JP2003179997A - 圧電素子の製造方法および超音波発振器の製造方法 - Google Patents
圧電素子の製造方法および超音波発振器の製造方法Info
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波発振器に用いる圧電素子を製造歩留り
よく加工することのできる圧電素子の製造方法、および
それを用いた超音波発振器の製造方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも一側面に所定間隔で平行の溝
１１を形成した圧電素子１を組み込んだ後にアレイ加工
を施す。
よく加工することのできる圧電素子の製造方法、および
それを用いた超音波発振器の製造方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも一側面に所定間隔で平行の溝
１１を形成した圧電素子１を組み込んだ後にアレイ加工
を施す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子の製造方
法および超音波発振器の製造方法に関する。
法および超音波発振器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】医用の超音波診断装置に用いられている
超音波発振器は、短冊形状の振動子を多数配列したアレ
イ型を形成している。それにより、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。
超音波発振器は、短冊形状の振動子を多数配列したアレ
イ型を形成している。それにより、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。
【０００３】図８は、一般的な超音波発振器の構造図で
ある。圧電素子４１の両面には図示しない電極４２ａ、
４２ｂが形成されており、圧電素子４１の下面にはゴム
系のバッキング材４３がエポキシ接着剤で固定されて設
けられている。圧電素子４１の上面にはエポキシ樹脂の
中にアルミナを分散させた音響整合層４４が形成され、
圧電素子４１および音響整合層４４はアレイ加工されて
いる。アレイ発振器の配列ピッチは、狭いもので０．１
ｍｍ程度である。音響整合層４４の上に音響レンズ４５
が形成されている。この音響レンズ４５を通して超音波
の送受信が行われる。圧電素子４１の両面に形成された
電極は、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）やケーブル
を介して診断装置に接続されている。
ある。圧電素子４１の両面には図示しない電極４２ａ、
４２ｂが形成されており、圧電素子４１の下面にはゴム
系のバッキング材４３がエポキシ接着剤で固定されて設
けられている。圧電素子４１の上面にはエポキシ樹脂の
中にアルミナを分散させた音響整合層４４が形成され、
圧電素子４１および音響整合層４４はアレイ加工されて
いる。アレイ発振器の配列ピッチは、狭いもので０．１
ｍｍ程度である。音響整合層４４の上に音響レンズ４５
が形成されている。この音響レンズ４５を通して超音波
の送受信が行われる。圧電素子４１の両面に形成された
電極は、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）やケーブル
を介して診断装置に接続されている。
【０００４】図８に示した構造の超音波発振器は、図９
および図１０に示す方法で製造される。まず、図９に示
すように、一体形状の圧電素子４１の両面に電極４２
ａ、４２ｂを形成する。この圧電素子４１をバッキング
材４３の上に接着する。一方、圧電素子４１の上面に音
響整合層４４を形成する。
および図１０に示す方法で製造される。まず、図９に示
すように、一体形状の圧電素子４１の両面に電極４２
ａ、４２ｂを形成する。この圧電素子４１をバッキング
材４３の上に接着する。一方、圧電素子４１の上面に音
響整合層４４を形成する。
【０００５】次に、図１０に示すように、厚さ５０μｍ
程度のダイヤモンド製のブレード（薄刃砥石）４８を有
するダイシングソーを用い、音響整合層４４側から、圧
電素子４１を切断し、バッキング材４３に深さ数百μｍ
の溝４９を形成するように一度にダイシングする。その
後、音響整合層４上に音響レンズ４５を形成して、図８
に示した構造の超音波発振器を完成する。
程度のダイヤモンド製のブレード（薄刃砥石）４８を有
するダイシングソーを用い、音響整合層４４側から、圧
電素子４１を切断し、バッキング材４３に深さ数百μｍ
の溝４９を形成するように一度にダイシングする。その
後、音響整合層４上に音響レンズ４５を形成して、図８
に示した構造の超音波発振器を完成する。
【０００６】圧電素子４１の材料は、従来からジルコン
チタン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックスが多く用いられて
いるが、最近、電気エネルギと超音波エネルギの変換効
率を表す電気機械結合係数が大きい圧電素子材料として
圧電単結晶が注目されている。圧電単結晶材料を用いた
超音波発振器を採用した医療機器や非破壊検査機は、解
像度や感度の著しい向上が可能である 圧電単結晶材料としては、例えば、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（ＰＺＮＴ）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。これらの材料を用いた場合、特に医療機
器や非破壊検査機器の分野において、超音波発振器の圧
電素子４１の材料として前述の圧電単結晶を用いると、
解像度や感度の著しい向上が可能である。
チタン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックスが多く用いられて
いるが、最近、電気エネルギと超音波エネルギの変換効
率を表す電気機械結合係数が大きい圧電素子材料として
圧電単結晶が注目されている。圧電単結晶材料を用いた
超音波発振器を採用した医療機器や非破壊検査機は、解
像度や感度の著しい向上が可能である 圧電単結晶材料としては、例えば、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（ＰＺＮＴ）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。これらの材料を用いた場合、特に医療機
器や非破壊検査機器の分野において、超音波発振器の圧
電素子４１の材料として前述の圧電単結晶を用いると、
解像度や感度の著しい向上が可能である。
【０００７】次に圧電素子４１の製造法について説明す
る。図１１は、圧電単結晶としてＰＺＮＴを用いた場合
の圧電素子４１の製造工程を示す模式図である。ブリッ
ジマン法などにより結晶を育成した後、育成した結晶を
ワイヤソーでスライス加工する。続いて、スライスされ
た結晶をダイシング加工により所望の大きさの板状に外
形加工する。その後、両面ラッピンングで所望の厚み
（例えば、１２０〜２６０μｍ）に仕上げ、洗浄した後
にスパッタ法などにより両面に電極形成する。これらの
製造方法を経て、図１２に示すような圧電単結晶板の両
面に電極４２ａ、４２ｂを設けた圧電素子４１を構成し
ている。
る。図１１は、圧電単結晶としてＰＺＮＴを用いた場合
の圧電素子４１の製造工程を示す模式図である。ブリッ
ジマン法などにより結晶を育成した後、育成した結晶を
ワイヤソーでスライス加工する。続いて、スライスされ
た結晶をダイシング加工により所望の大きさの板状に外
形加工する。その後、両面ラッピンングで所望の厚み
（例えば、１２０〜２６０μｍ）に仕上げ、洗浄した後
にスパッタ法などにより両面に電極形成する。これらの
製造方法を経て、図１２に示すような圧電単結晶板の両
面に電極４２ａ、４２ｂを設けた圧電素子４１を構成し
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、超音波
発振器の製造過程で、圧電素子は音響整合層と共にダイ
シングソーによりアレイ加工が施されている。アレイ加
工より形成されたアレイ素子数は数十から数百に及ぶた
め、切断面の差によるアレイ素子間の特性のばらつき
は、超音波発振器に接続した診断装置に表示される断層
像の画質に影響するため高い均質性が要求されている。
発振器の製造過程で、圧電素子は音響整合層と共にダイ
シングソーによりアレイ加工が施されている。アレイ加
工より形成されたアレイ素子数は数十から数百に及ぶた
め、切断面の差によるアレイ素子間の特性のばらつき
は、超音波発振器に接続した診断装置に表示される断層
像の画質に影響するため高い均質性が要求されている。
【０００９】図１３に上述のアレイ加工の際のダイシン
グソーによる切断部を示すように、ＰＺＴセラッミクは
比較的加工性が良いので所望の切断面が得られるが、Ｐ
ＺＮＴ圧電単結晶は、硬く脆い性質を持つ難削材料であ
るため、粗い切断面になると共にクラック５０やチッピ
ングが発生する場合が多い。それらは製造歩留まりを下
げる大きな要因となっている。
グソーによる切断部を示すように、ＰＺＴセラッミクは
比較的加工性が良いので所望の切断面が得られるが、Ｐ
ＺＮＴ圧電単結晶は、硬く脆い性質を持つ難削材料であ
るため、粗い切断面になると共にクラック５０やチッピ
ングが発生する場合が多い。それらは製造歩留まりを下
げる大きな要因となっている。
【００１０】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、超音波発振器に用いる圧電素子を製造歩留り
よく加工することのできる圧電素子の製造方法、および
それを用いた超音波発振器の製造方法を提供することを
目的としている。
たもので、超音波発振器に用いる圧電素子を製造歩留り
よく加工することのできる圧電素子の製造方法、および
それを用いた超音波発振器の製造方法を提供することを
目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、所定形状に切断され研磨された圧電材料の
両面に電極を形成する電極形成工程と、前記圧電材料の
少なくとも一側面に所定間隔で平行溝を形成する溝形成
工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法
である。
段によれば、所定形状に切断され研磨された圧電材料の
両面に電極を形成する電極形成工程と、前記圧電材料の
少なくとも一側面に所定間隔で平行溝を形成する溝形成
工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法
である。
【００１２】また請求項２の発明による手段によれば、
前記溝形成工程は、フォトエッチングにより行うことを
特徴とする圧電素子の製造方法である。
前記溝形成工程は、フォトエッチングにより行うことを
特徴とする圧電素子の製造方法である。
【００１３】また請求項３の発明による手段によれば、
前記溝形成工程での平行溝は、圧電素子の板厚をＣｔ、
溝深さをＢｄ、溝間素子幅をＣｗとした場合、 １０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗ の関係にある形状に形成することを特徴とする圧電素子
の製造方法である。
前記溝形成工程での平行溝は、圧電素子の板厚をＣｔ、
溝深さをＢｄ、溝間素子幅をＣｗとした場合、 １０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗ の関係にある形状に形成することを特徴とする圧電素子
の製造方法である。
【００１４】また請求項４の発明による手段によれば、
圧電素子の両面に電極を形成し該圧電素子に電界を印加
して分極する電極形成工程と、記電極の一方に信号線
を、他方に接地線を接続する配線工程と、前記圧電素子
に請求項１乃至請求項３に記載のいずれかの圧電素子の
製造方法により該圧電素子に溝を形成する溝形成工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記信号線が接続さ
れた側にバッキング材を接合するバッキング材接合工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記接地線が接続さ
れた側に音響整合層を接合する音響整合層形成工程と、
前記溝の形成された圧電素子に、前記信号線、前記接地
線、前記バッキング材および前記音響整合層が接合され
た状態で、ダイシングブレードにより前記溝に位置合せ
して前記圧電素子とこれに接合された各部に溝加工を施
すダイシング工程と、を有することを特徴とする超音波
発振器の製造方法である。
圧電素子の両面に電極を形成し該圧電素子に電界を印加
して分極する電極形成工程と、記電極の一方に信号線
を、他方に接地線を接続する配線工程と、前記圧電素子
に請求項１乃至請求項３に記載のいずれかの圧電素子の
製造方法により該圧電素子に溝を形成する溝形成工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記信号線が接続さ
れた側にバッキング材を接合するバッキング材接合工程
と、前記溝の形成された圧電素子の前記接地線が接続さ
れた側に音響整合層を接合する音響整合層形成工程と、
前記溝の形成された圧電素子に、前記信号線、前記接地
線、前記バッキング材および前記音響整合層が接合され
た状態で、ダイシングブレードにより前記溝に位置合せ
して前記圧電素子とこれに接合された各部に溝加工を施
すダイシング工程と、を有することを特徴とする超音波
発振器の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１６】図１は、超音波発振器の構造を示す斜視図
である。圧電素子１の両面には電極２ａ、２ｂが形成さ
れており、圧電素子１の下面側にはエポキシ接着剤等で
形成しているチッピング防止層４を介してバッキング材
３が設けられている。なお、チッピング防止層４は、ア
レイ加工時の圧電素子１のチッピングを防止するための
ものである。
である。圧電素子１の両面には電極２ａ、２ｂが形成さ
れており、圧電素子１の下面側にはエポキシ接着剤等で
形成しているチッピング防止層４を介してバッキング材
３が設けられている。なお、チッピング防止層４は、ア
レイ加工時の圧電素子１のチッピングを防止するための
ものである。
【００１７】一方、圧電素子１の上面側には音響整合層
５が形成され、圧電素子１および音響整合層５はアレイ
加工されたアレイ発振器７を形成している。アレイ発振
器７の配列ピッチは、狭いもので０．１ｍｍ程度であ
る。音響整合層５の上に音響レンズ７が形成される。こ
の音響レンズ７を通して超音波の送受信が行われる。
５が形成され、圧電素子１および音響整合層５はアレイ
加工されたアレイ発振器７を形成している。アレイ発振
器７の配列ピッチは、狭いもので０．１ｍｍ程度であ
る。音響整合層５の上に音響レンズ７が形成される。こ
の音響レンズ７を通して超音波の送受信が行われる。
【００１８】圧電素子１の両面に形成された電極２ａ、
２ｂのうち、バッキング材２ａ側の電極２ａには信号用
のフレキシブル印刷配線板（信号用ＦＰＣ８）が、はん
だ接合により固定されている。この信号用ＦＰＣ８は超
音波診断装置（不図示）に接続されている。
２ｂのうち、バッキング材２ａ側の電極２ａには信号用
のフレキシブル印刷配線板（信号用ＦＰＣ８）が、はん
だ接合により固定されている。この信号用ＦＰＣ８は超
音波診断装置（不図示）に接続されている。
【００１９】また、圧電素子１のもう一方の面に形成さ
れている電極２ｂには接地用ＦＰＣ９がはんだ接合によ
り固定されている。
れている電極２ｂには接地用ＦＰＣ９がはんだ接合によ
り固定されている。
【００２０】圧電素子１の材料としては圧電単結晶を用
いており、圧電単結晶は特に限定されず、Ｐｂ（（Ｚｎ
１／３Ｎｂ２／３）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（ＰＺＮ
Ｔ）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
晶等を適時用いることができる。なお、圧電単結晶はキ
ュリー点が１８０℃程度と低いため、はんだ付けやアレ
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。
いており、圧電単結晶は特に限定されず、Ｐｂ（（Ｚｎ
１／３Ｎｂ２／３）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（ＰＺＮ
Ｔ）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
晶等を適時用いることができる。なお、圧電単結晶はキ
ュリー点が１８０℃程度と低いため、はんだ付けやアレ
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。
【００２１】音響整合層５は、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形成されている。
樹脂に分散させた複合材料から形成されている。
【００２２】また、バッキング材３は、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
ト粉末を混合した材料や、クロロプレンゴムとエポキシ
樹脂とを混合した材料等のようにゴム系材料が用いられ
ている。
は、バッキング材３として、ネオプレンゴムにフェライ
ト粉末を混合した材料や、クロロプレンゴムとエポキシ
樹脂とを混合した材料等のようにゴム系材料が用いられ
ている。
【００２３】次に、超音波発振器の製造方法について説
明する。まず、圧電素子１の下面および上面にそれぞれ
電極２ａ、２ｂを形成する。この電極２ａ、２ｂから圧
電素子１に電界を印加することにより分極する。圧電素
子１の上面電極２ｂの端部に接地用ＦＰＣ９の導電層を
はんだ付けする。また圧電素子１の下面電極２ａ、２ｂ
の端部に信号用ＦＰＣの導電層をはんだ付けする。
明する。まず、圧電素子１の下面および上面にそれぞれ
電極２ａ、２ｂを形成する。この電極２ａ、２ｂから圧
電素子１に電界を印加することにより分極する。圧電素
子１の上面電極２ｂの端部に接地用ＦＰＣ９の導電層を
はんだ付けする。また圧電素子１の下面電極２ａ、２ｂ
の端部に信号用ＦＰＣの導電層をはんだ付けする。
【００２４】圧電素子１の下面に、ＦＰＣの導電層との
接続部を除いてゴム系バッキング材３をエポキシ接着剤
を用いて接着する。一方、圧電素子１の上面に音響整合
層５を形成する。音響整合層５は、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みの第１
音響整合層５ａを形成し、さらにその上に樹脂シートか
らなる所定厚みの第２音響整合層５ｂを接着する。
接続部を除いてゴム系バッキング材３をエポキシ接着剤
を用いて接着する。一方、圧電素子１の上面に音響整合
層５を形成する。音響整合層５は、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みの第１
音響整合層５ａを形成し、さらにその上に樹脂シートか
らなる所定厚みの第２音響整合層５ｂを接着する。
【００２５】次に、ＦＰＣ８、９をバッキング材３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１音響整合層５
ａ、第２音響整合層５ｂ、圧電素子１、電極２ａ、２
ｂ、ＦＰＣ８，９、およびバッキング材３を切断する。
その後に、後述する圧電素子１の製造方法の説明の際に
詳述するアレイ加工を行う。
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１音響整合層５
ａ、第２音響整合層５ｂ、圧電素子１、電極２ａ、２
ｂ、ＦＰＣ８，９、およびバッキング材３を切断する。
その後に、後述する圧電素子１の製造方法の説明の際に
詳述するアレイ加工を行う。
【００２６】なお、圧電単結晶はアレイ加工後の分極劣
化を生じるため、温度８０℃条件の下、電圧０．５〜２
ｋＶ／ｍｍ、時間０．２〜５ｍｉｎ程度の直流電圧をＦ
ＰＣの導電層から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音響整合層５ｂ上に
音響レンズ７を接着する。さらに、ＦＰＣ８、９の端部
にケーブル（不図示）を接続し、ケースに収納して超音
波発振器を製造する。
化を生じるため、温度８０℃条件の下、電圧０．５〜２
ｋＶ／ｍｍ、時間０．２〜５ｍｉｎ程度の直流電圧をＦ
ＰＣの導電層から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音響整合層５ｂ上に
音響レンズ７を接着する。さらに、ＦＰＣ８、９の端部
にケーブル（不図示）を接続し、ケースに収納して超音
波発振器を製造する。
【００２７】次に、圧電素子１の製造方法について説明
する。図２は圧電素子１の製造工程を模式化した説明図
である。
する。図２は圧電素子１の製造工程を模式化した説明図
である。
【００２８】まず、ブリッジマン法により結晶を育成す
る。育成した結晶から、ラウエカメラを用いて［１０
０］軸の方位を出して、この軸に平行にワイヤソーでス
ライス加工を施して、厚みが０．３〜１０ｍｍ程度にウ
エハを切り出す。
る。育成した結晶から、ラウエカメラを用いて［１０
０］軸の方位を出して、この軸に平行にワイヤソーでス
ライス加工を施して、厚みが０．３〜１０ｍｍ程度にウ
エハを切り出す。
【００２９】次に、ウエハにダイシング加工を施して、
例えば１５×２０ｍｍ程度の大きさの板状に切り出す。
例えば１５×２０ｍｍ程度の大きさの板状に切り出す。
【００３０】得られた板状のウエハは、＃１０００〜＃
４０００程度の砥粒を用いたラッピング等により両面を
研磨する。この時点でのウエハ厚みは１００〜５００μ
ｍである。なお、厚みは超音波発振器としての超音波の
周波数用途で異なってくる。
４０００程度の砥粒を用いたラッピング等により両面を
研磨する。この時点でのウエハ厚みは１００〜５００μ
ｍである。なお、厚みは超音波発振器としての超音波の
周波数用途で異なってくる。
【００３１】研磨加工後は洗浄乾燥を行い、その後にウ
エハの両面にＡｕやＡｇの電極２ａ、２ｂをスパッタ法
などにより形成する。なお、ここまでの工程は従来の工
程と同様である。
エハの両面にＡｕやＡｇの電極２ａ、２ｂをスパッタ法
などにより形成する。なお、ここまでの工程は従来の工
程と同様である。
【００３２】これらの後、一方の電極２ｂ（後で音響整
合層５が接合される側）の表面にフォトエッチング工程
を施す。このフォトエッチング工程は、まず、電極２ｂ
の表面にレジスト１０を塗布する塗布し、次に所定のパ
ターンが形成されたマスク（不図示）を介して露光す
る。以下、現像、ドライエッチング、レジスト剥離およ
び洗浄といった、半導体装置の製造プロセス等で一般に
用いられているフォトエッチング工程により、圧電素子
１に平行配列の溝１１を形成する。
合層５が接合される側）の表面にフォトエッチング工程
を施す。このフォトエッチング工程は、まず、電極２ｂ
の表面にレジスト１０を塗布する塗布し、次に所定のパ
ターンが形成されたマスク（不図示）を介して露光す
る。以下、現像、ドライエッチング、レジスト剥離およ
び洗浄といった、半導体装置の製造プロセス等で一般に
用いられているフォトエッチング工程により、圧電素子
１に平行配列の溝１１を形成する。
【００３３】なお、最後に２００℃の高温で０．１〜２
ｋＶ／ｃｍの電圧を印加した状態で室温まで冷却して分
極を終える。
ｋＶ／ｃｍの電圧を印加した状態で室温まで冷却して分
極を終える。
【００３４】この結果、図３（ａ）に示すような溝入り
圧電素子１が得られる。さらに圧電素子１のもう一面に
対しても同様なフォトエッチング工程を施せば、図３
（ｂ）に示したような両面に溝１１を形成した圧電素子
１が得られる。
圧電素子１が得られる。さらに圧電素子１のもう一面に
対しても同様なフォトエッチング工程を施せば、図３
（ｂ）に示したような両面に溝１１を形成した圧電素子
１が得られる。
【００３５】なお、溝形成方法としてはエッチング工程
によらずに、弾性を持たせた薄刃ブレードを用いた研削
加工を用いることもできる。その場合は、薄刃ブレード
の弾性により溝形成時の衝撃を吸収するようにしてい
る。
によらずに、弾性を持たせた薄刃ブレードを用いた研削
加工を用いることもできる。その場合は、薄刃ブレード
の弾性により溝形成時の衝撃を吸収するようにしてい
る。
【００３６】また、上述の場合は、圧電素子１の両面に
電極２ａ、２ｂを形成後に溝形成加工を行ったが、電極
２ａ、２ｂの形成前に溝形成加工を行い、その後に電極
２ａ、２ｂを形成しても良い。
電極２ａ、２ｂを形成後に溝形成加工を行ったが、電極
２ａ、２ｂの形成前に溝形成加工を行い、その後に電極
２ａ、２ｂを形成しても良い。
【００３７】次に、図４に示したアレイ加工の模式図に
より、アレイ加工について説明する。なお、図１と同一
箇所には同一符号を付して個々の説明を省略する。超音
波発振器に組み込まれている圧電素子１には、予め、上
述の溝形成加工により溝が形成されている。
より、アレイ加工について説明する。なお、図１と同一
箇所には同一符号を付して個々の説明を省略する。超音
波発振器に組み込まれている圧電素子１には、予め、上
述の溝形成加工により溝が形成されている。
【００３８】音響レンズ７が接合されていない状態の超
音波発振器をダイシングソーにセットし、圧電素子１に
予め形成されている溝１１に沿って、第１音響整合層５
ａ、第２音響整合層５ｂ、圧電素子１、電極２ａ、２
ｂ、ＦＰＣおよびゴム系バッキング材３をブレード１２
で切断してアレイ加工を行う。
音波発振器をダイシングソーにセットし、圧電素子１に
予め形成されている溝１１に沿って、第１音響整合層５
ａ、第２音響整合層５ｂ、圧電素子１、電極２ａ、２
ｂ、ＦＰＣおよびゴム系バッキング材３をブレード１２
で切断してアレイ加工を行う。
【００３９】この場合のアレイ加工の加工点の作用を従
来の場合と比較するために、図５は従来技術のアレイ加
工の際の加工点の作用を示し、図６は上述の実施の形態
のアレイ加工の際の加工点の作用を示す。
来の場合と比較するために、図５は従来技術のアレイ加
工の際の加工点の作用を示し、図６は上述の実施の形態
のアレイ加工の際の加工点の作用を示す。
【００４０】難削材である圧電素子１の肉厚が減り、加
工点の３分力（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）は、従来の場
合（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と上述の実施の形態の場合（Ｆ
ｘ１、Ｆｙ１、Ｆｚ１）とを比較すると、Ｆｘ＞Ｆ
ｘ１、Ｆｙ＞Ｆｙ１、Ｆｚ＞Ｆｚ １となり、上述の実施
の形態の場合は加工点の応力発生を抑制できる。
工点の３分力（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）は、従来の場
合（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と上述の実施の形態の場合（Ｆ
ｘ１、Ｆｙ１、Ｆｚ１）とを比較すると、Ｆｘ＞Ｆ
ｘ１、Ｆｙ＞Ｆｙ１、Ｆｚ＞Ｆｚ １となり、上述の実施
の形態の場合は加工点の応力発生を抑制できる。
【００４１】また、上述の実施の形態の場合は、溝底部
の力学的強度が最も弱い構造としたことにより、アレイ
加工におけるクラックは溝底部のみに発生するようにな
る。溝底部に生じたクラックはアレイ加工における除去
部となるため、アレイ加工での残存部におけるクラック
やチッピングおよび欠けは極めて少なくなり、超音波発
振器を歩留り良く製造できる。
の力学的強度が最も弱い構造としたことにより、アレイ
加工におけるクラックは溝底部のみに発生するようにな
る。溝底部に生じたクラックはアレイ加工における除去
部となるため、アレイ加工での残存部におけるクラック
やチッピングおよび欠けは極めて少なくなり、超音波発
振器を歩留り良く製造できる。
【００４２】図７（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子１の溝形
状とアレイ加工の加工モデルとを、従来の場合と上述の
実施の形態とを比較した説明図である。
状とアレイ加工の加工モデルとを、従来の場合と上述の
実施の形態とを比較した説明図である。
【００４３】図７（ａ）は、従来の圧電素子１に溝１１
が形成されていない状態でのアレイ加工モデルである。
加工点の近傍で応力１２が発生した場合、既に切断を終
えた隣接する切断溝側部の肉厚が最も薄いので材料強度
も弱い。このため、切り残すべき圧電素子１部位に最も
クラック１４が発生しやすくなり、製造歩留りを低下さ
せる主要因になる。
が形成されていない状態でのアレイ加工モデルである。
加工点の近傍で応力１２が発生した場合、既に切断を終
えた隣接する切断溝側部の肉厚が最も薄いので材料強度
も弱い。このため、切り残すべき圧電素子１部位に最も
クラック１４が発生しやすくなり、製造歩留りを低下さ
せる主要因になる。
【００４４】図７（ｂ）は、板厚Ｃｔ、圧電素子１のア
レイ素子幅Ｃｗ、予め設けた切断溝１１の深さＢｄとし
たとき、これらに（Ｃｔ−Ｂｄ）＞Ｃｗの関係がある場
合のアレイ加工モデルである。予め切断した溝１１が設
けられているが、素子幅Ｃｗは切込み初期における板厚
Ｃｔ−Ｂｄよりも大きい。この場合も切り残すべきアレ
イ素子の部位に最もクラック１４が発生しやすくなり、
予め切断溝を設けた効果が得られにくい、図７（ｃ）
は、１０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗの関係におけるア
レイ加工モデルである。この場合、アレイ加工による溝
底部の残肉の厚さを１０μｍとしている。予め設けた溝
１１が深くてアレイ素子幅よりも薄い（Ｃｔ−Ｂｄ）＜
Ｃｗの関係にあるので、アレイ加工の際に溝底部の材料
強度が最も弱く、クラック１４が生じやすい。しかし、
溝底部にクラックが生じてもその後に切断除去されるの
で、超音波発振器の性能に影響するものではない。した
がって、残存させるべき圧電素子１へのクラック発生率
が極めて小さくなり、歩留り良く製造できる。
レイ素子幅Ｃｗ、予め設けた切断溝１１の深さＢｄとし
たとき、これらに（Ｃｔ−Ｂｄ）＞Ｃｗの関係がある場
合のアレイ加工モデルである。予め切断した溝１１が設
けられているが、素子幅Ｃｗは切込み初期における板厚
Ｃｔ−Ｂｄよりも大きい。この場合も切り残すべきアレ
イ素子の部位に最もクラック１４が発生しやすくなり、
予め切断溝を設けた効果が得られにくい、図７（ｃ）
は、１０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗの関係におけるア
レイ加工モデルである。この場合、アレイ加工による溝
底部の残肉の厚さを１０μｍとしている。予め設けた溝
１１が深くてアレイ素子幅よりも薄い（Ｃｔ−Ｂｄ）＜
Ｃｗの関係にあるので、アレイ加工の際に溝底部の材料
強度が最も弱く、クラック１４が生じやすい。しかし、
溝底部にクラックが生じてもその後に切断除去されるの
で、超音波発振器の性能に影響するものではない。した
がって、残存させるべき圧電素子１へのクラック発生率
が極めて小さくなり、歩留り良く製造できる。
【００４５】ただし、図７（ｄ）に示すように予め設け
た溝１１の底部肉厚が１０μｍ以下になると、アレイ加
工する以前の材料を扱う段階でクラック１４および破断
が起こり、製造組み立て前の圧電素子１の材料としての
部品機能を保てなくなる。
た溝１１の底部肉厚が１０μｍ以下になると、アレイ加
工する以前の材料を扱う段階でクラック１４および破断
が起こり、製造組み立て前の圧電素子１の材料としての
部品機能を保てなくなる。
【００４６】これらの結果から、圧電素子１の溝１１の
形状としては１０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗの関係に
あることが好ましい。
形状としては１０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗの関係に
あることが好ましい。
【００４７】以上に説明したように、上述の実施の形態
によれば、超音波発振子を製造する際に行う、ダイシン
グによるアレイ加工において、従来は発生していたクラ
ックやチッピングが低減し、超音波発振器の製造歩留り
向上を図れた。
によれば、超音波発振子を製造する際に行う、ダイシン
グによるアレイ加工において、従来は発生していたクラ
ックやチッピングが低減し、超音波発振器の製造歩留り
向上を図れた。
【００４８】特に、圧電単結晶の圧電素子１を用いた製
造に関して大きな効果が得られるが、従来から圧電素子
１に用いられているＰＺＴセラミックスに対してもアレ
イ加工における加工精度が向上し、製造歩留りを高める
ことができる。
造に関して大きな効果が得られるが、従来から圧電素子
１に用いられているＰＺＴセラミックスに対してもアレ
イ加工における加工精度が向上し、製造歩留りを高める
ことができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、圧電素子ならびにそれ
を用いた超音波発振器を、高精度に製造歩留まりよく製
造することができる。
を用いた超音波発振器を、高精度に製造歩留まりよく製
造することができる。
【図１】超音波発振器の斜視図。
【図２】本発明の圧電素子の製造工程を模式化した説明
図。
図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、溝入り圧電素子の斜視
図。
図。
【図４】本発明のアレイ加工の模式図。
【図５】従来技術のアレイ加工の際の加工点の作用の説
明図。
明図。
【図６】本発明のアレイ加工の際の加工点の作用の説明
図。
図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子の溝形状とアレイ
加工の加工モデルとの説明図。
加工の加工モデルとの説明図。
【図８】一般的な超音波発振器の構造図。
【図９】超音波発振器の製造方法の説明図。
【図１０】超音波発振器の製造方法の説明図。
【図１１】従来の圧電素子の製造工程を示す模式図。
【図１２】圧電素子の斜視図。
【図１３】従来のアレイ加工の際のダイシングソーによ
る切断部の説明図。
る切断部の説明図。
１…圧電素子、２ａ、２ｂ…電極、３…バッキング材、
４…チッピング防止層、５…音響整合層、７…音響レン
ズ、１０…レジスト、１１…溝、１２…ブレード
４…チッピング防止層、５…音響整合層、７…音響レン
ズ、１０…レジスト、１１…溝、１２…ブレード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｒ 31/00 ３３０ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ
// Ｈ０３Ｈ 3/02 41/08 Ｃ
Ｆターム(参考） 2G047 CA01 EA11 GB02 GB17 GB21
GB23 GB28 GB32 GB33
4C301 EE12 GB04 GB18 GB20 GB22
GB33 GB34
4C601 EE10 GB01 GB02 GB03 GB04
GB19 GB20 GB24 GB25 GB26
GB41 GB42
5D019 HH03
5J108 AA08 BB01 JJ04 KK01 KK07
MM08 MM11 MM15 NA04
Claims (4)
- 【請求項１】 所定形状に切断され研磨された圧電材料
の両面に電極を形成する電極形成工程と、 前記圧電材料の少なくとも一側面に所定間隔で平行溝を
形成する溝形成工程と、を有することを特徴とする圧電
素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記溝形成工程は、フォトエッチングに
より行うことを特徴とする請求項１記載の圧電素子の製
造方法。 - 【請求項３】 前記溝形成工程での平行溝は、圧電素子
の板厚をＣｔ、溝深さをＢｄ、溝間素子幅をＣｗとした
場合、 １０μｍ＜（Ｃｔ−Ｂｄ）＜Ｃｗ の関係にある形状に形成することを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の圧電素子の製造方法。 - 【請求項４】 圧電素子の両面に電極を形成し該圧電素
子に電界を印加して分極する電極形成工程と、 記電極の一方に信号線を、他方に接地線を接続する配線
工程と、 前記圧電素子に請求項１乃至請求項３に記載のいずれか
の圧電素子の製造方法により該圧電素子に溝を形成する
溝形成工程と、 前記溝の形成された圧電素子の前記信号線が接続された
側にバッキング材を接合するバッキング材接合工程と、 前記溝の形成された圧電素子の前記接地線が接続された
側に音響整合層を接合する音響整合層形成工程と、 前記溝の形成された圧電素子に、前記信号線、前記接地
線、前記バッキング材および前記音響整合層が接合され
た状態で、ダイシングブレードにより前記溝に位置合せ
して前記圧電素子とこれに接合された各部に溝加工を施
すダイシング工程と、を有することを特徴とする超音波
発振器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001379705A JP2003179997A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 圧電素子の製造方法および超音波発振器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001379705A JP2003179997A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 圧電素子の製造方法および超音波発振器の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003179997A true JP2003179997A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=19186945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001379705A Pending JP2003179997A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 圧電素子の製造方法および超音波発振器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003179997A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006528888A (ja) * | 2003-07-21 | 2006-12-28 | バイオセンス・ウェブスター・インコーポレイテッド | 螺旋配列超音波トランスデューサの製造方法 |
| JP2008079356A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Pentax Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2016031770A (ja) * | 2014-07-29 | 2016-03-07 | 日東電工株式会社 | 回路付サスペンション基板の製造方法 |
| JP2018183426A (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-22 | 株式会社日立製作所 | 超音波撮像装置並びに超音波トランスデューサおよびその製造方法 |
| JP2019145581A (ja) * | 2018-02-16 | 2019-08-29 | Tdk株式会社 | 圧電素子 |
| KR20210090109A (ko) | 2020-01-09 | 2021-07-19 | 가부시기가이샤 디스코 | 피가공물의 가공 방법 |
-
2001
- 2001-12-13 JP JP2001379705A patent/JP2003179997A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4685013B2 (ja) * | 2003-07-21 | 2011-05-18 | バイオセンス・ウエブスター・インコーポレーテツド | 螺旋配列超音波トランスデューサの製造方法 |
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| KR20210090109A (ko) | 2020-01-09 | 2021-07-19 | 가부시기가이샤 디스코 | 피가공물의 가공 방법 |
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