超聲波探頭的製作方法
2023-10-05 16:55:09 2
專利名稱：超聲波探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波探頭及其製造方法，本發明特別涉及用於生物 體的超聲波診斷的積層型振子陣列的結構及其製造方法。
背景技術：
作為排列有多個振動元件的振子陣列，已知有2D振子陣列(包括 稀疏型2D振子陣列)，1.5D振子陣列。在這樣的振子陣列中，構成這 種振子陣列的各振動元件的尺寸非常小。因此，各振動元件的電阻抗 極高，在各振動元件與電纜(或裝置主體)之間，無法獲得電阻抗匹配。 其結果是導致顯著的靈敏度損失的問題。
於是，人們提出使各振動元件形成積層型的技術。如果採用這種 技術，則各振動元件構成以規定順序將多個壓電層和多個電極層積層 的積層體。具體來說，在該積層體的底面，設有底面電極層，在該積 層體的頂面，設有頂面電極層，在鄰接的兩個壓電層之間，則設有內 部電極層。因此，該多個電極層中的第奇數個電極層用作比如，信號 電極層，而第偶數個電極層用作比如，接地電極層。在多個信號電極 層和多個接地電極層之間，施加電壓信號。按照該方案，可減小振動 元件的電阻抗。
如上所述的積層型振動元件，在多個電極層的電連接方面會出現 問題。特別是，問題在於如何將導線或電極層與多個內部電極層連接。 作為1個已有實例，可以舉出採用通道(via)(例如，垂直地通過振動元 件中間的細導線)的方法。但是，因振動元件的面積非常小，因此，若 此後對其進行加工時，就會出現因難於製作，而不能實用的問題。
為此，在特開2001-29346號公報中，揭示了一種由多個積層型振
動元件構成的振子陣列。在各積層型振動元件的第一側面，形成與接 地內部電極層相連的接地側面電極層，而在各振動元件的第二側面(與 第一側面相對的側面),形成與信號內部電極層相連的信號側面電極層。 這樣就可消除、減少上述問題。如果注意一下該振子陣列中鄰接的兩 個振動元件之間，就會發現， 一側的振動元件的信號側面電極層與另 一側的振動元件的接地側面電極層相互接近，並且，它們的形成範圍 沿垂直方向錯開。
發明內容
為了提高振子陣列的特性，優選為進一步地提高電絕緣性。另外， 還優選為，當製造振子陣列時，定位精度可得到提高，且易於進行制 造(比如，可同時形成對置的一對側面電極層)。另外，優選為可很好地 形成各振動元件中的電場。
本發明的優點在於可提供具有性能良好的積層型振子陣列的超聲 波探頭及其製造方法。
本發明的另一優點在於可提供易於製造的具有積層型振子陣列的 超聲波探頭。
(1)本發明的超聲波探頭含有具有相互鄰接的第一部分和第二部 分的積層型超聲波振子，且所設置的上述第一部分和第二部分分別具 有沿垂直方向交錯設置的多個第一水平電極層和多個第二水平電極 層；與上述多個第一水平電極層電連接的第一垂直電極層；以及與上 述多個第二水平電極層電連接的第二垂直電極層，上述第一部分所具 有的第一垂直電極層與上述第二部分所具有的第一垂直電極層鄰接且 具有相同的極性，在它們之間具有第一間隙區域，上述超聲波振子具 有由第一部分所具有的第一垂直電極層、第二部分所具有的第一垂直 電極層、和第一間隙區域所構成第一特定結構。
在上述結構中，超聲波振子為1D振子陣列、1.5D振子陣列、2D 振子陣列等。第一部分和第二部分分別積層而成，並在水平方向鄰接。 即，第一部分和第二部分相當於兩個鄰接的積層型振動元件，或相當 於某個積層型振動元件中沿水平方向相互連接的兩個區域或部件 (block)。按照跨過第一部分和第二部分的方式(或在它們之間)，形成第
一特定結構。第一特定結構具有將地線或信號線與第一部分和第二部 分所具有的多個第一水平電極層連接的功能。第一特定結構具有相離 而對置的一對第一垂直電極層(第一部分的第一垂直電極層和第二部分 的第一垂直電極層)。由於一對第一垂直電極層具有相同極性(接地極或 信號極)，故具有提高絕緣性等電性能的優點。也可在第一間隙區域中， 設置增強層、絕緣層、複合用樹脂層、元件分離槽等。各垂直電極層 可用作側面電極、內部電極等。各垂直電極層優選形成為面狀，但也 可採用除此以外的其它形式。振子陣列也可為具有凸起的形狀。在此 情況下，每個振動元件的垂直方向被定義為超聲波傳播方向。
上述超聲波振子優選為還包括與上述第二部分鄰接的第三部分， 該第三部分包括沿上述垂直方向交錯設置的多個第一水平電極層和多 個第二水平電極層、與上述多個第一水平電極層電連接的第一垂直電 極層、和與上述多個第二水平電極層電連接的第二垂直電極層，上述 第二部分所具有的第二垂直電極層與上述第三部分所具有的第二垂直 電極層鄰接且具有相同極性，在它們之間具有第二間隙區域，上述超 聲波振子還具有由上述第二部分所具有的第二垂直電極層、上述第三 部分所具有的第二垂直電極層、和上述第二間隙區域構成的第二特定 結構。
在上述結構中，在水平方向上並列著第一部分、第二部分和第三 部分。按照跨過第一部分和第二部分的方式(或在它們之間)，形成第一 特定結構，按照跨過第二部分和第三部分的方式，形成第二特定結構。 第一特定結構和第二特定結構具有互不相同的極性。在第二特定結構 中，與第一特定結構相同，所具有的一對第二垂直電極層也是隔著第 二間隙區域對置，且具有相同的極性。
上述第一特定結構和第二特定結構優選為分別是沿水平方向保持 對稱的結構。上述第一特定結構和第二特定結構優選為沿垂直方向互 為反轉的關係。
上述特定結構(第一特定結構和第二特定結構)具有鄰接的、對置 的、極性相同的一對垂直電極層。從這點來看，也可將特定結構稱為 "對置結構"或"鄰接結構"。特定結構也可形成沿水平方向為非對稱 的結構，但是，為了便於製造，優選為形成沿水平方向保持對稱(面對
稱)的結構或鏡像結構。各特定結構易於通過反覆進行比如，槽的形成、 材料的填充等進行製造。
在優選實施方式中，上述第一部分、第二部分和第三部分還分別 包括具有上述多個第一水平電極層、上述多個第二水平電極層和多個
壓電層的壓電部；形成於上述壓電部一側的、使上述第一垂直電極相 對於上述多個第二水平電極層絕緣的第一絕緣機構；和形成於上述壓 電部的另一側的、使上述第二垂直電極層相對於上述多個第一水平電 極層絕緣的第二絕緣機構。
按照上述方案，可通過第一絕緣機構和第二絕緣機構，對信號極 和接地極的極性進行必要的絕緣處理，並且可防止或減輕有可能由一 對垂直電極層所造成的、壓電部(更確切地說，是指由多個壓電層和多 個水平電極層構成的壓電部主體)內的電場紊亂或畸變。於是，可使壓 電部的機電換能效率良好。
通過複合處理，可獲得能夠調整(優選為可降低)各振動元件的聲阻 抗、可調整(優選為可擴大)頻帶等的一個或多個優點。
(2)本發明的超聲波探頭包括具有多個振動元件的振子陣列，上述 各振動元件包括沿Z方向交錯設置的多個第一水平電極層和多個第二 水平電極層；與上述多個第一水平電極層電連接的第一垂直電極層； 與上述多個第二水平電極層電連接的第二垂直電極層，上述振子陣列 具有沿X方向交錯設置的多個第一特定結構和多個第二特定結構，在 上述各第一特定結構中，鄰接的兩個振動元件所具有的兩個第一垂直 電極鄰接，且中間隔著第一間隙區域，而在上述各第二特定結構中， 鄰接的兩個振動元件所具有的兩個第二垂直電極鄰接，且中間隔著第 二間隙區域。
按照上述方案，按照沿X方向交錯的方式形成多個第一特定結構 和第二特定結構。就沿X方向鄰接的兩個振動元件來說， 一側振動元 件的垂直電極層與另一側振動元件的垂直電極層鄰接並對置，且中間 隔著間隙區域，但它們具有相同的極性。於是，從絕緣性或耐電壓性 方面來說，具有優勢。
優選為上述各振動元件還包括使上述第一垂直電極層與上述多個 第二水平電極層之間實現電絕緣的第一絕緣機構；使上述第二垂直電
極層與上述多個第一水平電極層之間實現電絕緣的第二絕緣機構。在 此，優選為，上述第一絕緣機構具有第一垂直絕緣層，上述第二絕緣 機構具有第二垂直絕緣層。
按照上述方案，通過第一絕緣機構，使第一垂直電極層與多個第 二水平電極層之間實現絕緣，通過第二絕緣機構，使第二垂直電極層 與多個第一水平電極層之間實現絕緣。通過第一絕緣機構和第二絕緣 機構，就可防止或減輕有可能因各垂直電極層的存在而造成的元件內 部的電場紊亂。
在振子陣列的製造方法中，有可能因溫度上升等導致壓電材料的 分極減少或消失。此時，可追加進行再分極工序。在進行該再分極工 序時，由於具有上述第一絕緣機構和第二絕緣機構，分極不易畸變。 第一絕緣機構和第二絕緣機構的材料的介電常數與振動元件的材料的 介電常數相比越小，上述效果越大。比如，上述介電常數比優選為1
/ 1000。
(3) 本發明的超聲波探頭包括具有多個振動元件的振子陣列，上述 各振動元件具有沿水平方向連接的至少1個壓電部和至少1個樹脂部， 上述至少1個壓電部具有沿垂直方向按照規定順序積層的多個壓電部 和多個水平電極層，以及以規定的連接關係與上述多個水平電極層實 現電連接的一對垂直電極層，上述至少1個樹脂部構成沿垂直方向具 有連續性的填充層，上述各振動元件沿垂直方向積層，並且沿水平方 向複合。
按照上述方案，由於各振動元件包括至少1個積層型壓電部和至 少1個樹脂部。該樹脂部不是在垂直方向層層斷開，而是構成沿垂直 方向具有連續性的填充層，因此，基本上不會產生水平方向的定位誤 差。另外，由於樹脂部構成填充層，因此，比如，可通過在已形成的 積層體上形成槽和填充材料簡便地形成。這樣，即使對於積層型的壓 電部，也基本上不會發生構成它的多個層的水平方向定位誤差問題。
(4) 本發明的超聲波探頭的製造方法包括下述工序在具有第一內 部電極部件和第二內部電極部件的積層體上，由其頂面側形成多個第 一槽，並且由其底面側形成與上述多個第一槽相平行的、且具有與之 相互交錯的位置關係的多個第二槽的工序；在上述各第一槽內的各側
面上，形成與第一 內部電極部件電連接並與第二內部電極部件絕緣的 第一垂直電極層，由此，對應上述多個第一槽，形成多個第一特定結 構的工序；在上述各第二槽內的各側面上，形成與上述第二內部電極
部件電連接並與第一內部電極部件絕緣的第二垂直電極層，由此，對
應上述多個第二槽，形成多個第二特定結構的工序；在形成多個第一 特定結構和多個第二特定結構後，在上述積層體上，形成多個分離槽， 由此，將上述積層體分割為多個振動元件的工序。
按照上述方案，通過分階段地反覆進行在積層體上形成槽和填充 該槽的工序，可製作沿水平方向交錯的多個第一特定結構和多個第二 特定結構，故可使製造方法易於操作或可簡化製造方法，另外，可防 止發生積層部件之間水平方向的定位誤差。
複合的超聲波振子一般具有擴大頻帶寬度的優點，但是與此相對， 也具有電阻抗增加、靈敏度降低的問題。通過上述方法，對超聲波振 子進行複合處理，同時將其積層，由此，可擴大超聲波振子的頻帶寬 度，同時減小電阻抗。由此，可提高靈敏度。另外，由於在積層後進 行複合，所以可消除或減輕積層的部件之間水平方向的定位誤差的問 題。其結果是，可提高超聲波探頭的性能。
(5)本發明的超聲波探頭的製造方法包括下述工序在具有第一內 部電極部件和第二內部電極部件的積層體上，從其頂面側以第一深度 形成多個第一槽的工序；在上述積層體上，從其底面側以第二深度形 成與上述多個第一槽相平行、並且與之相互交錯的多個第二槽的工序; 在上述多個第一槽和多個第二槽中填充絕緣材料，並使其固化的工序; 以上述各第一槽內的各側面中上述固化絕緣材料所殘留的槽寬，並且 以大於上述第一深度的第三深度，對上述多個第一槽內的絕緣材料進 行切削，形成多個第三槽的工序；以上述各第二槽內的各側面中上述 固化絕緣材料所殘留的槽寬，並且以大於上述第二深度的第四深度， 對上述多個第二槽內的絕緣材料進行切削，形成多個第四槽的工序； 在上述各第三槽內的各側面上，形成與上述第一 內部電極部件電連接 的第一垂直電極層，由此，在上述積層體上，形成多個第一特定結構 的工序；在上述各第四槽內的各側面上，形成與上述第二內部電極部 件電連接的第二垂直電極層，由此，在上述積層體上，形成多個第二
特定結構的工序；在形成上述多個第一特定結構和上述多個第二特定 結構後，在上述積層體的頂面上形成頂面電極部件，並且在上述積層 體的底面上形成底面電極部件的工序；將襯墊與上述底面電極部件接 合的工序；在上述襯墊接合後，將上述積層體分割為多個振動元件的 工序。
圖1為用於說明本發明超聲波探頭的製造方法實施例一的流程圖2為積層體的剖面示意圖3為形成有基礎槽的積層體的剖面示意圖4為填充有絕緣材料的積層體的剖面示意圖5為形成有切削槽的積層體的剖面示意圖6為形成有導電膜的積層體的剖面示意圖7為填充有增強部件的積層體的剖面示意圖8為設有頂面電極部件與底面電極部件的積層體的剖面示意圖9為振子陣列的X-Z剖面的剖面示意圖10為振子陣列的Y-Z剖面的剖面示意圖11為沿圖9所示的B-B'線的剖面的剖面示意圖12為用於說明各振動元件的電連接關係的示意圖13為用於說明本發明的超聲波探頭的製造方法實施例二的流程
圖14為積層體的剖面示意圖15為暫時接合有基體部件的積層體的剖面示意圖； 圖16為形成有多個複合用槽的積層體的剖面示意圖； 圖17為填充樹脂材料後的積層體的剖面示意圖； 圖18為沿Y方向複合的積層體的立體示意圖19為沿Y方向複合的積層型1D振子陣列的立體圖； 圖20為沿Y方向複合的積層型2D振子陣列的立體圖； 圖21為用於說明本發明的超聲波探頭的製造方法實施例三的流程
圖22為在設置頂面電極部件與底面電極部件後，沿Y方向與積層
體複合而製成積層型1D振子陣列的立體示意圖23為在設置頂面電極部件與底面電極部件後，沿Y方向與積層
體複合而製成積層型2D振子陣列的立體示意圖24為用於說明本發明的超聲波探頭的製造方法實施例四的流程
圖25為積層體的剖面示意圖26為形成有基礎槽、絕緣材料和導電膜的積層體的剖面示意圖； 圖27為暫時接合有基體部件的積層體的剖面示意圖； 圖28為填充有複合用樹脂材料的積層體的剖面示意圖； 圖29為拆下基體部件後的積層體的剖面示意圖30為設有頂面電極部件與底面電極部件的積層體的剖面示意
圖31為沿X方向複合，沿X方向分離的積層型1D振子陣列的示 意圖32為沿X方向複合，沿X方向分離的積層型2D振子陣列的示 意圖33為用於說明本發明製造方法實施例五的流程圖； 圖34為沿X方向和Y方向複合的積層型2D振子陣列的一個實例 的立體示意圖35為沿X方向和Y方向複合的積層型2D振子陣列的另一實例 的立體示意具體實施例方式
下面根據附圖，說明本發明的具體實施方式
。
圖1表示超聲波探頭製造方法的實施例1的流程圖。該超聲波探 頭通過探頭電纜與對生物體進行超聲波診斷的超聲波診斷裝置相連， 進行超聲波的發送接收，由此獲取回波數據。另外，該超聲波探頭既 可用於與生物體的表面接觸，也可用於插入生物體的體腔內。下面對 該超聲波探頭的製造方法進行說明，同時，對該超聲波探頭(特別是振 子陣列)的結構特徵進行說明。
在進行圖1所示的S101的工序之前，準備圖2所示的完成分極的
積層體(積層組件)IO。構成積層體10的多個部件預先相互粘接。具體
來說，如圖2所示，積層體10整體呈平板狀，具體來說，具有多個壓 電部件(壓電體)12、 14、 16。在這些壓電部件中，在鄰接的兩個壓電部 件12、 14(14、 16)之間，設有內部電極部件18、 20用作水平電極部件。 該積層體10沿X方向的尺寸為比如20mm，沿Y方向的尺寸為比如 20mm，沿Z方向的尺寸為比如0.51mm。另外，作為壓電部件12、 14、 16的材料，可舉出眾所周知的PZT等壓電材料。當然，也可採用除此 以外的其它材料(比如，複合材料)形成各壓電部件12、 14、 16。另外， 在圖2 圖9中，圖中的左右方向為X方向(第一水平方向)，圖中的上 下方向為Z方向(垂直方向)。Z方向相當於超聲波的發送、接收方向。
在圖1所示的工序S101中，如圖3所示，形成有多個基礎槽22、 24。具體來說，從積層體10的頂面IOA—側，沿X方向以一定間隔 2XT形成多個基礎槽(第一槽)22。在此情況下，多個基礎槽22的間距 為多個振動元件間距的兩倍。同上所述，從積層體10的底面10B —側， 沿X方向以一定間隔2XT形成多個基礎槽(第二槽)24。該多個基礎槽 24的間距也為多個振動元件間距T的2倍。但是，該多個基礎槽22 和多個基礎槽24按照沿X方向相互交錯的方式形成。該多個基礎槽 22和多個基礎槽24分別為沿Y方向延伸的矩形槽。B卩，這些基礎槽 22、 24互相平行。在此，為儘可能地形成後面將要說明的特定結構(對 置結構、鄰接結構)(參照後面的圖9中的標號200U、 200D)，這些基礎 槽22、 24的寬度Wl被設定為適當的尺寸，比如該Wl為0.08mm。 另外，積層體10—般由積層的n個壓電部件構成，在此，n優選為奇 數，特別優選為3。
另外，各基礎槽22的深度L1是指由頂面IOA看至第二個內部電 極部件20的視線一側的深度，比如，該Ll為0.3mm。同樣，對於基 礎槽24的深度Ll也是如此，深度Ll為由底面10B看至第二個內部 電極體18的視線一側的深度。通過如此形成基礎槽22、 24,可將內部 電極體18分割為多個部件18A，與此相同，內部電極體20也被分割 為多個部件20A。另外，在形成基礎槽22、 24時，可採用比如切割鋸 等切削加工工具。這對於形成後面將要說明的各種槽同樣適用。
在圖1中的工序S102中，如圖4所示，在由工序S101形成的多
個基礎槽22、 24中填充絕緣材料26、 28。該絕緣材料26、 28優選為 那種即使在成品較薄的情況下仍具有較高的耐電壓等級的材料，比如， 可採用聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂等熱固性樹脂等。在圖4中，填充於 基礎槽22中的絕緣材料由標號26表示，另一方面，填充於基礎槽24 中的絕緣材料由標號28表示。
在圖1的工序S103中，如圖5所示，對應於各基礎槽22、 24，分 別形成切削槽(第三槽30，第四槽32)。具體來說，在圖5中，對填充 於各基礎槽22中的絕緣材料26切削加工，形成穿通其中間部的切削 槽30。同樣，對填充於各基礎槽24中的絕緣材料28進行切削加工， 形成穿通其中間部的切削槽(連通槽，第四槽)32。在此，各切削槽30、 32的寬度W2小於上述基礎槽22、 24的寬度Wl，比如為0.04mm。 另外，切削槽30的深度L2被設定為大於基礎槽22的深度Ll的、且 將由頂面數的第二個內部電極部件20切斷的深度，比如，L2為 0.36mm。切削槽32也是如此，其深度L2被設定為可貫穿從底面側起 第二個內部電極部件18的深度。通過形成這些切削槽30、 32，在各基 礎槽22、 24的內部，在該槽內的各側面，以一定厚度殘留有側面絕緣 層26A、 26B、 28A、 28B。另夕卜，通過形成這些切削槽30、 32，將上 述的各部分18A、 20A(參照圖5)進一步分為兩部分，具體來說，就是 形成多個內部電極層18B、 20B以用作水平電極層。工序S102 S103 也可更換為採用CVD法等形成絕緣膜的工序。
另外，在圖5所示的工序中，如果各切削槽30、 32的深度過大， 則積層體10本身被切斷，因此，優選為將各切削槽30、 32的深度L2 設定為不產生這種切斷的程度。
在圖1所示的工序S104中，如圖6所示，在各切削槽30、 32的 內部的各側面上形成面狀導電膜34、 36。該導電膜34、 36可通過比如， 無電解電鍍法、蒸鍍法等形成。各導電膜34、 36最終形成一對垂直電 極層(側面電極層等)。在圖6所示工序中，導電膜34通過接觸部100 與內部電極層20B形成電連接，另一方面，導電膜34通過垂直絕緣層 26A、 26B與內部電極層18B絕緣。導電膜36同樣如此，該導電膜36 通過接觸部102與內部電極層18B實現電連接。另外，在圖6所示的 工序中，通過在切削槽30、 32的內部填充導電性部件，並進行必要的
切削加工，也可形成導電膜34、 36。
在圖1所示的工序S105中，如圖7所示，在各切削槽30、 32的 內部，具體來說，是在由導電膜34、 36圍成的空間內部，填充增強材 料38、 40。該增強部件38、 40是起到覆蓋並保護導電膜34、 36作用 的部件。增強材料38、 40由具有絕緣性的材料構成。該增強材料38、 40優選為由具有熱固性的高分子材料、聚合物材料、樹脂材料等構成。 另外，增強材料38、 40也可用作複合用材料，關於這一點，將在後面 進行具體說明。
在圖1所示的工序S106中，如圖8所示，首先，對積層體10的 頂面10A和底面10B進行研磨加工，使其呈平面。通過這樣的加工， 導電膜34、 36的端面向上或向下露出適當的程度。然後，採用濺射法、 蒸鍍法等，在頂面10A和底面10B上，以一定的厚度形成用作水平電 極部件的頂面電極42和底面電極部件44。在此情況下，各導電膜34 的端面通過接觸部104與頂面電極部件42形成電連接，與此相同，各 導電膜36的端面也通過接觸部106與底面電極部件44形成電連接。
在圖1的S107工序中，將襯墊51接合在積層體10的底面一側。 如後所述，該襯墊51內置有多根信號線，該襯墊51與積層體10的接 合可以採用比如導電性粘接劑等。
另外，在工序S108中，對由工序S107形成的組合件(帶襯墊51 的積層體10)，如圖9和圖10所示，通過切削加工形成多個分離槽。 在此，圖10為圖9所示的沿A-A，的剖面示意圖，圖10中的左右方向 為Y方向，其上下方向為Z方向。
具體來說，從頂面側，沿X方向以一定間距形成多個貫穿上述增 強材料38的中央的、寬度為W3的分離槽46、 48。在此，各分離槽(第 五槽)46、 48沿Y方向延伸。各分離槽46形成於在頂面側發生位移的 各第一特定結構(第一對置結構)200U上，各分離槽48(第六槽)形成於 在底面側發生位移的各第二特定結構(第二對置結構)200D上。對於各 特定結構200U、 200D，將在後面進行詳細說明，各特定結構200U、 200D為相對於分離槽46、 48保持左右對稱的結構。在此，這些分離 槽46、 48的寬度W3小於上述增強材料38的寬度，例如，該W3為 0.03mm。另外，這些分離槽46、 48的深度L3至少設定為可貫穿襯墊
51中的電極部件60的深度，比如，其L3為0.6mm。
如圖10所示，在積層體10上，還形成沿Y方向並排的多個分離 槽50。各分離槽50沿X方向延伸。各分離槽50的寬度和深度與分離 槽46、 48的寬度W3和深度L3相同。另外，多個分離槽50可在多個 分離槽46、 48形成之前或之後形成。也可按照與多個分離槽46、 48 不同的尺寸形成多個分離槽50。但是，即使在形成多個分離槽50時， 也必須對積層體10和電極部件60進行切削，直至切斷的深度。也可 在各分離槽46、 48、 50中，填充絕緣材料、隔音材料、增強材料等。
下面對圖9中的襯墊51進行說明。該襯墊51主要由襯墊材料52、 設置於其上的電極部件60、以及呈矩陣狀設置在該襯墊材料52內部的 多個信號線58構成。多個信號線58排列成與多個振動元件的二維排 列相對應的形式。各信號線58由用作其內部信號引線的芯材56與圍 繞著各信號線的覆蓋層54構成。
如上所述，在積層體10上，形成沿X方向並排的多個分離槽46、 48，並且在該積層體10上，形成沿Y方向並排的多個分離槽50，這 樣，就將積層體10分割為多個振動元件。在此狀態下，圖2所示的壓 電部件12被分割成多個壓電層12A，與此相同，壓電部件14、 16也 分別被分割成多個壓電層14A、 16A。而且，如圖2所示的內部電極部 件18、 20也被分割成多個內部電極層18B、 20B。另外，如上所述， 襯墊51的電極部件60也別分割成多個，由此，形成多個電極墊60A。 對於電連接關係，將在後面用圖12進行說明。
圖11為沿圖9中的B-B'線的剖面示意圖。如上所述，通過形成多 個分離槽46(或48)，每對沿X方向(圖中為左右方向)鄰接的振動元件 對，跨過構成該振動元件對的兩個陣子端部，由此形成特定結構200。 作為特定結構200，包括接地用第一特定結構200U，以及信號用第二 特定結構200D(參照圖9)。這些特定結構200U、 200D呈上下相互對稱 的關係。另外，這些特定結構200U、 200D具有相對其中心面(具體來 說，為假想的位於分離槽46、 48的中心的垂直面)呈面對稱的結構。
如圖ll所示，特定結構200包括形成於一側振動元件上的垂直電 極層(側面電極層)34A與形成於另一側振動元件上的垂直電極層(側面 電極層)34B，以及位於該垂直電極層34A、 34B之間的間隙區域。更 具體地說，特定結構200由形成於一側振動元件上的垂直絕緣層26A、 垂直電極層34A和側面增強層38A與形成於另一側振動元件上的垂直 絕緣層26B、垂直電極層34B和側面增強層38B，以及位於側面增強 層38A、 38B之間的分離槽46構成。在該實施例中，間隙區域是指側 面增強層38A、 38B以及分離槽46、 48的對合區域。在後面將要說明 的另一實施例中，間隙區域是指包括複合用填充層、以及分離槽46的 區域。
在圖1的工序S109中，如上所述，在由多個振動元件形成振子陣 列後，在該振子陣列的頂面側，設置由比如銅箔等構成的接地電極部 件。另外，在其上還設有二維排列的多個調整層。這樣形成的組合體 設置在圖中未標示的探頭殼體內部。
圖12為振子陣列的電連接關係的示意圖。在此，以振動元件202、 204為例。振動元件202、 204具有以它們之間的空間為界而保持相互 對稱的結構。在振動元件202中，垂直電極層34B與位於從上方數第 奇數個頂面電極層42A和內部電極層20B實現電連接。而垂直電極層 36A與從上方數第偶數個的內部電極層18B和底面電極層44A實現電 連接。這樣，如果將信號線與底面電極層44A相連，將接地電極部件 與頂面電極層42A相連，則可使振動元件202作為所謂的積層型振動 元件而發揮作用。對于振動元件204也是同樣，垂直電極層34A與位 於從上方數第奇數個的頂面電極層42A和內部電極層20B實現電連 接。而垂直電極層36B與位於從上方數第偶數個內部電極層18B和底 部電極層44A實現電連接。
由于振動元件202中的垂直電極層36A與振動元件204中的垂直 電極層36B處於對稱關係，故易於製造。另外，振動元件202中的垂 直電極層36A與振動元件204中的垂直電極層36B接近並對置，且具 有相同的極性，因此，有利於實現絕緣。
由於上述實施方式的超聲波探頭可採用積層型振動元件，故可降 低電阻抗，且因利用垂直電極層而可減輕或消除振動元件中的振動面 積的損失或振動效率的降低，即，可提高靈敏度。另外，按照上述制 造方法，將兩種特定結構設置為相互交錯的方式，可確實實現與各積 層型振動元件的電連接。另外，由於對置的兩個垂直電極層的極性相
同，故可提高信號線與接地線之間的耐電壓等級。
下面對超聲波探頭的製造方法的另外幾個實施例進行說明。下述 各製造方法與上述製造方法相同，都具有構成多個特定結構的工序， 另一方面，與上述製造方法不同的是，具有將積層體複合的工序。另 外，在各個實施例中，對於相同的結構採用同一標號。
首先，通過圖13 圖20對超聲波探頭的製造方法的第二實施例進 行說明。該實例的特徵在於，預先進行該積層體的複合處理。
圖13表示該製造方法的流程圖。工序S201是對積層體進行複合 處理的工序。下面對其進行具體說明。圖14中，IO表示積層體。該積 層體10與圖2所示的積層體10相同，但圖14和圖2的剖面方向不同。 如圖15所示，在積層體10的底面側，採用粘接材料302將基體部件 300接合。然後，如圖16所示，在積層體10上，從其頂面側，沿Y 方向以一定間隔形成多個複合用槽304。該槽304的深度為大於積層體 IO的整體的、對基體部件300有若干程度切削的深度。通過形成多個 槽304，將壓電部件12、 14、 16分割為多個部分12B、 14B、 16B，同 時，將多個內部電極部件18、 20也分割為多個部分18B、 20B。在此 階段，形成多個壓電部305。各壓電層由沿垂直方向積層的部分12B、 14B、 16B、 18B、 20B構成。因此可防止通過基體部件300使多個壓 電部305被零亂地分離的問題。然後，在多個槽304中填充樹脂材料 以作為填充材料，對積層體10進行加熱以使該樹脂材料固化。由此， 形成多個樹脂層(樹脂部)306。樹脂材料是比如以環氧樹脂、矽樹脂等 為主成分的複合用材料。在形成多個樹脂層306後，從積層體10上拆 下基體部件300。該狀態以圖17中的剖面圖表示。在圖17中，經過復 合處理的積層體以標號310表示。圖18為積層體310的立體圖。在圖 18中，隨後形成的多個基礎槽22、 24以虛線表示。
在圖13所示的工序S202中，進行圖1所示的工序S101 S107的 工序。然後，在採用積層體310製作1D振子陣列的情況下，實行工序 S203 S204。另一方面，在採用積層體310製作2D振子陣列的情況下， 實行工序S203 S205。
在工序S204中，如圖19所示，在積層體310上形成沿X方向並 排的多個分離槽46、 48。各分離槽46、 48為沿Y方向延伸的槽。各
分離槽46形成於各特定結構(接地用特定結構)200U的中心位置。各分 離槽48形成於各特定結構(信號用特定結構)200D的中心位置。在圖 19的積層體310中，沿Y方向將多個壓電部305和多個樹脂部306交 錯連接。沿X方向將多個振動元件310A並排。另外，針對每兩個鄰 接的振動元件，按照跨過它們的方式，形成特定結構200U或200D。 通過以上方式，形成以X方向為陣列方向，並且沿Y方向複合的1D 振子陣列。
另一方面，在工序S205中，如圖20所示，在積層體310上，形 成有沿X方向並排的多個分離槽46、 48和沿Y方向並排的多個分離 槽50。各分離槽46、 48為沿Y方向延伸的槽。各分離槽50為沿X方 向延伸的槽。通過這些分離槽46、 48、 50的形成，形成二維排列的多 個振動元件310B。更具體地說，每個各特定結構(接地用特定結構)200U 的中心位置形成有各分離槽46。每個各特定結構(信號用特定結 構)200D的中心位置形成有各分離槽48。所形成的各分離槽50將壓電 部305或樹脂部306中的任何一個分為兩個部分，或形成於壓電部305 與積層部306的交界處。在圖20所示的實施例中，通過各分離槽50， 將壓電部(整體)305分為兩個部分，由此，形成Y方向一側振動元件中 所包含的壓電部305A (—側的半部分)與Y方向的另一側振動元件中所 包含的壓電部305B(另一側的半部分)。通過上述方式，形成沿Y方向 複合的2D振子陣列。
在圖13的S206中，與圖1的工序S109相同，在積層體310上還 設有其它部件。另外，Y方向的壓電部和樹脂部的個數、尺寸和間距 可任意設定。比如，也可相對1個振子設置更多個數的壓電部和樹脂 部。在圖19和圖20中，省略了圖9等所示的電極部件60、多根信號 線58等的圖示。在隨後的圖22、 23、 31、 32、 34、 35中也是如此。
下面通過圖21 圖23，對超聲波探頭的製造方法的第三實施例進 行說明。該實例的特徵在於，在事後對積層體進行複合處理。
圖21表示製造方法的流程圖。在工序S301中，進行圖1所示的 工序S101 S107。在工序S302中，形成多個特定結構的頂面電極部 件和底面電極部件，並且，在接合有襯墊的積層體上，形成沿Y方向 並排的多個複合用槽。在此，該多個複合用的槽為分別沿X方向延伸
的槽。在工序S303中，在多個複合用槽中填充複合用樹脂材料，該扭t 脂材料通過加熱而固化。
在工序S303後形成1D振子陣列的場合，進行工序S304 S305。 在工序S305中，如圖22所示，形成沿X方向並排的多個分離槽46、 48。各分離槽46、 48為沿Y方向延伸的槽。由此，形成沿X方向並 排的多個振動元件320A。各振動元件320A由沿Y方向交替並行的多 個壓電部326和多個樹脂部324構成。各樹脂部324如上所述，通過 在複合用槽322內填充樹脂材料形成。在形成頂面電極部件42和底面 電極部件44後，為了形成多個槽322，頂面電極層42和底面電極層 44也通過多個槽322切斷為多個電極層(圖22表示多個頂面電極層 42B)。於是，在各樹脂層(樹脂部)324的頂面325A和底面325B上，未 設置頂面電極層和底面電極層。
另一方面，在工序S303後形成2D振子陣列的場合，進行工序 S304 S306。在工序S306中，如圖23所示，形成沿X方向並排的多 個分離槽46、 48與沿Y方向並排的多個分離槽50。各分離槽46、 48 為沿Y方向延伸的槽。各分離槽50為沿X方向延伸的槽。由此，構 成沿X方向和Y方向的二維排列的多個振動元件320B。各振動元件 320B由沿Y方向交替並行的至少1個壓電部326和至少1個樹脂部 324構成。各樹脂部324如上所述，通過在複合用槽322中填充樹脂材 料而形成。各分離槽50形成於將任何的壓電部或樹脂部分為兩個部分 的位置，或形成於任何壓電部與樹脂部的交界位置。在圖23的實施例 中，各壓電部通過各分離槽50分為兩個部分，由此，形成兩個壓電部 326A。在形成頂面電極部件42和底面電極部件44之後，形成多個槽 322，這與圖22所示的實施例相同。在圖21的工序S307中，將其它 部件與圖22和圖23所示的多個振動元件320相接合。
下面通過圖24 圖32對超聲波探頭的製造方法的第四實施例進 行說明。該實施例的特徵在於，在形成多個特定結構的同時，對積層 體進行沿X方向的複合處理。
圖24表示製造方法的流程圖。在工序S401中，與圖1所示的S101 相同，在積層體上形成多個基礎槽。具體來說，在圖25所示的積層體 10(與圖2所示的積層體10相同)上，沿X方向從其頂面以一定的間距形成多個寬度較大的基礎槽，沿X方向從其底面以一定的間距形成多 個寬度較大的基礎槽。這些基礎槽的寬度設定為進行複合處理所必需
的尺寸，與圖3所示的普通的場合相比較，所設定的值較大。
然後，在工序S402中，與工序S102相同，在各基礎槽的內部i真 充絕緣材料，使該絕緣材料固化。在工序S403中，與工序S103相同， 形成多個切削槽。由此，在各基礎槽內部形成一對垂直絕緣層。在工 序S404中，與工序S104相同，在各基礎槽的內面上形成導電膜。該 狀態如圖26所示。導電膜34、 36形成於垂直絕緣層26A、 26B的內 表面。
在圖24的S405中，如圖27所示，首先，採用粘接材料302將基 體部件300與積層體10的底面接合，然後，在積層體10的整體範圍 內將各切削槽30、 32加工成貫通槽。g卩，沿Z方向對從上方數第三個 壓電部件16進行整體切削加工，形成各切削槽30，沿Z方向對從上方 數第一個壓電部件12進行整體切削加工，形成各切削槽32。由此，如 圖28所示，在積層體10上形成多個複合用槽329。另外，在工序S405 中，在這些複合用槽329中填充複合用樹脂材料330，通過加熱使樹脂 材料330固化。樹脂材料330構成樹脂層，即樹脂部。
在圖24的工序S406中，如圖29所示，將基體部件300從積層體 IO上拆下。由此，獲得複合積層體332。然後，如圖30所示，在積層 體332上形成頂面電極部件42和底面電極部件44。另外，將襯墊粘接 於底面電極部件44上。
在形成1D振子陣列(A型)的場合，進行工序S407 S408。在工序 S408中，對應於多個特定結構的中心位置，形成沿X方向並排的多個 分離槽46、 48。由此，如圖31所示，構成多個振動元件332A沿X方 向並排的1D振子陣列。圖31中的標號334表示1個振動元件332A， 標號336表示壓電部。標號338表示形成於壓電部336的兩側的一對 樹脂部。這樣，使各振動元件332A沿X方向複合。
另一方面，在形成1D振子陣列(B型)的場合，進行工序S407 S409。在工序S409中，形成沿Y方向並排的多個分離槽50。各分離 槽50為沿X方向延伸的槽。由此，如圖32所示，構成多個振動元件 332B沿Y方向並排的1D振子陣列。各振動元件332B以其長度方向為X方向並沿該方向複合。在圖32中，如果從第一視點看，則各振動 元件332B為連接多個部件(相當於區段)340、 341的部件。按照跨過鄰 接的兩個部件340、 341的方式，形成特定結構200U'或200D'，在該 特定結構200U'或200D'的中間部分，具有樹脂層(樹脂部)344。在該圖 32所示的實施例中，樹脂層344不具有分離槽，但是從概念上說，樹 脂層344被分為屬於一側的部分340的部分343A與屬於另一側的部分 341的部分343B。如果從第二視點來看，各振動元件332B為連接沿X 方向交錯設置的多個壓電部342和多個樹脂部344的部件。
另一方面，在形成2D振子陣列的場合，進行工序S407 S410。 在工序S410中，對應多個特定結構的中心位置，形成沿X方向並排的 多個分離槽，另外，形成沿Y方向並排的多個分離槽。由此，沿X方 向複合的壓電體被分割為沿X方向和Y方向排列的多個振動元件。即， 在圖31所示的壓電體332上，另外形成沿Y方向成整列的多個分離槽 (相當於圖10所示的多個分離槽50)，由此，形成多個振動元件。在圖 24的工序S411中，進行調整層的形成等的其它的加工。
下面通過圖33 圖35，對超聲波探頭的製造方法的第五實施例進 行說明。該實施例的特徵在於，對積層體沿X方向和Y方向進行複合 處理。
圖33表示製造方法的流程圖。在沿Y方向對積層體進行事先的復 合處理的場合，進行工序S501 S502，然後進行工序S503。具體來說， 在工序S502中，通過進行圖13所示的工序S201，對壓電體進行沿Y 方向的複合加工(參照圖17和圖18)。然後，在工序S503中，進行圖 24所示的S401 S406的工序，形成沿X方向並排的多個特定結構， 同時，形成沿X方向並排的多個樹脂層。由此，形成沿X方向和Y方 向雙向複合的壓電體。
另一方面，在沿Y方向進行事後複合處理的場合，進行工序S501 S504，然後進行工序S505。具體來說，在工序S504中，進行圖24所 示的工序S401 S406的工序(參照圖30)，然後，在工序S505中，與 圖21的工序S302和S303相同，沿Y方向形成多個複合用槽，在各槽 中填充複合用樹脂材料。由此，形成沿X方向和Y方向的雙向複合壓 電體。
在經上述二維複合處理後形成ID振子陣列(A型)的場合，經工序 S506、 S507，再進行工序S508。在該工序S508中，形成沿X方向並 排的多個分離槽。在此，各分離槽部件為沿Y方向延伸的槽。由此形 成沿X方向並排的多個振動元件。該多個振動元件相當於從後述圖34 所示結構中除去多個分離槽50後的結構。
在經上述二維複合處理後形成1D振子陣列(B型)的場合，經工序 S506、 S507，再進行工序S509。在該工序S509中，形成沿Y方向並 排的多個分離槽。在此，各分離槽部件為沿X方向延伸的槽。由此形 成沿Y方向並排的多個振動元件。該多個振動元件相當於從後述圖34 所示結構中除去多個分離槽46、 48後的結構。
在上述二維複合處理後形成2D振子陣列(A型)的場合，經工序 S506、 S510，再進行工序S511。在該工序S511中，形成沿X方向並 排的多個分離槽，並形成沿Y方向並排的多個分離槽。由此，形成圖 34所示的二維振子陣列。具體來說，在沿二維進行複合的積層體350 上，沿X方向形成多個分離槽46、 48。各分離槽46、 48為沿Y方向 延伸的槽，針對各特定結構200U、 200D形成。在著眼於某個振動元 件350A的場合，該振動元件350A由沿X方向的壓電區間336與形成 於其兩側的兩個樹脂區間337、 338構成。標號334表示X方向的振動 元件350A的整個寬度。該振動元件350A沿Y方向由兩個壓電區間 351和一個樹脂區間352構成。於是，從上方看，振動元件350A由具 有H形的樹脂部與矩形的兩個壓電部構成。圖34所示結構為一個實例， 比如，也可沿Y方向設置所需數量的壓電區間和樹脂區間。
在上述二維複合處理後形成2D振子陣列(B型)的場合，經工序 S506、 S510，再進行工序S512。在該工序S512中，間隔開地形成沿X 方向並排的多個分離槽，另外，間隔開地形成沿Y方向並排的多個分 離槽。具體來說，在實施了二維複合處理的積層體350上，沿X方向 形成多個分離槽48。各分離槽48為沿Y方向延伸的槽，其針對各特 定結構200D而形成。g卩，在圖35所示的實施例中，在各特定結構 200U(參照圖34)中，未形成分離槽46。顯然，也可在並排的多個特定 結構中，不象圖35所示的那樣，在每隔1個的特定結構上形成分離槽， 而在每隔m(m大於2)個的特定結構上形成分離槽。另一方面，也可按照任意的間隔形成多個分離槽50，沿Y方向，針對每個振子，可設置 更多個的壓電區間351和樹脂區間352。
在圖35所示的實施例中，在著眼於某個振動元件350B的場合， 該振動元件350B在X方向上，由兩個壓電區間420、夾在這些壓電區 間420中的樹脂區間406、設置於兩個壓電區間的兩側的兩個樹脂區間 404構成。標號400表示X方向的振動元件350B的整個寬度。該振動 元件350B在Y方向，由三個壓電區間351、兩個樹脂區間352構成。 於是，從上方看，振動元件350B由6(二2X3)個壓電部和位於這些壓 電部之間的格子形狀的樹脂部構成。圖35所示的結構為一個實施例， 比如，也可沿X方向和Y方向設定更多個壓電區間和樹脂區間。
在圖35所示的實例中，沿X方向，在鄰接的兩個振動元件之間形 成特定結構200D，另外，在振動元件350B的中央部形成特定結構 200U'。在將特定結構200D (部件之間的特定結構)與特定結構200U'(部 件內部的特定結構)進行對比的場合，兩者的不同之處在於，部件之間 的特定結構200D具有分離槽46，與此相對，部件內部的特定結構200U， 沒有分離槽。但是，部件之間的特定結構200D與部件內部的特定結構 200U'在具有呈相同極性的面對稱的一對垂直電極層的方面是共同的。 特別是，兩者能夠獲得良好的絕緣性、結構形成容易這些方面是共同 的。
按照上述第二 第五實施例，可實現積層和複合的振子陣列。特 別是，在積層處理後又進行複合處理，故可排除沿垂直方向並排的各 部件之間的水平方向定位誤差。另外，複合處理通過形成槽和材料填 充進行，故能夠容易實現。
權利要求
1.一種超聲波探頭，其特徵在於，包括具有多個振動元件的振子陣列，所述各振動元件具有沿水平方向連接的至少1個壓電部和至少1個樹脂部；所述至少1個壓電部具有沿垂直方向按照規定順序積層的多個壓電部和多個水平電極層，以及以規定的連接關係與所述多個水平電極層實現電連接的一對垂直電極層；所述至少1個樹脂部構成沿垂直方向具有連續性的填充層；所述各振動元件沿垂直方向積層，並且沿水平方向複合。
2. 如權利要求1所述的超聲波探頭，其特徵在於，所述至少1個壓電部還包括設置於由多個壓電層和多個水平電極 層構成的壓電部主體兩側面與所述一對垂直電極層之間的一對垂直絕 緣層。
3. 如權利要求1所述的超聲波探頭，其特徵在於，所述各振動元 件沿第一水平方向和第二水平方向中的一個方向複合。
4. 如權利要求1所述的超聲波探頭，其特徵在於，所述各振動元 件沿第一水平方向和第二水平方向這兩個方向複合。
全文摘要
本發明的用於生物體的超聲波診斷裝置的超聲波探頭具有由多個積層型振動元件構成的振子陣列。通過跨過鄰接的兩個振動元件，形成特定結構(對置結構)。在各振動元件中，接地用第一垂直電極層與頂面電極層和內部電極層連接，信號用第二垂直電極層與底面電極層和內部電極層連接。當形成特定結構時，反覆進行在積層體上形成槽和填充該槽等的工序。最終，通過形成多個分離槽，將積層體分割為多個振動元件。另一方面，沿水平方向對各振動元件進行複合處理。該複合處理可在特定結構的形成之前、形成之中和形成之後的任何階段進行。
文檔編號G01N29/24GK101099682SQ20071013978
公開日2008年1月9日 申請日期2003年7月18日 優先權日2002年7月19日
發明者佐藤正平 申請人:阿洛卡株式會社