Au/Cr膜などのような上部電極2が存在し、圧
電素子1と音響レンズ10との間には例えば、Au/C
r膜などのような下部電極3が存在する。下部電極3と
ハウジング11との導通を確保するために、音響レンズ
10の上面にはAu/Cr蒸着膜4などが設けられてい
る。従って、下部電極3と音響レンズ10とはこのAu
/Cr膜4を介して接合されている。タングステン粉末
はこの蒸着膜4と接触するために下部電極3とハウジン
グ11との間で導通部12が形成される。
An upper electrode 2 such as, for example, an Au / Cr film exists between the piezoelectric element 1 and the damper material 6, and an Au / C film, for example, exists between the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10.
There is a lower electrode 3 such as an r film. In order to ensure conduction between the lower electrode 3 and the housing 11, an Au / Cr vapor-deposited film 4 or the like is provided on the upper surface of the acoustic lens 10. Therefore, the lower electrode 3 and the acoustic lens 10
/ Cr film 4. The conductive portion 12 is formed between the lower electrode 3 and the housing 11 because the tungsten powder contacts the deposited film 4.

【0012】また、上部電極2には導電性ペースト5に
より信号引出し線7が接続され、更に、ハウジング11
の上部からハンダ部8によりGND引出し線9を取り出
すことができる。
A signal lead wire 7 is connected to the upper electrode 2 by a conductive paste 5.
The GND lead 9 can be taken out from the upper part of the lead wire by the solder part 8.

【0013】このような構成により、本発明の超音波探
触子は圧電素子1にダメージを与えることなく、信号引
出し線7とGND引出し線9との間に電圧を印加させる
ことができ、安定でかつ十分な性能を引き出すことが可
能となる。
With such a configuration, the ultrasonic probe according to the present invention can apply a voltage between the signal lead-out line 7 and the GND lead-out line 9 without damaging the piezoelectric element 1 and can stably operate. And sufficient performance can be obtained.

【0014】タングステン粉末を音響レンズ10の上部
とハウジング11の内壁面とのコーナー部に堆積させる
ための回転速度は特に限定されないが、一般的に、30
00rpm〜3600rpmの範囲内であることが好ま
しい。回転速度が3000rpm未満では回転時間をい
くら長くしてもタングステン粉末を音響レンズ10の上
部とハウジング11の内壁面とのコーナー部に堆積させ
ることができない可能性がある。一方、回転速度が36
00rpm超では、特に問題は無いが、電気代がかかる
だけで不経済なだけである。一般に回転速度と回転時間
とは逆の相関関係を有する。すなわち、回転速度が高く
なるほど、タングステン粉末の堆積に必要な回転時間は
短くなる。逆に、回転速度が低い場合、タングステン粉
末の堆積に必要な回転時間は長くなる。
The rotation speed for depositing the tungsten powder on the corner between the upper part of the acoustic lens 10 and the inner wall surface of the housing 11 is not particularly limited, but is generally 30.
It is preferable to be within the range of 00 rpm to 3600 rpm. If the rotation speed is less than 3000 rpm, the tungsten powder may not be deposited on the corner between the upper part of the acoustic lens 10 and the inner wall surface of the housing 11 irrespective of the rotation time. On the other hand, when the rotation speed is 36
If it exceeds 00 rpm, there is no particular problem, but it is only uneconomical because it only costs electricity. Generally, the rotation speed and the rotation time have an inverse correlation. That is, the higher the rotation speed, the shorter the rotation time required for depositing the tungsten powder. Conversely, when the rotation speed is low, the rotation time required for depositing the tungsten powder increases.

【0015】合成樹脂としてはエポキシ樹脂、アクリル
系樹脂などが使用できる。合成樹脂の性状は粘性のある
液状などであり、遠心分離により導通部が形成された
後、この合成樹脂は重合反応により固化される。エポキ
シ樹脂、アクリル系樹脂などの合成樹脂には2液混合の
ものを使用することができる。すなわち、主剤と硬化剤
との2液混合系である。主剤と硬化剤との重量比は例え
ば、10:1程度である。
As the synthetic resin, an epoxy resin, an acrylic resin or the like can be used. The property of the synthetic resin is a viscous liquid or the like. After the conductive portion is formed by centrifugal separation, the synthetic resin is solidified by a polymerization reaction. As a synthetic resin such as an epoxy resin or an acrylic resin, a mixture of two liquids can be used. That is, it is a two-liquid mixed system of the main agent and the curing agent. The weight ratio between the main agent and the curing agent is, for example, about 10: 1.

【0016】合成樹脂に対するタングステン粉末の配合
量は特に限定されない。導通部12を確実に形成するの
に必要十分な配合量であればよい。一般的に、タングス
テン粉末の配合量は60wt%〜70wt%の範囲内である
ことが好ましい。タングステン粉末の配合量が60wt%
未満では導通部12を確実に形成するのが困難である。
一方、タングステン粉末の配合量が70wt%超の場合、
導通部12の形成は容易であるが、タグステン代がかか
るだけで、不経済である。
The amount of the tungsten powder mixed with the synthetic resin is not particularly limited. What is necessary is just the compounding quantity necessary and sufficient to form the conduction part 12 reliably. Generally, the amount of the tungsten powder is preferably in the range of 60 wt% to 70 wt%. 60wt% of tungsten powder
If it is less than 10 mm, it is difficult to reliably form the conductive portion 12.
On the other hand, when the blending amount of the tungsten powder exceeds 70 wt%,
Although the formation of the conductive portion 12 is easy, it is uneconomical only by adding a tag stainless steel.

【0017】導通部12の形成用金属としてはタングス
テン以外にも、鉛などの導電性重金属などを同様に使用
することができる。タングステンが好ましい理由は、比
重が大きく、化学的に安定なためである。
As a metal for forming the conductive portion 12, a conductive heavy metal such as lead can be used in addition to tungsten. Tungsten is preferred because it has a large specific gravity and is chemically stable.

【0018】図2は圧電素子1の概要断面図である。前
記のように圧電素子1の上面には上部電極2のための例
えば、Au/Cr膜が設けられ、下面には下部電極3の
ための例えば、Au/Cr膜が設けられている。その他
の導電性金属膜(例えば、Ag膜)も使用できる。Au
/Cr膜は真空蒸着あるいはスパッタリングなどのベー
パデポジション法により形成することができる。このよ
うな成膜方法は当業者に公知である。Au/Cr膜の膜
厚は蒸着面の粗さなどにより特に限定されないが、一般
的に、3000〜5000オングストローム(以下
「A」の記号で示す)の範囲内であることが好ましい。
3000A未満では、圧電素子1の表面粗さのために、
上部電極2の存在する箇所が無いなどの不都合が生じ、
また、5000A超では特に問題は無いが、不経済なだ
けである。また、下部電極3は上部電極2と同様にAu
/Cr膜から形成することができる。下部電極3の厚さ
は特に限定されないが、一般的に、3000〜5000
Aの範囲内であることが好ましい。3000A未満で
は、圧電素子1の表面粗さのために、下部電極3の存在
する箇所が無いなどの不都合が生じ、また、5000A
超では特に問題は無いが、不経済なだけである。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the piezoelectric element 1. As described above, for example, an Au / Cr film for the upper electrode 2 is provided on the upper surface of the piezoelectric element 1, and an Au / Cr film for the lower electrode 3 is provided on the lower surface. Other conductive metal films (for example, Ag films) can also be used. Au
The / Cr film can be formed by a vapor deposition method such as vacuum evaporation or sputtering. Such deposition methods are known to those skilled in the art. Although the thickness of the Au / Cr film is not particularly limited by the roughness of the deposition surface, it is generally preferable that the thickness be in the range of 3000 to 5000 angstroms (hereinafter indicated by the symbol “A”).
If it is less than 3000A, due to the surface roughness of the piezoelectric element 1,
Inconveniences such as the absence of the upper electrode 2 occur,
If it exceeds 5000A, there is no particular problem, but it is only uneconomical. The lower electrode 3 is made of Au similarly to the upper electrode 2.
/ Cr film. The thickness of the lower electrode 3 is not particularly limited, but is generally 3000 to 5000.
It is preferably within the range of A. If it is less than 3000 A, the surface roughness of the piezoelectric element 1 causes inconveniences such as the absence of the lower electrode 3.
There is no particular problem in super, but it is only uneconomical.

【0019】また、下部電極3の下面(すなわち、音響
レンズ10と接合する面)には、音響レンズ10との圧
接接合を促進するため鉛蒸着膜14が設けられている。
鉛蒸着膜は真空蒸着あるいはスパッタリングなどのベー
パデポジション法により形成することができる。このよ
うな成膜方法は当業者に公知である。その膜厚は圧電素
子1の表面粗さにもよるが、25〜50MHzクラスで
は〜3μm程度となる。また、15MHz以下では〜5
μm程度である。鉛蒸着膜14は圧電素子1の表面粗さ
を埋め、圧接接合を促進するために使用される。従っ
て、鉛蒸着膜14の膜厚の下限値はこの目的を達するの
に必要十分な値であればよい。このような下限値は当業
者により容易に決定することができる。鉛蒸着膜の他
に、インジウム/鉛(In/Pb)合金なども同様に使用でき
る。
Further, on the lower surface of the lower electrode 3 (that is, the surface to be bonded to the acoustic lens 10), a lead vapor-deposited film 14 is provided to promote the pressure bonding with the acoustic lens 10.
The lead deposition film can be formed by a vapor deposition method such as vacuum deposition or sputtering. Such deposition methods are known to those skilled in the art. The thickness depends on the surface roughness of the piezoelectric element 1, but is about 3 μm in the 25 to 50 MHz class. Also, at 15 MHz or less,
It is about μm. The lead vapor deposition film 14 is used to fill the surface roughness of the piezoelectric element 1 and to promote pressure bonding. Therefore, the lower limit of the thickness of the lead vapor-deposited film 14 may be any value that is necessary and sufficient to achieve this purpose. Such a lower limit can be easily determined by those skilled in the art. In addition to the lead deposition film, an indium / lead (In / Pb) alloy or the like can be used in the same manner.

【0020】この鉛蒸着膜14と音響レンズ10側のA
u/Cr蒸着膜4とを圧接させると、両膜間で金属の拡
散が起こり接合する。音響レンズ10側のAu/Cr蒸
着膜4は真空蒸着あるいはスパッタリングなどのベーパ
デポジション法により形成することができる。このよう
な成膜方法は当業者に公知である。Au/Cr蒸着膜4
の膜厚は特に限定されないが、一般的に、0.3μm〜
0.5μmの範囲内であることが好ましい。0.3μm
未満では圧電素子1との圧接接合に不都合が生じる恐れ
がある。一方、0.5μm超では特に問題は無いが、不
経済なだけである。
The lead vapor deposition film 14 and A on the acoustic lens 10 side
When the u / Cr vapor-deposited film 4 is brought into pressure contact, metal diffusion occurs between the two films, and they are joined. The Au / Cr evaporated film 4 on the acoustic lens 10 side can be formed by a vapor deposition method such as vacuum evaporation or sputtering. Such deposition methods are known to those skilled in the art. Au / Cr deposited film 4
Is not particularly limited, but is generally from 0.3 μm to
It is preferable that it is within the range of 0.5 μm. 0.3 μm
If it is less than 10 mm, there is a possibility that inconvenience may occur in the pressure welding with the piezoelectric element 1. On the other hand, if it exceeds 0.5 μm, there is no particular problem, but it is only uneconomical.

【0021】音響レンズ10は石英から形成されてい
る。石英は化学的に非常に安定であり、耐食性にも優れ
ている。従って、金属製音響レンズの場合に発生する腐
食の問題は全く起こらない。また、音響レンズ10と圧
電素子1との間にはAu/Cr膜、鉛膜、Au/Cr膜
が存在するが、発振時にこの膜に起因する反射波の発生
は殆ど無く、良好な音響特性が得られる。
The acoustic lens 10 is made of quartz. Quartz is chemically very stable and has excellent corrosion resistance. Therefore, the problem of corrosion that occurs in the case of a metallic acoustic lens does not occur at all. Further, an Au / Cr film, a lead film, and an Au / Cr film exist between the acoustic lens 10 and the piezoelectric element 1, but there is almost no generation of a reflected wave due to this film at the time of oscillation and good acoustic characteristics. Is obtained.

【0022】圧電素子1はPZT(Pb(Zr,Ti)
3系セラミックス)又はPbTiO3(チタン酸鉛)な
どを使用できる。このような素材は当業者に周知であ
る。
The piezoelectric element 1 is made of PZT (Pb (Zr, Ti)
0 3 based ceramic) or PbTiO 3 (lead titanate) or the like can be used. Such materials are well-known to those skilled in the art.

【0023】図3は、圧電素子1と音響レンズ10とを
圧接接合させる工程の模式図である。図3において、符
号1は圧電素子(図示されていないが、この圧電素子は
図2に示されるように、上部電極2と下部電極3を上
面、下面にそれぞれ有し、下部電極3の表面には鉛蒸着
膜14を更に有する)、10は石英を材料とする音響レ
ンズ、33a及び33bはアトムビームを発生するビー
ム源、34a及び34bは加圧治具であり、これらは真
空処理室30内に配置されている。真空処理室30の適
当な箇所には、真空排気手段(図示されていない)に接
続されるダクト32が設けられている。
FIG. 3 is a schematic view of a step of pressing and joining the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a piezoelectric element (not shown, but this piezoelectric element has an upper electrode 2 and a lower electrode 3 on the upper and lower surfaces, respectively, as shown in FIG. Further has a lead vapor-deposited film 14), 10 is an acoustic lens made of quartz, 33a and 33b are beam sources for generating an atom beam, 34a and 34b are pressing jigs, and these are inside the vacuum processing chamber 30. Are located in At an appropriate place in the vacuum processing chamber 30, there is provided a duct 32 connected to a vacuum evacuation means (not shown).

【0024】まず、圧電素子1及び音響レンズ10をそ
れぞれ加圧治具34a及び34bに装着して真空処理室
30内の雰囲気をダクト32から真空排気する。次にビ
ーム源33a及び33bからアルゴンのアトムビームを
発生させ、同ビームをそれぞれ圧電素子1及び音響レン
ズ10の接合面に照射して、これら接合面に存在する汚
染層(例えば、自然酸化物又は物理吸着水など)を除去
する。この操作により接合面は清浄かつ活性な面となる
ので、加圧治具34a及び34bを用いて両部材の接合
面を密着させ、所定時間加圧し続けることにより、両部
材の接合面で拡散が起こり、圧電素子1と音響レンズ1
0とを圧接接合させることができる。加圧治具は各部材
間の圧接接合を行うためのものであり、油圧シリンダな
どにより構成できる。
First, the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10 are mounted on the pressing jigs 34a and 34b, respectively, and the atmosphere in the vacuum processing chamber 30 is evacuated from the duct 32. Next, an atom beam of argon is generated from the beam sources 33a and 33b, and the beam is irradiated on the bonding surfaces of the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10, respectively, and a contaminant layer (for example, native oxide or Physisorbed water). Since the bonding surface becomes a clean and active surface by this operation, the bonding surfaces of the two members are brought into close contact with each other using the pressing jigs 34a and 34b, and the diffusion is performed at the bonding surface of the two members by continuing to pressurize for a predetermined time. Happens, the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 1
0 can be press-welded. The pressing jig is for performing pressure welding between the members, and can be constituted by a hydraulic cylinder or the like.

【0025】本発明では、圧電素子1と音響レンズ10
の各接合面を清浄化する手段としてイオンビーム又はア
トムビームを使用するが、その理由は、真空の状態で活
性な面をつくり、かつその状態を保持しながら同一チャ
ンバ内で接合するためである。表面清浄化手段としては
プラズマ、有機溶剤又は超純水等があるが、表面活性化
と接合を同一チャンバ内で実施するにはイオンビーム又
はアトムビームを使用するのが最も好ましい。イオンビ
ーム又はアトムビームとしては、例えば、アルゴンなど
のビームが好適に使用できる。
In the present invention, the piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10
An ion beam or an atom beam is used as a means for cleaning each bonding surface of the above, because an active surface is created in a vacuum state, and bonding is performed in the same chamber while maintaining the state. . As the surface cleaning means, there are plasma, organic solvent, ultrapure water and the like, but it is most preferable to use an ion beam or an atom beam to perform the surface activation and the bonding in the same chamber. As the ion beam or the atom beam, for example, a beam such as argon can be suitably used.

【0026】真空処理室30を使用するのは、イオンビ
ーム又はアトムビームによる清浄化処理を効率的に行う
ためである。この目的のために好適な真空圧は特に限定
されないが、一般的に、10-6Torr程度であることが好
ましい。真空処理室30内の真空圧がこれよりも低真空
の場合には接合面の再汚染防止にならないし、またこれ
よりも高真空の場合には、清浄化処理自体の効果を更に
高めることにはならないので不経済なだけである。
The reason why the vacuum processing chamber 30 is used is to efficiently perform a cleaning process using an ion beam or an atom beam. The vacuum pressure suitable for this purpose is not particularly limited, but is generally preferably about 10 -6 Torr. If the vacuum pressure in the vacuum processing chamber 30 is lower than this, re-contamination of the bonding surface is not prevented, and if the vacuum pressure is higher than this, the effect of the cleaning process itself is further enhanced. It is simply uneconomical because it must not be done.

【0027】ビーム源33a及び33bとしては、例え
ば、アトムテックなどから市販されているビームガンな
どの当業者に公知の装置を使用できる。接合面の清浄化
処理に必要なイオンビーム又はアトムビームの出力は特
に限定されない。部材間の圧接接合を確立するのに必要
充分な清浄化度が得られる出力であればよい。一般的な
指標として、イオンビーム又はアトムビームの出力は1
keV,25mA程度であることが好ましい。出力が1
keV,25mA未満の場合には接合面の清浄化が不十
分になる可能性がある。一方、出力が1keV,25m
Aを大きく超えた場合には、接合面に大きな空孔等を形
成するなどの不都合が生じるので好ましくない。また、
ビーム照射時間は接合面の清浄化に必要充分な長さであ
ればよく、特に限定されない。所望の接合面清浄化度を
得るために、ビーム出力とビーム照射時間とは反比例の
関係を有する。例えば、高出力のビームを使用すれば、
照射時間は短時間となり、一方、低出力のビームを使用
すれば照射時間は長くなる。単なる一般的な指標とし
て、1keV,25mA程度の出力のビームを使用する
場合、照射時間は600秒間程度である。
As the beam sources 33a and 33b, for example, devices known to those skilled in the art such as a beam gun commercially available from Atomtech can be used. The output of the ion beam or the atom beam required for the cleaning process of the bonding surface is not particularly limited. Any output may be used as long as the degree of cleanliness necessary and sufficient to establish pressure welding between members is obtained. As a general index, the output of the ion beam or atom beam is 1
KeV, preferably about 25 mA. Output is 1
If the keV is less than 25 mA, the cleaning of the bonding surface may be insufficient. On the other hand, the output is 1 keV, 25 m
It is not preferable to greatly exceed A because disadvantages such as formation of large holes or the like in the joint surface occur. Also,
The beam irradiation time is not particularly limited as long as it is long enough to clean the bonding surface. In order to obtain a desired degree of cleaning of the bonding surface, the beam output and the beam irradiation time have an inverse relationship. For example, if you use a high power beam,
The irradiation time is short, while the irradiation time is long if a low power beam is used. When a beam having an output of about 1 keV and about 25 mA is used as a general index, the irradiation time is about 600 seconds.

【0028】加圧治具34a及び34bによる各部材の
加圧圧力及び加圧時間は各部材間で圧接接合を形成させ
るのに必要充分な大きさ及び長さであればよく、特に限
定されない。一般的に、12.5MPa以上の加圧圧力
を使用する場合、加圧時間は30秒間程度である。加圧
圧力が高すぎると石英製音響レンズ5が破損する恐れが
ある。一般的に、加圧圧力の上限は被接合物によって決
定される。
The pressing pressure and pressing time of each member by the pressing jigs 34a and 34b are not particularly limited, as long as they are large and long enough to form a pressure-welded joint between the members. Generally, when using a pressurizing pressure of 12.5 MPa or more, the pressurizing time is about 30 seconds. If the pressure is too high, the quartz acoustic lens 5 may be damaged. Generally, the upper limit of the pressurizing pressure is determined by the workpiece.

【0029】圧電素子1と音響レンズ10は室温で接合
することもできるが、ヒータ等を用いて被接合材の加熱
を行い、接合面の温度をある範囲まで上昇させてから接
合すると、接合強度はさらに上昇する。
The piezoelectric element 1 and the acoustic lens 10 can be joined at room temperature. However, if the material to be joined is heated by using a heater or the like and the temperature of the joining surface is raised to a certain range before joining, the joining strength is increased. Rises further.

【0030】また、真空中で接合することもできるが、
アトムビームの照射後、アルゴンや窒素などの不活性な
ガスで雰囲気を満たした後接合してもよい。不活性ガス
雰囲気を形成すると、部材の再酸化及び再汚染を防止す
ることができる。
The bonding can be performed in a vacuum.
After the irradiation with the atom beam, the bonding may be performed after the atmosphere is filled with an inert gas such as argon or nitrogen. Forming an inert gas atmosphere can prevent reoxidation and recontamination of the member.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子との接合部の経時変化もなく、圧電素子にダメ
ージを与えることがないので、圧電素子の性能を十分に
引き出すことができ、かつ、安定な状態を維持できる。
従って、超音波探査映像の品質の向上が図れる。
As described above, according to the present invention,
Since there is no change over time in the joint with the piezoelectric element and no damage is given to the piezoelectric element, the performance of the piezoelectric element can be sufficiently brought out and a stable state can be maintained.
Therefore, the quality of the ultrasonic search image can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明による超音波探触子の組立構造
の概要部分断面図である。
FIG. 1 is a schematic partial sectional view of an assembling structure of an ultrasonic probe according to the present invention.

【図2】図2は、圧電素子の概要断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a piezoelectric element.

【図3】図3は、圧電素子と音響レンズとを圧接接合さ
せる工程の模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a step of pressing and joining a piezoelectric element and an acoustic lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子 2 上部電極 3 下部電極 4 金(Au)蒸着膜 5 導電性ペースト 6 ダンパ材 7 信号引出し線 8 ハンダ部 9 GND引出し線 10 音響レンズ 11 ハウジング 12 導通部 13 エポキシ樹脂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Upper electrode 3 Lower electrode 4 Gold (Au) vapor deposition film 5 Conductive paste 6 Damper material 7 Signal lead wire 8 Solder part 9 GND lead wire 10 Acoustic lens 11 Housing 12 Conductive part 13 Epoxy resin

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属製ハウジング内に少なくとも、一方
の面に導通性金属薄膜を有する音響レンズと、両面に電
極形成用金属膜を有する圧電素子と、ダンパ材とを有
し、前記音響レンズは、その導通性金属薄膜を有する面
側で、前記両面に電極形成用金属膜を有する圧電素子と
相互に圧接接合されている超音波探触子において、 前記音響レンズの導通性金属薄膜の外周縁上面と前記ハ
ウジング内壁面とが、外周縁に沿って導通性金属堆積部
を有する合成樹脂層により電気的に接続されていること
を特徴とする超音波探触子。
1. An acoustic lens having a conductive metal thin film on at least one surface in a metal housing, a piezoelectric element having an electrode forming metal film on both surfaces, and a damper material, wherein the acoustic lens is An ultrasonic probe, on the side having the conductive metal thin film, which is pressure-bonded to a piezoelectric element having an electrode-forming metal film on both sides, wherein an outer peripheral edge of the conductive metal thin film of the acoustic lens is provided; An ultrasonic probe, wherein an upper surface and the inner wall surface of the housing are electrically connected along a peripheral edge by a synthetic resin layer having a conductive metal deposition portion.
【請求項2】 前記導通性金属堆積部はタングステンか
らなることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触
子。
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the conductive metal deposition portion is made of tungsten.
【請求項3】 一方の面に導通性金属薄膜を有する音響
レンズを、その導通性金属薄膜を有する面側で、両面に
電極形成用金属膜を有する圧電素子と、その下部電極と
なる金属膜面側で圧接接合させ、圧電素子の上部電極と
なる金属膜面側にダンパ材を接合させ、 この接合体を導通性金属製のハウジング内に収容し、 前記ハウジングと前記音響レンズ、圧電素子及びダンパ
材とにより形成される空間内に、導電性金属粉末を有す
る合成樹脂材料を充填し、 前記ハウジングの軸線に沿って該ハウジングを回転させ
て、遠心力の作用により前記合成樹脂材料内の導電性金
属粉末を、前記音響レンズの導通性金属薄膜の外周縁上
面と前記ハウジング内壁面とにより画成されるコーナー
部に堆積させ、これにより前記下部電極とハウジングと
を電気的に導通させることを特徴とする超音波探触子の
製造方法。
3. An acoustic lens having a conductive metal thin film on one surface, a piezoelectric element having an electrode forming metal film on both surfaces on the surface side having the conductive metal thin film, and a metal film serving as a lower electrode thereof. Pressure bonding on the surface side, a damper material on the metal film surface side to be the upper electrode of the piezoelectric element, and this joined body is accommodated in a conductive metal housing, and the housing and the acoustic lens, the piezoelectric element, A space formed by the damper material is filled with a synthetic resin material having a conductive metal powder, and the housing is rotated along an axis of the housing, and the conductive resin in the synthetic resin material is acted on by centrifugal force. Conductive metal powder is deposited on a corner defined by the upper surface of the outer peripheral edge of the conductive metal thin film of the acoustic lens and the inner wall surface of the housing, thereby electrically connecting the lower electrode and the housing. A method for producing an ultrasonic probe, comprising:
【請求項4】 前記導通性金属堆積部はタングステンか
らなることを特徴とする請求項3に記載の方法。
4. The method of claim 3, wherein said conductive metal deposit comprises tungsten.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110320272A (en) * 2019-06-17 2019-10-11 华南理工大学 A kind of detection method of three support insulators center conductor and epoxy part faying face

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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