DE10047942B4

DE10047942B4 - Sensorarray, Verfahren zum Herstellen eines Sensorarrays und Verwendung eines Sensorarrays

Info

Publication number: DE10047942B4
Application number: DE2000147942
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kohno; Masato Yabuuchi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE10047942A1; JP2001103600A; US6603240B1; JP3399415B2; GB2357213B; GB0023707D0; GB2357213A

Abstract

Sensorarray mit folgenden Merkmalen:
einem Substrat (24); und
einer Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren (26), die auf einer Hauptoberfläche des Substrats in einer Matrixform angebracht sind, wobei jeder der piezoelektrischen Oszillatoren folgende Merkmale aufweist:
– eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28), die in eine Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats laminiert sind;
– äußere Elektroden (32), die auf zwei sich gegenüberliegenden Endseiten der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28) gebildet sind, wobei die Endseiten parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats (24) angeordnet sind; und
– innere Elektroden (30), die zwischen der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28) angeordnet sind und alternierend mit den beiden äußeren Elektroden (32) elektrisch verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sensorarrays, Verfahren zum Herstellen der Sensorarrays und die Verwendung solcher Sensorarrays. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Sensorarrays, wie z. B. Ultraschallsonden, welche in Ultraschalldiagnosevorrichtungen, Ultraschallmikroskopen, Metallfehlererfassungsvorrichtungen und dergleichen verwendet werden.

Nachfolgend wird eine Ultraschallsonde beschrieben, welche in einer herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung verwendet wird. Beispielsweise ist in IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Bd. 44, Nr. 2, März 1997, Hybrid Multi/Single Layer Array Transducers for Increased Signal-to-Noise Ratio, eine Ultraschallsonde offenbart.

7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil einer Ultraschallsonde zeigt, die in der herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung verwendet wird.

8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen piezoelektrischen Oszillator zeigt, der bei der Ultraschallsonde verwendet wird. Eine Ultraschallsonde 1, die in 7 gezeigt ist, umfaßt das Substrat 2, das aus einer akustischen Absorbiereinrichtung gebildet ist, welche als Trägerbauelement bezeichnet wird. Eine Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 3 ist auf einer Hauptoberfläche des Substrats 2 in Matrixform angebracht.

Wie es in 8 gezeigt ist, umfassen die piezoelektrischen Oszillatoren 3 eine Mehrzahl von laminierten piezoelektri schen Schichten 4. Innere Elektroden 5 sind zwischen den piezoelektrischen Schichten 4 gebildet. Eine äußere Elektrode 6 ist auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche der laminierten piezoelektrischen Schichten 4 gebildet. Zusätzlich sind auf beiden Enden der laminierten piezoelektrischen Schichten 4 Durchgangslöcher 7 gebildet. Verbindungselektroden 8 sind innerhalb der Durchgangslöcher 7 gebildet. Jede zweite Schicht der laminierten piezoelektrischen Schichten 4 ist in einer jeweils entgegengesetzten Dickenrichtung polarisiert. Die piezoelektrischen Oszillatoren 3 sind auf einer Hauptoberfläche des Substrats 2 mittels eines Klebstoffs angebracht, derart, daß die Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schichten 4 parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats 2 sind.

Ferner ist auf der Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 3 eine Schallanpassungsschicht 9 gebildet, um eine Schallanpassung mit einem menschlichen Körper zu erhalten. Auf der Schallanpassungsschicht 9 ist eine akustische Linse 10 gebildet, um eine Konvergenz von Ultraschallstrahlen zu erreichen.

Bei den piezoelektrischen Oszillatoren 3, die in der oben beschriebenen Ultraschallsonde 1 verwendet werden, werden die inneren Elektroden 5 durch die Durchgangslöcher 7 und dergleichen herausgezogen. Alternativ existiert jedoch als Struktur und Verfahren zum Herausziehen der inneren Elektroden eine Struktur und ein Verfahren zum Herausziehen der inneren Elektroden von Seitenoberflächen der piezoelektrischen Oszillatoren 3, wie sie üblicherweise in Mehrschichtkondensatoren und dergleichen zu sehen sind.

Da jeder der piezoelektrischen Oszillatoren 3, der bei der oben beschriebenen Ultraschallsonde 1, die in 7 gezeigt ist, verwendet wird, eine Mehrschichtstruktur hat, können eine gute Funktionalität und ein hohes Auflösungsvermögen erreicht werden, so daß eine hohe Empfindlichkeit erreicht werden kann. Wenn die piezoelektrischen Oszillatoren 3 hergestellt werden, müssen Durchgangslöcher mit hoher Herstellungsgenauigkeit gebildet werden. Ferner müssen Elektroden mit hoher Druckgenauigkeit gebildet werden. Als Ergebnis ist es aufgrund des Schrumpfens, das auftritt, wenn ein Bauglied gebrannt wird, schwierig, einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Durchgangslöchern zu erhalten, und es ist ferner schwierig, das gebrannte Bauglied in einer Matrixform zu schneiden. Zusätzlich fallen nach dem Schneiden die äußeren Elektroden leicht ab. Daher ist, um die piezoelektrischen Oszillatoren 3 herzustellen, eine extrem hohe Herstellungsgenauigkeit notwendig. Da viele Probleme bezüglich der Herstellung existieren, können Charakteristikavariationen ohne weiteres auftreten. Wenn auf ähnliche Art und Weise die inneren Elektroden 5 der piezoelektrischen Oszillatoren 3 von den Seitenoberflächen an der Ultraschallsonde 1 herausgezogen werden, ist eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit bei der Herstellung erforderlich.

US 5,938,612 A lehrt ein Sensorarray, welches auf einem Substrat eine Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren besitzt, die in einer Matrixform angebracht sind. Jeder der piezoelektrischen Oszillatoren weist eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und innere, zwischen den piezoelektrischen Schichten liegende Elektroden auf. Auf den Endseiten der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten befinden sich äußere Elektroden.

DE 689 24 057 T2 lehrt ein Sensorarray, bei welchem jeder der matrixförmig auf einem Substrat angeordneten, piezoelektrischen Oszillatoren eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten aufweist, die in eine Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats laminiert sind. Des weiteren besitzt jeder Oszillator äußere Elektroden auf den Endseiten der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten.

US 5,381,385 A lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorarrays. Dabei wird zunächst eine Mehrschichtstruktur gebildet, bei der eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und innere und äußere Elektroden laminiert sind. Die Mehrschichtstruktur wird auf einer Hauptoberfläche eines Substrats angebracht und dann geschnitten, um die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren zu erhalten. Die auf das Substrat aufgebrachte Mehrschichtstruktur hat eine größere Fläche, als das herzustellende Sensorarray.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensorarray mit hoher Empfindlichkeit und leichter Herstellbarkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Sensorarray nach Patentanspruch 1 gelöst.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfacheres Herstellungsverfahren für ein Sensorarray zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorarrays nach Patentanspruch 2 gelöst.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verwendung eines Sensorarrays zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung eines Sensorarrays nach Patentanspruch 3 gelöst.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Sensorarray unter anderem mit einem Substrat und einer Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren, die auf einer Hauptoberfläche des Substrats in Matrixform angebracht sind. Jeder der Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren umfaßt eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten, die in einer Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats laminiert sind, innere Elektroden, die zwischen der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten angeordnet sind, und äußere Elektroden, die auf Endseiten der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten gebildet sind.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Herstellen des oben angesprochenen Sensorarrays. Das Verfahren umfaßt unter anderem den Schritt des Bildens einer Mehrschichtstruktur, bei der eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und eine Mehrzahl von inneren Elektroden laminiert sind, den Schritt des Bildens einer Mutterplatine durch Schneiden der Mehrschichtstruktur in der Laminatrichtung, den Schritt des Bildens von äußeren Elektroden auf beiden Hauptoberflächen der Mutterplatine, den Schritt des Befestigens der Mutterplatine auf einer Hauptoberfläche eines Substrats, und den Schritt des Schneidens der Mutterplatine, um die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Verwendung des obigen Sensorarrays in einer Ultraschallsonde in einer Ultraschalldiagnosevorrichtung.

Bei dem Sensorarray gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Empfindlichkeit erhalten werden, da die piezoelektrischen Oszillatoren, die die Mehrschichtstruktur aufweisen, verwendet werden.

Zusätzlich kann, wie es oben beschrieben worden ist, dieses Sensorarray durch Bilden der Mehrschichtstruktur hergestellt werden, indem die Mehrschichtstruktur gebildet wird, bei der die Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und die Mehrzahl von inneren Elektroden laminiert sind, indem die Mutterplatine gebildet wird, indem die Mehrschichtstruktur in der Laminatrichtung geschnitten wird, indem die äußeren Elektroden auf den Hauptoberflächen der Mutterplatine gebildet werden, indem die Mutterplatine auf eine der Hauptoberflächen des Substrats angebracht wird, und indem die Mutterplatine in die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren geschnitten wird. Als Ergebnis wird keine hohe Genauigkeit zum Bestimmen von Positionen benötigt, wenn die Mutterplatine auf dem Substrat befestigt wird, da die äußeren Elektroden auf den gesamten Hauptoberflächen der Mutterplatine gebildet sind. Somit erlaubt dieses Verfahren eine Vereinfachung der Herstellung des Sensorarrays.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil der Ultraschallsonde zeigt, die bei der Ultraschalldiagnosevorrichtung von 1 verwendet wird;
3 eine perspektivische Ansicht, die einen piezoelektrischen Oszillator zeigt, der bei der in 2 gezeigten Ultraschallsonde verwendet wird;
4 eine Darstellung, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen der Ultraschallsonde, die in 2 gezeigt ist, darstellt;
5 eine Darstellung, die einen zweiten Schritt des Ver fahrens zum Herstellen der Ultraschallsonde aus 2 zeigt;
6 eine Darstellung, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Ultraschallsonde aus 2 zeigt;
7 eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil einer Ultraschallsonde zeigt, die bei einer herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung verwendet wird;
8 eine perspektivische Ansicht, die einen piezoelektrischen Oszillator zeigt, der bei der in 7 gezeigten Ultraschallsonde verwendet wird.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil einer Ultraschallsonde zeigt, die bei der Ultraschalldiagnosevorrichtung von 1 verwendet wird. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen piezoelektrischen Oszillator zeigt, der bei der Ultraschallsonde verwendet wird. Eine Ultraschalldiagnosevorrichtung 20, die in 1 gezeigt ist, umfaßt eine Ultraschallsonde 22.
Die Ultraschallsonde 22, wie sie in 2 gezeigt ist, umfaßt ein Substrat 24, das aus einer Schallabsorbiereinrichtung gebildet ist, die auch als Trägerbauglied bezeichnet wird. Auf einer der Hauptoberflächen des Substrats 24 ist eine Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 in Matrixform angebracht. 2 zeigt die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26, die in vier Linien angeordnet sind. Tatsächlich werden die piezoelektrischen Oszillatoren 26 jedoch in viel mehr Linien angeordnet.
Wie es in 3 gezeigt ist, umfassen die piezoelektrischen Oszillatoren 26 eine Mehrzahl von laminierten piezoelektri schen Schichten 28, die aus einem Material mit einer relativen Permittivität von im wesentlichen 2000 gebildet sind. Zwischen den piezoelektrischen Schichten 28 sind innere Elektroden 30 gebildet. In diesem Fall sind die inneren Elektroden 30 abwechselnd von einem Ende der piezoelektrischen Schicht 28 zu der Mitte derselben und von dem anderem Ende der piezoelektrischen Schicht 28 zu der Mitte derselben gebildet. Ferner sind auf beiden Endseiten der piezoelektrischen Schichten 28 äußere Elektroden 32 gebildet. Die äußere Elektrode 32 auf einer Seite ist mit jeder zweiten inneren Elektrode 30 verbunden, während die äußere Elektrode 32 auf der anderen Seite mit immer den verbleibenden jeweils zweiten inneren Elektroden 30 verbunden ist. Zusätzlich sind diese piezoelektrischen Schichten 28 abwechselnd in einer jeweils entgegengesetzten Dickenrichtung polarisiert.
Für jeden piezoelektrischen Oszillator 26 wird eine äußere Abmessung desselben, d. h. die Kante der äußeren Elektrode 32, auf jeweils 250 μm eingestellt, wobei die Dicke desselben, d. h. der Abstand zwischen den äußeren Elektroden 32, derart eingestellt wird, daß sie vorzugsweise größer oder gleich dem zweifachen der äußeren Abmessung ist, um eine Kopplung zwischen einer Längenoszillation (d31-Modus) als Hauptmodus und anderen nicht benötigten Oszillationen zu verhindern. Die Dicke des piezoelektrischen Oszillators 26 beträgt beispielsweise vorzugsweise 500 μm.
Ferner sind in jedem der piezoelektrischen Oszillatoren 26 aufgrund eines Kompromisses zwischen der Impedanzanpassung und der Wellenempfangsempfindlichkeit vorzugsweise fünf bis sieben piezoelektrische Schichten 28 gebildet. Beispielsweise können sieben piezoelektrische Schichten 28 gebildet sein. Dann wird jeder der piezoelektrischen Oszillatoren 26 mittels eines Klebstoffs auf dem Substrat 24 angebracht, so daß die Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten 28 in einer Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats 24 laminiert ist, d. h. die Laminatrichtung der piezoelektri schen Schichten ist parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats.
Bei den obigen piezoelektrischen Oszillatoren 26 sind die inneren Elektroden 30 abwechselnd mit einer der gegenüber liegenden äußeren Elektrode 32 verbunden. Die Struktur des piezoelektrischen Oszillators 26 ist jedoch nicht auf diesen Fall begrenzt. Beispielsweise können die inneren Elektroden 30 mit den äußeren Elektroden 32 nicht verbunden sein.
Ferner haben bestimmte Oszillatoren unter der Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26, d. h. Wellensendeoszillatoren oder Wellenempfangsoszillatoren, unterschiedliche Optimalwerte. Somit können die zwei Typen von Oszillatoren unterschiedliche Konfigurationen haben.
Zusätzlich ist auf der Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 eine Schallanpassungsschicht 34 vorgesehen, um eine Schallanpassung mit einem menschlichen Körper zu erhalten. Auf der Schallanpassungsschicht 34 ist eine akustische Linse 36 vorgesehen, um eine Konvergenz von Ultraschallstrahlen herbeizuführen.
Die äußeren Elektroden 32 der piezoelektrischen Oszillatoren 26 in der Ultraschallsonde 22 sind mit einer Sende/Empfangs-Einheit 40 über Strukturelektroden (nicht gezeigt) verbunden, die auf der Schallanpassungsschicht 34 angeordnet sind, und dieselben sind ferner mit Leitern (nicht gezeigt) verbunden, die innerhalb von Durchgangslöchern angeordnet sind, die das Substrat 24 durchdringen. Die Sende/Empfangs-Einheit 40 dient als Einheit zum Treiben der Ultraschallsonde 22 und zum Empfangen von Ultraschallwellen. Die Sende/Empfangs-Einheit 40 liefert ein Treibersignal zu der Ultraschallsonde 22, um eine Ultraschallwelle in ein Subjekt A zu übertragen. Zusätzlich empfängt die Sende/Empfangs-Einheit 40 ein Echosignal von dem Subjekt A, das von der Ultraschallsonde 22 empfangen wird.
Die Sende/Empfangs-Einheit 40 ist mit einer B-Modus-Verarbeitungseinheit 42 und mit einer Doppler-Verarbeitungseinheit 44 verbunden. Somit wird ein Echo-Empfangs-Signal für jeden Schallstrahl, der aus der Sende/Empfangs-Einheit 40 ausgegeben wird, in die B-Modus-Verarbeitungseinheit 42 und die Doppler-Verarbeitungseinheit 44 eingegeben.
Die B-Modus-Verarbeitungseinheit 42 und die Doppler-Verarbeitungseinheit 44 sind mit einer Bildverarbeitungseinheit 46 verbunden. Die B-Modus-Verarbeitungseinheit 42, die Doppler-Verarbeitungseinheit 44 und die Bildverarbeitungseinheit 46 dienen als Bilderzeugungseinheiten. Die Bildverarbeitungseinheit 46 bildet ein B-Modus-Bild und ein Doppler-Bild basierend auf Daten, die von der B-Modus-Verarbeitungseinheit 42 beziehungsweise der Doppler-Verarbeitungseinheit 44 eingegeben werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 46 ist mit einer Anzeige 48 verbunden. Die Anzeige 48 empfängt ein Bildsignal von der Bildverarbeitungseinheit 46, um ein Bild basierend auf dem empfangenen Bildsignal anzuzeigen.
Die oben beschriebene Sende/Empfangseinheit 40, die B-Modus-Verarbeitungseinheit 42, die Doppler-Verarbeitungseinheit 44, die Bildverarbeitungseinheit 46 und die Anzeige 48 sind mit einer Steuereinheit 50 verbunden. Die Steuereinheit 50 liefert ein Steuersignal zu jeder dieser Einheiten, um die Operationen derselben zu steuern. Zusätzlich werden verschiedene Nachrichtensignale von den obigen Einheiten, welche durch die Steuereinheit 50 gesteuert werden, in die Steuereinheit 50 eingegeben. Unter der Steuerung, die von der Steuereinheit 50 durchgeführt wird, werden B-Modus-Operationen und Doppler-Modus-Operationen durchgeführt.
Die Steuereinheit 50 ist mit einer Betriebseinheit 52 verbunden. Ein Betreiber bedient die Betriebseinheit 52, um er wünschte Befehle und Informationen in die Steuereinheit 50 einzugeben. Die Betriebseinheit 52 besteht aus einem Betriebsbedienfeld mit einer Tastatur und anderen Betriebswerkzeugen.
Anschließend wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Ultraschallsonde 22 beschrieben, die in der Ultraschalldiagnosevorrichtung 20 verwendet wird.
Zunächst wird, wie es in 4 gezeigt ist, eine Mehrschichtstruktur 29 durch Laminieren einer Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten 28 und einer Mehrzahl von inneren Elektroden 30 gebildet. In diesem Fall wird die Mehrschichtstruktur 29 durch gleichzeitiges Brennen sowohl der piezoelektrischen Schicht 28 als auch der inneren Elektroden 30 gebildet. Ferner kann die Positionsanordnung der inneren Elektroden 30 unter Berücksichtigung von Schnittbreiten für ein späteres Schneiden, Breiten, die für piezoelektrische Oszillatoren 26 nötig sind, und des Abstands zwischen den piezoelektrischen Oszillatoren 26 nach dem Schneiden frei verändert werden. In 4 sind die piezoelektrischen Schichten 28 und die inneren Elektroden 30 auf vereinfachte Art und Weise gezeigt.
Anschließend wird die Mehrschichtstruktur 29 in der Laminatrichtung geschnitten, wie es in 4 gezeigt ist, und es wird, wie es in 5 gezeigt ist, eine Mutterplatine 31 gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Mehrschichtstruktur 29 nach dem Brennen der Mehrschichtstruktur 29 in die Mutterplatine 31 geschnitten. Die Mehrschichtstruktur 29 kann jedoch auch vor dem Brennen der Mehrschichtstruktur 29 in die Mutterplatine 31 geschnitten werden. Wenn die Mutterplatine 31 vor dem Brennen der Mehrschichtstruktur 29 von der Mehrschichtstruktur 29 weggeschnitten wird, kann die Mutterplatine 31 nach dem Schneiden gebrannt werden.
Dann werden äußere Elektroden 32 auf beiden Hauptoberflächen der Mutterplatine 31 gebildet.
Eine Gleichspannung wird zwischen die zwei äußeren Elektroden 32 angelegt, wodurch die Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten 28 abwechselnd in einer jeweils umgekehrten Dickenrichtung polarisiert wird. Ferner können bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise die piezoelektrischen Schichten 28 in Intervallen von zwei Schichten in der jeweils umgekehrten Dickenrichtung polarisiert werden. In anderen Worten ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Anordnung begrenzt, bei der die piezoelektrischen Schichten 28 abwechselnd in der jeweils umgekehrten Dickenrichtung polarisiert werden.
Die Mutterplatine 31 wird auf einer der Hauptoberflächen des Substrats 24 angebracht. In diesem Fall ist keine hohe Genauigkeit für die Position, an der die Mutterplatine 31 auf dem Substrat 24 angebracht wird, notwendig, wobei beliebige Abweichungen zu keinen ernsthaften Problemen führen.
Dann wird, wie es in 6 gezeigt wird, die Mutterplatine 31 durch ein Zerteilungsverfahren oder dergleichen in Matrixform geschnitten, um die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 zu erhalten. In diesem Fall wird keine hohe Genauigkeit zum Schneiden der Mutterplatine 31 benötigt, wobei beliebige Abweichungen zu keinen ernsthaften Problemen führen. In 6 ist die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 in fünf Zeilen und sechs Spalten angeordnet. Andere Anordnungen können jedoch mit unterschiedlichen Anzahlen für die Zeilen und Spalten hergestellt werden.
Anschließend wird eine Schallanpassungsschicht 34 auf die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 gebildet, wobei eine akustische Linse 36 auf der Schallanpassungsschicht 34 gebildet ist.
Bei der zweidimensionalen Ultraschallsonde 22 der Ultraschalldiagnosevorrichtung 20, die auf eine dreidimensionale Bilderzeugung und auf ein Verhalten mit hoher Genauigkeit angepaßt ist, werden piezoelektrische Oszillatoren 26 mit den Mehrschichtstrukturen verwendet. Als Ergebnis kann dieselbe Impedanzanpassung und Wellenempfangsempfindlichkeit im Vergleich zu der herkömmlichen Ultraschallsonde 1, die in 7 gezeigt ist, erreicht werden, wodurch ein gutes Verhalten erreicht werden kann.
Ferner werden bei der Ultraschalldiagnosevorrichtung 20 durch die Verwendung der piezoelektrischen Oszillatoren 26 mit den Mehrschichtstrukturen keine komplizierten Verfahren und keine hohe Verarbeitungsgenauigkeit bezüglich des Bildens von Durchgangslöchern und des Schneidens gemäß den Durchgangslöchern benötigt. Daher kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, wobei, wenn die piezoelektrischen Oszillatoren 26 hergestellt werden, keine hohe Herstellungsgenauigkeit notwendig ist. Als Ergebnis können bei der in 2 gezeigten Ultraschallsonde 22 Charakteristikavariationen zwischen den piezoelektrischen Oszillatoren 26 reduziert werden, wodurch eine hohe Auflösung erreicht werden kann.
Zusätzlich sind bei der Ultraschallsonde 1, die in 7 gezeigt ist, die in 8 gezeigten piezoelektrischen Oszillatoren auf dem Substrat 2 in Matrixform angeordnet. Wenn eine große Anzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 3 auf dem Substrat 2 angeordnet ist, wie es bei den bezugnehmend auf die in 6 bis 7 beschriebenen oben dargestellten Herstellungsverfahren der Fall ist, werden üblicherweise die piezoelektrischen Oszillatoren erhalten, indem sie von einer Mutterplatine oder einer Mehrschichtstruktur abgeschnitten werden, auf der die piezoelektrischen Oszillatoren 3 in Matrixform angeordnet sind.
Im Falle der piezoelektrischen Oszillatoren 3, die in 8 gezeigt sind, wird jedoch aufgrund von Variationen der Positionen der Durchgangslöcher 7 eine Unterteilung gemäß den Positionen der Durchgangslöcher 7 benötigt. Zusätzlich kann der Abstand zwischen den piezoelektrischen Oszillatoren nach dem Schneiden nicht mehr eingestellt werden.
Dagegen werden bei den piezoelektrischen Oszillatoren 26, die in der Ultraschalldiagnosevorrichtung 20 verwendet werden, unter Verwendung des oben bezeichneten Herstellungsverfahrens die komplizierten Prozeduren und die hohe Dimensionsgenauigkeit zum Bilden der Durchgangslöcher nicht benötigt. Daher kann dieses Verfahren Probleme lösen, die auftreten, wenn ein Zerteilen durchgeführt wird.
Zusätzlich ist es bei der Ultraschallsonde 22 möglich, eine große Anzahl von piezoelektrischen Oszillatoren 26 aus einer großen Mehrschichtstruktur 29 zu erhalten, wie es in 4 gezeigt ist.
Wenn ferner die piezoelektrischen Oszillatoren 26 durch Schneiden erhalten werden, ist es nicht nötig, gemäß den Durchgangslöchern zu schneiden. Wenn ferner die Mehrschichtstruktur 29, die in 4 gezeigt ist, gebildet wird, können Schneidebreiten, die Breiten der piezoelektrischen Oszillatoren 26 und der Abstand zwischen den piezoelektrischen Oszillatoren 26 nach dem Schneiden, welche voraussichtlich in späteren Verfahrensschritten erhalten werden, berücksichtigt werden, so daß der Abstand zwischen den inneren Elektroden 30 frei bestimmt werden kann. Als Ergebnis können Vorteile bezüglich der Kostenreduktion und der Freiheit im Entwurf erhöht werden.
Bei der obigen Ultraschalldiagnosevorrichtung 20 werden piezoelektrische Oszillatoren 26 mit spezifizierten Abmessungen in der Ultraschallsonde 22 verwendet. Die piezoelektrischen Oszillatoren 26, die in der Ultraschallsonde 22 verwendet werden, können jedoch auch andere Abmessungen haben.
Obwohl die Ultraschalldiagnosevorrichtung 20 die Sende/Empfangs-Einheit 40 und die anderen Einheiten zusätzlich zu der Ultraschallsonde 22 umfaßt, können diese Einrichtungen auch durch andere Einheiten ersetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Sensorarrays, wie z. B. Ultraschallsonden, die in Ultraschalldiagnosevorrichtungen verwendet werden, begrenzt. Beispielsweise kann die Erfindung auf Sensorarrays angewendet werden, die in Ultraschallmikroskopen und Metallfehlererfassungsvorrichtungen verwendet werden.
Wie es oben beschrieben worden ist, liefert die vorliegende Erfindung ein Sensorarray, das sehr empfindlich ist, und das in der Lage ist, ohne weiteres hergestellt zu werden. Zusätzlich liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des obigen Sensorarrays und eine Verwendung dieses Sensorarrays in einer Ultraschalldiagnosevorrichtung.

Claims

Sensorarray mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (24); und einer Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren (26), die auf einer Hauptoberfläche des Substrats in einer Matrixform angebracht sind, wobei jeder der piezoelektrischen Oszillatoren folgende Merkmale aufweist: – eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28), die in eine Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats laminiert sind; – äußere Elektroden (32), die auf zwei sich gegenüberliegenden Endseiten der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28) gebildet sind, wobei die Endseiten parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats (24) angeordnet sind; und – innere Elektroden (30), die zwischen der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28) angeordnet sind und alternierend mit den beiden äußeren Elektroden (32) elektrisch verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorarrays, mit folgenden Schritten: – Bilden einer Mehrschichtstruktur (29), bei der eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten (28) und eine Mehrzahl von inneren Elektroden (30) laminiert sind, wobei die inneren Elektroden an zwei zur Laminatrichtung parallelen Schnittebenen alternierend durchgehend oder unterbrochen sind; – Bilden einer Mutterplatine (31) durch Schneiden der Mehrschichtstruktur (29) in der Laminatrichtung an den Schnittebenen; – Bilden von äußeren Elektroden (32) auf beiden Hauptoberflächen der Mutterplatine (31) an den Schnittebenen; – Anbringen der Mutterplatine (31) auf einer Hauptoberfläche eines Substrats (24) derart, dass die Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten in eine Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats laminiert sind; und – Schneiden der Mutterplatine (31), um die Mehrzahl von piezoelektrischen Oszillatoren (26) zu erhalten.
Verwendung eines Sensorarrays nach Patentanspruch 1 in einer Ultraschallsonde in einer Ultraschalldiagnosevorrichtung.