WO2004091255A1 - 超音波振動子及びその製造方法 - Google Patents

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WO2004091255A1
WO2004091255A1 PCT/JP2004/004777 JP2004004777W WO2004091255A1 WO 2004091255 A1 WO2004091255 A1 WO 2004091255A1 JP 2004004777 W JP2004004777 W JP 2004004777W WO 2004091255 A1 WO2004091255 A1 WO 2004091255A1
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conductive
substrate
acoustic matching
matching layer
piezoelectric body
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PCT/JP2004/004777
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Inventor
Yukihiko Sawada
Original Assignee
Olympus Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0633—Cylindrical array

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer used for an ultrasonic diagnostic device or the like.
  • the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer toward the living tissue and the reflected wave reflected from the living tissue is provided on the same or separate from the ultrasonic transducer that transmitted the ultrasonic wave.
  • an ultrasonic transducer used for such an ultrasonic diagnostic apparatus there is an electronic scanning ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric elements are regularly arranged. A number of piezoelectric elements are arranged in this acoustic transducer, and a signal line extending from the ultrasonic observation device is electrically connected to each of the piezoelectric elements. The electrical connection between the piezoelectric element and the signal line is made by a wiring board or a lead wire.
  • a flexural substrate in which a plurality of substrate electrodes are arranged and printed at intervals substantially equal to the array intervals of piezoelectric vibrators is used. The substrate electrodes of the flexible substrate and the respective piezoelectric vibrators are electrically connected by bonding.
  • flexible electric terminals and a flexible substrate on a curved body are connected to each channel by wire bonding using a wire such as a gold wire. Had a one-to-one connection.
  • Japanese Patent Publication No. 32489884 discloses that the signal electrode and the lead wire are electrically connected and cut while keeping the piezoelectric material and the flexible printed circuit board in a parallel or nearly parallel state.
  • a method for manufacturing an ultrasonic probe having excellent ultrasonic wave transmission / reception characteristics by forming a piezoelectric element is disclosed.
  • an FPC is inserted into a groove, a signal electrode and a copper foil tape are connected by providing an adhesive portion, and then dicing is performed.
  • an adhesive part was provided to unite the common electrode divided by dicing, so workability was complicated and bonding was performed by residual stress. There was a risk that the parts would peel off, causing problems. Then, when a defect such as peeling of the bonded portion occurred during the cutting, it was difficult to correct the defective portion, and the yield was poor.
  • a problem occurs in that the vibration of each piezoelectric element is suppressed by the load weight.
  • the present invention provides a highly reliable ultrasonic vibrator that suppresses the vibration of the piezoelectric element and prevents the occurrence of defects due to residual stress, is excellent in workability, improves the yield, and reduces the cost. And a method for producing the same. Disclosure of the invention
  • the ultrasonic vibrator of the present invention includes an acoustic matching layer including at least a layer formed of a hard material, and a part of the acoustic matching layer at a predetermined position of the layer formed of the hard material constituting the acoustic matching layer.
  • the piezoelectric body is provided with electrodes on both flat portions fixedly arranged in a protruding positional relationship, and on at least one side fixedly arranged on the surface of a layer formed of a hard material.
  • the conductive pattern of the substrate and at least a part of the electrode of the piezoelectric material electrically connected to the conductive pattern are oriented in the same direction, and the substrate is arranged adjacent to the piezoelectric material, and the substrate is divided.
  • the upper conductive pattern and the electrode of the piezoelectric body are electrically connected via conductive members.
  • the method for manufacturing an ultrasonic transducer includes the steps of: providing a ground electrode on at least an acoustic matching layer formed of a hard material; and forming a piezoelectric body having a predetermined shape having an electrode on the acoustic matching layer from the hard material. Forming a first laminate by fixing the substrate, and fixing a substrate of a predetermined shape having a plurality of conductive patterns formed at predetermined intervals on the surface of the acoustic matching layer formed of a hard material next to the piezoelectric body and fixing the substrate.
  • it can be easily corrected to improve the yield.
  • Fig. 1 is a perspective view showing an ultrasonic vibrator
  • Fig. 2A is a longitudinal cross-sectional view illustrating the configuration of the ultrasonic vibrator
  • Fig. 2B is an enlarged view of a portion indicated by an arrow B in Fig. 2A
  • FIG. 2C is a view for explaining another configuration example of the portion indicated by the arrow B in FIG. 2A
  • FIG. 2D is another view of the configuration example of the portion indicated by the arrow B in FIG. 2A
  • Fig. 2E is an enlarged view of the part indicated by arrow C in Fig. 2A
  • Fig. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 2A
  • Fig. 4A is the acoustic matching layer.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating an acoustic bonding layer
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a member forming a first laminate
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a first laminate
  • Fig. 6A is a diagram illustrating members forming the second laminate
  • Fig. 6B is a diagram illustrating the second laminate
  • Fig. 7 is a conductive pattern of the substrate and one surface of the piezoelectric ceramic.
  • Side electrode FIG. 8A is a diagram illustrating a process of electrically connecting
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a state in which a dividing groove is formed and a piezoelectric ceramic is divided into piezoelectric elements
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a division formed in a cutting process.
  • FIG. 9 is a side view of the second laminated body having grooves, viewed from the cutting direction.
  • FIG. 9 is a view of the second laminated body having a plurality of piezoelectric elements deformed into a cylindrical shape.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a member forming the vibrator unit of FIG. 10
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a state in which a shape forming member is arranged on a first acoustic matching layer
  • FIG. 10C is a diagram illustrating a shape forming member on a substrate.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating a shape forming member and a second laminate for forming a convex array type vibrator unit
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a linear array type vibrator.
  • FIG. 12A uses a correction mask member
  • Fig. 12B shows a state in which a defective electrical connection is being repaired
  • Fig. 12B shows a state in which a defective electrical connection is corrected by providing a metal member and a conductive joint.
  • Fig. 13 is a diagram illustrating the electrical connection between the piezoelectric body having a step and the substrate
  • Fig. 14A is a configuration for achieving electrical insulation between the other side electrode and the conductive pattern.
  • FIG. 14B is a diagram for explaining another example of the configuration for achieving electrical insulation between the other-surface-side electrode and the conductive plate.
  • the ultrasonic vibrator 1 is of a radial array type.
  • the ultrasonic vibrator 1 includes an acoustic matching layer 2, a backing material 3, a first vibrator shape forming member 4a formed in a cylindrical shape, and a second vibrator shape forming member (hereinafter abbreviated as a shape forming member). 4 b and a piezoelectric element 5.
  • the acoustic matching layer 2 is formed by laminating a first acoustic matching layer 2a formed of a hard material and a second acoustic matching layer 2b formed of a soft material.
  • “hard” means hardness enough to maintain a preformed shape.
  • soft means having flexibility with respect to deformation and the like.
  • the backing material 3, the piezoelectric element 5, the first acoustic matching layer 2a and the second acoustic matching layer 2b, and the outer peripheral side from the center of the cylindrical shape of the ultrasonic vibrator 1. are arranged in order toward.
  • the first shape forming member 4 a is the first shape forming member 1
  • the acoustic matching layer 2a is disposed so as to be adjacent to one end side of the backing material 3 and the piezoelectric element 5 in the inward direction.
  • a substrate 6 is arranged on the other end of the piezoelectric element 5.
  • the substrate 6 is also formed in a cylindrical shape following the shape of the ultrasonic vibrator 1 or the like.
  • a three-dimensional substrate for example, a three-dimensional substrate, an alumina substrate, a glass epoxy substrate, a rigid flexible substrate, a flexible substrate, or the like is used.
  • the second shape forming member 4 b is arranged on the inner peripheral side of the substrate 6 so as to be adjacent to the other end of the backing material 3. Further, an acoustic matching layer 2 is arranged on one end side of the ultrasonic transducer 1 where the first shape forming member 4 a is arranged so as to protrude in the longitudinal axis direction from the piezoelectric element 5. .
  • the acoustic matching layer 2 is composed of the first acoustic matching layer 2a and the second acoustic matching layer 2b as described above.
  • the material of the first acoustic matching layer 2a is, for example, an epoxy-based or silicon-based material.
  • a resin material such as a polyimide resin mixed with powder or fiber of metal, ceramics, glass, or the like, or glass, machinable ceramics / silicon, or the like is used.
  • a resin material of the second acoustic matching layer 2b for example, a resin material such as silicone, epoxy, PEEK, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, fluorine resin, or rubber is used.
  • the first acoustic matching layer 2a and the piezoelectric element 5 are divided into a predetermined number, for example, 19 2 and arranged.
  • the backing material 3 for example, a material obtained by curing an epoxy resin containing alumina powder is used.
  • Materials such as chloroprene rubber and propylene rubber Rubber materials such as rubber, silicone rubber, fluorine-based rubber, or these resin materials; metals such as stainless steel; alumina It is also possible to use a mixture of single or plural materials and shapes made of powders, fibers, hollow particles and the like.
  • the piezoelectric element 5 is made of a plate-like piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate, lead titanate 'barium titanate-based ⁇ BNT-BS-ST-based, or LiNb03 ⁇ .
  • a piezoelectric crystal such as PZNT is formed by cutting a ferroelectric relaxer.
  • the one-side electrode 5a and the other-side electrode 5b are formed by baking or depositing a conductive member such as gold, silver, copper, or nickel-chrome on the surface of a plate-shaped piezoelectric ceramic, or by depositing a thin film such as an ion plate or the like. It is provided in advance as a single layer, multiple layers, or an alloy layer by means of plating or the like.
  • FIGS. 2B to 2D which are a partially enlarged view of the range B in FIG. 2A and FIG. 2E which is a partially enlarged view of the range C
  • the conductive system in the ultrasonic transducer 1 will be described. Will be described.
  • one surface side electrode 5a is provided on the inner peripheral side of the piezoelectric element 5, and the other surface side electrode 5b is provided on the outer peripheral side.
  • a ground electrode 8 is arranged and formed over substantially the entire circumference.
  • a conductive portion 7 is arranged so as to be in contact with the ground electrode 8.
  • the arrangement of the ground electrode 8 will be described later together with the description of the manufacturing method.
  • the first shape forming member 4a is bonded and fixed to the inner peripheral surface of the first acoustic matching layer 2a with a conductive member, for example, a conductive adhesive (not shown).
  • a conductive member for example, a conductive adhesive (not shown).
  • the conductive member is not limited to the conductive adhesive, but may be a solder, a metal brazing member such as a silver brazing or a gold brazing, or a conductor coating.
  • the other-surface-side electrode 5b, the conductive portion 7, and the ground electrode 8 are electrically connected.
  • the other surface side electrode 5b and the conductive portion 7 are integrally formed, but the other surface side electrode 5b, the conductive portion 7, and the ground electrode 8 are electrically connected. What is necessary is just to be connected so that it may become equivalent.
  • the ground electrode 8 may be provided continuously to one end of the acoustic matching layer 2.
  • the first shape forming member 4a is formed to be slightly longer than the thickness which is the length in the longitudinal axis direction of the first shape forming member 4a, and is formed on the other surface side electrode 5b and the conductive portion 7 in the longitudinal direction. May be formed so that only a part of them contacts.
  • the configuration is such that the ground electrode 8 is exposed to the outside, and a conductive resin Conductive electrical connection is made with conductive materials such as conductive paints and various types of conductive films such as conductive thin films, conductive thick films, and plating. Further, these materials may be used in combination.
  • the conductive pattern 6a provided on the inner peripheral side of the substrate 6 and the one-side electrode 5a
  • the conductive member 9 is arranged on the inner peripheral side of the knocking material 3 so as to electrically connect them.
  • the method of manufacturing the ultrasonic transducer 1 is formed by the following steps.
  • the first acoustic matching layer 2a and the first acoustic matching layer 2a having a predetermined size and a predetermined shape and adjusted to a predetermined acoustic impedance value are used.
  • 2 Prepare the acoustic matching layer 2b.
  • a plate-like ground electrode 8 is arranged at a predetermined position on one surface side of the first acoustic matching layer 2a.
  • the first acoustic matching layer 2a and the second acoustic matching layer 2b are integrally laminated to form the acoustic matching layer 2.
  • the second acoustic matching layer 2b is arranged on the other surface side of the first acoustic matching layer 2a where the ground electrode 6 is not provided.
  • the acoustic matching layer 2 may be integrally formed after having a predetermined thickness, or may be formed to a predetermined thickness after being integrated, and may be formed directly by coating, casting, film forming, or the like without bonding. Or a combination of these.
  • the ground electrode 8 is provided in a groove 11 having a predetermined width and depth formed at a predetermined position of the first acoustic matching layer 2a, and a plate-like conductive member 12 having a predetermined width and thickness is formed. May be arranged by bonding. Further, the ground electrode 8 may be disposed by bonding a plate-shaped conductive member formed in the groove 11 to have a predetermined width and a thickness larger than the depth.
  • the ground electrode 8 is coated or filled with a conductive resin or the like (not shown) so as to protrude, and then the protruding portion of the conductive member is brought into a plane-coincident state with the surface of the first: L acoustic matching layer 2a. It may be formed by processing.
  • the ground electrode 8 is formed such that the conductive member is joined or coated or filled in the groove 11 of the first acoustic matching layer 2 a formed to be thicker than the predetermined thickness, and then the whole is formed to have the predetermined thickness. It may be formed by processing. Further, the ground electrode 8 may be formed of various conductor films.
  • the ground electrode 8 is made of a conductive material such as a conductive resin, a conductive paint, or a metal, or a conductive film such as a conductive thin film, a conductive thick film, or a plating.
  • a first laminated body 21 is formed from the acoustic matching layer 2 formed in the first step, and a piezoelectric ceramic 13 in which one surface electrode 5a and the other surface electrode 5b are provided on both surfaces of the piezoelectric element. I do.
  • the piezoelectric ceramic 13 is formed to be shorter than the length of the acoustic matching layer 2 by a predetermined dimension, the width is formed to be substantially the same, and the thickness is formed to the predetermined dimension.
  • an acoustic matching layer 2 and a piezoelectric ceramic 13 are prepared.
  • the other surface side electrode 5b of the piezoelectric ceramic 13 is brought into contact with the ground electrode 8 at least in part on the surface of the acoustic matching layer 2 on which the ground electrode 8 is formed. As described above, it is adhesively fixed to a position offset from the one side of the substantially rectangular acoustic matching layer 2 by a predetermined amount, for example, a distance a.
  • the second laminate 22 is formed from the first laminate 21 and the conductive pattern 6a formed in the above-described steps.
  • the thickness of this substrate is substantially the same as the thickness of the piezoelectric ceramic 13.
  • the substrate 6 is arranged adjacent to the piezoelectric ceramic 13 with the conductive patterns 6a,..., 6a facing upward, and the first acoustic matching layer 2a Adhesively fixed to.
  • the piezoelectric ceramic 13 and the substrate 6 are adjacent on the surface of the first acoustic matching layer 2a.
  • a second stacked body 22 is formed.
  • the width and length of the substrate 6 are set to predetermined dimensions.
  • a mask member (not shown) is provided at a predetermined position on the surface of the substrate 7 on which the conductive pattern 6a of the second laminate 22 is formed and the piezoelectric ceramic 13 on which the one-side electrode 5a is provided. And apply conductive paint or conductive adhesive, etc., which are monthly components, or deposit gold conductors such as gold, silver, chromium, and zinc dioxide, superfine, ion plating, CVD, etc.
  • the conductive film portion 14 is provided by the method described above.
  • the conductive patterns 6a,..., 6a are electrically connected to the one-side electrode 5a.
  • the acoustic matching layer 2 composed of the piezoelectric ceramic 13 and the substrate 6
  • a dividing groove 15 having a predetermined depth and a predetermined width and a predetermined shape reaching a part of the second acoustic matching layer 2b through the acoustic matching layer 2a in a direction orthogonal to the longitudinal direction. It is formed at a predetermined pitch.
  • the dividing grooves 15 are formed by using a cutting means such as a dicing saw or a laser device (not shown). At this time, the cutting means is arranged on a center line dividing the two conductive patterns 6a, 6a.
  • the substrate 6 provided with the plurality of conductive patterns 6a, ..., 6a is divided into a plurality of substrates 6, ..., 6 on which at least one conductive pattern 6a is arranged.
  • the piezoelectric ceramic 13 is also divided into a plurality.
  • the conductive film portion 14 is divided into a plurality of conductive members 9.
  • a plurality of piezoelectric elements 5,..., 5 in which the individual conductive patterns 6 a are electrically connected by the conductive member 9, are arranged on one acoustic matching layer 2.
  • a predetermined number of division grooves 15 are formed in the second laminate 22 with a predetermined pitch.
  • the piezoelectric ceramic 13, the substrate 6, the conductive film portion 14, and the first acoustic matching layer 2 a are divided into a predetermined number, and the second laminate 2 formed from the piezoelectric ceramic 13 and the substrate 6 is formed.
  • 2 includes a plurality of piezoelectric elements 5,..., 5 and a plurality of substrates 6, ... Become the second stacked body 22 a formed of the stacked body group in which 6 are arranged.
  • a plurality of piezoelectric elements 5,..., 5 are arranged in the second acoustic matching layer 2b having flexibility, which constitutes the acoustic matching layer 2.
  • the second laminated body 22a is bent and deformed so that the second acoustic matching layer 2b is arranged on the outermost peripheral side, and the second laminated body 22a is formed into a cylindrical shape as shown in FIG. Form.
  • the acoustic matching layer 2 which becomes unnecessary when forming the ultrasonic vibrator 1, for example, the hatched portion in FIG. 8A is removed.
  • a member having a length or the like larger than a predetermined shape may be used, and an unnecessary portion may be finally removed.
  • the piezoelectric element 5,..., 5 on one side electrode 5 a and the conductive pattern 6 a of the substrate 6, Conduct a continuity test to see if they are connected.
  • the cylindrical unit 23 is formed from the second laminate 22 a formed in the above-described steps and the first and second shape forming members 4 a and 4 b.
  • the first shape forming member 4a is formed into the acoustic matching layer 2a as shown in FIG. 10B.
  • the first acoustic matching layer 2a is integrally fixed with a conductive adhesive.
  • the second shape forming member 4b is attached to the inner peripheral surface side of the substrates 6,..., 6 adjacent to the piezoelectric elements 5,. Adhesively fixed.
  • the first acoustic matching layer 2a formed of a hard material, the first shape-forming member 4a and the substrate 6, and the second shape-forming member 4b are bonded and fixed to form the second A cylindrical unit 23 having a predetermined curvature is formed from the laminate 22 a.
  • the ground electrode 8 which is in a conductive state with the other surface side electrode 5 b provided in each of the divided piezoelectric elements 5,..., 5 and the conductive portion of the first shape forming member 4 a 7 is integrated into the conductive state.
  • a ground line extending from an ultrasonic observation device (not shown) is connected to the conductive portion 7, and a ground having a sufficiently large capacity is secured.
  • the first shape-forming member 4a is bonded to the first acoustic matching layer 2a with a non-conductive adhesive, and then the conductive thin film and the conductive resin Electrical connection may be made using a resin, a conductor thick film, or the like.
  • the ground electrode 8 which is electrically connected to the predetermined electrode provided on the piezoelectric ceramic 13 and the conductive portion of the shape forming member is provided in advance on the acoustic matching layer 2, and the ground electrode 8 and the piezoelectric ceramic 1 Provided on 3 ⁇ :
  • the other electrode 5 provided on each piezoelectric element 5,..., 5 is electrically connected during the process of assembling the predetermined electrode and the conductive portion 7 of the shape forming member.
  • b can be connected to the ground electrode 8 integrated by the conductive portion 7 to secure a large-capacity ground.
  • the process of forming the radial array type ultrasonic transducer 1 using the first shape forming member 4a and the second shape forming member 4b has been described.
  • the third shape forming member 4c and the fourth shape forming member 4d formed in, for example, a partially cylindrical shape are described above.
  • the convex array type transducer is fixed to the first acoustic matching layer 2a of the second laminated body 22b having the piezoelectric elements 5,.
  • a unit may be formed.
  • a plate-shaped shape forming member 4 e having a flat end is prepared, and the first acoustic matching layer of the second laminate 22 c is prepared in the same manner as the above-described process.
  • a linear array type transducer unit is formed.
  • the shape of the end of the shape forming member is not limited to an arc or a straight line, but may be a combination or a deformation thereof, whereby a plurality of arrays can be freely arranged. Therefore, the scanning direction of the ultrasonic wave can be freely set.
  • the ground electrode 6 and the conductive portion 7 of the shape forming member 4a are brought into conduction.
  • a ground having a sufficient capacity is secured.
  • the shape forming member 4a is fixed with a non-conductive adhesive and then electrically connected with a conductive thin film, a conductive resin, a conductive thick film, or the like.
  • the shape of the end portion of the shape forming member 4a is not limited to an arc or a straight line, but may be a combination or a deformation thereof, so that a plurality of arrays can be freely arranged. Therefore, the scanning direction of the ultrasonic wave can be freely set.
  • a repair operation for electrically connecting the one-side electrode 5a of the piezoelectric element 5 and the conductive pattern 6a of the substrate 7 is performed.
  • the second laminated body 22a is placed on a correction jig (not shown), and the defective portion of the piezoelectric element 5 and the conductive pattern 6a of the substrate 6 are attached.
  • the opening 24a of the correction mask member 24 is arranged at the corresponding position.
  • a conductive paint or a conductive adhesive is applied, and a repair conductor film portion for electrically connecting the one-side electrode 5a of the piezoelectric element 5 and the conductive pattern 6a of the substrate 6 is repaired. I do.
  • the continuity test is performed again. If the continuity test is passed, the corrected second laminated body 22 a is turned to a step of forming the cylindrical unit 23.
  • a metal member 25 is placed on the defective one-side electrode 5a and the conductive pattern 6a, and the metal member 25 is attached to the one-side electrode 5a and the conductive pattern 6a. For example, it is fixed by providing a conductive adhesive portion 26 or by ultrasonic bonding.
  • the backing material 3 is formed on the one surface electrode 5a side of the piezoelectric element 5 by using a rubber material containing ferrite, an epoxy containing alumina powder, or the like as a material by a method such as bonding and casting to form the backing material 3 shown in FIGS.
  • a radial array type ultrasonic transducer having the configuration shown in Fig. 3 is formed.
  • the thickness of the piezoelectric ceramic 13 and the substrate 7 are substantially the same, but the thickness of the piezoelectric ceramic 13 and the substrate 6 is limited to approximately the same. Not something. For example, even when the thickness of the piezoelectric ceramic 13 and the thickness of the substrate 6 are different as shown in FIG. 13, the electrical connection between the electrode 5a on one side of the piezoelectric element 5 and the conductive pin 6a of the substrate 6 is obtained. After the electrical connection is provided by the conductive film portion 14 formed of the thin film, the conductive paint, the conductive adhesive, or the like, the electrical connection is provided, and then divided along the alternate long and short dash line. Piezoelectric elements 5,..., 5 in which conductive patterns 6 a are electrically connected by conductive members 9 are arranged.
  • the size of the ultrasonic vibrator can be reduced, workability can be improved, and costs can be reduced.
  • the electrical connection between the electrode of the piezoelectric body and the conductive pattern on the substrate it can be easily corrected to improve the yield.
  • the present invention is not limited to only the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the invention.
  • the substrate 6 is disposed alongside the piezoelectric element 5 and both are electrically connected by a conductive member.
  • the present invention is not limited to this.
  • the substrate may be located inside or on the side surface of the backing material.
  • the frame and the substrate may be united, or the substrate and the piezoelectric element may be connected by a thin metal wire or the like.
  • the conductive pattern 6 b by providing the conductive pattern 6 b continuously from one end surface of the substrate 7 to one main surface, the conductive pattern 6 b It is possible to design so that the takeout terminal to the outside of the array is arranged on the outer periphery. As a result, when the ultrasonic vibrator is mounted on a product, the degree of freedom in design can be increased. In this case, as shown in the figure, the shape of the substrate 6 or the shape of the electrode 5b of the piezoelectric element 5 is adjusted to secure electrical insulation between the conductive pattern 6b and the electrode 5b. You. Industrial applicability
  • the ultrasonic vibrator according to the present invention is cost-effective and highly reliable, and thus is useful for ultrasonic observation or the like for obtaining an ultrasonic tomographic image.

Abstract

超音波振動子は、少なくとも硬質な材料で形成された層を含む音響整合層と、音響整合層を構成する硬質な材料で形成された層の所定位置に音響整合層の一部が突出する位置関係に固定配置される両平面部に電極をそれぞれ設けた圧電体と、硬質な材料で形成された層の面に固定配置される少なくとも一面側に導電パターンを形成した基板と備え、この配置状態で圧電体及び基板を複数の圧電素子及び所定の導電パターンを配置した基板に分割して複数の圧電素子を配列させた超音波振動子であって、基板の導電パターンと、この導電パターンと電気的に接続される圧電体の電極の少なくとも一部とを同一方向に向け、この基板を圧電体に隣接配置し、分割される基板上の導電パターンと圧電体の電極とをそれぞれ導電部材を介して電気的に接続している。

Description

明 細 書
超音波振動子及びその製造方法 技術分野
本発明は超音波診断装置等に用いられる超音波振動子に関する。 背景技術
医療分野においては、 超音波振動子から生体組織に向けて超音波を送信すると 共に生体組織から反射される反射波を、 超音波を送信した超音波振動子と同一あ るいは別体に設けた超音波振動子で受信して信号処理を行って画像ィヒすることに より生体組織の情報を得る超音波診断装置が従来より種々提案されている。
このような超音波診断装置などに用いられる超音波振動子として、 複数の圧電 素子を規則的に配列した電子走査方式の超音波振動子がある。 この 音波振動子 には数多くの圧電素子が整列配置されており、 それそれの圧電素子には超音波観 測装置から延出する信号線が電気的に接続されている。 そして、 前記圧電素子と 前記信号線との電気的な接続は、 配線基板或いはリード線によって行われている。 例えば、 特公平 4— 1 9 8 5 8号公報のアレイ型超音波探触子では圧電振動子 の配列間隔に略等しい間隔にて複数の基板電極を整列してプリントされているフ レキシプル基板によって、 このフレキシブル基板の基板電極とそれそれの圧電振 動子とを接着によって電気的に接続している。
また、 特許 2 5 0 2 6 8 5号公報の超音波探触子の製造方法ではフレキシブル の電気端子と曲面体上フレキシプル基板とを金線等のワイヤを用いて、 ワイヤボ ンディング等によって各チャンネル毎に 1対 1で接続していた。
さらに、 特許 3 2 4 8 9 2 4号公報には、 圧電材料とフレキシブルプリント回 路基板とを平行もしくは平行に近い状態に保ちながら信号電極とリ一ド線を電気 的に接続し切り込んで各圧電素子を形成することによって、 超音波送受波特性の 良い超音波探触子の製造方法が示されている。
しかしながら、 前記特公平 4一 1 9 8 5 8号公報のアレイ型超音波探触子では、 フレキシブル基板の各電極と圧電振動子の各電極との位置合わせを行った後、 接 着固定して電気的接続を行っているが、 この作業は熟練を要する作業の一つで、 コストアップの要因になっていた。
また、 前記特公平 4一 1 9 8 5 8号公報のアレイ型超音波探触子及び特許 3 2
4 8 9 2 4号公報の超音波探触子の製造方法では、 フレキシブル基板を曲げ状態 にすることによってこのフレキシプル基板の弾性力が残留応力となることによつ て不具合が生じるおそれがある。
さらに、 前記特許 2 5 0 2 6 8 5号公報の超音波探触子の製造方法では、 ワイ ャを用いて、 ワイヤボンディング等によって各チャンネル毎に 1対 1で接続して いたため、 残留応力の発生に加えて、 配線のための空間が必要になるために小型 化が制約されるとともに、 配線作業が複雑且つ繁雑であるため信頼性に欠けるば かりでなく、 コストアップの要因になっていた。
又、 前記特許 3 2 4 8 9 2 4号公報の超音波探触子の製造方法では、 溝に F P Cを差し込み、 信号電極と銅箔テープとを接着部を設けて接続し、 その後、 ダイ シングを行って圧電素子切り込み及びチャンネル切り込みを形成し、 その後、 ダ イシングによって分割された共通電極を一体にするために接着部を設けていたた め、 作業性が煩雑であるとともに、 残留応力によって接着部が剥離して不具合が 発生するおそれがあった。 そして、 切り込みを行った際に、 接着部が剥離する等 の不良が発生した場合、 不良箇所の ί多正を行うことが難しく、 歩留りが悪かった。 加えて、 接着部を設けてフレキシブル基板を圧電素子に固定することによって、 負荷重量によって各圧電素子の振動が抑制されるという不具合が発生する。
したがって、 本発明は、 圧電素子の振動が抑制されること及び残留応力による 不具合の発生を防止し、 作業性に優れ、 歩留りの向上、 コスト低減を図れ、 信頼 性の高い超音波振動子の提供及びその製造方法を提供することを目的にしている。 発明の開示
本発明の超音波振動子は、 少なくとも硬質な材料で形成された層を含む音響整 合層と、 音響整合層を構成する硬質な材料で形成された層の所定位置に音響整合 層の一部が突出する位置関係に固定配置される両平面部に電極をそれぞれ設けた 圧電体と、 硬質な材料で形成された層の面に固定配置される少なくとも一面側に 導電パ夕一ンを形成した基板と備え、 この配置状態で圧電体及び基板を複数の圧 電素子及び所定の導電パターンを配置した基板に分割して複数の圧電素子を配列 させた超音波振動子であって、 基板の導電パターンと、 この導電パターンと電気 的に接続される圧電体の電極の少なくとも一部とを同一方向に向け、 この基板を 圧電体に隣接配置し、 分割される基板上の導電パターンと圧電体の電極とをそれ それ導電部材を介して電気的に接続している。 そして、 本発明の超音波振動子の 製造方法は、 少なくとも硬質な材料で形成された音響整合層にグランド電極を設 ける工程と、 硬質な材料から音響整合層に電極を有する所定形状の圧電体を固定 して第 1積層体を形成する工程と、 硬質な材料で形成された音響整合層面に、 所 定間隔で形成した複数の導電パターンを有する所定形状の基板を、 圧電体に隣設 固定して第 2積層体を形成する工程と、 圧電体の電極と基板の導電ノ ターンとを 一体で電気的に接続する導電部材を設ける工程と、 導電部材を設けて電気的に接 続された圧電体及び基板に所定間隔及び所定深さ寸法の分割溝を形成する工程と を具備している。 したがって、 対応する圧電体の電極と基板の導電パターンとの 電気的な接続を容易に行うことができるので、 超音波振動子の小型化が可能にな るとともに、 作業性の向上及びコストの低減を図れる。 また、 圧電体の電極と基 板の導電パターンとの電気的接続箇所に不良があった場合には容易に修正を行つ て歩留りの向上も図れる。 図面の簡単な説明
第 1図は超音波振動子を示す斜視図、 第 2 A図は超音波振動子の構成を説明す る長手方向断面図、 第 2 B図は第 2 A図の矢印 Bで示す部分の拡大図、 第 2 C図 は第 2 A図の矢印 Bで示した部分の他の構成例を説明する図、 第 2 D図は第 2 A 図の矢印 Bで示した部分の他の構成例を説明する図、 第 2 E図は第 2 A図の矢印 Cで示す部分の拡大図、 第 3図は第 2 A図の A— A線断面図、 第 4 A図は音響整 合層を形成する部材を説明する図、 第 4 B図は音響接合層を説明する図、 第 5 A 図は第 1積層体を形成する部材を説明する図、 第 5 B図は第 1積層体を説明する 図、 第 6 A図は第 2積層体を形成する部材を説明する図、 第 6 B図は第 2積層体 を説明する図、 第 7図は基板の導電パ夕一ンと圧電セラミックの一面側電極とを 電気的に接続する工程を説明する図、 第 8 A図は分割溝を形成して圧電セラミツ クを圧電素子に分割している状態を示す図、 第 8 B図は切断工程により形成され た分割溝を有する第 2積層体を切断方向から見た側視図、 第 9図は複数の圧鼋素 子を設けた第 2積層体を円筒状に変形させた図、 第 1 O A図は円筒状の振動子ュ ニットを形成する部材を説明する図、 第 1 0 B図は第 1音響整合層に形状形成部 材を配置した状態を説明する図、 第 1 0 C図は基板に形状形成部材を配置した状 態を説明する図、 第 1 1 A図はコンベックスアレイ型振動子ュニットを形成する ための形状形成部材及び第 2積層体を示す図、 第 1 1図 B図はリニアアレイ型振 動子ュニヅトを形成するための形状形成部材及ぴ第 2積層体を示す図、 第 1 2 A 図は修正用マスク部材を使用して電気的接続不具合箇所の修正を行つている状態 を説明する図、 第 1 2 B図は電気的接続不具- 箇所の修正を金属部材と導電性接 着部を設けて行った状態を示す図、 第 1 3図は段差を有する圧電体と基板との電 気的接続を説明する図、 第 1 4 A図は他面側電極と導電パターンとの間の電気的 な絶縁を図る一構成例を説明する図、 第 1 4 B図は他面側電極と導電パ夕一ンと の間の電気的な絶縁を図る他の構成例を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明を、 添付の図面にしたがってより詳細に説明する。
第 1図に示すように本実施形態に係る超音波振動子 1はラジアルァレィ型に構 成したものである。 超音波振動子 1は、 音響整合層 2、 バッキング材 3、 円筒状 に形成した第 1の振動子形状形成部材 4 a、 第 2の振動子形状形成部材 （以下、 形状形成部材と略記する） 4 b及び圧電素子 5とを有する。 音響整合層 2は、 硬 質の材料で形成された第 1音響整合層 2 aと、 軟質の材料で形成された第 2音響 整合層 2 bとを積層して形成される。 ここで 「硬質」 とは、 予め形成した形状を 保つことができる程度の硬さを意味する。 一方、 「軟質」 とは変形などに関して 柔軟性を有することを意味する。
第 2 A図及び第 3図に示すようにバッキング材 3、 圧電素子 5、 第 1音響整合 層 2 a及び第 2音響整合層 2 bほ、 超音波振動子 1の円筒形状の中心から外周側 に向けて順に配置される。 第 1の形状形成部材 4 aは音響整合層 2を構成する第 1音響整合層 2 aの内方向で、 バッキング材 3及び圧電素子 5の一端側に隣接す るように配置される。 圧電素子 5の他端側には基板 6が配置される。
なお、 基板 6も超音波振動子 1等の形状に倣い円筒状に形成される。 基板 6と しては、 例えば 3次元基板、 アルミナ基板、 ガラスエポキシ基板、 リジヅトフレ キシプル基板、 フレキシブル基板等が用いられる。
第 2の形状形成部材 4 bは基板 6の内周側で、 バッキング材 3の他端側に隣接 するように配置される。 また、 超音波振動子 1の第 1の形状形成部材 4 aが配置 される側である一端側には音響整合層 2が圧電素子 5よりも長手軸方向に突出す るように配置されている。
音響整合層 2は、 前述した通り第 1音響整合層 2 a及び第 2音響整合層 2 bで 構成されるが、 第 1音響整合層 2 aの材料としては、 例えばエポキシ系、 シリコ —ン系、 ポリイミド系等の樹脂部材に、 金属、 セラミックス、 ガラス等の粉体や 繊維を混合したもの、 あるいはガラス、 マシナブルセラミックス ·シリコン等が 用いられる。 一方、 第 2音響整合層 2 bの材料としては、 例えばシリコーン系、 エポキシ系 · P E E K ·ポリイミド ·ポリエーテルィミド ·ポリサルフォン 'ポ リエ一テルサルフォン ·フッ素系樹脂等の樹脂部材ゃゴム等が用いられる。
第 1図及び第 3図に示すように第 1音響整合層 2 a及び圧電素子 5は所定数、 例えば 1 9 2個に分割されて配列される。
バッキング材 3としては、 例えばアルミナ粉末入りのエポキシ樹脂を硬化させ たものが用いられる。 なお、 バヅキング ' 3として、 エポキシ系、 シリコン系、 ポリイミド系、 ポリェ一テルイミド、 P E E K ·ウレタン系 'フッ素系等の樹 S旨 部材ゃクロロプレンゴム ·プロピレン系ゴム 'ブタジエン系ゴム ·ウレ夕ン系ゴ ム ·シリコーンゴム ·フッ素系ゴム等のゴム材、 又はこれら樹脂部材ゃゴム材に 夕ングステン等の金属、 アルミナ ·ジルコニァ 'シリカ '酸化夕ンダステン ·圧 電セラミヅクス粉.フェライト等のセラミックス、 ガラス、 樹脂等の粉体や繊維、 中空の粒子などで形成された単一又は複数の物質 ·形状のフイラ一を混合したも のを用いても良い。 ， 圧電素子 5は、 板状に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛、 チタン酸鉛 'チタン 酸バリウム系 · B N T— B S— S T系等の圧電セラミック又は、 L i N b 03■ P Z N T等の圧電性結晶■ リラクサ一強誘電体を切断して形成したものである。 一面側電極 5 a及び他面側電極 5 bは板状の圧電セラミックの面上に金、 銀、 銅 あるいは二ヅケル ·クロム等の導電部材を焼付け又は蒸着■スパヅ夕 'イオンプ レーティング等の薄膜又はメヅキ等により、 単層 ·多層又は合金層として予め設 けたものである。
ここで、 第 2 A図における範囲 Bの部分拡大図である第 2 B図ないし第 2 D図 及び範囲 Cの部分 ¾大図である第 2 E図に基づき、 超音波振動子 1における導電 系につき説明する。
第 2 B図に示すように圧電素子 5の内周側には一面側電極 5 aが設けられ、 外 周側には他面側電極 5 bが設けられている。 音響整合層 2を構成する第 1音響整 合層 2 aの内周側には略全周に亘つてグランド電極 8が配置形成される。 音響整 合層 2を構成する第 1音響整合層 2 aの内周側かつ第 1の形状形成部材 4 aの一 端には、 グランド電極 8と接するように導電部 7が配置形成される。
なお、 グランド電極 8の配置については、 製造方法の記載と併せて後述する。 第 1の形状形成部材 4 aは、 第 1音響整合層 2 aの内周面に対して導電部材、 例えば導電接着剤 （不図示） で接着固定される。 これにより導電部 7とグランド 電極 8とが電気的に導通された状態になる。 なお、 導電部材は導電接着剤に限定 されるものではなく、 半田や銀ロウ、 金ロウ等の金属ロウ部材、 或いは導体被膜 等であってもよい。
このように、 他面側電極 5 bと、 導電部 7と、 グランド電極 8とが電気的に接 続される。
第 2 B図にあっては他面側電極 5 bと導電部 7とが一体的に形成されるが、 他 面側電極 5 bと、 導電部 7と、 グランド電極 8とは、 電気的に等位となるように 接続されれば良い。例えば第 2 C図に示すように、 グランド電極 8が音響整合層 2の一端側まで連続して設けられるようにしても良い。
また、 第 2 D図に示すように、 第 1の形状形成部材 4 aの長手軸方向の長さで ある厚みより少量だけ長く形成して他面側電極 5 b及び導電部 7に長手方向前後 の一部分のみが接するように形成しても良い。 この場合は、 グランド電極 8が外 側に露出する構成とし、 導電部 4 aとグランド電極 6との間を、 導電性樹脂 ·導 電性塗料等の導体材料や、 各種の導体薄膜 .導体厚膜 .メツキ等の導体皮膜で電 気的な導通状態とする。 また、 これらの材料を組み合わせて用いても良い。
第 2 E図に示すように、 圧鼋素子 5と基板 6とが隣接する部位の近傍にあって は、 基板 6の内周側に設けられた導電パターン 6 aと、 一面側電極 5 aとを電気 的に接続するように、 導電部材 9がノ ヅキング材 3の内周側に配置される。
第 4 A図から第 1 0 C図までを参照して、 上述のように構成される超音波振動 子 1を製造する方法を説明する。
超音波振動子 1を製造する方法は以下の工程で形成される。
( 1 ) 音響整合層 2を形成する工程
音響整合層 2を形成するために、 まず、 第 4 A図に示すように所定寸法及び所 定形状で、 かつ所定の音響ィンピ一ダンス値に調整された第 1音響整合層 2 a及 び第 2音響整合層 2 bを用意する。 そして、 第 1音響整合層 2 aの一面側の所定 位置には板状のグランド電極 8を配置する。
次に、 第 4 B図に示すように第 1音響整合層 2 aと第 2音響整合層 2 bとを一 体的に積層して音響整合層 2を形成する。 このとき、 第 2音響整合層 2 bを、 グ ランド電極 6が設けられていない第 1音響整合層 2 aの他面側に配置する。 音響 整合層 2は、 各々を所定厚さとした後に一体化しても、 一体化させた後に所定厚 さにしても、 接合せずに一方に他方を塗布、 注型、 成膜等により直接形成しても 良く、 これらの組合せにより形成しても良い。
なお、 グランド電極 8は、 第 1音響整合層 2 aの所定位置に形成した所定幅寸 法及び深さ寸法の溝 1 1に、 所定幅寸法及び厚み寸法に形成した板状の導電部材 1 2を接着して配置しても良い。 また、 グランド電極 8は、 溝 1 1に所定幅寸法 で前記深さ寸法より厚めに形成した板状の導電部材を接着して配置しても良い。 また、 グランド電極 8は、 図示しない導電樹脂等を突出するように塗布或いは充 填した後、 この導電部材の突出部分を第: L音響整合層 2 aの面と面一致状態にな るように加工して形成しても良い。 また、 グランド電極 8は、 所定厚み寸法より 厚めに形成した第 1音響整合層 2 aの溝 1 1内に導電部材を接合ないし塗布或い は充填した後、 全体を所定厚み寸法になるように加工して形成しても良い。 また、 グランド電極 8は、 各種の導体膜で形成しても良い。 そして、 グランド電極 8には、 例えば導電性樹月旨 ·導電性塗料 ·金属等の導体 材料や、 各種の導体薄膜 ·導体厚膜 ·メツキ等の導体皮膜が使用される。
( 2 ) 第 1積層体を形成する工程
前記第 1の工程により形成された音響整合層 2と、 一面側電極 5 a及び他面側 電極 5 bを圧電素子の両面に設けた圧電セラミック 1 3とから、 第 1積層体 2 1 を形成する。 圧電セラミック 1 3は、 音響整合層 2の長さ寸法より所定寸法だけ 短く形成され、 幅寸法は略同一寸法で形成され、 厚み寸法は所定寸法に形成され る o
具体的には、 まず、 第 5 A図に示すように音響整合層 2及び圧電セラミック 1 3を準備する。
次に、 第 5 B図に示すように音響整合層 2のグランド電極 8が形成された面に、 圧電セラミック 1 3の他面側電極 5 bを、 グランド電極 8と少なくとも一部が接 触するよう、 略矩形状の音響整合層 2の一辺から所定量である例えば距離 aだけ オフセットした位置に接着固定する。
こうして、 他面側電極 5 bと圧電セラミック 1 3のグランド電極 6とが電気的 導通状態とされた一体的な第 1積層体 2 1が形成される。 このとき、 グランド電 極 6が配置されている音響整合層 2の一端面側が圧電セラミック 1 3の一端面側 から距離 aだけ突出した状態になる。
( 3 ) 第 2積層体を形成する工程
前述した工程で形成された第 1積層体 2 1及び導電パターン 6 aから第 2積層 体 2 2を形成する。
まず、 第 6 A図に示すように第 2工程で形成した第 1積層体 2 1と、 例えば一 面側に複数の導電パターン 6 a , ···, 6 aが所定の間隔で規則的に配列された基 板 6とを準備する。 この基板の厚み寸法は、 圧電セラミック 1 3の厚み寸法と略 同寸法である。
次に、 第 6 B図に示すように導電パターン 6 a， …， 6 aを上向きにした状態 で、 基板 6を圧電セラミック 1 3に隣接するように配設し、 第 1音響整合層 2 a に対して接着固定する。
こうして、 第 1音響整合層 2 aの面上に圧電セラミック 1 3と基板 6とが隣接 して配置された第 2積層体 2 2が形成される。 なお、 基板 6の幅寸法及び長さ寸 法は所定寸法に設定される。
( 4 ) 基板の導電パターン 6 a , ···, 6 aと圧電セラミック 1 3の一面側電極 5 aとを電気的に接続する工程
第 7図に示すように第 2積層体 2 2の導電パターン 6 aが形成されている基板 7及び一面側電極 5 aが設けられている圧電セラミック 1 3の表面の所定位置に 図示しないマスク部材を配置し、 月莫部材である導電性塗料又は導電性接着剤等を 塗布したり、 金、 銀、 クロム、 二酸化ィンジゥム等の金厲ゃ導体を蒸着、 スパヅ 夕、 イオンプレ一ティング、 C VD等の方法で付着させて、 導電膜部 1 4を設け る。
こうして導電膜部 1 4を形成することにより、 導電パ夕一ン 6 a， …， 6 aと 一面側電極 5 aとが電気的に接続される。
( 5 ) 圧電セラミック 1 3を複数の圧電素子 5， ···， 5に分割する工程 第 8 A図に示すように圧電セラミック 1 3及び基板 6の表面側から音響整合層 2を構成する第 1音響整合層 2 aを通過させて第 2音響整合層 2 bの一部に到達 する所定深さ寸法で所定幅寸法又は所定形状の分割溝 1 5を長手方向に対して直 交する方向に所定ピッチで形成していく。 尚、 この分割溝 1 5は、 図示しないダ イシングソ一又はレーザ装置等の切断手段を用いて形成する。 このとき、 前記切 断手段を 2つの導電パターン 6 a、 6 aを分割する中央線上に配置させる。
この工程にあっては、 複数の導電パターン 6 a， …， 6 aを設けた基板 6が、 少なくとも 1つの導電パターン 6 aが配置された複数の基板 6 , …， 6に分割さ れるとともに、 圧電セラミック 1 3も複数個に分割される。 このとき、 導電膜部 1 4は複数の導電部材 9に分割される。 このことによって、 1つの音響整合層 2 上に、 個々の導電パターン 6 aを導電部材 9で電気的に接続した圧電素子 5， ···, 5が複数個配列されるようになる。
第 8 B図に示すように第 2積層体 2 2に分割溝 1 5を所定ピヅチで所定個数形 成する。 このことによって、 圧電セラミック 1 3、 基板 6、 導電膜部 1 4及び第 1音響整合層 2 aが所定個数に分割されて、 圧電セラミック 1 3及び基板 6から 形成されていた第 2積層体 2 2が、 複数の圧電素子 5 , …， 5及び複数の基板 6， ···, 6を配置した積層体群で形成された第 2積層体 2 2 aになる。 言い換えれば、 音響整合層 2を構成する柔軟性を有する第 2音響整合層 2 bに、 複数の圧電素子 5， …， 5を配列した状態になると言える。
次いで、 第 2音響整合層 2 bが最外周側に配置されるように第 2積層体 2 2 a を曲げ変形させて、 第 9図に示すように第 2積層体 2 2 aを円筒形状に形成する。 なお、 分割溝 1 5を形成した後、 超音波振動子 1を形成するに当たって不要に なる、 例えば第 8 A図の斜線に示す音響整合層 2を除去する。 また同様に、 第 2 積層体 2 2を構成する各部材について、 例えば長さなどについては所定形状より も大きいものを用い、 最終的に不要部分を除去しても良い。 さらに必要に応じ、 それそれの圧電素子 5， ···， 5の一面側電極 5 aと、 基板 6， ···， 6の導電パ夕 —ン 6 aとが導電部材 9によって電気的に接続されているかの導通検査を行う。
( 6 ) 円筒状振動子ユニット （以下、 円筒状ユニットと略記する） 2 3を形成 する工程
前述の工程で形成された第 2積層体 2 2 aと、 第 1及び第 2の形状形成部材 4 a、 4 bとから円筒状ユニット 2 3を形成する。
具体的には、 第 1 O A図に示すように第 2積層体 2 2 aを円筒状に形作った後、 第 1 0 B図に示すように第 1の形状形成部材 4 aを音響整合層 2の第 1音響整合 層 2 aに導電接着剤で一体的に接着固定する。 また、 第 1 0 C図に示すように第 2の形状形成部材 4 bを圧電素子 5， …， 5に隣設する基板 6 , …， 6の内周面 側に非導電性の接着剤によって一体的に接着固定する。
こうして、 硬質の材料で形成された第 1音響整合層 2 aと、 第 1の形状形成部 材 4 a及び基板 6と、 第 2の形状形成部材 4 bとを接着固定することにより、 第 2積層体 2 2 aから所定の曲率の円筒状ュニヅト 2 3が形成される。 このとき、 分割された圧電素子 5 , ···, 5にそれぞれ設けられている他面側電極 5 bと導通 状態となっているグランド電極 8と、 第 1の形状形成部材 4 aの導電部 7とは一 体的に導通状態となる。
導電部 7には、 図示しない超音波観測装置から延出するグランド線が接続され、 容量が十分に大きいグランドが確保される。 なお、 第 1の形状形成部材 4 aを第 1音響整合層 2 aに非導電性接着剤により接着し、 その後に導体薄膜、 導電性樹 脂、 導体厚膜等によって電気的に接続するようにしても良い。
このように、 圧電セラミック 1 3に設けた所定の電極及び形状形成部材の導電 部と電気的に導通状態になるグランド電極 8を音響整合層 2に予め設け、 このグ ランド電極 8と圧電セラミック 1 3に設け^:所定の電極及び形状形成部材の導電 部 7とを組立てる工程時に電気的に接続することによって、 各圧電素子 5， ···， 5にそれぞれ設けられている他面側電極 5 bを、 導電部 7によって一体になった グランド電極 8に接続して大容量のグランドを確保することができる。
なお、 本実施形態においては第 1形状形成部材 4 a及び第 2形状形成部材 4 b を用いてラジアルアレイ型の超音波振動子 1を形成する工程を説明したが、 本ェ 程で示した形状形成部材 4 a、 4 bを使用する代わりに、 第 1 1 A図に示すよう に例えば部分円筒形状等に形成した第 3の形状形成部材 4 c、 第 4の形状形成部 材 4 dを上述と同様に所定形状で所定数に分割された圧電素子 5 , ···, 5を有す る第 2積層体 2 2 bの第 1音響整合層 2 aに固定することによってコンベックス アレイ型振動子ュニヅトが形成するようにしてもよい。
なお、 第 1 1 B図に示すように、 端部が平坦である平板状の形状形成部材 4 e を準備するとともに、 上述の工程と同様に第 2積層体 2 2 cの第 1音響整合層 2 aに該平坦部が接するように形状形成部材 4 eを固定すると、 リニアアレイ型振 動子ユニットが形成される。 さらに、 形状形成部材の端部形状は円弧や直線に限 定されるものではなく、 これらの組合せや変形も可能であり、 これにより複数個 配列されるアレイを自由に配置することができる。 よって、 超音波の走査方向を 自在に設定することができる。
このとき、 グランド電極 6と形状形成部材 4 aの導電部 7とが導通状態になる。 この導電部 7に図示しない超音波観測装置から延出するグランド線を接続するこ とによって十分な容量のグランドが確保される。形状形成部材 4 aは、 固定を非 導電性接着剤により行い、 その後に導体薄膜、 導電性樹脂、 導体厚膜等によって 電気的に接続しても、 何ら問題はない。 さらに、 形状形成部材 4 aの端部形状は 円弧や直線に限定されるものではなく、 これらの組合せや変形も可能であり、 こ れにより複数個配列されるアレイを自由に配置することができ、 よつて超音波の 走査方向を自在に設定することができる。 また、 前記導通検査で不合格であった第 2積層体 2 2 aのうち、 一面側電極 5 aと導電パターン 6 aとの電気的な接続に不具合がある場合には、 必要に応じ不 具合箇所の圧電素子 5の一面側電極 5 aと基板 7の導電パターン 6 aとを電気的 に接続する修正作業を行う。
その際、 第 1 2 A図に示すように第 2積層体 2 2 aを修正治具 （不図示） に配 置し、 不良箇所の圧電素子 5及び基板 6の導電パ夕一ン 6 aに対応する位置に修 正用マスク部材 2 4の開口 2 4 aを配置した状態にする。 その後、 例えば導電性 塗料又は導電性接着剤等を塗布して、 圧電素子 5の一面側電極 5 aと基板 6の導 電パターン 6 aとを電気的に接続する修正用導体膜部を設ける修理を行う。 そして、 不具合箇所の修正を完了後に再度導通検査を行って、 この検査に合格 であった場合には修正した第 2積層体 2 2 aを円筒状ュニット 2 3を形成するェ 程に廻す。
また、 第 1 2 A図に示したように導電性塗料を塗布して、 圧電素子 5の一面側 電極 5 aと基板 6の導電パターン 6 aとを電気的に接続する代わりに、 第 1 2 B 図に示すように不具合のある一面側電極 5 aと導電パターン 6 aとの上に金属部 材 2 5を配置し、 この金属部材 2 5を、 一面側電極 5 a及び導電パターン 6 aに 例えば導電性接着部 2 6を設けたり超音波接合するなどして固定する。
こうして、 不具合箇所の圧電素子 5の一面側電極 5 aと基板 6の導電パターン 6 aとを電気的に接続する修正作業を行える。
なお、 これらの方法は、 不具合部の修正のみならず、 圧電素子 5及び基板 6の 導電パターン 6 aとの間の電気的接続行為そのものにも使用できることは言うま でもない。
( 7 ) バッキング材を形成する工程
バッキング材 3は、 圧電素子 5の一面電極 5 a側に、 フェライト入りゴム材 ' アルミナ粉入りエポキシ等を材料として用い、 接着 ·注型等の方式により形成す ることにより前記第 1図ないし第 3図に示したような構成のラジアルアレイ型の 超音波振動子を形成する。
なお、 本実施形態においては圧電セラミック 1 3及び基板 7の厚さ寸法を略同 一としているが、 圧電セラミック 1 3及び基板 6の厚さ寸法は略同一に限定され るものではない。 例えば第 1 3図に示すように圧電セラミック 1 3と基板 6の厚 さ寸法が異なっている場合でも、 圧電素子 5の一面側電極 5 aと基板 6の導電パ 夕一ン 6 aとの電気的接続を前記薄膜や導電性塗料又は導電性接着剤等で形成し た導電膜部 1 4などによる電気的接続部を設けた後、 一点鎖線に沿って分割する ことによって、 音響整合層 2上に導電パターン 6 aを導電部材 9で電気的に接続 した圧電素子 5 ， ···， 5が配列される。
このように、 圧電体に基板を隣接させて配置するとともに、 基板に設けられて いる導電パターンと、 この導電パターンに電気的に接続される圧電体の電極とを 同一の向きに配置することによって、 対応する圧電体の電極と基板の導電パター ンとの電気的な接続を容易に行うことができる。
また、 圧電体と基板との厚み寸法に関わらず、 対応する圧電体の電極と基板の 導電パターンとの電気的な接続を容易に行うことができる。
これらのことによって、 超音波振動子の小型化が可能になるとともに、 作業性 の向上及びコストの低減を図れる。 また、 圧電体の電極と基板の導電パターンと の電気的接続箇所に不良があった場合には容易に修正を行って歩留りの向上も図
4し o
尚、 本発明は、 以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、 発明の要 旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。 例えば、 本実施形態では基板 6 を圧電素子 5に併設配置し導電部材により両者を電気的に接続したが、 これに限 定されるものではなく、 例えばバッキング材の内部又は側面に基板を位置させた り、 フレームと 反とを合一すること、 基板と圧電素子とを金属細線等で接続し ても良い。
また、 例えば、 第 1 4 A図及び第 1 4 B図に示すように、 導電パターン 6 bを 基板 7の一端面から一主面に連続的に設けることで、 この導電パ夕一ン 6 bのァ レイ外部への取り出し端子を、 外周に配置するように設計することが可能になる。 このことによって、 超音波振動子を製品に搭載する際に、 設計の自由度が拡大す るという効果を得られる。 この際には、 図に示すように、 基板 6の形状或いは圧 電素子 5の電極 5 bの形状等を調整して、 導電パターン 6 bと電極 5 bとの間の 電気的絶縁が確保される。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる超音波振動子は、 コスト低減が図られ、 かつ信 頼性が高いので、 超音波断層画像を得るための超音波観察用等として有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 少なくとも硬質な材料で形成された層を含む音響整合層と、 前記音響整合層 を構成する硬質な材料で形成された層の所定位置に前記音響整合層の一部が突出 する位置関係に固定配置される両平面部に電極をそれぞれ設けた圧電体と、 前記 硬質な材料で形成された層の面に固定配置される少なくとも一面側に導電パター ンを形成した基板と備え、 この配置状態で前記圧鼋体及び基板を複数の圧電素子 及び所定の導電パターンを配置した基板に分割して複数の圧電素子を配列させた 超音波振動子において、
前記基板の導電パターンと、 この導電パターンと電気的に接続される圧電体の 電極の少なくとも一部とを同一方向に向け、 この基板を前記圧電体に隣接配置し、 分割される前記基板上の導電ノ、"ターンと前記圧電体の電極とをそれそれ導電部材 を介して電気的に接続することを特徴とする超音波振動子。
2 . 前記導電部材は、 金属ロウ、 超音波接合、 接着剤で接続固定される導電性部 材、 導電性接着剤、 導電塗料、 焼付け、 スパヅ夕、 イオンプレーティング、 C V D又は蒸着の中のいずれか及びこれらの組合せによって設けられる導電性の膜部 材であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の超音波振動子。
3 . 前記膜部材は厚膜であることを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範 囲第 2項に記載の超音波振動子。
4 . 前記膜部材は薄膜であることを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範 囲第 2項に記載の超音波振動子。
5 . 少なくとも硬質な材料で形成された音響整合層に設けられるグランド電極と、 前記硬質な材料から音響整合層に電極を有する所定形状の圧電体を固定して形 成される第 1積層体と、
前記硬質な材料で形成された音響整合層面に、 所定間隔で形成した複数の導電 パターンを有する所定形状の基板を、 前記圧電体に隣設固定して形成される第 2 積層体と、
前記圧電体の電極と前記基板の導電パターンとを一体で電気的に接続される導 電部材と、
前記導電部材を設けて電気的に接続された圧電体及び基板に形成される所定間 隔及び所定深さ寸法の分割溝と、
を具備することを特徴とする超音波振動子。
6 . 前記圧電体の厚み寸法及び前記基板の厚み寸法を略同一に設定したことを特 徴とする請求の範囲第 5項に記載の超音波振動子。
7 . 前記導電部材は膜部材であることを特徴とする請求の範囲第 5項または請求 の範囲第 6項に記載の超音波振動子。
8 . 前記膜部材は厚膜である請求の範囲第 5項ないし請求の範囲第 7項のいずれ かに記載の超音波振動子。
9 . 前記膜部材は薄膜である請求の範囲第 5項ないし請求の範囲第 7項のいずれ かに記載の超音波振動子。
1 0 . 少なくとも硬質な材料で形成された音響整合層にグランド電極を設けるェ 程と、
前記硬質な材料から音響整合層に電極を有する所定形状の圧電体を固定して第 1積層体を形成する工程と、
前記硬質な材料で形成された音響整合層面に、 所定間隔で形成した複数の導電 パターンを有する所定形状の基板を、 前記圧電体に隣設固定して第 2積層体を形 成する工程と、
前記圧電体の電極と前記基板の導電ノ 夕一ンとを一体で電気的に接続する導電 部材を設ける工程と、
前記導電部材を設けて電気的に接続された圧電体及び基板に所定間隔及び所定 深さ寸法の分割溝を形成する工程と、
を具備することを特徴とする超音波振動子の製造方法。
1 1 . 前記圧電体の厚み寸法及び前記基板の厚み寸法を略同一に設定したことを 特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の超音波振動子の製造方法。
1 2 . 前記導電部材は膜部材であることを特徴とする請求の範囲第 5項または請 求の範囲第 1 1項に記載の超音波振動子の製造方法。
1 3 . 前記膜部材は厚膜である請求の範囲第 1 0項ないし請求の範囲第 1 2項の いずれかに記載の超音波振動子の製造方法。
1 . 前記膜部材は薄膜である請求の範囲第 1 0項ないし請求の範囲第 1 2項の いずれかに記載の超音波振動子の製造方法。
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