JP2000014672A - Ultrasonic probe and manufacturing method thereof - Google Patents
Ultrasonic probe and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電振動子として圧電単結晶を用い、アレイ
加工時に圧電単結晶のチッピングを防止して特性劣化お
よび信頼性低下を防止できる超音波プローブを提供す
る。
【解決手段】 圧電単結晶からなる圧電振動子（１）
と、圧電振動子（１）の下面に形成されたゴム系バッキ
ング材（３）と、圧電振動子（１）の上面に形成された
音響マッチング層（４）とを具備した超音波プローブで
あって、圧電振動子（１）とゴム系バッキング材（３）
との間にチッピング防止層（２）が設けられている。
(57) Abstract: Provided is an ultrasonic probe that uses a piezoelectric single crystal as a piezoelectric vibrator, and prevents chipping of the piezoelectric single crystal during array processing, thereby preventing deterioration in characteristics and reliability. SOLUTION: A piezoelectric vibrator made of a piezoelectric single crystal (1)
An ultrasonic probe comprising: a rubber-based backing material (3) formed on the lower surface of the piezoelectric vibrator (1); and an acoustic matching layer (4) formed on the upper surface of the piezoelectric vibrator (1). And a piezoelectric vibrator (1) and a rubber-based backing material (3)
And an anti-chipping layer (2).
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動子として
単結晶を使用した医用超音波診断装置の超音波プローブ
およびその製造方法に関する。The present invention relates to an ultrasonic probe for a medical ultrasonic diagnostic apparatus using a single crystal as a piezoelectric vibrator and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】医用超音波診断装置の超音波プローブ
は、短冊形状の振動子を多数配列したアレイ型をなし、
超音波ビームを電子的に制御し、解像度の高い断層像を
リアルタイムで取得することができる。一般的な超音波
プローブの構造を図６に示す。図６において、圧電振動
子１の両面には図示しない電極が形成されている。圧電
振動子１の下面にはバッキング材３が設けられている。
圧電振動子１の上面には音響マッチング層４が形成さ
れ、圧電振動子１および音響マッチング層４はアレイ加
工されている。アレイプローブの配列ピッチは、狭いも
ので０．２ｍｍ程度である。音響マッチング層４の上に
音響レンズ５が形成されている。この音響レンズ５を通
して超音波の送受信が行われる。圧電振動子１の両面に
形成された電極は、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）
およびケーブルを介して診断装置に接続されている。2. Description of the Related Art An ultrasonic probe of a medical ultrasonic diagnostic apparatus has an array type in which a number of strip-shaped transducers are arranged.
By controlling the ultrasonic beam electronically, a high-resolution tomographic image can be obtained in real time. FIG. 6 shows the structure of a general ultrasonic probe. In FIG. 6, electrodes (not shown) are formed on both surfaces of the piezoelectric vibrator 1. A backing material 3 is provided on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1.
An acoustic matching layer 4 is formed on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1, and the piezoelectric vibrator 1 and the acoustic matching layer 4 are processed in an array. The array pitch of the array probes is as narrow as about 0.2 mm. An acoustic lens 5 is formed on the acoustic matching layer 4. Transmission and reception of ultrasonic waves are performed through the acoustic lens 5. The electrodes formed on both sides of the piezoelectric vibrator 1 are flexible printed wiring boards (FPC)
And a diagnostic device via a cable.
【０００３】図６に示す構造を有する超音波プローブ
は、図７（ａ）および（ｂ）に示す方法で製造される。
図７（ａ）に示すように、一体形状の圧電振動子１の両
面に図示しない電極を形成する。この圧電振動子１をバ
ッキング材３上に接着する。医用プローブでは、バッキ
ング材３として、ネオプレンゴムにフェライト粉末を混
合したバッキング材や、クロロプレンゴムとエポキシ樹
脂とを混合したバッキング材などのようにゴム系バッキ
ング材が用いられている。また、圧電振動子１の上面に
音響マッチング層４を形成する。次に、厚さ５０μｍ程
度のダイヤモンドブレードを有するダイシングソーを用
い、音響マッチング層４側から、圧電振動子１を切断
し、バッキング材３に深さ数百μｍの溝を形成するよう
に一度にダイシングする。その後、音響マッチング層４
上に音響レンズ５を形成して図６に示す構造を完成す
る。An ultrasonic probe having the structure shown in FIG. 6 is manufactured by a method shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
As shown in FIG. 7A, electrodes (not shown) are formed on both surfaces of the piezoelectric vibrator 1 having an integral shape. The piezoelectric vibrator 1 is bonded onto the backing material 3. In the medical probe, a rubber-based backing material such as a backing material in which neoprene rubber is mixed with ferrite powder or a backing material in which chloroprene rubber and epoxy resin are mixed is used as the backing material 3. Further, an acoustic matching layer 4 is formed on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1. Next, using a dicing saw having a diamond blade with a thickness of about 50 μm, the piezoelectric vibrator 1 is cut from the acoustic matching layer 4 side at a time so as to form a groove having a depth of several hundred μm in the backing material 3. Dicing. Then, the acoustic matching layer 4
The acoustic lens 5 is formed thereon to complete the structure shown in FIG.
【０００４】従来、医用プローブでは、圧電振動子とし
て電気機械結合係数ｋ33が７０％程度のチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミック材料が使用されてお
り、上記の製造方法によって特に問題を生じることはな
かった。Conventionally, in the medical probe, which is the electromechanical coupling coefficient k 33 is about 70% of lead zirconate titanate (PZT) based piezoelectric ceramic material is used as a piezoelectric vibrator, a particular problem by the above production method It did not occur.
【０００５】これに対して近年、たとえば亜鉛ニオブ酸
鉛の固溶体であるＰｂ（（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3 ）0.91Ｔｉ
0.09）Ｏ3 圧電単結晶のように電気機械結合定数ｋ33が
９０％以上と非常に効率に優れた材料が開発されてい
る。こうした圧電単結晶を用いれば、超音波プローブの
特性向上が期待できる。ところが、圧電単結晶を用いて
上記の製造方法を採用し、ゴム系バッキング材にエポキ
シ接着剤で圧電単結晶を接着し、圧電単結晶の上に音響
マッチング層を形成した後、ダイシングソーでアレイ加
工すると、圧電単結晶のゴム系バッキング材に接着され
た面のダイシングエッジ部にチッピングが発生すること
があるという問題が生じた。これは、Ｐｂ（（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2/3 ）0.91Ｔｉ0.09）Ｏ3 などの圧電単結晶の機械
的強度がＰＺＴ系圧電セラミックに比べて弱く、アレイ
加工時の応力によりゴム系バッキング材が変形して圧電
単結晶をしっかりと支持できなくなったときに、チッピ
ングが生じると考えられる。こうした圧電単結晶のチッ
ピングは、加工条件を調整しても抑制することが困難で
ある。On the other hand, recently, for example, Pb ((Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 Ti which is a solid solution of lead zinc niobate
0.09) O 3 material electromechanical coupling constant k 33 and excellent very efficient and 90% as the piezoelectric single crystal has been developed. If such a piezoelectric single crystal is used, an improvement in the characteristics of the ultrasonic probe can be expected. However, the above manufacturing method was adopted using a piezoelectric single crystal, the piezoelectric single crystal was bonded to a rubber-based backing material with an epoxy adhesive, an acoustic matching layer was formed on the piezoelectric single crystal, and then an array was formed using a dicing saw. When processing is performed, there has been a problem that chipping may occur at a dicing edge portion of a surface adhered to a rubber-based backing material of a piezoelectric single crystal. This is because Pb ((Zn 1/3
Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ) The mechanical strength of piezoelectric single crystals such as O 3 is weaker than that of PZT piezoelectric ceramics. When it becomes unsupportable, chipping is considered to occur. It is difficult to suppress such chipping of the piezoelectric single crystal even if the processing conditions are adjusted.
【０００６】このように圧電単結晶をアレイ加工する際
にチッピングが発生すると、短冊形状に加工された振動
子の電極面積が減少し特性劣化を招き、アレイ素子間の
特性ばらつきが大きくなる。アレイ素子数は数十から数
百に及ぶため、アレイ素子間の特性ばらつきは診断装置
に表示される断層像の画質に影響する。また、圧電単結
晶に発生したチッピングはクラックへと発展する可能性
もあり、これは信頼性の低下につながる。When chipping occurs when the piezoelectric single crystal is processed in an array as described above, the electrode area of the vibrator processed in the shape of a strip is reduced, resulting in deterioration of characteristics and large variation in characteristics between array elements. Since the number of array elements ranges from tens to hundreds, variations in characteristics between array elements affect the image quality of a tomographic image displayed on a diagnostic device. Further, chipping generated in the piezoelectric single crystal may develop into a crack, which leads to a decrease in reliability.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、圧電
振動子として圧電単結晶を用い、アレイ加工時に圧電単
結晶のチッピングを防止して特性劣化および信頼性低下
を防止できる超音波プローブおよびその製造方法を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe which uses a piezoelectric single crystal as a piezoelectric vibrator, prevents chipping of the piezoelectric single crystal during array processing, and prevents deterioration in characteristics and reliability. It is to provide a manufacturing method thereof.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の超音波プローブ
は、圧電単結晶を用いた圧電振動子と、前記圧電振動子
の下面に形成されたゴム系バッキング材と、前記圧電振
動子の上面に形成された音響マッチング層と、前記圧電
振動子とゴム系バッキング材との間に設けられたチッピ
ング防止層とを具備したことを特徴とする。An ultrasonic probe according to the present invention comprises a piezoelectric vibrator using a piezoelectric single crystal, a rubber-based backing material formed on a lower surface of the piezoelectric vibrator, and an upper surface of the piezoelectric vibrator. And an anti-chipping layer provided between the piezoelectric vibrator and the rubber-based backing material.
【０００９】本発明の超音波プローブの製造方法は、圧
電単結晶を用いた圧電振動子の一方の面に音響マッチン
グ層を接着する工程と、前記圧電振動子側から前記音響
マッチング層の一部に達するまでダイシングする工程
と、前記圧電振動子の他方の面にゴム系バッキング材を
接着する工程と、前記音響マッチング層側から前記ダイ
シング工程で形成されたダイシングラインに達するまで
ダイシングする工程とを具備したことを特徴とする。According to the method of manufacturing an ultrasonic probe of the present invention, an acoustic matching layer is bonded to one surface of a piezoelectric vibrator using a piezoelectric single crystal, and a part of the acoustic matching layer is formed from the piezoelectric vibrator side. Dicing until reaching, the step of bonding a rubber-based backing material to the other surface of the piezoelectric vibrator, and the step of dicing from the acoustic matching layer side to reach the dicing line formed in the dicing step It is characterized by having.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。本発明の超音波プローブは、圧電振動子として圧
電単結晶を用いたものである。圧電単結晶は特に限定さ
れず、Ｐｂ（（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）0.91Ｔｉ0.09）Ｏ3
に代表される亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛との固溶体か
らなる単結晶、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛と
の固溶体からなる単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶など
が挙げられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The ultrasonic probe of the present invention uses a piezoelectric single crystal as the piezoelectric vibrator. The piezoelectric single crystal is not particularly limited, and Pb ((Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ) O 3
A single crystal composed of a solid solution of lead zinc niobate and lead titanate, a single crystal composed of a solid solution of lead magnesium niobate and lead titanate, and a single crystal of lithium niobate.
【００１１】本発明の超音波プローブでは、圧電振動子
とゴム系バッキング材との間にチッピング防止層を設け
て、アレイ加工時の圧電振動子のチッピングを防止す
る。本発明におけるチッピング防止層には、ゴム系バッ
キング材よりも硬く、応力に対して変形しにくい材料が
用いられる。具体的には、セラミックやガラスなどの無
機系材料、銅合金などの金属材料、エンジニアリングプ
ラスチックたとえばポリカーボネートなどの硬質樹脂材
料、およびこれらの複合材料たとえばアルミナ粉末を分
散させたエポキシ樹脂などを好適に用いることができ
る。これらの材料のうち快削性セラミックやＰＺＴ系セ
ラミックなどのセラミック材料は、ダイヤモンドブレー
ドによる加工が容易なので特に好ましい。また、チッピ
ング防止層としてリード引出し用のフレキシブル印刷配
線板（ＦＰＣ）の導電層を利用してもよい。In the ultrasonic probe of the present invention, a chipping preventing layer is provided between the piezoelectric vibrator and the rubber-based backing material to prevent chipping of the piezoelectric vibrator during array processing. For the anti-chipping layer in the present invention, a material that is harder than a rubber-based backing material and is less likely to be deformed by stress is used. Specifically, inorganic materials such as ceramics and glass, metal materials such as copper alloys, hard resin materials such as engineering plastics such as polycarbonate, and composite materials thereof such as epoxy resin in which alumina powder is dispersed are preferably used. be able to. Among these materials, ceramic materials such as free-cutting ceramics and PZT-based ceramics are particularly preferable because they can be easily processed by a diamond blade. Further, a conductive layer of a flexible printed wiring board (FPC) for lead extraction may be used as the chipping prevention layer.
【００１２】チッピング防止層が薄すぎると、チッピン
グを防止する効果が得られない。一方、チッピング防止
層が厚すぎると、チッピング防止層とバッキング材との
音響インピーダンスの差に基づいてプローブ特性が変化
する。特に、圧電単結晶とバッキング材との間にチッピ
ング防止層としてセラミックのようにバッキング材と比
べて音響インピーダンスの大きい材料が挿入された場合
にはプローブ特性への影響が生じやすい。このため、チ
ッピング防止層は適当な厚さを有することが好ましい。If the anti-chipping layer is too thin, the effect of preventing chipping cannot be obtained. On the other hand, if the anti-chipping layer is too thick, the probe characteristics change based on the difference in acoustic impedance between the anti-chipping layer and the backing material. In particular, when a material having a higher acoustic impedance than the backing material, such as ceramic, is inserted between the piezoelectric single crystal and the backing material as a chipping prevention layer, the effect on the probe characteristics is likely to occur. For this reason, the anti-chipping layer preferably has an appropriate thickness.
【００１３】ここで、従来の方法で超音波プローブを製
造する場合、圧電単結晶はバッキング材上にエポキシ系
接着剤で接着されているので、両者の間に約３μｍ以下
の接着層が存在する。しかし、上述したようにこの状態
でアレイ加工すると、圧電単結晶にチッピングが発生
し、アレイ素子間の特性ばらつきは６ｄＢ以上になる。In the case where an ultrasonic probe is manufactured by a conventional method, since the piezoelectric single crystal is bonded on the backing material with an epoxy-based adhesive, an adhesive layer of about 3 μm or less exists between the two. . However, as described above, when the array is processed in this state, chipping occurs in the piezoelectric single crystal, and the characteristic variation between array elements becomes 6 dB or more.
【００１４】上記のエポキシ接着剤の厚さを考慮に入
れ、ＰＺＴ系セラミックスで厚さ５μｍのチッピング防
止層を形成してアレイ加工したところ、チッピングの発
生を防止できた。ただし、アレイ素子間の特性ばらつき
は２ｄＢ程度であった。また、現実的に５μｍ程度のチ
ッピング防止層を均一な厚みで形成することは困難であ
る。そこで、ＰＺＴ系セラミックスで厚さ１０μｍのチ
ッピング防止層を形成したところ、チッピングの発生が
なく、しかもアレイ素子間の特性ばらつきは１ｄＢ以下
であった。以上のことから、チッピング防止層の厚さは
５μｍ以上、さらに１０μｍ以上であることが好まし
い。Taking into account the thickness of the epoxy adhesive, a chipping prevention layer having a thickness of 5 μm was formed of PZT ceramics and array processing was performed. As a result, chipping was prevented. However, the characteristic variation between the array elements was about 2 dB. Further, it is practically difficult to form an anti-chipping layer of about 5 μm with a uniform thickness. Thus, when a 10 μm-thick anti-chipping layer was formed of PZT-based ceramics, no chipping occurred and the characteristic variation between array elements was 1 dB or less. From the above, the thickness of the anti-chipping layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more.
【００１５】一方、チッピング防止層の厚さの上限値Ｔ
は、チッピング防止層の音響インピーダンスをＺ、ゴム
系バッキング材の音響インピーダンスをＺB 、超音波プ
ローブの中心周波数に対応する波長をλとするとき、 Ｚ＞ＺB の場合にはＴ≦λ×２×ＺB ／Ｚ Ｚ＜ＺB の場合にはＴ≦λ×２×Ｚ／ＺB という条件を満たすように設定することが好ましい。チ
ッピング防止層の厚さが上記の式から得られる上限値Ｔ
より薄ければ、チッピング防止層とバッキング材との音
響インピーダンスの差に基づくプローブ特性の変化を防
止でき、感度低下を抑制できる。On the other hand, the upper limit value T of the thickness of the anti-chipping layer
Is Z, the acoustic impedance of the rubber-based backing material is Z B , and the wavelength corresponding to the center frequency of the ultrasonic probe is λ. If Z> Z B , T ≦ λ × When 2 × Z B / Z Z <Z B , it is preferable to set so as to satisfy the condition of T ≦ λ × 2 × Z / Z B. The upper limit value T of the thickness of the anti-chipping layer obtained from the above equation
If the thickness is smaller, a change in probe characteristics based on a difference in acoustic impedance between the anti-chipping layer and the backing material can be prevented, and a decrease in sensitivity can be suppressed.
【００１６】また、超音波プローブでは、圧電振動子の
上下両面に形成された１対の電極を片側から引き出すた
めに２層のＦＰＣの導電層と半田付けする。この場合、
ＦＰＣの導電層が接続された領域は他の領域と比べて半
田や導電層の影響で特性が若干劣化するため、音場の対
称性を乱す原因となる。従来の圧電セラミックスを用い
た場合、電極構造を変更することにより、この問題を解
消している。たとえば、圧電振動子の上面の電極は全面
に形成するが、下面の電極は中央電極と２つの端部電極
に分離し、上面の電極と中央電極との間に電界を印加し
て圧電振動子の中央部のみを分極する。この結果、中央
部のみが振動子として機能し、両端部は振動子として機
能しないので、音場の対称性を確保できる。その後、圧
電振動子の電極を片側から引き出すために、下面側では
ＦＰＣの導電層を、端部電極および中央電極の端部側の
微小領域と半田付けして強度を持たせている。In the ultrasonic probe, a pair of electrodes formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrator are soldered to two conductive layers of the FPC in order to pull out a pair of electrodes from one side. in this case,
The characteristics of the region of the FPC to which the conductive layer is connected are slightly deteriorated due to the influence of the solder and the conductive layer as compared with the other regions, and this causes disturbance of the symmetry of the sound field. In the case of using the conventional piezoelectric ceramics, this problem is solved by changing the electrode structure. For example, the electrode on the upper surface of the piezoelectric vibrator is formed on the entire surface, but the electrode on the lower surface is separated into a center electrode and two end electrodes, and an electric field is applied between the upper electrode and the center electrode to form a piezoelectric vibrator. Is polarized only in the center. As a result, only the central portion functions as a vibrator, and both ends do not function as vibrators, so that symmetry of the sound field can be ensured. Thereafter, in order to draw out the electrodes of the piezoelectric vibrator from one side, the conductive layer of the FPC is soldered on the lower surface side to the minute regions on the end side of the end electrode and the center electrode to have strength.
【００１７】ところが、圧電単結晶はキュリー点が１８
０℃程度と低いため、半田付けやアレイ加工の熱で分極
劣化を生じやすい。このため、圧電単結晶はアレイ加工
後に再分極する必要がある。しかし、上記のように圧電
振動子の下面の電極を中央電極と２つの端部電極に分離
しても、上面の全面に電極を形成していると、この再分
極の際にＦＰＣの導電層を半田付けした端部電極と上面
電極との間にも電界が印加され、振動子端部も分極され
て振動子として機能するようになる。この結果、半田や
導電層の影響により音場の対称性が乱されるようにな
る。However, the piezoelectric single crystal has a Curie point of 18
Since the temperature is as low as about 0 ° C., polarization deterioration easily occurs due to heat of soldering or array processing. Therefore, the piezoelectric single crystal needs to be repolarized after the array processing. However, even if the electrodes on the lower surface of the piezoelectric vibrator are separated into the center electrode and the two end electrodes as described above, if the electrodes are formed on the entire upper surface, the conductive layer of the FPC will An electric field is also applied between the end electrodes to which the electrodes are soldered and the upper surface electrodes, and the ends of the vibrator are also polarized and function as vibrators. As a result, the symmetry of the sound field is disturbed by the influence of the solder and the conductive layer.
【００１８】本発明においては、圧電振動子の両端部に
は電界が印加されることがないように電極構造を改良
し、音場の対称性を確保することが好ましい。具体的に
は、圧電振動子の上下両面に形成される１対の電極につ
いて、一方の電極は圧電振動子の一端から離して形成
し、他方の電極は圧電振動子の他端から離して形成す
る。また、チッピング防止層の上下両面および一側面を
覆うような電極を形成し、チッピング防止層上面の電極
は圧電振動子下面の電極と実質的に同一形状に形成して
これらを互いに接続し、チッピング防止層下面の電極は
全面に形成する。そして、圧電振動子上面の電極とチッ
ピング防止層下面の電極にそれぞれリード引出し用印刷
配線板の導電層を接続する。このような電極構造では、
圧電振動子の両端部では上面または下面のいずれか一方
に電極が存在しないので、両端部が分極されることはな
く、音場の対称性が乱されることもない。In the present invention, it is preferable to improve the electrode structure so that no electric field is applied to both ends of the piezoelectric vibrator, and to ensure the symmetry of the sound field. Specifically, for a pair of electrodes formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrator, one electrode is formed apart from one end of the piezoelectric vibrator, and the other electrode is formed away from the other end of the piezoelectric vibrator. I do. Also, an electrode is formed so as to cover the upper and lower surfaces and one side surface of the chipping prevention layer, and the electrode on the upper surface of the chipping prevention layer is formed in substantially the same shape as the electrode on the lower surface of the piezoelectric vibrator, and these are connected to each other. The electrode on the lower surface of the prevention layer is formed on the entire surface. Then, the conductive layers of the lead-out printed wiring board are connected to the electrodes on the upper surface of the piezoelectric vibrator and the electrodes on the lower surface of the chipping prevention layer, respectively. In such an electrode structure,
Since there is no electrode on either the upper surface or the lower surface at both ends of the piezoelectric vibrator, both ends are not polarized, and the symmetry of the sound field is not disturbed.
【００１９】さらに、上述したようにチッピング防止層
としてＦＰＣの導電層を利用する場合に、半田を用いず
に、接着剤を加圧しながら圧電振動子の電極とＦＰＣの
導電層とを密着させて導通をとるようにすれば、音場の
対称性を確保することができる。しかも、半田付け時の
局所的な加熱による残留応力の発生、さらには残留応力
による圧電単結晶へのクラック発生も防止でき、超音波
プローブの歩留りを向上できる。Further, when the conductive layer of the FPC is used as the anti-chipping layer as described above, the electrode of the piezoelectric vibrator and the conductive layer of the FPC are brought into close contact with each other while pressing the adhesive without using solder. If conduction is taken, symmetry of the sound field can be ensured. In addition, it is possible to prevent the generation of residual stress due to local heating at the time of soldering, and also to prevent the generation of cracks in the piezoelectric single crystal due to the residual stress, thereby improving the yield of the ultrasonic probe.
【００２０】次に、本発明の超音波プローブの製造方法
は、チッピング防止層を設けることなく、アレイ加工時
に圧電単結晶のチッピングを防止しようとするものであ
る。この方法では、圧電単結晶からなる圧電振動子の一
方の面に音響マッチング層を接着した後、圧電振動子側
から音響マッチング層の一部に達するまでダイシングを
行う。このダイシング工程では、圧電単結晶の下部が音
響マッチング層で支持されているので、圧電単結晶のチ
ッピングを防止できる。その後、圧電振動子の他方の面
にゴム系バッキング材を接着した後、音響マッチング層
側から前記ダイシング工程で形成されたダイシングライ
ンに達するまでダイシングする。このような方法によ
り、圧電単結晶のチッピングを防止できる。Next, the method for manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention is intended to prevent chipping of a piezoelectric single crystal during array processing without providing a chipping preventing layer. In this method, after an acoustic matching layer is adhered to one surface of a piezoelectric vibrator made of a piezoelectric single crystal, dicing is performed from the piezoelectric vibrator side to reach a part of the acoustic matching layer. In this dicing step, since the lower part of the piezoelectric single crystal is supported by the acoustic matching layer, chipping of the piezoelectric single crystal can be prevented. Then, after bonding a rubber-based backing material to the other surface of the piezoelectric vibrator, dicing is performed from the acoustic matching layer side to the dicing line formed in the dicing step. By such a method, chipping of the piezoelectric single crystal can be prevented.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例１ 図１に本実施例の超音波プローブの基本的な構成を断面
図で示す。圧電振動子１はＰｂ（（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）
0.91Ｔｉ0.09）Ｏ3 単結晶からなっており、所定方位に
切り出され、所定形状に加工されている。この圧電振動
子１の上下両面には図示しない電極が形成されている。
これらの電極にはそれぞれ図示しないＦＰＣの導電層が
接続される。圧電振動子１の下面にはチッピング防止層
２が接着されている。チッピング防止層２の下面はゴム
系バッキング材３上に接着されている。圧電振動子１の
上面には音響マッチング層４を形成されている。この状
態でダイシングソーにセットし、所定のピッチで音響マ
ッチング層４、圧電振動子１およびチッピング防止層２
を切断して紙面と平行な方向に延びる溝（この図では図
示されない）を形成してアレイ加工する。この際、圧電
振動子１とゴム系バッキング材３との間にチッピング防
止層２が形成されているため、圧電振動子１はチッピン
グなしに加工できる。その後、切断溝にシリコーン樹脂
を充填し、音響マッチング層４上に音響レンズ５を接着
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a basic configuration of an ultrasonic probe according to this embodiment. The piezoelectric vibrator 1 is composed of Pb ((Zn 1/3 Nb 2/3 )
0.91 Ti 0.09 ) O 3 single crystal, cut out in a predetermined direction and processed into a predetermined shape. Electrodes (not shown) are formed on both upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrator 1.
Each of these electrodes is connected to a conductive layer of an FPC (not shown). An anti-chipping layer 2 is adhered to the lower surface of the piezoelectric vibrator 1. The lower surface of the chipping prevention layer 2 is adhered on the rubber backing material 3. An acoustic matching layer 4 is formed on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1. In this state, it is set on a dicing saw, and the acoustic matching layer 4, the piezoelectric vibrator 1, and the chipping preventing layer 2 are formed at a predetermined pitch.
Are cut to form grooves (not shown in this figure) extending in a direction parallel to the plane of the paper, and array processing is performed. At this time, since the anti-chipping layer 2 is formed between the piezoelectric vibrator 1 and the rubber-based backing material 3, the piezoelectric vibrator 1 can be processed without chipping. After that, the cut grooves are filled with silicone resin, and the acoustic lens 5 is bonded onto the acoustic matching layer 4.
【００２２】チッピング防止層２として、厚さ５０μｍ
の快削性セラミックもしくはＰＺＴ系セラミック、厚さ
７５μｍのルミマット（樹脂シート）、厚さ１００μｍ
のポリカーボネート、厚さ５０μｍの銅合金、または厚
さ３０μｍのアルミナ粉末をエポキシ樹脂に分散させた
複合材料を用いたが、いずれの場合もチッピングなしに
圧電単結晶からなる圧電振動子１をアレイ加工できた。The thickness of the anti-chipping layer 2 is 50 μm.
Free-cutting ceramic or PZT-based ceramic, 75μm thick Lumimat (resin sheet), 100μm thick
Polycarbonate, 50 μm thick copper alloy, or a composite material in which 30 μm thick alumina powder was dispersed in an epoxy resin was used. In any case, the piezoelectric vibrator 1 made of a piezoelectric single crystal was arrayed without chipping. did it.
【００２３】ここで、チッピング防止層の厚さＴは、チ
ッピング防止層の音響インピーダンスをＺ、ゴム系バッ
キング材の音響インピーダンスをＺB 、超音波プローブ
の中心周波数に対応する波長をλとして、 Ｚ＞ＺB の場合にはＴ≦λ×２×ＺB ／Ｚ Ｚ＜ＺB の場合にはＴ≦λ×２×Ｚ／ＺB の条件を満たすように設定されている。これは、チッピ
ング防止層２とバッキング材３との音響インピーダンス
の差によるプローブ特性への影響を避けるためである。
チッピング防止層の厚さが上記の条件を満たしていれ
ば、感度の低下は１ｄＢ以下と無視できる程度である。Here, the thickness T of the anti-chipping layer is Z, where Z is the acoustic impedance of the anti-chipping layer, Z B is the acoustic impedance of the rubber-based backing material, and λ is the wavelength corresponding to the center frequency of the ultrasonic probe. > in the case of Z B in the case of T ≦ λ × 2 × Z B / Z Z <Z B is set so as to satisfy the condition of T ≦ λ × 2 × Z / Z B. This is to avoid the influence on the probe characteristics due to the difference in acoustic impedance between the anti-chipping layer 2 and the backing material 3.
If the thickness of the anti-chipping layer satisfies the above condition, the decrease in sensitivity is 1 dB or less, which is negligible.
【００２４】具体的に、チッピング防止層２の厚さの上
限値を計算した結果を以下に示す。ここで使用したゴム
系バッキング材の音響インピーダンスＺB は、２．２×
１０6 ｋｇ／ｍ2 ｓである。Specifically, the calculation result of the upper limit value of the thickness of the anti-chipping layer 2 is shown below. The acoustic impedance Z B of the rubber-based backing material used here was 2.2 ×
10 6 kg / m 2 s.
【００２５】たとえば、ＰＺＴ系セラミックの音響イン
ピーダンスＺは３５×１０6 ｋｇ／ｍ2 ｓである。ＰＺ
Ｔ系セラミック中の音速は４５００ｍ／ｓであり、周波
数５ＭＨｚでは波長λは０．９ｍｍである。この場合、
ＰＺＴ系セラミックからなるチッピング防止層の厚さ
は、０．１１３ｍｍ以下にすればよい。For example, the acoustic impedance Z of the PZT ceramic is 35 × 10 6 kg / m 2 s. PZ
The speed of sound in the T-based ceramic is 4500 m / s, and the wavelength λ is 0.9 mm at a frequency of 5 MHz. in this case,
The thickness of the anti-chipping layer made of a PZT-based ceramic may be 0.113 mm or less.
【００２６】また、ポリカーボネートの音響インピーダ
ンスＺは２．４×１０6 ｋｇ／ｍ2ｓである。ポリカー
ボネート中の音速は１９５０ｍ／ｓであり、周波数５Ｍ
Ｈｚでは波長λは０．３９ｍｍである。この場合、ポリ
カーボネートからなるチッピング防止層の厚さは、０．
７ｍｍ以下にすればよい。このようにゴム系バッキング
材に近い音響インピーダンスを有するチッピング防止層
を用いれば、かなり厚いチッピング防止層を形成するこ
とができ、厚みに関する制限は少ない。The acoustic impedance Z of the polycarbonate is 2.4 × 10 6 kg / m 2 s. The speed of sound in polycarbonate is 1950 m / s and the frequency is 5M
At Hz, the wavelength λ is 0.39 mm. In this case, the thickness of the anti-chipping layer made of polycarbonate is 0.1 mm.
What is necessary is just to make it 7 mm or less. By using the anti-chipping layer having an acoustic impedance close to that of the rubber-based backing material, a considerably thick anti-chipping layer can be formed, and there is little restriction on the thickness.
【００２７】図２に本実施例における超音波プローブを
より詳細に示し、製造方法とともに説明する。圧電振動
子１の下面および上面にそれぞれ電極６、７を形成す
る。電極６、７から圧電振動子１に電界を印加すること
により分極する。圧電振動子１の上面の電極７の端部に
接地（ＧＮＤ）用ＦＰＣ８の導電層を半田付けする。圧
電振動子１の下面の電極６の端部に信号用ＦＰＣ９の導
電層を半田付けする。圧電振動子１の下面に、ＦＰＣ９
の導電層との接続部を除いて、厚さ１００μｍのポリカ
ーボネートからなるチッピング防止層２をエポキシ接着
剤で接着する。ＦＰＣ９の導電層とチッピング防止層２
との厚みの差をなくすために、ＦＰＣ９の導電層の接続
部下部の段差にエポキシ接着剤１０を埋める。圧電振動
子１の上面に、アルミナ粉末をエポキシ樹脂に分散させ
た複合材料からなる所定厚さの第１音響マッチング層４
を形成し、さらにその上にルミマット（樹脂シート）か
らなる所定厚さの第２音響マッチング層４’を接着す
る。チッピング防止層２の下面をゴム系バッキング材３
上にエポキシ樹脂で接着する。FIG. 2 shows the ultrasonic probe according to the present embodiment in more detail, and explains the ultrasonic probe together with the manufacturing method. Electrodes 6 and 7 are formed on the lower and upper surfaces of the piezoelectric vibrator 1, respectively. Polarization is performed by applying an electric field from the electrodes 6 and 7 to the piezoelectric vibrator 1. The conductive layer of the FPC 8 for grounding (GND) is soldered to the end of the electrode 7 on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1. The conductive layer of the signal FPC 9 is soldered to the end of the electrode 6 on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1. An FPC 9 is provided on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1.
A chipping prevention layer 2 made of polycarbonate having a thickness of 100 μm is adhered with an epoxy adhesive except for a connection portion with the conductive layer. Conductive layer of FPC 9 and anti-chipping layer 2
The epoxy adhesive 10 is buried in the step below the connection portion of the conductive layer of the FPC 9 in order to eliminate the difference in thickness between the FPC 9 and the FPC 9. On a top surface of the piezoelectric vibrator 1, a first acoustic matching layer 4 of a predetermined thickness made of a composite material in which alumina powder is dispersed in epoxy resin.
Is formed, and a second acoustic matching layer 4 ′ of a predetermined thickness made of a Lumi mat (resin sheet) is bonded thereon. A rubber-based backing material 3
Adhere it with epoxy resin.
【００２８】次に、ＦＰＣ８、９をバッキング材の側面
に沿うように下方に折り曲げる。この状態でダイシング
ソーにセットし、所定のピッチで第２音響マッチング層
４’、第１音響マッチング層４、圧電振動子１およびチ
ッピング防止層２を切断してアレイ加工する。圧電振動
子１はチッピングなしに加工できる。圧電単結晶１はア
レイ加工後に分極劣化を生じるため、ＦＰＣ８、９の導
電層から直流電圧を印加して再分極を行う。その後、切
断溝にシリコーン樹脂を充填し、第２音響マッチング層
４’上に音響レンズ５を接着する。さらに、ＦＰＣの端
部にケーブルを接続し、ケースに収納して超音波プロー
ブを製造する。Next, the FPCs 8 and 9 are bent downward along the side surfaces of the backing material. In this state, the apparatus is set on a dicing saw, and the second acoustic matching layer 4 ′, the first acoustic matching layer 4, the piezoelectric vibrator 1, and the chipping prevention layer 2 are cut at a predetermined pitch to perform array processing. The piezoelectric vibrator 1 can be processed without chipping. Since polarization degradation of the piezoelectric single crystal 1 occurs after array processing, repolarization is performed by applying a DC voltage from the conductive layers of the FPCs 8 and 9. Thereafter, the cut groove is filled with silicone resin, and the acoustic lens 5 is bonded on the second acoustic matching layer 4 '. Further, a cable is connected to the end of the FPC and housed in a case to manufacture an ultrasonic probe.
【００２９】このようにして製造された超音波プローブ
では、アレイ素子間の特性ばらつきは１ｄＢ以下と良好
である。 実施例２ 図２に示した構造を有する超音波プローブでは、ＦＰＣ
の導電層が半田付けされた端部の領域で特性が若干劣化
することがあり、音場の対称性を乱す原因となりうる。
図３にこの問題を解決することができる超音波プローブ
の構造を示す。In the ultrasonic probe manufactured as described above, the characteristic variation between the array elements is as good as 1 dB or less. Example 2 In an ultrasonic probe having the structure shown in FIG.
The characteristics may be slightly deteriorated in the region of the end where the conductive layer is soldered, which may disturb the symmetry of the sound field.
FIG. 3 shows the structure of an ultrasonic probe that can solve this problem.
【００３０】図３において、圧電振動子１の下面および
上面にそれぞれ電極６、７を形成する。下面の電極６
は、ＦＰＣの導電層が接続される側と反対側の端部から
離して形成し、この端部を除く全面に形成する。上面の
電極７は、ＦＰＣの導電層が接続される側の端部から離
して形成し、この端部を除く全面に形成する。電極６、
７から圧電振動子１に電界を印加することにより分極す
る。このとき、圧電振動子１の両端部では下面または上
面の電極が存在しないので、これらの両端部は分極され
ない。In FIG. 3, electrodes 6 and 7 are formed on the lower and upper surfaces of the piezoelectric vibrator 1, respectively. Lower electrode 6
Is formed apart from the end of the FPC opposite to the side to which the conductive layer is connected, and is formed on the entire surface excluding this end. The electrode 7 on the upper surface is formed apart from the end on the side to which the conductive layer of the FPC is connected, and is formed on the entire surface excluding this end. Electrode 6,
Polarization is performed by applying an electric field to the piezoelectric vibrator 1 from 7. At this time, since there is no lower or upper electrode at both ends of the piezoelectric vibrator 1, these two ends are not polarized.
【００３１】一方、厚さ５０μｍのアルミナからなるチ
ッピング防止層２を用意し、その上下両面および一側面
を覆うように電極１１を形成する。上面の電極は圧電振
動子１下面の電極６と実質的に同一形状になるように、
すなわちＦＰＣの導電層が接続される側の端部から離し
て形成し、この端部を除く全面に形成する。下面の電極
は全面に形成する。On the other hand, an anti-chipping layer 2 made of alumina having a thickness of 50 μm is prepared, and an electrode 11 is formed so as to cover both upper and lower surfaces and one side surface. The electrode on the upper surface has substantially the same shape as the electrode 6 on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1.
That is, the FPC is formed apart from the end on the side to which the conductive layer is connected, and is formed on the entire surface excluding the end. The lower electrode is formed on the entire surface.
【００３２】圧電振動子１の下面の電極６とチッピング
防止層２の上面の電極とをエポキシ接着剤で接着する。
この際、接着剤を加圧しながら硬化することにより、両
電極を導通させる。また、端部における圧電振動子１の
下面とチッピング防止層２の上面との間に生じる、これ
らの電極の厚みに相当する間隙を埋めるために、エポキ
シ接着剤１０を充填する。The electrode 6 on the lower surface of the piezoelectric vibrator 1 and the electrode on the upper surface of the chipping preventing layer 2 are bonded with an epoxy adhesive.
At this time, the two electrodes are made conductive by curing the adhesive while applying pressure. An epoxy adhesive 10 is filled to fill a gap between the lower surface of the piezoelectric vibrator 1 and the upper surface of the chipping prevention layer 2 corresponding to the thickness of these electrodes at the end.
【００３３】圧電振動子１の上面の電極７の端部にＧＮ
Ｄ用ＦＰＣ８の導電層を半田付けする。チッピング防止
層２の下面の電極の端部に信号用ＦＰＣ９の導電層を半
田付けする。圧電振動子１の上面に第１音響マッチング
層４および第２音響マッチング層４’を形成し、チッピ
ング防止層２の下面をゴム系バッキング材３上にエポキ
シ樹脂で接着する。GN is applied to the end of the electrode 7 on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1.
The conductive layer of the D FPC 8 is soldered. The conductive layer of the signal FPC 9 is soldered to the edge of the electrode on the lower surface of the chipping prevention layer 2. The first acoustic matching layer 4 and the second acoustic matching layer 4 ′ are formed on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1, and the lower surface of the anti-chipping layer 2 is bonded on the rubber-based backing material 3 with epoxy resin.
【００３４】次に、ＦＰＣ８、９をバッキング材の側面
に沿うように下方に折り曲げる。この状態でダイシング
ソーにセットし、所定のピッチで第２音響マッチング層
４’、第１音響マッチング層４、圧電振動子１およびチ
ッピング防止層２を切断してアレイ加工する。圧電振動
子１はチッピングなしに加工できる。アレイ加工後に再
分極を行う。この再分極では、圧電振動子１の上下両面
の電極６、７が対向している中央部のみが分極され、両
端部は未分極の状態に維持できる。この際、ＦＰＣが接
続される端部においては、圧電振動子１、エポキシ接着
剤１０およびチッピング防止層２の積層体を挟んで上下
から電圧が印加される。しかし、圧電振動子１の誘電率
に比べてアルミナからなるチッピング防止層２の誘電率
は非常に小さいため、電圧の大部分がチッピング防止層
２に印加され、圧電振動子１には分極させるのに十分な
電圧が印加されないので分極されない。その後、切断溝
にシリコーン樹脂を充填し、第２音響マッチング層４’
上に音響レンズ５を接着する。さらに、ＦＰＣの端部に
ケーブルを接続し、ケースに収納して超音波プローブを
製造する。Next, the FPCs 8 and 9 are bent downward along the side surfaces of the backing material. In this state, it is set on a dicing saw, and the second acoustic matching layer 4 ′, the first acoustic matching layer 4, the piezoelectric vibrator 1 and the anti-chipping layer 2 are cut at a predetermined pitch and processed in an array. The piezoelectric vibrator 1 can be processed without chipping. After the array processing, repolarization is performed. In this repolarization, only the central portion of the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrator 1 where the electrodes 6 and 7 face each other is polarized, and both ends can be maintained in an unpolarized state. At this time, a voltage is applied to the end to which the FPC is connected from above and below with the laminate of the piezoelectric vibrator 1, the epoxy adhesive 10, and the chipping preventing layer 2 interposed therebetween. However, since the dielectric constant of the anti-chipping layer 2 made of alumina is much smaller than the dielectric constant of the piezoelectric vibrator 1, most of the voltage is applied to the anti-chipping layer 2 and the piezoelectric vibrator 1 is polarized. Is not polarized because sufficient voltage is not applied. After that, the cut groove is filled with silicone resin, and the second acoustic matching layer 4 ′ is filled.
The acoustic lens 5 is adhered on top. Further, a cable is connected to the end of the FPC and housed in a case to manufacture an ultrasonic probe.
【００３５】このようにして製造された超音波プローブ
では、アレイ素子間の特性ばらつきは１ｄＢ以下と小さ
く、各振動子の音場は対称性を有している。 実施例３ 図４に本実施例の超音波プローブの構造を示す。単結晶
振動子１の上下両面の全面に電極６、７を形成する。一
方、圧電振動子の面積にほぼ等しい面積となるように、
厚さ約２０μｍの銅板からなる導電層をむき出しにした
ＧＮＤ用ＦＰＣ８および信号用ＦＰＣ９を用意する。圧
電振動子１の上面の電極７の端部にＧＮＤ用ＦＰＣ８の
導電層をエポキシ接着剤で接着する。チッピング防止層
２の下面の電極の端部に信号用ＦＰＣ９の導電層をエポ
キシ接着剤で接着する。この際、接着剤を加圧しながら
硬化することにより、電極どうしを導通させる。In the ultrasonic probe manufactured in this manner, the characteristic variation between the array elements is as small as 1 dB or less, and the sound field of each transducer has symmetry. Embodiment 3 FIG. 4 shows the structure of an ultrasonic probe according to this embodiment. Electrodes 6 and 7 are formed on the entire upper and lower surfaces of single crystal vibrator 1. On the other hand, so that the area is almost equal to the area of the piezoelectric vibrator,
A GND FPC 8 and a signal FPC 9 are prepared by exposing a conductive layer made of a copper plate having a thickness of about 20 μm. The conductive layer of the FPC for GND 8 is bonded to the end of the electrode 7 on the upper surface of the piezoelectric vibrator 1 with an epoxy adhesive. The conductive layer of the signal FPC 9 is bonded to the end of the electrode on the lower surface of the chipping prevention layer 2 with an epoxy adhesive. At this time, the electrodes are electrically connected by curing the adhesive while applying pressure.
【００３６】次に、圧電振動子１の上面に接着されたＧ
ＮＤ用ＦＰＣ８の導電層上に第１音響マッチング層４お
よび第２音響マッチング層４’を形成し、圧電振動子１
の下面に接着された信号用ＦＰＣ９の導電層の下面をゴ
ム系バッキング材３上にエポキシ樹脂で接着する。この
状態でダイシングソーにセットし、所定のピッチで第２
音響マッチング層４’、第１音響マッチング層４、圧電
振動子１を切断してアレイ加工する。この際、圧電振動
子１の下面に接着されたＦＰＣ９の導電層（銅板）がチ
ッピング防止層として機能するため、圧電振動子１はチ
ッピングなしに加工できる。その後、実施例１および２
と同様な工程を経て超音波プローブを製造する。Next, G bonded to the upper surface of the piezoelectric vibrator 1
The first acoustic matching layer 4 and the second acoustic matching layer 4 ′ are formed on the conductive layer of the ND FPC 8, and the piezoelectric vibrator 1 is formed.
The lower surface of the conductive layer of the signal FPC 9 adhered to the lower surface of the rubber backing material 3 is adhered with epoxy resin. In this state, set it on the dicing saw and
The acoustic matching layer 4 ', the first acoustic matching layer 4, and the piezoelectric vibrator 1 are cut and array-processed. At this time, since the conductive layer (copper plate) of the FPC 9 bonded to the lower surface of the piezoelectric vibrator 1 functions as a chipping preventing layer, the piezoelectric vibrator 1 can be processed without chipping. Then, Examples 1 and 2
The ultrasonic probe is manufactured through the same steps as described above.
【００３７】図４の超音波プローブでは、圧電振動子１
の上下両面は全面にわたって同じ構成になっているた
め、音場の乱れは生じない。また、ＦＰＣの導電層が接
着により接続され、半田付けを行っていないので、局所
的な加熱による残留応力の発生がなく、歩留りを改善で
きる。このようにして製造された超音波プローブでは、
アレイ素子間の特性ばらつきは１ｄＢ以下と小さい。In the ultrasonic probe shown in FIG.
Since the upper and lower surfaces have the same configuration over the entire surface, no disturbance in the sound field occurs. In addition, since the conductive layers of the FPC are connected by bonding and are not soldered, no residual stress is generated due to local heating, and the yield can be improved. In the ultrasonic probe manufactured in this way,
The characteristic variation between the array elements is as small as 1 dB or less.
【００３８】実施例４ 本実施例では、チッピング防止層を設けずに単結晶振動
子をアレイ加工する方法を説明する。Embodiment 4 In this embodiment, a method of processing an array of single crystal vibrators without providing an anti-chipping layer will be described.
【００３９】図５（ａ）に示すように、単結晶振動子１
の両面に電極（図示せず）を形成し、これらの電極にＦ
ＰＣ（図示せず）の導電層を接続した後、単結晶振動子
１上に所定厚さ以上の第１音響マッチング層４を形成し
た。第１音響マッチング層４としては、アルミナ粉末を
エポキシ接着剤に分散させた複合材料を用いた。As shown in FIG. 5A, the single crystal oscillator 1
Electrodes (not shown) are formed on both sides of the
After connecting a conductive layer of a PC (not shown), a first acoustic matching layer 4 having a predetermined thickness or more was formed on the single crystal vibrator 1. As the first acoustic matching layer 4, a composite material in which alumina powder was dispersed in an epoxy adhesive was used.
【００４０】図５（ｂ）に示すように、この構造物を第
１音響マッチング層４を下にしてダイシングソーにセッ
トしてダイシングし、単結晶振動子１側から第１音響マ
ッチング層４をわずかに切り込むまでアレイ加工した。
このとき、単結晶振動子１の下部が第１音響マッチング
層４で支えられているため、チッピングなしに単結晶振
動子１を加工できた。As shown in FIG. 5 (b), the structure is set on a dicing saw with the first acoustic matching layer 4 facing downward, and diced, and the first acoustic matching layer 4 is removed from the single crystal vibrator 1 side. The array was processed until it was slightly cut.
At this time, since the lower portion of the single crystal vibrator 1 was supported by the first acoustic matching layer 4, the single crystal vibrator 1 could be processed without chipping.
【００４１】図５（ｃ）に示すように、切断溝にシリコ
ーン樹脂（図示せず）を充填し、アレイ加工された単結
晶振動子１をゴム系バッキング材３上に接着した。次
に、第１音響マッチング層４を所定の厚さに研磨し、そ
の上に第２音響マッチング層（図示せず）を接着した。
次いで、バッキング材３を下側にしてダイシングソーに
セットして図５（ｂ）のダイシングによって形成された
ダイシングラインまでダイシングし、第１音響マッチン
グ層４の切り残し分までアレイ加工した。この際、単結
晶振動子１はダイシングされないので、チッピングが生
じることもない。その後、図示しない音響レンズを形成
し、超音波プローブを製造した。このようにして製造さ
れた超音波プローブにおいて、アレイ素子間の特性ばら
つきは１ｄＢ以下である。As shown in FIG. 5C, the cut grooves were filled with a silicone resin (not shown), and the arrayed single crystal vibrators 1 were bonded onto the rubber backing material 3. Next, the first acoustic matching layer 4 was polished to a predetermined thickness, and a second acoustic matching layer (not shown) was adhered thereon.
Next, the backing material 3 was set on a dicing saw with the lower side facing down, diced to the dicing line formed by dicing in FIG. 5B, and array processing was performed until the first acoustic matching layer 4 was left uncut. At this time, since the single crystal oscillator 1 is not diced, chipping does not occur. Thereafter, an acoustic lens (not shown) was formed, and an ultrasonic probe was manufactured. In the ultrasonic probe manufactured as described above, the characteristic variation between the array elements is 1 dB or less.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、圧
電振動子として圧電単結晶を用い、アレイ加工時に圧電
単結晶のチッピングを防止して特性劣化および信頼性低
下を防止できる超音波プローブを提供することができ
る。As described above in detail, according to the present invention, a piezoelectric single crystal is used as a piezoelectric vibrator, and an ultrasonic wave capable of preventing chipping of the piezoelectric single crystal during array processing and preventing deterioration in characteristics and reliability. A probe can be provided.
【図１】本発明の実施例１における超音波プローブの断
面図。FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の超音波プローブをより詳細に示す断面
図。FIG. 2 is a sectional view showing the ultrasonic probe of FIG. 1 in more detail;
【図３】本発明の実施例２における超音波プローブの断
面図。FIG. 3 is a sectional view of an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例３における超音波プローブの断
面図。FIG. 4 is a sectional view of an ultrasonic probe according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施例４における超音波プローブの製
造方法を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view illustrating a method for manufacturing an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】従来の超音波プローブの斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a conventional ultrasonic probe.
【図７】従来の超音波プローブの製造方法を示す斜視
図。FIG. 7 is a perspective view showing a method for manufacturing a conventional ultrasonic probe.
１…圧電振動子 ２…チッピング防止層 ３…ゴム系バッキング材 ４、４’…音響マッチング層 ５…音響レンズ ６、７…電極 ８、９…ＦＰＣ １０…エポキシ接着剤 １１…電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric vibrator 2 ... Anti-chipping layer 3 ... Rubber-based backing material 4, 4 '... Acoustic matching layer 5 ... Acoustic lens 6, 7 ... Electrode 8, 9 ... FPC 10 ... Epoxy adhesive 11 ... Electrode
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Claims (5)
電振動子の下面に形成されたゴム系バッキング材と、前
記圧電振動子の上面に形成された音響マッチング層と、
前記圧電振動子とゴム系バッキング材との間に設けられ
たチッピング防止層とを具備したことを特徴とする超音
波プローブ。A piezoelectric vibrator using a piezoelectric single crystal; a rubber-based backing material formed on a lower surface of the piezoelectric vibrator; an acoustic matching layer formed on an upper surface of the piezoelectric vibrator;
An ultrasonic probe comprising: a chipping prevention layer provided between the piezoelectric vibrator and a rubber-based backing material.
スをＺ、ゴム系バッキング材の音響インピーダンスをＺ
B 、超音波プローブの中心周波数に対応する波長をλと
するとき、チッピング防止層の厚さＴを、 Ｚ＞ＺB の場合にはＴ≦λ×２×ＺB ／Ｚ Ｚ＜ＺB の場合にはＴ≦λ×２×Ｚ／ＺB となるように設定することを特徴とする請求項１記載の
超音波プローブ。2. The acoustic impedance of the anti-chipping layer is Z, and the acoustic impedance of the rubber backing material is Z.
B , when the wavelength corresponding to the center frequency of the ultrasonic probe is λ, the thickness T of the anti-chipping layer is expressed as follows: When Z> Z B , T ≦ λ × 2 × Z B / Z Z <Z B 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein T is set such that T ≦ λ × 2 × Z / Z B.
有し、一方の前記電極は前記圧電振動子の一端から離れ
て形成され、他方の前記電極は前記圧電振動子の他端か
ら離れて形成されており、前記チッピング防止層の上下
両面および一側面を覆うように形成された電極をさらに
有し、前記チッピング防止層上面の電極は前記圧電振動
子下面の電極と実質的に同一形状に形成されてこれらは
互いに接続され、前記チッピング防止層下面の電極は全
面に形成されており、前記圧電振動子上面の電極とチッ
ピング防止層下面の電極にそれぞれリード引出し用印刷
配線板の導電層が接続されていることを特徴とする請求
項１記載の超音波プローブ。3. The piezoelectric vibrator has a pair of electrodes on upper and lower surfaces thereof, one of which is formed apart from one end of the piezoelectric vibrator, and the other of which is the other end of the piezoelectric vibrator. Further comprising an electrode formed so as to cover the upper and lower surfaces and one side surface of the anti-chipping layer, wherein the electrode on the upper surface of the anti-chipping layer is substantially equal to the electrode on the lower surface of the piezoelectric vibrator. They are formed in the same shape and are connected to each other, the electrodes on the lower surface of the chipping prevention layer are formed on the entire surface, and the electrodes on the upper surface of the piezoelectric vibrator and the electrodes on the lower surface of the chipping prevention layer are respectively connected to the lead wiring printed wiring board. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a conductive layer is connected.
用印刷配線板の導電層を用いたことを特徴とする請求項
１記載の超音波プローブ。4. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a conductive layer of a printed wiring board for lead extraction is used as said chipping preventing layer.
に音響マッチング層を接着する工程と、前記圧電振動子
側から前記音響マッチング層の一部に達するまでダイシ
ングする工程と、前記圧電振動子の他方の面にゴム系バ
ッキング材を接着する工程と、前記音響マッチング層側
から前記ダイシング工程で形成されたダイシングライン
に達するまでダイシングする工程とを具備したことを特
徴とする超音波プローブの製造方法。5. A step of bonding an acoustic matching layer to one surface of a piezoelectric vibrator using a piezoelectric single crystal, a step of dicing from the piezoelectric vibrator side to a part of the acoustic matching layer, An ultrasonic wave comprising: a step of bonding a rubber-based backing material to the other surface of the piezoelectric vibrator; and a step of dicing from the acoustic matching layer side to a dicing line formed in the dicing step. Probe manufacturing method.
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