WO2010134243A1 - 圧電素子アレイの製造方法、圧電素子アレイおよび超音波探触子 - Google Patents

圧電素子アレイの製造方法、圧電素子アレイおよび超音波探触子 Download PDF

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    • H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity

Definitions

  • the piezoelectric element array is a so-called one-dimensional array
  • the electrodes can be drawn to a position not affected by the cutting before cutting.
  • the filler protrudes from the piezoelectric element
  • a piezoelectric element array having a two-dimensional array structure is manufactured by the same method as described above, it is difficult to draw out electrodes before cutting because the cutting directions are two linearly independent directions. It is.
  • the filler protrudes from the piezoelectric element, it is difficult to route the wiring so as to avoid the filler, and an excessive load is applied to the wiring and connection failure tends to occur.
  • Patent Document 2 since the manufacturing method described in Patent Document 2 is filled with the filler in a state where the mask is formed, the filler has a shape protruding from the piezoelectric element by the thickness of the mask. For this reason, there is a problem that the filler interferes during wiring and electrical connection failures frequently occur. For example, when the filler is forcibly compressed and the wiring is connected to the electrode on the piezoelectric element, an excessive force is always applied to the wiring, and there is a high possibility that a connection failure will occur.
  • the substrate 4 on which the common electrode 6 is formed can be manufactured by forming an aluminum film (common electrode 6) on the substrate 4 which is a silicon plate, for example, by sputtering. Then, the piezoelectric element 1 a bonded to the dicing tape 2 is pressed against the substrate 4 so that the electrode surface is in contact with the common electrode 6, and heated so that the epoxy adhesive 5 is cured. For example, they are heated at 60 degrees for 15 hours. Thus, since the piezoelectric element 1a is bonded to the substrate 4 immediately after dicing, the piezoelectric element 1a is positioned with high accuracy.
  • the first incomplete piezoelectric element array 10 onto which the filler 7 has been dropped is preferably placed in a vacuum state or a reduced pressure state, for example, by being housed in a vacuum chamber. Thereby, there exists an effect that the bubble in filler 7 comes out.
  • the filler 7 produced by mixing a plurality of materials it is preferable to perform the above-described treatment because it contains bubbles due to stirring during mixing.
  • the pressing member 8 composed of the soft layer 8a and the support layer 8b is placed on the first incomplete piezoelectric element array 10 so as to cover all the upper surfaces of all the piezoelectric elements 1a. Installed.
  • the soft layer 8a is placed so as to be on the piezoelectric element 1a side.
  • a flat plate member 9 is further installed above the pressing member 8, and the flat member 9 presses the filler 7 dropped onto the pressing member 8 and the first incomplete piezoelectric element array 10. More specifically, the pressing member 8 and the filler 7 are sandwiched between the flat plate member 9 and the first incomplete piezoelectric element array 10.
  • the flat plate member 9 has a flat surface and is pressed in a state where the flat surface is on the pressing member 8 side.
  • the soft layer 8a is made of a material having flexibility and adhesiveness. More specifically, the soft layer 8a is softer than the piezoelectric element 1a and has such a flexibility that it can be brought into close contact with the piezoelectric element 1a and deformed into its shape when pressed against the piezoelectric element 1a. The soft layer 8 a is deformed when pressed against the first incomplete piezoelectric element array 10 by the flat plate member 9.
  • the support layer 8b is a member that supports the soft layer 8a.
  • the pressing member 8 is a dicing tape that is a thermal foaming release tape. In the dicing tape, the glue portion is the soft layer 8a, and the tape portion other than the glue portion is the support layer 8b.
  • the second incomplete piezoelectric element array 11 includes a plurality of substrates 4 on which the common electrode 6 is formed and a plurality of substrates 4 fixed to the substrate 4 with the adhesive 5 via the common electrode 6.
  • a piezoelectric element 1a and a filler 7 filled between the piezoelectric elements 1a are provided.
  • the common electrode 6 and each piezoelectric element 1a are electrically connected.
  • the upper surface of each piezoelectric element 1 a is positioned higher than the upper surface of the filler 7 with respect to the substrate 4.
  • the upper surface of the second unfinished piezoelectric element array 11 has a concavo-convex shape with the filler 7 as a concave portion and the piezoelectric element 1a as a convex portion.
  • the filler 7 is located between the substrate 4 and the surface of the piezoelectric element 1 a facing the surface of the piezoelectric element 1 a in contact with the substrate 4.
  • the surface of the piezoelectric element 1a facing the surface of the piezoelectric element 1a in contact with the substrate 4 is the upper surface of the piezoelectric element 1a.
  • the drive circuit 15 is connected to the upper surface of the second unfinished piezoelectric element array 11 via the backing layer 13, and the piezoelectric element array 100 is completed.
  • a plurality of through electrodes 14 corresponding to the respective piezoelectric elements 1a are formed in the backing layer 13 so as to be electrically connected to the corresponding piezoelectric elements 1a and the through electrodes 14. 13 is arranged between the second unfinished piezoelectric element array 11 and the drive circuit 15.
  • a backing sheet with individual through electrodes can be used as the backing layer 13 through which the through electrode 14 is penetrated.
  • an ultrasonic probe may be manufactured using the piezoelectric element array 100 according to the present embodiment.
  • Such an ultrasonic probe including the piezoelectric element array 100 transmits ultrasonic waves output from the piezoelectric element array 100 to the subject, and receives ultrasonic waves from the subject generated by the ultrasonic waves. Then, the piezoelectric element array 100 converts it into an electrical signal.
  • the effect of suppressing crosstalk between the piezoelectric elements 1a is high, and the positioning of the piezoelectric elements 1a is performed with high accuracy.
  • the child has an effect that transmission / reception of high-accuracy ultrasonic waves is possible.
  • the piezoelectric element array 100 since the piezoelectric element array 100 has less damage to the wiring as described above, there is an effect that the ultrasonic probe is hardly damaged.

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Abstract

　本発明にかかる圧電素子アレイ１００では、２次元配列された複数の圧電素子１ａの上に在る充填剤７が、軟質層を介して平板部材によって圧電素子１ａへと押圧され、各圧電素子１ａ間に充填されている。このため、各素子の性能ばらつきが小さくなるように、素子間の充填材を均一に形成することができ、素子配列位置精度が高く、かつ安定した電極接続を実現することができる。

Description

圧電素子アレイの製造方法、圧電素子アレイおよび超音波探触子
　本発明は、超音波の送受信を行うことができる圧電素子アレイおよびその製造方法に関する。また、この圧電素子アレイを備えた超音波探触子に関する。
　超音波を用いることで、非破壊および無害でその内部を調べることが可能であるため、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に超音波技術は、応用されている。例えば、複数の圧電素子を備えた超音波探触子を用いることで、被検体の内部状態等を画像化することができる。より具体的には、超音波探触子において、圧電素子が電気信号に基づいて機械振動を行うことで超音波を発生し、被検体側からの超音波を圧電素子が受けて電気信号を生成する。そして、当該超音波探触子で受信した受信信号に基づいて当該被検体内の内部状態を画像化等することが可能である。この超音波探触子は、複数の圧電素子が配列された圧電素子アレイを備えている。この圧電素子アレイは、複数の圧電素子がライン上に一列に配列された１次元圧電素子アレイであってもよいし、複数の圧電素子が互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な２方向に、例えば、互いに直交する２方向にｍ行×ｎ列で配列する２次元アレイ状に配列された２次元圧電素子アレイであってもよい。なお、ｍ、ｎは、正の整数である。
　そして、圧電素子アレイにおいて、これら圧電素子間の相互干渉を低減するために、圧電素子間に、超音波を吸収する充填材が充填されている。この充填材により、各圧電素子間におけるクロストークが低減される。また、圧電素子間に充填材が充填されていることで、圧電素子アレイ全体の強度を保つことも可能である。さらに、充填材は、圧電素子間の絶縁破壊や放電による圧電素子の破損を防止することとしてもよい。また、充填材により、圧電素子間の放熱性を向上させることも可能である。
　このような圧電素子アレイにおいて、各圧電素子の上下面にはそれぞれ電極が設置されており、それら電極によって、圧電素子を振動させるための送信信号が素子外部から受信され、被検体からの超音波信号を電気信号に変換した受信信号が素子外部へ送信される。ここで、圧電素子がライン上に１列に配列された構成を有する圧電素子アレイの製造方法について説明する。まず、一方向に伸びる直方体状の圧電素子が用意される。そして、圧電素子の上下面に、その圧電素子に沿って一方向に伸びる電極が形成され、圧電素子が基板上に設置される。そして、前記電極が形成された圧電素子が基板上に設置される。そして、基板を残して、圧電素子が伸びる方向に対して垂直方向である１方向に、圧電素子が電極と共に切断される。これにより、上記直方体状の圧電素子は、分割され、ライン上に配置された複数の圧電素子が基板上に形成される。そして、各圧電素子が形成された後に、各圧電素子間に充填材が充填される。このように、圧電素子アレイが、いわゆる１次元配列である場合は、切断方向が１方向のみであることから、切断前に、切断により影響を受けない位置に電極を引き出しておくことができる。また、１次元配列であれば、充填材が圧電素子よりも突出していた場合には、充填材を避けるような配線の引き回しも可能であった。しかし、上述と同様の方法により、２次元アレイ構造を有する圧電素子アレイを作製する場合には、切断方向は、線形独立な２方向であるため、切断前に電極を引き出しておくことは、困難である。また、充填材が圧電素子よりも突出していた場合には、充填材を避けるような配線の引き回しは、困難であり、配線に無理な負荷かがかり、接続不良が生じやすい。
　そこで、このような問題が生じないよう、２次元アレイ構造を有する圧電素子アレイの製造方法について、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、個々の圧電素子を充填材となる材料によってコーディングすることで、各圧電素子にコーディング層を形成し、そのコーディングされた圧電素子を所定の配列となるように配置し、配置した後に各圧電素子をコーディングしているコーディング層のすべてを一体化することで、複数の圧電素子間に充填材が配置されている素子アレイの製造方法が、記載されている。
　また、特許文献２には、圧電素子において、一方の電極が形成される前に、その形成箇所にマスクを形成しておき、そのマスクと共に圧電素子を切断することで、圧電素子を分割した後に、各圧電素子間に充填材を充填し、充填後にマスクをはがす、２次元アレイ探触子の製造方法が、記載されている。
　また、特許文献３には、圧電材料からなる微小振動体を配列した隙間に樹脂を充填した後、不要な樹脂を研磨することにより除去する圧電振動部材の製造方法が、記載されている。
　しかしながら、上記特許文献１ないし特許文献３の各文献に記載の方法は、以下に示す問題を有している。特許文献１に記載の製造方法では、コーディング層を有する圧電素子を配列する必要があるが、この作業が複雑であるという問題がある。また、圧電素子の電極形成面については、コーディング層を除去する必要があるため、コーディング層は、除去に適した材料とする必要があり、コーディング層の材料選定上の制約が大きいという問題がある。
　また、特許文献２に記載の製造方法は、マスクを形成した状態で充填材を充填するため、充填材がマスクの厚さ分だけ圧電素子よりも突出した形状となる。そのため、配線の際に充填材が干渉して、電気的な接続不良が多発するという問題がある。例えば、無理に充填材を圧縮し、圧電素子上の電極に配線を接続した場合には、配線に無理な力が常にかかっていて、接続不良が生じる可能性が高い。
　また、特許文献３に記載の製造方法は、研磨を行う必要があるため、時間および労力がかかるという問題がある。また、充填材は、通常、ゴム等の柔らかい材質のものであり、研磨の際に研磨面に荷重をかけることで縮んでしまう一方、研磨すなわち荷重をやめることで、その縮んだ分が再び元に戻るため、所望の量だけ研磨することが困難である。
特開２００５－１０１７４８号公報 特開２００２－２６２３９７号公報 特開２００４－８８０５６号公報
　本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、各素子の性能ばらつきが小さくなるように、素子間の充填材を均一に形成でき、素子配列位置精度が高く、かつ安定した電極接続を実現できる、圧電素子アレイおよびその製造方法を提供することである。また、この圧電素子アレイを備えた超音波探触子を提供することである。
　本発明にかかる圧電素子アレイおよびその製造方法ならびに超音波探触子では、２次元配列された複数の圧電素子の上に在る充填剤が、軟質層を介して平板部材によって前記圧電素子へと押圧され、前記各圧電素子間に充填されている。このため、各素子の性能ばらつきが小さくなるように、素子間の充填材を均一に形成することができ、素子配列位置精度が高く、かつ安定した電極接続を実現することができる。
　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
本発明の一実施形態にかかる圧電素子アレイの製造工程（その１）を示す断面図であって、図１（Ａ）～図１（Ｅ）は、各工程を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる圧電素子アレイの製造工程（その２）を示す断面図であって、図２（Ａ）～図２（Ｄ）は、各工程を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる圧電素子アレイの構成を示す断面図である。
　以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
　本実施形態にかかる圧電素子アレイは、例えば、超音波探触子内部に配置され、被検体との間で超音波の送信および受信の少なくとも一方を行うものである。より具体的には、圧電素子アレイは、電極がそれぞれ配置された複数の圧電素子を有し、これら配列された圧電素子間には充填材が充填されている。本実施形態にかかる圧電素子アレイは、互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な２方向に、例えば、互いに直交する２方向にｍ行×ｎ列で複数の圧電素子が配列された２次元アレイ状に構成されている。なお、圧電素子アレイは、圧電素子がライン上に一列に配列された構成の１次元配列の圧電素子アレイであってもよい。
　そして、圧電素子アレイにおいて、これら圧電素子間の相互干渉を低減するために、圧電素子間に、超音波を吸収する充填材が充填されている。この充填材により、各圧電素子間におけるクロストークが低減される。また、圧電素子間に充填材が充填されていることで、アレイ全体の強度を保つことも可能である。さらに、充填材は、圧電素子間の絶縁破壊や放電による圧電素子の破損の防止や、圧電素子間の放熱性を向上させる性質を有することとしてもよい。
　このような本実施形態にかかる圧電素子アレイの製造方法について、図を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態にかかる圧電素子アレイの製造工程（その１）を示す断面図であって、図１（Ａ）～図１（Ｅ）は、各工程を示す図である。また、図２は、本実施形態にかかる圧電素子アレイの製造工程（その２）を示す断面図であって、図２（Ａ）～図２（Ｄ）は、各工程を示す図である。また、図３は、本実施形態にかかる圧電素子アレイの構成を示す断面図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、上下両面に電極（膜）が形成された圧電素子であるＰＺＴ（ＰｂＺｒ１－ｘＴｉｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）板１を例えば熱発泡剥離テープであるダイシング用テープ２に接着する。なお、ＰＺＴ板１の厚さは、例えば０．３ｍｍとすればよい。また、ＰＺＴ板１において、ダイシング用テープ２に接着される面およびその面に対向する面には電極（不図示）が形成されている。圧電素子としては、ＰＺＴ以外に、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３等を用いてもよい。
　次に、図１（Ｂ）に示すように、ダイシング用テープ２に接着された状態のＰＺＴ板１は、ダイシングソー３により切断される。このように、ＰＺＴ板１が切断されることで、各圧電素子１ａがＰＺＴ板１から分割され形成されていく。この際に、各圧電素子１ａが２次元配列とされるように、ＰＺＴ板１は、切断される。ＰＺＴ板１は、ダイシング用テープ２に接着されていることから、各圧電素子１ａに分割された後も、ダイシング用テープ２に固定されている。なお、ダイシングソー３による切除幅は、例えば０．０４ｍｍとすればよい。
　そして、図１（Ｃ）に示すように、ダイシング用テープ２上に、２次元配列とされた複数の圧電素子１ａが配置された状態となる。例えば、圧電素子１ａ間のピッチは、０．３ｍｍとされ、圧電素子１ａは、ダイシング用テープ２上に１００×１００個作成される。次に、図１（Ｄ）に示すように、圧電素子１ａにおいてダイシング用テープ２に接着されている面と対向する面に接着剤５が塗布され、共通電極６が形成された基板４が用意される。接着剤５は、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂であり、塗布の厚みは、１０μｍとされる。接着剤５の塗布は、例えば、フレキソ印刷機を用いて行うことができる。フレキソ印刷とは、凸版の表面に、アニロックスロールと呼ばれるローラーでインキをつけ、さらにその版を紙などの印刷対象物に押し付けて転写する印刷方式である。さらに、アニロックス表面に付き過ぎたインキは、ドクターブレードによりかき落され、常に安定した量のインキが版の表面に供給される。このようなフレキソ印刷機を用い、圧電素子１ａを凸版とみなすことで、安定した量の接着剤５を圧電素子１ａの電極面に塗布することができる。基板４には、その主面に共通電極６が形成されている。このように、共通電極６が形成された基板４は、例えば、シリコン板である基板４に、スパッタによりアルミニウム膜（共通電極６）を形成することで作製することができる。そして、ダイシング用テープ２に接着された圧電素子１ａは、その電極面が共通電極６に接触するように、基板４に押し付けられ、エポキシ系の接着剤５が硬化するよう加熱される。例えば、これらは、６０度で１５時間加熱される。このように、圧電素子１ａは、ダイシング後、すぐに基板４に接着されることから、圧電素子１ａにおいて高精度の位置決めがなされる。
　次に、ダイシング用テープ２が圧電素子１ａから除去されることで、図１（Ｅ）に示すように、接着剤５は、圧電素子１ａと共通電極６との間の隙間から押し出された状態でフィレット状に固まる。それにより、圧電素子１ａが基板４に強固に固定される。そして、圧電素子１ａの一方の電極が共通電極６と接続されただけの状態である、第１未完成圧電素子アレイ１０が作製される。なお、基板４は、共通電極６を有しない仮基板として、圧電素子１ａは、この仮基板に仮接着剤により仮貼り付けされてもよい。そして、後述する製造工程の後に仮基板が剥離され、その代わりに正規の基板が圧電素子１ａに接着されてもよい。
　次に、図２（Ａ）に示すように、第１未完成圧電素子アレイ１０の圧電素子１ａ側（圧電素子１ａにおいて、共通電極６を介して基板４に接着していない側）に、充填材７が滴下される。充填材７は、滴下時には滴下可能な液状であって、熱硬化性等の硬化する性質を有し、硬化後には、超音波吸収性、耐衝撃性、絶縁性等を有する材料であることが好ましい。そのため、充填材７は、例えば、粘度が数万ｃｐであるシリコーンゴム剤のゴムペーストやエポキシ樹脂等を用いることが好ましい。充填材７が滴下された第１未完成圧電素子アレイ１０は、真空チャンバーに収納される等して、真空状態あるいは減圧状態に置かれることが好ましい。これにより、充填材７中の気泡が抜けるという効果を奏する。特に、複数の材料を混合することで作製される充填材７の場合は、混合する際の撹拌により、気泡を含んでいるため上述の処理を行うことが好ましい。
　次に、図２（Ｂ）に示すように、軟質層８ａおよび支持層８ｂからなる押圧部材８が、すべての圧電素子１ａにおけるすべての上面を覆うように第１未完成圧電素子アレイ１０上に設置される。なお、軟質層８ａが圧電素子１ａ側になるように設置する。押圧部材８の上方に平板部材９がさらに設置され、平板部材９により、押圧部材８および第１未完成圧電素子アレイ１０に滴下された充填材７が押圧される。より具体的には、押圧部材８および充填材７が平板部材９と第１未完成圧電素子アレイ１０との間に挟まれることになる。なお、平板部材９は、平坦な面を有し、この平坦面が押圧部材８側となるような状態で押圧される。
　ここで、軟質層８ａは、柔軟性および粘着性を有する材料からなる。より具体的には、軟質層８ａは、圧電素子１ａよりも柔らかく、圧電素子１ａに押し付けた場合に、圧電素子１ａに密着してその形状に変形し得る程度の柔軟性を有する。そして、軟質層８ａは、平板部材９により第１未完成圧電素子アレイ１０に押し当てた場合に変形する。また、支持層８ｂは、軟質層８ａを支持する部材である。押圧部材８は、本実施形態においては、熱発泡剥離テープであるダイシング用テープを用いた。ダイシング用テープにおいて、その糊の部分が軟質層８ａであり、糊部分以外のテープの部分が支持層８ｂである。このように、押圧部材８が支持層８ｂを有することから、押圧部材８は、扱いやすい。また、平板部材９は、押圧部材８等を押圧した場合に、変形することのない程度の強度を有していればよく、圧電素子１ａ側の面が平坦であればよい。
　このように、平板部材９により、押圧部材８が押圧された場合に、圧電素子１ａは、変形しないが、圧電素子１ａ間に充填された充填材７は、流動性を有し、押圧部材８により押圧されて流動し、圧電素子１ａ間に均一に充填される。また、軟質層８ａは、押圧されることにより、圧電素子１ａの上面に密着して、圧電素子１ａの上面と軟質層８ａ間からは、充填材７が押し出され、圧電素子１ａの上面には充填材７は、存在しない。つまり、電極が形成されている箇所である圧電素子１ａの上面に充填材７が残ることがない。さらに、図２（Ｂ）に示すように、軟質層８ａは、変形して、軟質層８ａに圧電素子１ａが入り込み、圧電素子１ａと密着している箇所では凹状となり、圧電素子１ａ間では凸状となる。つまり、充填材７は、軟質層８により押し込まれる。これにより、充填材７の上面は、圧電素子１ａの上面よりも低くなる。すなわち、充填材７の上面と圧電素子１ａの上面とは、同一面上にはなく、圧電素子１ａの上面の方が、充填材７の上面より基板４から離れた位置に位置する。なお、平板部材９を押圧する力を調整することで充填材７等にかかる圧力が調整され、充填材７の上面の位置は、調整され得る。
　ここで、軟質層８ａは、弾性率が０．１ＧＰａ以下とし、支持層の弾性率は１～３ＧＰａ程度とすることが好ましい。軟質層８ａは、粘着力が２～１０Ｎ／２０ｍｍとしてもよい。それにより、圧電素子１ａに押圧された場合に、軟質層８ａが圧電素子１ａの形状に合わせて変形し、かつ後述する軟質層８ａを圧電素子１ａから剥離する際にも容易に剥離可能である。なお、軟質層８ａが軟らかすぎる、すなわち軟質層８ａの粘着力が大きすぎると、圧電素子１ａが軟質層８ａに入り込みすぎて、軟質層８ａを圧電素子１ａから剥離しにくくなる。また、軟質層８ａが硬すぎる、すなわち軟質層８ａの粘着力が低すぎると、十分に圧電素子１ａが軟質層８ａに入り込まず、圧電素子１ａ上に充填材７が残りやすくなる。
　また、軟質層８ａの厚みは、１０～１００μｍ程度が好ましく、支持層８ｂの厚みは、１０～２００μｍ程度が好ましい。これにより、軟質層８ａは、十分に変形し、圧電素子１ａが適度に軟質層８ａに入り込む。なお、軟質層８ａの厚さが厚すぎると、圧電素子１ａが軟質層８ａに入り込みすぎて、軟質層８ａを圧電素子１ａから剥離しにくくなる。そして、軟質層８ａの厚さが薄すぎると、十分に圧電素子１ａが軟質層８ａに入り込まず、圧電素子１ａ上に充填材７が残りやすくなる。なお、押圧部材８は、熱発泡剥離テープに限定されることはない。押圧部材８は、上述のような性質を有する軟質層８ａを有するものであればよい。
　そして、この状態で充填材７を硬化させるために、平板部材９、押圧部材８、充填材７および第１未完成圧電素子アレイ１０は、加熱される。例えば、充填材７がシリコーンゴム剤のゴムペーストである場合は、これらは、６０度で１５時間加熱される。それにより、充填材７が硬化する。
　充填材７が硬化した後に、図２（Ｃ）に示すように、平面部材９および押圧部材８が取り除かれる。押圧部材８は、上記押圧されている際は第１未完成圧電素子アレイ１０に接着されているが、熱発泡剥離テープであることから、上記加熱により接着力が低下し、容易に第１未完成圧電素子アレイ１０から除去することができる。
　図２（Ｃ）において、平面部材９および押圧部材８を取り除くことで、図２（Ｄ）に示すように、第１未完成圧電素子アレイ１０に充填材７を備えた第２未完成圧電素子アレイ１１が作製される。
　図２（Ｄ）に示すように、第２未完成圧電素子アレイ１１は、共通電極６が形成された基板４上と、基板４に共通電極６を介して接着剤５で固定された複数の圧電素子１ａと、各圧電素子１ａ間に充填された充填材７とを備えている。そして、共通電極６と各圧電素子１ａとは、電気的に接続されている。また、基板４に対して、各圧電素子１ａの上面は、充填材７の上面よりも高い位置に位置している。したがって、第２未完成圧電素子アレイ１１の上面は、充填材７を凹部とし圧電素子１ａを凸部とする凹凸形状を有している。言い換えると、充填材７は、基板４と、基板４と接する圧電素子１ａの面に対向する圧電素子１ａの面との間に位置する。なお、基板４と接する圧電素子１ａの面に対向する圧電素子１ａの面とは、圧電素子１ａの上面である。
　そして、図３に示すように、この第２未完成圧電素子アレイ１１の上面に、バッキング層１３を介して駆動回路１５が接続され、圧電素子アレイ１００が完成する。ここで、バッキング層１３には、各圧電素子１ａに対応した複数の貫通電極１４が貫通形成されており、各対応する圧電素子１ａと貫通電極１４とを電気的に接続するように、バッキング層１３が、第２未完成圧電素子アレイ１１と駆動回路１５との間に配置される。貫通電極１４が貫通されたバッキング層１３として、例えば、個別貫通電極付きバッキングシートを用いることができる。また、駆動回路１５は、圧電素子アレイ１００の各圧電素子１ａに送信信号を送り、また、各圧電素子１ａから受信信号を得る。より具体的には、駆動回路１５は、選択的に圧電素子１ａに超音波を発信させるべく電気信号である送信信号を送り、そして、圧電素子１ａにより変換された、受信された超音波に対応する電気信号を増幅等するためのものである。
　なお、バッキング層１３と第２未完成圧電素子アレイ１１とは、例えばエポキシ系の接着剤１２により互いに接着固定されている。また、接着剤１２には、例えば、異方性導電接着剤が用いられてもよい。なお、異方性導電接着剤は、方向に応じて導電性または絶縁性を示す性質を有している。例えば、図３において、異方性導電接着剤は、上下方向には導電性を有し、それ以外の方向は絶縁性を有することとすることが可能である。異方性導電接着剤を接着剤１２に使用する場合は、各圧電素子１ａに形成された電極とそれに対応する貫通電極１４とが直接接触せずに、それらの間に、異方性導電接着剤である接着剤１２が介在していたとしても、各圧電素子１ａと各貫通電極１４とを電気的に接続とすることができる。また、同時に、各圧電素子１ａまたは貫通電極１４どうしは、異方性導電接着剤である接着剤１２を間に介していても絶縁とすることが可能である。
　上述のように、第２未完成圧電素子アレイ１１の上面は、充填材７を凹部とし圧電素子１ａを凸部とする凹凸形状を有していることから、凸部である圧電素子１ａに配線を接続する場合に、凹部である充填材７が干渉することはなく、配線を確実に接続できる。
　また、異方性導電接着剤は、圧力をかけた方向に対して導電性を有するという性質を持つ。そこで、接着剤１２として異方性導電接着剤を用いる場合には、貫通電極１４を備えたバッキング層１３と第２未完成圧電素子アレイ１１との間になるように接着剤１２が塗布され、それぞれ対応する圧電素子１ａと貫通電極１４とを対向させて、接着剤１２を挟み込むように圧力がかけられる。これによって、対向された圧電素子１ａと貫通電極１４とが電気的に接続される。この際に、圧電素子１ａが突出している方が、圧電素子１ａおよび貫通電極１４間の接着剤１２に、より圧力がかかりやすいため、容易にこれらの間の接着剤１２に導電性を持たせることができるので好ましい。したがって、本実施形態では、圧電素子１ａが凸部であるため好ましい。
　以下に、本実施形態にかかる圧電素子アレイの製造方法において圧電素子アレイを実際に作製し、駆動させた実施例について説明する。図１、図２および図３を参考にしながら、本実施例について説明する。まず、図１（Ａ）に示すように、上下両面に電極（膜）を形成した厚さ０．３ｍｍのＰＺＴ板１が、熱発泡剥離テープであるダイシング用テープ２に接着される。ダイシング用テープ２は、日東電工株式会社（NITTO DENKO CORP.）製のリバアルファ３１９６（商品名）が用いられた。次に、図１（Ｂ）に示すように、ダイシング用テープ２に接着された状態のＰＺＴ板１が、切除幅０．０４ｍｍのダイシングソー３によって互いに直交する２方向に切断、すなわちマス目状に切断される。これにより、図１（Ｃ）に示すように、ダイシング用テープ２上に配列された１００×１００個の圧電素子１ａが作製される。なお、各圧電素子１ａのピッチは、０．３ｍｍとした。
　次に、図１（Ｄ）に示すように、圧電素子１ａにおいてダイシング用テープ２に接着されている面と対向する面にエポキシ系の接着剤５が、塗布厚み１０μｍで塗布される。なお、接着剤５は、Ｅｐｏｘｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製のＥｐｏ－Ｔｅｋ３５３ＮＤが用いられた。また、接着剤の塗布にはフレキソ印刷機が用いられた。なお、このフレキソ印刷機は、松尾産業株式会社（MATSUO INDUSTRY CORP.）製のＫロックスプルーファーである。
　そして、スパッタによってアルミニウム膜（共通電極６）を形成したシリコン板である基板４が用意された。そして、共通電極６が圧電素子１ａに接着剤５によって接着されるように、基板４を圧電素子１ａに押し付けた状態で、これらが６０度で１５時間加熱された。これによって、共通電極６と圧電素子１ａの電極とが接触するように接着される。ここで、ダイシング用テープ２のゴム糊内部にはマイクロカプセルが充填されている。加熱されると、このマイクロカプセルが膨張し、ダイシング用テープ２は、貼り付けられたものから容易に剥離することができる。したがって、上記加熱後、ダイシング用テープ２を剥離することで、図１（Ｅ）に示すように、第１未完成圧電素子アレイ１０が作製された。
　次に、図２（Ａ）に示すように、第１未完成圧電素子アレイ１０の圧電素子１ａ側に、充填材７として２液型シリコーンＲＴＶゴムパウンドが滴下された。その後、第１未完成圧電素子アレイ１０が真空チャンバーに収納され、充填材７中の気泡が抜かれた。次に、図２（Ｂ）に示すように、押圧部材８としてＰＥＴ基材（支持層８ｂ）と厚さ５０μｍのゴム糊（軟質層８ａ）とからなる熱発泡剥離テープを用いることによって、熱発泡剥離テープのゴム糊側がすべての圧電素子１ａの各上面を覆うように第１未完成圧電素子アレイ１０上に設置された。なお、押圧部材８には、ダイシング用テープ２と同様に、日東電工株式会社製のリバアルファ３１９６（商品名）が用いられた。そして、支持層８ｂの上から平板部材９により圧力（１００ｋＰａ）がかけられた。この際、厚さ５０μｍの軟質層８ｂに圧電素子１ａが入り込み、圧電素子１ａが入り込んだ厚さは、１０μｍであった。
　そして、平板部材９、押圧部材８、充填材７を含む第１未完成圧電素子アレイ１０が、６０度で１５時間加熱され、充填材７が硬化してから、図２（Ｃ）に示すように、平面部材９および押圧部材８が取り除かれ、図２（Ｄ）に示すように、第１未完成圧電素子アレイ１０に充填材７を備えた第２未完成圧電素子アレイ１１が作製された。さらに、図３に示すように、第２未完成圧電素子アレイ１１に、異方性導電接着剤である接着剤１２を介して、個別貫通電極付きバッキングシートである、貫通電極１４を有したバッキング層１３が接着され、さらに、貫通電極１４に駆動回路１５が接続され、圧電素子アレイ１００が作製された。そして、駆動回路１５により圧電素子アレイ１００を駆動させて性能評価を行った結果、均一な圧電素子特性を得ることができた。また、所定の時間が経過した後も配線の接続不良が生じるということもなかった。
　上述した、本実施形態にかかる圧電素子アレイ１００の製造方法によれば、充填材７が圧電素子１ａ間に均一に充填され、かつ充填材７を研磨する必要がないため、圧電素子１ａの破損が低減され、製造工程も少なくてすむという効果を奏する。また、この製造方法によれば、充填材７を研磨する必要がないことから、充填材７の表面が不規則に形成されることもない。また、各圧電素子１ａは、ダイシング用テープ２上に設置されたＰＺＴ板１がダイシングソー３により切断されることで形成されるため、各圧電素子１ａの位置決めが高精度になされる。さらに、この製造方法によれば、充填材７に対して、圧電素子１ａが突出した形状となるため、圧電素子１ａ上に形成された電極に配線を接続する際に充填材７等が干渉することがなく、そのため、配線に負荷がかかって電極との接続がはずれてしまうという可能性が低い。
　また、本実施形態にかかる圧電素子アレイ１００は、上述のように、充填材７が均一に各圧電素子１ａ間に充填されていることから、圧電素子１ａ間におけるクロストークの抑制効果等が高い。また、圧電素子１ａの位置決めが高精度になされていることから、各圧電素子１ａの性能ばらつきが小さく、圧電素子アレイ１００の品質が高い。また、圧電素子アレイ１００は、上述のように、配線の破損が少ない。さらに、製造工程において充填材７を研磨する必要がないことから、研磨が困難であるがクロストーク抑制効果の高い、軟らかいゴムを充填材７として用いることができる。
　また、本実施形態にかかる圧電素子アレイ１００を用いて超音波探触子が作製されてもよい。このような、圧電素子アレイ１００を備えた超音波探触子は、圧電素子アレイ１００から出力される超音波を被検体へ送信し、その超音波により生じた被検体からの超音波を受信して、圧電素子アレイ１００により電気信号に変換する。本実施形態にかかる圧電素子アレイ１００において、圧電素子１ａ間のクロストーク抑制効果等が高く、圧電素子１ａの位置決めが高精度になされていることから、圧電素子アレイ１００を備えた超音波探触子は、高精度の超音波の送受信が可能であるという効果を奏する。また、圧電素子アレイ１００は、上述のように、配線の破損が少ないことから、この超音波探触子も破損しにくいという効果を奏する。
　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　一態様にかかる圧電素子アレイの製造方法は、平面上に圧電素子を２次元配列する工程と、前記圧電素子上に充填剤を滴下する工程と、軟質層を有する押圧部材の前記軟質層が前記圧電素子を上方から覆うように、前記押圧部材を設置する工程と、平坦な面を有する平板部材の前記平坦な面が前記押圧部材側となるように前記平板部材を前記押圧部材上に設置して、前記平板部材により前記軟質層を前記圧電素子へと押圧する工程と、前記平板部材により前記軟質層を押圧する前記工程により、充填材が前記各圧電素子間に充填された後に、前記充填材を硬化させる工程とを備える。なお、軟質層は、圧電素子に押圧されることで変形する材料である。さらに、軟質層は、圧電素子が当該軟質層に入り込む程度の軟らかさおよび厚さを有し、さらに、軟質層は、圧電素子に押圧されることで、液体である充填材を、圧電素子の電極形成面から押し出すことができる程度の、軟らかさおよび厚さを有する。
　これにより、充填材が圧電素子間に均一に充填される。そのため、圧電素子間のクロストークの抑制効果が高く、圧電素子アレイを駆動させた場合に各圧電素子の性能のばらつきが生じにくい。また、圧電素子アレイを製造する際に、充填材を研磨する必要がないため、圧電素子の破損が低減され、製造工程も少なくてすむという効果を奏する。また、この製造方法によれば、充填材を研磨する必要がないことから、充填材の表面が不規則に形成されることもない。さらに、この製造方法によれば、充填材に対して、圧電素子が突出した形状となるため、圧電素子上に形成された電極に配線を接続する際に充填材等が干渉することがなく、そのため、配線に負荷がかかって電極との接続がはずれてしまうという可能性が低い。
　また、他の一態様では、上述の圧電素子アレイの製造方法において、前記押圧部材は、さらに支持層を有し、前記軟質層は、前記支持層の片側主面に形成されていることが好ましい。
　このように、押圧部材は、支持層を有することから、変形しやすく、扱いにくい軟質層を直接触ることなく、押圧部材を所望の位置に設置することができる。これにより、作業効率が高くなる。
　また、他の一態様では、上述の圧電素子アレイの製造方法において、前記押圧部材は、熱発泡剥離テープであることが好ましい。
　このように、適当な軟質層および支持層を有する熱発泡剥離テープを押圧部材として用いることで、この製造方法は、好適に実現され得る。また、熱発泡剥離テープは、加熱により、剥離しやすくなることから、充填材として熱硬化性を有する材料を用いた場合に、充填材の硬化後に熱発泡剥離テープの剥離が容易になる。
　また、他の一態様にかかる圧電素子アレイは、平面上に２次元配列された複数の圧電素子と、前記各圧電素子間に充填された充填材とを備え、前記充填材は、前記平面と、前記平面に接する前記圧電素子の一方面に対して反対の他方面との間に位置する。
　これにより、圧電素子は、充填材から突出した形状となり、圧電素子の電極形成面よりも充填材が低い位置にあることとなる。したがって、圧電素子の電極に配線を接続する場合に、充填材が配線と干渉しにくい。したがって、配線に無理な力がかかりにくく、電気的な接続不良が生じにくいという効果を奏する。
　また、他の一態様にかかる圧電素子アレイは、上述のいずれかの圧電素子アレイの製造方法を用いて製造される。
　これにより、圧電素子が充填材から突出した形状となるため、圧電素子に形成された電極に配線を接続する場合に、充填材が配線と干渉しにくい。したがって、配線に無理な力がかかりにくく、電気的な接続不良が生じにくいという効果を奏する。また、充填材が各圧電素子間に均一に充填されることから、圧電素子間のクロストークの抑制効果が高く、圧電素子アレイを駆動させた場合に各圧電素子の性能のばらつきが生じにくい。また、充填材を研磨する必要がないことから、研磨が困難であるがクロストーク抑制効果の高い、軟らかいゴムを充填材として用いることができる。
　また、他の一態様にかかる超音波探触子は、圧電素子アレイを備え、被検体との間で超音波の送信および受信の少なくとも一方を前記圧電素子アレイによって行う超音波探触子であって、上述のいずれかの圧電素子アレイを備えている。
　これにより、高精度の超音波の送受信が可能であり、破損しにくい超音波探触子が提供され得る。
　この出願は、２００９年５月２０日に出願された日本国特許出願特願２００９－１２１８４５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　本発明によれば、超音波の送受信を行うための圧電素子アレイおよびその製造方法ならびにこの圧電素子アレイを備えた超音波探触子を提供することができる。

Claims (7)

  1. 　平面上に圧電素子を２次元配列する工程と、
    　前記圧電素子上に充填材を滴下する工程と、
    　軟質層を有する押圧部材の前記軟質層が前記充填材および前記圧電素子を上方から覆うように、前記押圧部材を設置する工程と、
    　平坦な面を有する平板部材の前記平坦な面が前記押圧部材側となるように前記平板部材を前記押圧部材上に設置して、前記平板部材により前記軟質層を前記圧電素子へと押圧する工程と、
    　前記平板部材により前記軟質層を押圧する前記工程により、充填材が前記各圧電素子間に充填された後に、前記充填材を硬化させる工程と
    　を備えることを特徴とする圧電素子アレイの製造方法。
  2. 　前記押圧部材は、さらに支持層を有し、前記軟質層は、前記支持層の片側面に形成されていること
    　を特徴とする請求項１に記載の圧電素子アレイの製造方法。
  3. 　前記押圧部材は、熱発泡剥離テープであること
    　を特徴とする請求項２に記載の圧電素子アレイの製造方法。
  4. 　平面上に２次元配列された複数の圧電素子と、
    　前記各圧電素子間に充填された充填材とを備え、
    　前記充填材は、前記平面と、前記平面に接する前記圧電素子の一方面に対して反対の他方面との間に位置すること
    　を特徴とする圧電素子アレイ。
  5. 　請求項１に記載された圧電素子アレイの製造方法を用いて製造されたこと
    　を特徴とする圧電素子アレイ。
  6. 　圧電素子アレイを備え、被検体との間で超音波の送信および受信の少なくとも一方を前記圧電素子アレイによって行う超音波探触子であって、
    　前記圧電素子アレイは、
    　平面上に２次元配列された複数の圧電素子と、
    　前記各圧電素子間に充填された充填材とを備え、
    　前記充填材は、前記平面と、前記平面に接する前記圧電素子の一方面に対して反対の他方面との間に位置すること
    　を特徴とする超音波探触子。
  7. 　圧電素子アレイを備え、被検体との間で超音波の送信および受信の少なくとも一方を前記圧電素子アレイによって行う超音波探触子であって、
    　前記圧電素子アレイは、は請求項５に記載の圧電素子アレイであること
    　を特徴とする超音波探触子。
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