JP2004088056A

JP2004088056A - Piezoelectric vibrator, method of mounting the same, mounting device, ultrasonic probe using the same, and three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using the same

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Publication number: JP2004088056A
Application number: JP2003011351A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakamae; 仲前　一男; Yoshihiro Hirata; 平田　嘉裕; Jun Yoda; 依田　潤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】新規な圧電振動子とその実装方法、実装デバイス、それを用いた超音波プローブ、およびそれを用いた３次元超音波診断装置を提供する。
【解決手段】圧電振動子ＰＥは、板状に形成するか、または微小振動体１０を複数個、２次元状に配列した圧電振動部材１の少なくとも片面に、異方導電特性を有する電極層２、もしくは多数の微細な電極２２からなる電極アレイ２を形成した。実装方法および実装デバイスＺＤは、圧電振動子ＰＥの、異方導電特性を有する電極層２を形成した側に、個々の微小振動体１０に１対１で対応する複数のスイッチング素子３２を配列した実装基板３を、位置合わせしながら圧着する。超音波プローブＳＰは、その先端に上記の実装デバイスＺＤを接続した。また３次元超音波診断装置５は、上記の超音波プローブＳＰを接続した。
【選択図】　図３A novel piezoelectric vibrator, a method for mounting the same, a mounting device, an ultrasonic probe using the same, and a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using the same are provided.
A piezoelectric vibrator is formed in a plate shape, or an electrode layer having anisotropic conductive property is formed on at least one surface of a piezoelectric vibrating member in which a plurality of micro vibrators are arranged two-dimensionally. Alternatively, an electrode array 2 including a large number of fine electrodes 22 was formed. In the mounting method and the mounting device ZD, a plurality of switching elements 32 corresponding to the individual microvibrators 10 on a one-to-one basis are arranged on the side of the piezoelectric vibrator PE on which the electrode layer 2 having anisotropic conductive characteristics is formed. The mounting substrate 3 is pressure-bonded while being positioned. The above-mentioned mounting device ZD was connected to the tip of the ultrasonic probe SP. The three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 5 was connected with the above-mentioned ultrasonic probe SP.
[Selection diagram] FIG.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子とその実装方法、実装デバイス、それを用いた超音波プローブ、およびそれを用いた３次元超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子は、圧電現象を利用して電気信号を超音波信号などの振動に変換したり、またその逆に超音波信号などを電気信号に変換したりするための素子であって、種々の分野で広く用いられている。
圧電振動子の一例としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックス材料を焼結したのち研磨して、一枚の板状の圧電振動部材を形成し、その両面に電極層を形成したものを挙げることができる。
【０００３】
そして、かかる板状の圧電振動部材を用いて、圧電トランスデューサなどとして使用し得る圧電振動子を製造することが検討されている。
そのためには板状の圧電振動部材を、面方向に、複数の微細な領域に区分して、個々の領域ごとに個別に、入力する電気信号の位相をずらして振動させる必要がある。
また近時、上記圧電材料からなる多数の微小な振動体を２次元状に規則的に配列した圧電振動部材や、あるいはこの圧電振動部材の、微小振動体の隙間をエポキシ樹脂などの樹脂で充てんした圧電振動部材などを用いた圧電振動子も開発されている。
【０００４】
そして、上記の構造を有する圧電振動部材を使用して、個々の微小振動体ごとに個別に、例えば遅延時間を与えつつ超音波振動させることで、診断対象に対して超音波信号のビームを３次元的に走査させるとともに、診断対象の、内組織の音響インピーダンスの境界で反射して戻ってきたエコーによって微小振動体が共鳴、振動した際に発生する電気信号を取り出して３次元の超音波画像を得るための、３次元超音波診断装置用の振動子を製造することが検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この場合は、個々の微小振動体ごとに個別に、入力する電気信号の周波数や強度、位相などを変化させるとともに、個々の微小振動体ごとに、共鳴、振動して発生した電気信号の周波数、強度、位相などを読み取る必要がある。
また、上記の圧電振動部材を使用して、個々の微小振動体ごと、もしくは複数個の微小振動体のグループごとに個別に、任意の周波数、振幅および位相でもって振動させることができる、３次元アレイ超音波振動子を製造することも検討されている。
【０００６】
その場合にはやはり、個々の微小振動体ごと、もしくは微小振動体のグループごとに、入力する電気信号の周波数、強度、位相などを変化させる必要がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−５１０４１号公報（請求項１、第０００２欄、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来は、圧電振動部材を、上記のように微細な領域ごとに個別に振動させたり、微小振動体ごとに個別に電気信号を入出力したりするための実装技術について十分に研究されていない。
例えば個々の微小振動体ごとに電極を設けて、配線を１本ずつハンダ付けすることが行われているに過ぎない。
【０００９】
しかも、現在の進歩した実装技術をもってしても、配線をハンダ付けできるサイズには限界があり、一定のサイズより小型化することは困難である。
また微小振動体の数を増加させるほど、それに接続する配線の数も同じだけ増加することになるため、スムースな配線作業が困難になったり、あるいは配線部分が実用に供せないほど巨大化したりする事態に到る場合もある。
さらに接続本数が増えるほど、接続不良が発生する割合も増加するため、製造の歩留まりが低下するという問題もある。
【００１０】
このため、圧電トランスデューサや３次元超音波診断用振動子、３次元アレイ超音波振動子などとして良好に機能しうる圧電振動子は、未だ実用化されるに至っていないのが現状である。
例えば３次元超音波診断用振動子おいては、その解像度を高めるべく、振動子の限られた面積内で、個々の微小振動体を微細化して、その数をできるだけ多くすることが求められる。そして、半導体製造技術の応用によって、微小振動体をより一層、微細化し、かつ多数化する技術は確立されつつある。ところが、上述した実装技術の制約があることから、現状よりもさらに解像度を向上した３次元超音波診断用振動子と、それを用いた３次元超音波診断装置は、実用化されるに至っていないのである。
【００１１】
本発明の目的は、圧電トランスデューサや３次元超音波診断用振動子、３次元アレイ超音波振動子などとして、従来に比べてより微小化し、かつ多数化した単位ごと（前記領域ごと、あるいは微小振動体ごと）に電気信号の入出力が可能な、新規な圧電振動子を提供することにある。
また本発明の他の目的は、かかる圧電振動子を、より簡単かつ確実に、歩留まり良く実装し得る、新規な実装方法と、それを利用した新規な実装デバイスとを提供することにある。
【００１２】
そして本発明のさらに他の目的は、かかる実装デバイスを用いた、これまでに比べて解像度を飛躍的に向上することが可能で、しかもよりコンパクトな、新規な超音波プローブと、それを用いた、より高解像度の３次元超音波診断装置とを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、圧電材料にて板状に形成するか、または圧電材料からなる微小振動体を複数個、２次元状に配列してなる圧電振動部材と、この圧電振動部材を両面から挟む一対の電極とを備えるとともに、当該一対の電極のうち少なくとも一方を、
（Ｉ）　　導電成分としての金属粉末と、結着剤とを含み、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有する電極層、または
（ＩＩ）　リソグラフィーによって形成した複数の微細電極からなる電極アレイ、
にて形成したことを特徴とする圧電振動子である。
【００１４】
かかる請求項１の構成では、例えば（Ｉ）の電極層の異方導電特性を利用して、板状の圧電振動部材の、区分した特定の微小な領域に、その他の領域とは独立して個別に、電気信号を入力することができる。また（ＩＩ）の電極アレイを形成する個々の電極を介しても、やはり板状の圧電振動部材の、区分した特定の微小な領域に、独立して個別に電気信号を入力することができる。
したがって請求項１の構成によれば、板状の圧電振動部材の、面方向に区分した複数の微細な領域ごとに、入力する電気信号の位相をずらして振動させることにより、圧電振動子を、圧電トランスデューサとして機能させることが可能となる。
【００１５】
また請求項１の構成によれば、（Ｉ）の電極層の異方導電特性を利用して、圧電振動部材の特定の微小振動体、もしくは微小振動体のグループに、その他の微小振動体またはその他のグループとは独立して個別に、電気信号を入出力することができる。また（ＩＩ）の電極アレイを形成する個々の電極を介しても、同様に圧電振動部材の特定の微小振動体、もしくは微小振動体のグループに、独立して個別に電気信号を入出力することができる。
【００１６】
したがって請求項１の構成によれば、圧電振動部材の個々の微小振動体ごと、もしくは微小振動体のグループごとに、入力する電気信号の周波数、強度、位相などを変化させて振動させるとともに、共鳴、振動して発生した電気信号の周波数、強度、位相などを読み取ることができるため、圧電振動子を、３次元超音波診断用振動子や３次元アレイ超音波振動子として機能させることも可能となる。しかも、（Ｉ）の電極層による異方導電特性の分解能、つまり厚み方向の導電性を維持しつつ面方向の絶縁性を確保できる最小の間隔は、理論的には、層中に導電成分として分布させる金属粉末の分布構造のレベルまで微細化が可能であり、また（ＩＩ）の電極アレイを形成する個々の電極のサイズは、例えばリソグラフィーによる加工の限界近くまで微細化が可能であり、このいずれも、ハンダ付けによる実装技術の限界より微細である。
【００１７】
したがって請求項１の構成によれば、圧電振動子の、電気信号を入力して個別に振動させるべき領域や、あるいは電気信号を個別に入出力し得る微小振動体のサイズを、実装技術の制約を受けることなしに、これまでに比べてさらに微細化することも可能となる。
請求項２記載の発明は、圧電振動部材を、圧電材料からなる微小振動体を複数個、２次元状に配列して形成するとともに、
一対の電極のうち一方を、その導電成分として、微小な金属粒が多数、鎖状に繋がった形状を有する鎖状の金属粉末を含み、かつ当該金属粉末の鎖を層の厚み方向に配列させることで異方導電特性を付与した（Ｉ）の電極層にて形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子である。
【００１８】
鎖状の金属粉末を、上記のように層の厚み方向に配向させると、配向した金属粉末の鎖によって、層の厚み方向に沿って導電ネットワークが形成されるため、当該層の、厚み方向の導電抵抗を著しく小さくすることができる。また層の面方向は、金属粉末の鎖と鎖の間に結着剤としての樹脂などが介在して導電抵抗が大きい状態を維持することができる。
したがって請求項２の構成によれば、異方導電特性に優れた電極層を形成することができ、個々の微小振動体ごとの、電気信号の入出力をより確実、かつスムースに行って、各微小振動体をより確実に、個別に駆動制御することが可能となる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、鎖状の金属粉末を、（Ｉ）の電極層中で、個々の微小振動体に対応する領域に集中的に分布させたことを特徴とする請求項２記載の圧電振動子である。
請求項３の構成では、鎖状の金属粉末を、電極層中の、微小振動体に対応する領域で密、隣り合う微小振動体間の隙間で粗となるように集中的に分布させるとともに、密な領域では層の厚み方向に配向させて、前述した導電ネットワークを形成している。このため、層の厚み方向の導電抵抗をさらに小さくするとともに、層の面方向の導電抵抗をさらに大きくすることができ、より一層、異方導電特性に優れた電極層を形成することができる。
【００２０】
したがって請求項３の構成によれば、個々の微小振動体ごとの、電気信号の入出力をさらに確実、かつスムースに行って、各微小振動体をさらに確実に、個別に駆動制御することが可能となる。
請求項４記載の発明は、圧電振動部材を、圧電材料からなる微小振動体を複数個、２次元状に配列して形成するとともに、
一対の電極のうち一方を、個々の微小振動体に１対１で対応する複数の微細電極を備えた（ＩＩ）の電極アレイにて形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子である。
【００２１】
請求項４の構成によれば、個々の微小振動体に１対１で対応させて微細電極を形成しているため、この微細電極を介して、個々の微小振動体ごとに個別に、電気信号を入出力することができる。したがって各微小振動体をより確実に、個別に駆動制御することが可能となる。
請求項５記載の発明は、基板上に、請求項２記載の圧電振動子の、個々の微小振動体に１対１で対応する複数のスイッチング素子を配列した実装基板を用意し、
この実装基板を、上記圧電振動子の、（Ｉ）の電極層を形成した側の面に、当該電極層を挟んで、個々の微小振動体とスイッチング素子とが圧電振動子の面方向に重なるように位置合わせしつつ重ね合わせるとともに、
実装基板と圧電振動子とを圧着させて、面方向に重なった個々の微小振動体とスイッチング素子とを電極層を介して電気的に接続することを特徴とする圧電振動子の実装方法である。
【００２２】
また請求項６記載の発明は、基板上に、請求項２記載の圧電振動子の、個々の微小振動体に１対１で対応する複数のスイッチング素子を配列した実装基板を備えるとともに、この実装基板を、上記圧電振動子の、（Ｉ）の電極層を形成した側の面に、当該電極層を挟んで、個々の微小振動体とスイッチング素子とが圧電振動子の面方向に重なるように位置合わせしつつ重ね合わせ、かつ実装基板と圧電振動子とを圧着させることによって、面方向に重なった個々の微小振動体とスイッチング素子とを電極層を介して電気的に接続したことを特徴とする実装デバイスである。
【００２３】
請求項５、６の構成によれば、実装基板と圧電振動子とを位置合わせしつつ圧着させるだけで、（Ｉ）の電極層による異方導電特性によって、圧電振動子の面方向に重なった個々の微小振動体とスイッチング素子とを電気的に接続することができる。
したがって個々の微小振動体への実装を、これまでよりも簡単かつ確実に行うことができる上、ハンダ付けのような接続不良も生じにくいので、製造の歩留まりを向上することもできる。
【００２４】
また、基板表面へのスイッチング素子の形成は、例えばリソグラフィーを利用した場合、その加工の限界近くまで微細化が可能であり、ハンダ付けによる実装技術の限界よりも微細化することができる。また実装基板と圧電振動子との位置合わせの精度は、例えば半導体素子の製造技術などで実用化されているマスクアライナーなどを利用すれば、微小振動体やスイッチング素子の形成精度と匹敵するレベルまで高精度化することができる。
【００２５】
したがって請求項５、６の構成によれば、前述した請求項１の圧電振動子の、微小振動体のサイズをこれまでに比べてさらに微細化して、しかもより確実に実装することも可能である。
また、実装基板上に２次元状に配列された複数のスイッチング素子を個別に駆動、制御するためには、たとえばＴＦＴ型液晶表示素子などにおけるマトリックス制御の技術を応用することができる。このため、例えば実装基板上にマトリックス制御のための駆動回路を実装すれば、３次元超音波診断装置の本体などとの間で電気信号を送受信するための配線の本数を、微小振動体の数に比べて飛躍的に少なくすることができる。
【００２６】
このため、配線部をこれまでよりもコンパクト化することが可能となる上、実装基板と配線との接続に、例えば通常のプリント配線板用のコネクタなどを利用して、配線を接続して超音波プローブを製造する作業性を著しく向上することもできる。また不良を発見した場合は実装デバイス取り外して交換すればよく、配線側はそのまま使用できるので、超音波プローブの製造歩留まりを向上することもできる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、圧電振動子の、（Ｉ）の電極層を形成して実装基板を圧着させた側と反対側の面に、当該電極層とともに一対の電極を構成する、圧電振動部材の全面に亘る一枚の電極板を介して、音響整合層を積層したことを特徴とする請求項６記載の実装デバイスである。
請求項７の構成によれば、実装デバイスは実装基板から音響整合層までを一体化したものゆえ、配線を接続して超音波プローブを製造する作業性をさらに向上することができる。
【００２８】
請求項８記載の発明は、先端に、請求項６記載の実装デバイスを装着し、かつ当該実装デバイスの実装基板に、基板上の個々のスイッチング素子との間で電気信号を送受信するための配線を接続したことを特徴とする３次元超音波診断装置用の超音波プローブである。
請求項８の構成によれば、上述した実装デバイスを用いているため、これまでに比べて解像度を飛躍的に向上することが可能で、しかもよりコンパクトな、３次元超音波診断装置用の超音波プローブを得ることができる。
【００２９】
請求項９記載の発明は、実装基板上、または配線の途中に、診断対象から反射して戻ってきた超音波信号のエコーによって微小振動体が共鳴、振動した際に発生する電気信号を増幅して送信するためのプリアンプを設けたことを特徴とする請求項８記載の超音波プローブである。
請求項９の構成によれば、超音波信号のエコーを受信して圧電振動子で発生した電気信号をプリアンプによって増幅することによって、より離れた位置にある３次元超音波診断装置の本体に、より正確に送信することができ、３次元超音波診断装置の本体において、より鮮明な超音波画像を表示することが可能となる。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の超音波プローブを備えることを特徴とする３次元超音波診断装置である。
請求項１０の構成によれば、上述した超音波プローブを用いているため、これまでに比べて解像度が飛躍的に向上した３次元超音波診断装置を実用化することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
《圧電振動子》
本発明の圧電振動子ＰＥは、圧電振動部材と、この圧電振動部材を両面から挟む一対の電極とを備えるとともに、当該一対の電極のうち少なくとも一方を、
（Ｉ）　　異方導電特性を有する電極層、または
（ＩＩ）　リソグラフィーによって形成した複数の微細電極からなる電極アレイ、
にて形成したことを特徴とするものである。
【００３２】
〔圧電振動部材〕
上記のうち圧電振動部材１としては、図１（ａ）（ｂ）に示すように圧電材料にて板状に形成したもの、図２（ａ）（ｂ）に示すように圧電材料からなる微小振動体１０を複数個、個々の微小振動体１０間に隙間１２を有するように２次元状に配列したもの、あるいは図３（ａ）（ｂ）に示すように、上記微小振動体１０の隙間を樹脂１１で充てんしたものなどを用いることができる。
【００３３】
このうち図１（ａ）（ｂ）の板状の圧電振動部材１は、前述したように圧電セラミックス材料を焼結したのち板状に研磨するなどして製造される。
圧電セラミックス材料としては、例えばチタン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミックス、メタニオブ酸鉛系セラミックス、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス、ニオブ酸アルカリ系セラミックスなどを挙げることができる。中でも特に、前述したＰＺＴや、あるいはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）などのチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを好適に使用することができる。
【００３４】
また図２（ａ）（ｂ）の、複数の微小振動体１０からなる圧電振動部材１は、ダイシング（Ｄｉｃｉｎｇ）法によって製造することができる。
すなわち、まず圧電セラミックス材料を焼結して形成した板状のセラミックス層を、接着剤層を介して、例えば樹脂基板などの上に接着、固定する。
次にこの状態で、半導体の製造工程においてシリコンウエハのカットなどに使用するダイシングソーを用いて、セラミックス層に、樹脂基板に達する多数の溝を形成することで、当該セラミックス層を、微小振動体のもとになる多数の小片が樹脂基板上に規則的に配列、固定された状態にカットする。
【００３５】
次に、カットした小片の上に、図では電極層２のみ記載しているが、実際は、表面に電極層２を有する支持基板などを接着、固定した後、樹脂基板を分離し、さらに必要に応じて所定の厚みに研磨すると、前記図２（ａ）（ｂ）に示すように、圧電材料からなる多数の微小振動体１０を面方向に規則的に配列した構造を有する圧電振動部材１を得ることができる。
さらに図３（ａ）（ｂ）の、微小振動体１０の隙間を樹脂１１で充てんした圧電振動部材は、圧電セラミックス材料と、例えばエポキシ樹脂などの、隣り合う微小振動体１０間で振動が伝達されるのを防止する機能を有する樹脂とを用いて、ダイス−アンド−フィル（Ｄｉｃｅ　＆　Ｆｉｌｌ）法、リガ（ＬＩＧＡ）法等の製造方法によって製造することができる。
【００３６】
このうちダイス−アンド−フィル法においては、まず圧電セラミックス材料を焼結して形成した板状のセラミックス層を、接着剤層を介して、例えば樹脂基板などの上に接着、固定する。
次にこの状態で、前記と同様にダイシングソーを用いて、セラミックス層に、樹脂基板に達する多数の溝を形成することで、当該セラミックス層を、微小振動体のもとになる多数の小片が樹脂基板上に規則的に配列、固定された状態にカットする。
【００３７】
次に、各小片間の溝に樹脂を充てんして固化し、またエポキシ樹脂などの場合は硬化させたのち、接着剤層を溶解、除去して樹脂基板を分離し、さらに必要に応じて所定の厚みに研磨すると、前記図３（ａ）（ｂ）に示すように、圧電材料からなる多数の微小振動体１０を面方向に規則的に配列するとともに、その隙間を樹脂１１で充てんした構造を有する圧電振動部材１を得ることができる。
またリガ法においては、まずリソグラフィーによって、金属板等の導電性の基板上に、多数の微小振動体間の、樹脂を充てんする隙間の形状に対応した立体形状を有するめっきレジスト層を形成する。
【００３８】
次に、上記めっきレジスト層の間で露出した基板表面を陰極とする電気めっきにより、当該表面に、微小振動体の形状に対応する多数の部分を有するとともに、めっきレジスト層より上側で上記各部分が一体に繋がれた立体形状を有する金属層を成長させたのち、基板とめっきレジスト層とを除去することで、上記金属層からなる金型を得る。
次にこの金型を用いて、注型成型などにより、多数の微小振動体間の、樹脂を充てんする隙間の形状に対応した立体形状を有する樹脂型を作製する。
【００３９】
次にこの樹脂型の、微小振動体の形状に対応する凹部とその上の空間に、圧電セラミックス材料と結着剤とを含む成型材を充てんし、プレス成型したのち樹脂型を除去して、多数の微小振動体に対応する部分と、当該各部分を繋ぐ基部とを有する予備成型体を得る。
そしてこの予備成型体を焼結した後、多数の微小振動体の隙間に樹脂を充てんして固化し、またエポキシ樹脂などの場合は硬化させるとともに、基部を研磨して除去すると、この場合も前記図３（ａ）（ｂ）に示すように、圧電材料からなる多数の微小振動体１０を面方向に規則的に配列するとともに、その隙間を樹脂１で充てんした構造を有する圧電振動部材１を得ることができる。
【００４０】
〔電極層〕
上に述べたいずれかの圧電振動部材を両面から挟む一対の電極のうち、少なくとも片面に形成する電極を、前記（Ｉ）の電極層、または（ＩＩ）の電極アレイとすることにより、本発明の圧電振動子を形成することができる。
このうち（Ｉ）の電極層は、導電成分としての金属粉末と結着剤とを含み、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有している。
【００４１】
かかる電極層は、先に述べたように、微小な金属粒が多数、鎖状に繋がった形状を有する常磁性の金属粉末を導電成分として含む導電ペーストを用いて、下記（１）または（２）の方法によって形成するのが好ましい。
（１）　　図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、導電ペースト２ａを、下地Ｂ上に層状に塗布するとともに、磁場をかけながら固化させて形成した層２ｂを下地Ｂからはく離後、圧電振動部材１の少なくとも片面（図では両面）に圧着させて電極層２を形成する。
【００４２】
（２）　　図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、導電ペースト２ａを直接に、圧電振動部材１の少なくとも片面（図では両面）に層状に塗布するとともに、磁場をかけながら固化させて電極層２を形成する。
なお（２）の形成方法は、導電ペースト２ａを直接に、圧電振動部材１に塗布して電極層２を形成する関係で、ともに板状で表面が平滑な図１（ａ）（ｂ）、および図３（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１にしか適用できないが、（１）の形成方法は、あらかじめ別に形成した層２ｂを圧着させて電極層２を形成するため、図１（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１だけでなく、図２（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１にも適用できる。
【００４３】
常磁性を有する鎖状の金属粉末は、磁場をかけると、当該磁場の方向に沿って配向する。このため上記（１）（２）の形成方法において、導電ペーストを層状に塗布した固化前の状態で、磁場を層の厚み方向にかけてやると、それにしたがって図１（ａ）中に拡大して示したように、鎖状の金属粉末２１が層の厚み方向に配向し、層の固化とともに固定されて、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有する電極層２が形成される。
【００４４】
また金属粉末は、磁場をかけた際に磁束線に沿って集中する傾向を有する。
このため、
（３）　　導電ペーストを、図３（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１の、少なくとも片面に層状に塗布し、磁束線が、圧電振動部材１を構成する個々の微小振動体１０を通過するように磁場をかけた状態で固化させると、
図３（ａ）中に拡大して示したように、鎖状の金属粉末２１が、微小振動体１０に対応する領域に集中するとともに、層の厚み方向に配向した状態で固定されて、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有する上、鎖状の金属粉末２１によって、個々の微小振動体１０ごとに独立した導電ネットワークを有する電極層２が形成される。
【００４５】
さらに、
（４）　　導電ペーストを、下地上に層状に塗布するとともに、図２（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１を構成する個々の微小振動体１０の形成ピッチと一致するように磁場をかけた状態で固化させ、次いで下地からはく離して図２（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１上に重ね合わせて、磁場をかけた部分が個々の微小振動体１０と一致するように位置合わせした後、圧着させると、
図２（ａ）中に拡大して示したように、やはり鎖状の金属粉末２１が、微小振動体１０に対応する領域に集中するとともに、層の厚み方向に配向した状態で固定されて、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有する上、鎖状の金属粉末２１によって、個々の微小振動体１０ごとに独立した導電ネットワークを有する電極層２が形成される。
【００４６】
圧電振動部材１と電極層２の位置合わせには、前述したマスクアライナーなどを利用すればよい。具体的には、例えば圧電振動部材１と電極層２に、それぞれ位置合わせのためのマークなどを形成しておき、それを利用して、マスクアライナーなどを用いて位置合わせして圧着させることができる。これにより、電極層２の、磁場をかけて鎖状の金属粉末２１を集中させた部分を、微小振動体１０に対して高精度で位置合わせすることができる。
【００４７】
前記（１）の形成方法の具体例としては、電極層２の厚み方向に磁場をかけた下地Ｂ上に導電ペースト２ａを塗布したのち固化させる方法を挙げることができる。
下地Ｂの、電極層２の厚み方向に磁場をかける方法としては、ガラス基板などの下地Ｂの上下に磁石を配置する方法や、あるいは下地Ｂとして磁石の表面を利用する方法などをあげることができる。後者の方法は、磁石の表面から出る磁力線が、当該表面から、電極層２の厚み程度までの領域では、磁石の表面に対してほぼ垂直であることを利用したもので、電極層２の製造装置を簡略化できるという利点がある。
【００４８】
また（２）（３）の形成方法の具体例としては、圧電振動部材１の上下、あるいは一方の電極層２のみ金属粉末を配列させる場合は、その電極層２に近い上下いずれか一方に磁石を配置した状態で、その少なくとも片面に導電ペースト２ａを塗布したのち固化させる方法を挙げることができる。
また（３）の形成方法において、磁束線が、圧電振動部材１の、個々の微小振動体１０を通過するように磁場をかけるためには、例えば個々の微小振動体１０ごとに対応させて、その上下、あるいは一方の電極層２のみ金属粉末を配列させる場合は、その電極層２に近い上下いずれか一方のみに、小さな磁石を配置する方法などを挙げることができる。
【００４９】
さらに（４）の形成方法において磁束線が、個々の微小振動体１０の形成ピッチと一致するように磁場をかけるためには、ガラス基板などの下地Ｂの上下に、そのピッチに合わせて、やはり小さな磁石を配置する方法などを挙げることができる。
これらの方法を実施する際に、層状に塗布した導電ペースト２ａにかける磁場の強さは、金属粉末２１中に含まれる、常磁性を有する金属の種類や割合等によって異なるものの、金属粉末２１を、層の厚み方向に十分に配向させることを考慮すると、磁束密度で表して１０００μＴ以上、中でも１００００μＴ以上、とくに４００００μＴ以上であるのが好ましい。
【００５０】
電極層２の厚みは特に限定されないが、板状の圧電振動部材１、もしくは圧電振動部材１を構成する微小振動体１０を、電極層２を介して、外部の配線と、圧着などによって良好に導電接続することを考慮すると、１０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
また電極層２における固形分、すなわち鎖状の金属粉末２１と結着剤との総量に占める、金属粉末２１の割合で表される金属充てん量は、０．０５〜２０体積％とするのが好ましい。
【００５１】
かくして形成された電極層２は、導電成分としての、鎖状の金属粉末２１の機能により、板状の圧電振動部材１の、面方向に区分された、隣り合う領域間のピッチや、あるいは圧電振動部材１の、隣り合う微小振動体１０間のピッチが５０μｍ未満、より好ましくは４０μｍ以下であっても短絡を生じることがない。したがってより微細な動きをする圧電振動子ＰＥを形成することが可能となる。
またとくに、圧電振動部材１を構成する微小振動体１０ごとに鎖状の金属粉末２１を集中させて配向させた電極層２は、各微小振動体１０ごとに印加する電気信号の分離がより明りょうであり、クロストークによる微小振動体１０の誤動作を確実に防止して、より正確な動きをする圧電振動子ＰＥを形成することも可能となる。
【００５２】
電極層は、リソグラフィーによってパターン形成することもできる。
すなわちまず、電極層を形成する前の、圧電振動部材の表面の全面にレジスト剤を塗布し、所定のパターンに焼き付けたのち現像して、圧電振動部材の表面の、電極層をパターン形成する領域以外の領域を覆うレジスト層を形成する。
次にこのレジスト層を含む、圧電振動部材の表面の全面に導電ペーストを塗布したのち、前述したように磁場をかけながら固化させることで電極層を形成する。
【００５３】
そしてレジスト層と、その上に形成した電極層とを除去すると、圧電振動部材の表面の、レジスト層を形成しなかった領域に選択的に、電極層がパターン形成される。
また、リソグラフィーによって電極層をパターン形成する他の方法としては、次の方法を採用することもできる。
まず、圧電振動部材の表面の全面に導電層を形成したのち、その上にレジスト剤を塗布し、所定のパターンに焼き付けたのち現像して、圧電振動部材の表面の、電極層をパターン形成する領域を覆うレジスト層を形成する。
【００５４】
圧電振動部材の表面の全面に導電層を形成するには、当該表面の全面に導電ペーストを塗布したのち、磁場をかけながら固化させるか、もしくは、別に作製した電極層を、圧電振動部材の表面の全面に圧着させればよい。
次に電極層の、レジスト層で覆われていない領域をアッシング、エッチングなどの方法で選択的に除去したのち、レジスト層を除去すると、圧電振動部材の表面の、レジスト層を形成した領域に選択的に、電極層がパターン形成される。
【００５５】
（金属粉末）
電極層に含有させる、常磁性を有する鎖状の金属粉末の具体例としては、下記（ｉ）〜（ｖ）のいずれか１種、もしくは２種以上の混合物などを挙げることができる。
（ｉ）　　常磁性を有する金属単体、常磁性を有する２種以上の金属の合金、または常磁性を有する金属と他の金属との合金から形成したミクロンオーダーないしサブミクロンオーダーの金属粒を、自身の磁性によって多数個、鎖状に繋がらせた金属粉末。
【００５６】
（ｉｉ）　上記（ｉ）の金属粉末の表面にさらに、常磁性を有する金属単体、常磁性を有する２種以上の金属の合金、または常磁性を有する金属と他の金属との合金からなる金属層を析出させて、金属粒間を強固に結合した金属粉末。
（ｉｉｉ）　　上記（ｉ）または（ｉｉ）の金属粉末の表面にさらに、他の金属や合金からなる金属層を析出させて、金属粒間を強固に結合した金属粉末。
（ｉｖ）　常磁性を有する金属単体、常磁性を有する２種以上の金属の合金、または常磁性を有する金属と他の金属との合金から形成した粒状の芯材の表面を、他の金属や合金で被覆して複合体を得、この複合体を金属粒として、芯材の磁性によって多数個、鎖状に繋がらせた金属粉末。
【００５７】
（ｖ）　　上記（ｉｖ）の金属粉末の表面にさらに、他の金属や合金からなる金属層を析出させて、金属粒間を強固に結合した金属粉末。
上記のうち常磁性を有する金属単体、常磁性を有する２種以上の金属の合金、または常磁性を有する金属と他の金属との合金によって形成される金属粉末または金属粒の全体、もしくは
常磁性を有する金属を含む複合体によって形成される金属粉末または金属粒のうち、常磁性を有する金属を含む部分は、還元析出法によって、その形成材料である、常磁性を有する金属のイオンを少なくとも含む溶液に還元剤を加えることで、液中に析出させて形成するのが好ましい。
【００５８】
還元析出法においては、まず還元剤、例えば三塩化チタンなどの３価のチタン化合物と、例えばクエン酸三ナトリウム等とを溶解させた溶液（以下「還元剤溶液」とする）に、アンモニア水等を加えてｐＨを９〜１０に調整する。これにより、３価のチタンイオンが錯化剤としてのクエン酸と結合して配位化合物を形成して、Ｔｉ（ＩＩＩ）からＴｉ（ＩＶ）に酸化する際の活性化エネルギーが低くなり、還元電位が高くなる。具体的には、Ｔｉ（ＩＩＩ）とＴｉ（ＩＶ）との電位差が１Ｖを超える。この値は、Ｎｉ（ＩＩ）からＮｉ（０）への還元電位や、Ｆｅ（ＩＩ）からＦｅ（０）への還元電位などに比べて著しく高い値である。よって各種の金属のイオンを効率よく還元して、金属粒や金属膜などを析出、形成することができる。
【００５９】
それと前後して上記の還元剤溶液に、例えばＮｉ等の、常磁性を有する金属単体のイオンを含む溶液、または常磁性を有する金属を含む合金を形成する２種以上のイオンを含む溶液を加える。
そうするとＴｉ（ＩＩＩ）が還元剤として機能して、自身がＴｉ（ＩＶ）に酸化する際に、金属のイオンを還元して液中に析出させる。すなわち液中に、上記金属単体または合金からなる金属粒が析出するとともに、自身の磁性によって多数が鎖状に繋がって鎖状の金属粉末を形成する。また、このあとさらに析出を続けると、上記金属粉末の表面にさらに金属層が析出して、金属粒同士を強固に結合する。
【００６０】
つまり前記（ｉ）（ｉｉ）などの金属粉末や、その元になる金属粒、あるいは前記（ｉｖ）の金属粉末の元になる複合体のうち芯材などを、上記の方法によって製造することができる。
このうち金属粒や芯材は個々の粒径が揃っており、粒度分布がシャープである。これは、還元反応が系中で均一に進行するためである。したがってかかる金属粒や芯材から製造される金属粉末は、とくに電極層の厚み方向の導電抵抗を、当該電極層の全面にわたって均一な状態とする効果に優れている。
【００６１】
金属粒や芯材等を析出させた後の還元剤溶液は、電解再生を行うことで、何度でも繰り返し、還元析出法による鎖状の金属粉末の製造に利用することができる。すなわち、金属粒や芯材等を析出させた後の還元剤溶液を電解槽に入れるなどして電圧を印加することで、Ｔｉ（ＩＶ）をＴｉ（ＩＩＩ）に還元してやれば、再び電解析出用の還元剤溶液として使用することができる。これは、電解析出時にチタンイオンが殆ど消費されない、つまり析出させる金属とともに析出されないためである。
【００６２】
金属粒や芯材等を形成する、常磁性を有する金属または合金としては、例えばＮｉ、鉄、コバルトおよびこれらのうち２種以上の合金等をあげることができ、とくにＮｉ単体やＮｉ−鉄合金（パーマロイ）等が好ましい。かかる金属や合金にて形成した、とくに金属粒は、鎖状に繋がる際の磁気的な相互作用が強いため、金属粒間の接触抵抗を低減する効果に優れている。
また上記の、常磁性を有する金属や合金とともに、前記（ｉｉｉ）（ｉｖ）（ｖ）の複合体を形成する他の金属としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｒｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、ＰｔおよびＡｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属またはその合金などをあげることができる。金属粉末の導電性を向上することを考慮すると、これらの金属で形成される部分は、鎖の外表面に露出している部分であるのが好ましい。つまり鎖の表面をこれらの金属で被覆した、前記（ｉｉｉ）（ｖ）の構造を有する複合体が好ましい。被覆は、例えば無電解めっき法、電解めっき法、還元析出法、真空状着法などの種々の成膜方法によって形成できる。
【００６３】
金属粉末は、前記（ｉ）〜（ｖ）のいずれかの構造を有し、なおかつその鎖の径が１μｍ以下、鎖状の金属粉末を形成する個々の金属粒の粒径が４００ｎｍ以下であるものが好ましい。
なお鎖の径があまりに小さすぎると、導電ペーストを製造する際や、下地上に塗布して電極層を製造する際の応力程度で簡単に切れやすくなるおそれがある。したがって鎖の径は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００６４】
また鎖を形成する金属粒の粒径があまりに小さすぎると、鎖状に繋がれた金属粉末自体のサイズが小さくなりすぎて、導電成分としての機能が十分に得られないおそれがある。したがって金属粒の粒径は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
（結着剤）
鎖状の金属粉末とともに電極層を形成する結着剤としては、当該用途において結着剤として従来公知の、成膜性および接着性を有する種々の化合物がいずれも使用可能である。かかる結着剤としては、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂、液状硬化性樹脂などがあり、特に好ましくはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂などをあげることができる。
【００６５】
（導電ペースト）
電極層のもとになる導電ペーストは、鎖状の金属粉末と結着剤とを、適当な溶媒とともに所定の割合で配合して製造する。また液状硬化性樹脂等の液状の結着剤を用いることで、溶媒を省略してもよい。
〔電極アレイ〕
前記（ＩＩ）の、多数の微細電極からなる電極アレイは、従来同様に、リソグラフィーを利用した種々の形成方法によって形成することができる。具体的な形成方法としては、アディティブ法やサブトラクティブ法などを挙げることができる。
【００６６】
このうちアディティブ法では、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、板状の圧電振動部材１の、表面の全面にレジスト剤ｒを塗布し、所定のパターンに焼き付けたのち現像して、圧電振動部材１の表面の、微細電極をパターン形成する領域以外の領域を覆うめっきレジスト層Ｒ１を形成する。
次にこのめっきレジスト層Ｒ１を含む、圧電振動部材１の表面の全面に、湿式めっきや気相成長法などによって、微細電極のもとになる金属薄膜Ｍを積層する。
【００６７】
そしてめっきレジスト層Ｒ１と、その上に形成した金属薄膜Ｍとを除去すると、圧電振動部材１の表面の、めっきレジスト層を形成しなかった領域に選択的に微細電極２２がパターン形成されて、電極アレイ２が形成される。
一方、サブトラクティブ法では、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、まず圧電振動部材１の表面の全面に、湿式めっきや気相成長法などによって、微細電極のもとになる金属薄膜Ｍを積層する。
【００６８】
次に、この金属薄膜Ｍの上にレジスト剤ｒを塗布し、所定のパターンに焼き付けたのち現像して、圧電振動部材１の表面の、微細電極をパターン形成する領域を覆うエッチングレジスト層Ｒ２を形成する。
次に金属薄膜Ｍの、エッチングレジスト層Ｒ２で覆われていない領域を選択的にエッチング除去したのち、エッチングレジスト層Ｒ２を除去すると、圧電振動部材１の表面の、エッチングレジスト層Ｒ２を形成した領域に選択的に、微細電極２２がパターン形成されて、電極アレイ２が形成される。
【００６９】
かくして形成された電極アレイ２を構成する個々の微細電極２２は、例えばリソグラフィーによる加工の限界近くまで微細化できるため、より微細な動きをする圧電振動子を形成することが可能となる。
また、とくにリソグラフィーによれば、図８に示すように、圧電振動部材１を構成する微小振動体１０ごとに、高い位置精度でもって正確に、１対１で対応させて微細電極２２を形成できるため、より正確な動きをする圧電振動子ＰＥを形成することも可能となる。
【００７０】
前述したように本発明では、圧電振動部材を両面から挟む電極のうち、少なくとも片面に形成する電極を、以上で説明した、（Ｉ）の電極層または（ＩＩ）の電極アレイとする。もう片面に形成する電極は、同様に（Ｉ）の電極層や（ＩＩ）の電極アレイでもよいし、図８に示すように連続した１枚の電極であってもよい。かかる連続した１枚の電極は、従来同様に湿式めっきや気相成長法によって形成すればよい。
【００７１】
圧電振動部材１の両面に電極２を形成した後、５０〜１２０℃に加熱しつつ、２〜３ｋＶ／ｍｍの電流を印加して分極させることによって圧電振動子ＰＥが完成する。
《圧電振動子の実装方法、および実装デバイス》
本発明の圧電振動子の実装方法は、上記本発明の圧電振動子ＰＥのうち、図２（ａ）（ｂ）、または図３（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１の片面に、（Ｉ）の電極層２を形成したものについて、実装を施すための方法である。
【００７２】
本発明の実装方法では、まず図９（ａ）にその一部を拡大して示したように、基板３１上に、同図中に破線で示す圧電振動子ＰＥの、個々の微小振動体１０の配列に合わせて、当該微小振動体１０に１対１で対応する複数のスイッチング素子３２をマトリックス状に配列した実装基板３を用意する。
かかる実装基板３においては、個々のスイッチング素子３２としてＴＦＴの構成を採用しており、図の縦方向に一列に並ぶ各スイッチング素子３２のソース電極３２Ｓを、その右横に形成した１本の信号線３３と、また図の横方向に一列に並ぶ各スイッチング素子３２のゲート電極３２Ｇを、その下に形成した１本のゲート線３４と、それぞれ金属薄膜によって一体に形成してある。
【００７３】
またスイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄは、やはり金属薄膜によって形成してあり、圧電振動子ＰＥと圧着した際に、（Ｉ）の電極層２を介して個々の微小振動体１０に電圧を印加する電極として機能する。
そして上記の信号線３３とゲート線３４とを、縦横の、スイッチング素子３２の列の本数分、格子状に形成してあり、特定の信号線３３に駆動のための電気信号を供給しつつ、特定のゲート線３４に電圧を印加することによって、その交差点に位置する特定のスイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄから、対応する微小振動体１０に電気信号を入力して振動させることができる。
【００７４】
上記スイッチング素子３２と、このスイッチング素子３２に接続された微小振動体１０との等価回路を図９（ｂ）に示す。
なお実装基板３上には、図示していないが、前述したようにマトリックス制御のための駆動回路を実装しておくのが好ましい。また当該駆動回路を配線と接続するための、コネクタの端子部を形成しておくのが好ましい。
本発明の実装方法の一例を、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す。
図の例の実装方法においては、まず圧電振動部材１として、前記図３（ａ）（ｂ）に示した、圧電材料からなる微小振動体１０を複数個、２次元状に配列するとともに、個々の微小振動体１０の隙間を樹脂１１で充てんしたものを用意する〔図１０（ａ）〕。
【００７５】
次に図１０（ｂ）に示すように、上記圧電振動部材１の一方の面（図では上面）に、導電ペースト２ａを塗布し、次いでその上方に、小さな磁石Ｍ１を複数個、個々の微小振動体１０ごとに対応させて配置した基板Ｍを近接させて配置した状態で導電ペースト２ａを固化させて、図１０（ｃ）中に拡大して示したように、鎖状の金属粉末２１が、微小振動体１０に対応する領域に集中するとともに、層の厚み方向に配向した状態で固定されて、厚み方向の導電抵抗が小さく、かつ面方向の導電抵抗が大きい異方導電特性を有する上、鎖状の金属粉末２１によって、個々の微小振動体１０ごとに独立した導電ネットワークを有する電極層２を形成する。
【００７６】
なお圧電振動部材１のもう一方の面（図では下面）に形成する電極２は、連続した１枚の電極でよいので、例えば上面の電極の形成に先立って、湿式めっきや気相成長法によって形成しておけばよい。
これにより、圧電振動子ＰＥが形成される。
次に図１０（ｄ）中に白抜きの矢印で示すように、上記圧電振動子ＰＥの上側の電極層２上に、前述した実装基板３を、複数のスイッチング素子３２を形成した面を下にして、また個々の微小振動体１０とスイッチング素子３２とが圧電振動子ＰＥの面方向に重なる、詳しくは個々の微小振動体１０と、スイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄとが面方向に一致するように位置合わせしながら重ね合わせて圧着する。
【００７７】
両者の位置合わせには、前述したようにマスクアライナーなどを利用すればよい。具体的には、例えば電極層２と実装基板３に、それぞれ位置合わせのためのマークなどを形成しておき、それを利用して、マスクアライナーなどを用いて位置合わせして圧着させることができる。これにより、スイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄを、電極層２の下の微小振動体１０に対して高精度で位置合わせすることができる。
【００７８】
またこの際、例えば電極層２を形成する結着剤に接着性、もしくは粘着性を付与しておくと、上記の圧着によって、圧電振動子ＰＥと実装基板３とを互いに固定することができる。しかし結着剤に接着性や粘着性を付与せず、圧電振動子ＰＥと実装基板３とを、図示しない固定具などを用いて固定することもできる。また、電極層２と実装基板３との間に接着剤や粘着剤を介在させて、圧着により両者を固定することもできるが、電極層２と、スイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄとは直接に接触しているのが好ましいことから、両者の間に接着剤や粘着剤を介在させるより、前掲の２つの方法のいずれかによって電極層２と実装基板３とを固定するのがより好ましい。
【００７９】
この後、下面の電極２のさらに下面に、樹脂などで形成した音響整合層４を積層、固定すると、図１２（ａ）に示すように、超音波プローブ用の実装デバイスＺＤが得られる。
図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実装方法の、他の例を示している。
図の例では、まず圧電セラミックス材料を焼結して形成した板状のセラミックス層１ａと、下側の電極２と、音響整合層４との積層体を用意する〔図１１（ａ）〕。
【００８０】
次にこの積層体のうちセラミックス層１ａを、前述したダイシング法によって、微小振動体１０のもとになる多数の小片が規則的に配列、固定された状態にカットして、図２（ａ）（ｂ）の圧電振動部材１を作製する〔図１１（ｂ）〕。
次に、上記圧電振動部材１の上に、あらかじめ製造した（Ｉ）の電極層２を圧着する〔図１１（ｃ）〕。かかる電極層２としては、鎖状の金属粉末２１を、あらかじめ個々の微小振動体１０に対応する領域に集中的に分布させたものを用いるのが好ましい。当該電極層２は、前記（４）の方法で形成すればよい。
【００８１】
これにより、圧電振動子ＰＥが形成される。
次に、上記電極層２の上に、図１１（ｄ）中に白抜きの矢印で示すように、前述した実装基板３を、複数のスイッチング素子３２を形成した面を下にして、また個々の微小振動体１０とスイッチング素子３２とが圧電振動子ＰＥの面方向に重なる、詳しくは個々の微小振動体１０と、スイッチング素子３２のドレイン電極３２Ｄとが面方向に一致するように位置合わせしながら重ね合わせて圧着する。位置合わせには、前記と同様にマスクアライナーなどを利用すればよい。
【００８２】
そうすると図１２（ｂ）に示すように、超音波プローブ用の実装デバイスＺＤが得られる。
なおこの際、前記と同様に、例えば電極層２を形成する結着剤に接着性、もしくは粘着性を付与しておくと、上記の圧着によって、圧電振動子ＰＥと実装基板３とを互いに固定することができる。また結着剤に接着性や粘着性を付与せず、圧電振動子ＰＥと実装基板３とを、図示しない固定具などを用いて固定することもできる。
【００８３】
《超音波プローブとそれを用いた３次元超音波診断装置》
図１３は、上記図１２（ａ）（ｂ）の実装デバイスＺＤを用いた超音波プローブＳＰの一例を示す概略図である。
図において符号ＳＰ１は、超音波診断時に、診断対象から反射して戻ってきた超音波信号のエコーによって、実装デバイスＺＤ中の微小振動体１０が共鳴、振動して発生した電気信号を増幅して、図１４に示す３次元超音波診断装置５の本体に送信するためのプリアンプ、ＳＰ２は、実装デバイスＺＤとプリアンプＳＰ１とをつなぐためのフラットケーブル、ＳＰ３は、プリアンプＳＰ１と、３次元超音波診断装置５の本体とをつなぐためのフラットケーブル、そしてＳＰ４は、これらの部材を保護するためのケーシングである。
【００８４】
ケーシングＳＰ４は、図では超音波プローブＳＰの先端部付近のみ被覆しているように記載しているが、超音波プローブＳＰの全体を被覆しても良い。
図１４は、上記超音波プローブＳＰを含む３次元超音波診断装置５の構成を示すブロック図である。
図において符号５１は、超音波プローブＳＰとの間で電気信号を入出力するための切り替えを行うＴ／Ｒスイッチ、５２は、微小振動体１０を振動させて超音波信号のビームを発生させるための電気信号を発生して、Ｔ／Ｒスイッチ５１を介して超音波プローブＳＰの圧電振動子ＰＥに送信するための送信ビームフォーマー、５３は、診断対象から反射して戻ってきた超音波信号のエコーによって微小振動体１０が共鳴、振動して発生し、次いで前記プリアンプＳＰ１で増幅されて送信されてきた電気信号を、Ｔ／Ｒスイッチ５１と、プリアンプ５４とを介して受信するための受信ビームフォーマーである。
【００８５】
なおプリアンプＳＰ１、５４いずれか一方のみとして、他方を省略しても良い。
受信ビームフォーマー５３は、受信した電気信号を画像プロセッサ５５に送り、画像プロセッサ５５は、受信した電気信号を処理して３次元の超音波画像を作成し、表示ユニット５６によって画像信号に変換して、装置５の本体の外部に接続したモニタ５７に表示させる。
【００８６】
符号５０は、上記各部の駆動を総括的に制御するためのホストＣＰＵである。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図（ａ）は、この発明の圧電振動子の、実施の形態の一例を示す概略断面図、同図（ｂ）は、上記例の圧電振動子の分解斜視図である。
【図２】同図（ａ）は、この発明の圧電振動子の、実施の形態の他の例を示す概略断面図、同図（ｂ）は、上記例の圧電振動子の分解斜視図である。
【図３】同図（ａ）は、この発明の圧電振動子の、実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図、同図（ｂ）は、上記例の圧電振動子の分解斜視図である。
【図４】同図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、この発明の圧電振動子を製造する方法の一例における、各工程を示す概略断面図である。
【図５】同図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、この発明の圧電振動子を製造する方法の、他の例における、各工程を示す概略断面図である。
【図６】同図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、この発明の圧電振動子を製造する方法の、さらに他の例における、各工程を示す概略断面図である。
【図７】同図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、この発明の圧電振動子を製造する方法の、さらに他の例における、各工程を示す概略断面図である。
【図８】この発明の圧電振動子の、実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図９】同図（ａ）は、この発明の実装方法および実装デバイスに用いる実装基板の一例における、要部であるスイッチング素子の部分を拡大した平面図、同図（ｂ）は、上記スイッチング素子の等価回路を示す回路図である。
【図１０】同図（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実装方法の一例における、各工程を示す概略断面図である。
【図１１】同図（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実装方法の他の例における、各工程を示す概略断面図である。
【図１２】同図（ａ）（ｂ）はそれぞれ、上記実装方法で製造されたこの発明の実装デバイスの、実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図１３】上記実装デバイスを用いたこの発明の超音波プローブの、実施の形態の一例を示す概略図である。
【図１４】上記超音波プローブを用いたこの発明の３次元超音波診断装置の、実施の形態の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＰＥ　圧電振動子
１　圧電振動部材
１０　微小振動体
２　電極（電極層、電極アレイ）
２１　金属粉末
２２　微細電極
ＺＤ　実装デバイス
３　実装基板
３１　基板
３２　スイッチング素子
４　音響整合層
ＳＰ　超音波プローブ
ＳＰ１　プリアンプ
５　３次元超音波診断装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrator, a method for mounting the same, a mounting device, an ultrasonic probe using the same, and a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
A piezoelectric vibrator is an element for converting an electric signal into vibration such as an ultrasonic signal by utilizing a piezoelectric phenomenon, and vice versa, for converting an ultrasonic signal or the like into an electric signal. Widely used in the field.
As an example of a piezoelectric vibrator, for example, a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT) is sintered and then polished to form a single plate-shaped piezoelectric vibration member, and electrode layers are formed on both surfaces thereof. What was formed can be mentioned.
[0003]
The manufacture of a piezoelectric vibrator that can be used as a piezoelectric transducer or the like using such a plate-shaped piezoelectric vibration member is being studied.
For this purpose, it is necessary to divide the plate-shaped piezoelectric vibration member into a plurality of fine regions in the surface direction and to vibrate the respective regions individually by shifting the phase of the input electric signal.
Recently, a piezoelectric vibrating member in which a large number of minute vibrating members made of the above-described piezoelectric material are regularly arranged in a two-dimensional manner, or a gap between the minute vibrating members of the piezoelectric vibrating member is filled with a resin such as an epoxy resin. A piezoelectric vibrator using such a piezoelectric vibration member has also been developed.
[0004]
Then, by using the piezoelectric vibrating member having the above-described structure, the individual micro-vibrators are individually subjected to ultrasonic vibration while giving a delay time, for example, so that the ultrasonic signal beam is applied to the diagnosis target. A three-dimensional ultrasonic image is obtained by performing a two-dimensional scan and extracting an electric signal generated when the micro-vibrator resonates and vibrates due to the echo reflected back at the boundary of the acoustic impedance of the internal tissue of the diagnostic object and returned. To manufacture a vibrator for a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus for obtaining the above-mentioned (for example, see Patent Document 1).
[0005]
In this case, while changing the frequency, intensity, phase, etc. of the input electric signal individually for each individual micro-vibrator, the frequency of the electric signal generated by resonance and vibration for each individual micro-vibrator, It is necessary to read the intensity, phase, etc.
In addition, by using the above-described piezoelectric vibration member, it is possible to vibrate at an arbitrary frequency, amplitude, and phase individually for each minute vibrator or for each group of a plurality of minute vibrators. Fabrication of an array ultrasonic transducer is also being considered.
[0006]
In such a case, it is necessary to change the frequency, intensity, phase, etc. of the input electric signal for each individual micro-vibrator or for each group of micro-vibrators.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-51041 (Claim 1, Column 0002, FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, the mounting technology for individually vibrating the piezoelectric vibrating member for each fine region as described above and for individually inputting / outputting an electric signal for each fine vibrating body has not been sufficiently studied. .
For example, an electrode is provided for each individual micro-vibrator, and only one line is soldered.
[0009]
Moreover, even with the current advanced mounting technology, there is a limit to the size to which the wiring can be soldered, and it is difficult to reduce the size to a certain size.
Also, as the number of micro-oscillators increases, the number of wirings connected to them also increases by the same amount, so that smooth wiring work becomes difficult or the wiring parts become so large that they cannot be put to practical use. In some cases.
Further, as the number of connections increases, the rate of occurrence of connection failures also increases, and thus there is a problem that the production yield decreases.
[0010]
For this reason, at present, a piezoelectric vibrator that can function well as a piezoelectric transducer, a vibrator for three-dimensional ultrasonic diagnosis, a three-dimensional array ultrasonic vibrator, or the like has not yet been put to practical use.
For example, in a three-dimensional ultrasonic diagnostic transducer, in order to increase the resolution, it is required to miniaturize individual micro-vibrators within a limited area of the transducer to increase the number as much as possible. By applying the semiconductor manufacturing technology, a technology for further miniaturizing and increasing the number of micro-vibrators is being established. However, due to the limitations of the mounting technology described above, a three-dimensional ultrasonic diagnostic transducer having a further improved resolution than the current state and a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using the same have not been put to practical use. It is.
[0011]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric transducer, a transducer for three-dimensional ultrasonic diagnosis, a three-dimensional array ultrasonic transducer, or the like, which is more miniaturized and multiplied than in the past (for each of the above-described regions or micro-vibration). Another object of the present invention is to provide a novel piezoelectric vibrator capable of inputting and outputting an electric signal for each body.
Another object of the present invention is to provide a novel mounting method capable of mounting such a piezoelectric vibrator more easily, reliably and with a high yield, and a novel mounting device using the same.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a novel ultrasonic probe using such a mounting device, which is capable of dramatically improving the resolution as compared with the past, and which is more compact, and using the same. To provide a higher resolution three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.
[0013]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric vibrating member formed of a piezoelectric material in a plate shape or a plurality of two-dimensionally arranged fine vibrating bodies made of a piezoelectric material; And a pair of electrodes sandwiched between, and at least one of the pair of electrodes,
(I) an electrode layer containing an anisotropic conductive property containing a metal powder as a conductive component and a binder, having a small conductive resistance in a thickness direction and a large conductive resistance in a plane direction, or
(II) an electrode array comprising a plurality of fine electrodes formed by lithography;
This is a piezoelectric vibrator characterized by being formed by:
[0014]
In the configuration of the first aspect, for example, by utilizing the anisotropic conductive property of the electrode layer of (I), the plate-shaped piezoelectric vibrating member is divided into specific small regions separately from other regions. Electric signals can be input individually. Also, through the individual electrodes forming the electrode array of (II), it is also possible to independently and individually input an electric signal to a specific small area that is divided on the plate-shaped piezoelectric vibration member.
Therefore, according to the configuration of claim 1, the piezoelectric vibrator is vibrated by shifting the phase of the input electric signal for each of a plurality of fine regions divided in the plane direction of the plate-shaped piezoelectric vibrating member, It becomes possible to function as a piezoelectric transducer.
[0015]
According to the first aspect of the present invention, by utilizing the anisotropic conductive property of the electrode layer of (I), a specific minute vibrator or a group of minute vibrators of the piezoelectric vibrating member is added to another minute vibrator or a group of minute vibrators. Electric signals can be input and output independently of the other groups. Similarly, it is also possible to independently input and output electric signals to and from a specific micro-vibration member or a group of micro-vibration members of the piezoelectric vibrating member independently through the individual electrodes forming the electrode array of (II). Can be.
[0016]
Therefore, according to the configuration of the first aspect, the frequency, the intensity, the phase, and the like of the input electric signal are changed and vibrated for each individual vibrating member of the piezoelectric vibrating member or for each group of the minute vibrating member. Since the frequency, intensity, phase, etc. of the electric signal generated by vibration can be read, it is possible to make the piezoelectric vibrator function as a three-dimensional ultrasonic diagnostic transducer or a three-dimensional array ultrasonic transducer. Become. In addition, the resolution of the anisotropic conductive property by the electrode layer of (I), that is, the minimum interval that can secure the insulating property in the plane direction while maintaining the conductivity in the thickness direction, is theoretically a conductive component in the layer. The size can be reduced to the level of the distribution structure of the metal powder to be distributed, and the size of the individual electrodes forming the electrode array of (II) can be reduced to, for example, the limit of processing by lithography. In any case, it is smaller than the limit of the mounting technique by soldering.
[0017]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the size of the area of the piezoelectric vibrator to be individually vibrated by inputting the electric signal or the size of the minute vibrator capable of individually inputting / outputting the electric signal is restricted by the mounting technology. Without receiving this, it is possible to further reduce the size compared to the past.
According to a second aspect of the present invention, the piezoelectric vibrating member is formed by arranging a plurality of micro-vibrators made of a piezoelectric material in a two-dimensional manner.
One of the pair of electrodes has, as its conductive component, a large number of fine metal particles, including a chain-like metal powder having a chain-connected shape, and arranging the chains of the metal powder in the thickness direction of the layer. 2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is formed of the electrode layer of (I) provided with anisotropic conductive properties.
[0018]
When the chain-like metal powder is oriented in the thickness direction of the layer as described above, a conductive network is formed along the thickness direction of the layer by the chain of the oriented metal powder. The conductive resistance can be significantly reduced. In the plane direction of the layer, a resin or the like as a binder is interposed between chains of the metal powder, so that a state in which the conductive resistance is large can be maintained.
Therefore, according to the configuration of claim 2, it is possible to form an electrode layer having excellent anisotropic conductive properties, and to more reliably and smoothly input and output an electric signal for each individual micro-vibrating body. It is possible to more reliably drive and control the minute vibrators individually.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the electrode layer of (I), the chain-like metal powder is intensively distributed in regions corresponding to the individual micro-vibrators. It is a piezoelectric vibrator.
In the configuration of claim 3, the chain-like metal powder is densely distributed in a region corresponding to the minute vibrator in the electrode layer, and concentratedly distributed so as to be coarse in a gap between the adjacent minute vibrators. In the dense region, the conductive network is formed by being oriented in the thickness direction of the layer. Therefore, the conductive resistance in the thickness direction of the layer can be further reduced, and the conductive resistance in the plane direction of the layer can be further increased, so that an electrode layer having more excellent anisotropic conductive characteristics can be formed.
[0020]
Therefore, according to the configuration of the third aspect, it is possible to more reliably and smoothly perform the input and output of the electric signal for each of the minute vibrators, and to more reliably and individually drive and control each of the minute vibrators. It becomes.
According to a fourth aspect of the present invention, the piezoelectric vibrating member is formed by arranging a plurality of minute vibrators made of a piezoelectric material in a two-dimensional manner.
2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein one of the pair of electrodes is formed by an electrode array of (II) provided with a plurality of microelectrodes corresponding to individual microvibrators on a one-to-one basis. It is.
[0021]
According to the configuration of the fourth aspect, since the fine electrodes are formed so as to correspond to the individual micro-vibrators on a one-to-one basis, the individual micro-vibrators can be individually supplied with electric signals via the micro-electrodes. Can be input and output. Therefore, it is possible to more reliably drive and control each of the micro-vibrators.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a mounting substrate on which a plurality of switching elements of the piezoelectric vibrator according to the second aspect of the present invention are arranged in a one-to-one correspondence with individual minute vibrators,
On this mounting substrate, on the surface of the piezoelectric vibrator on which the electrode layer of (I) is formed, the individual minute vibrators and the switching elements overlap in the plane direction of the piezoelectric vibrator with the electrode layer interposed therebetween. As well as overlapping while positioning
A method for mounting a piezoelectric vibrator, comprising: crimping a mounting substrate and a piezoelectric vibrator, and electrically connecting individual minute vibrators and switching elements overlapping in a plane direction via an electrode layer. .
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a mounting substrate on which a plurality of switching elements of the piezoelectric vibrator according to the second aspect of the present invention are arranged in a one-to-one correspondence with individual micro-vibrators. The substrate is placed on the surface of the piezoelectric vibrator on the side where the electrode layer of (I) is formed, with the individual micro vibrators and the switching elements overlapping in the plane direction of the piezoelectric vibrator with the electrode layer interposed therebetween. Each micro-vibrator and the switching element, which overlap each other in the plane direction, are electrically connected via an electrode layer by overlaying while positioning and pressing the mounting substrate and the piezoelectric vibrator. It is a mounting device to perform.
[0023]
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the piezoelectric vibrator overlaps in the plane direction of the piezoelectric vibrator due to the anisotropic conductive property of the electrode layer only by pressing the mounting substrate and the piezoelectric vibrator while aligning the same. The individual microvibrators and the switching elements can be electrically connected.
Therefore, mounting on individual micro-vibrators can be performed more easily and more reliably than before, and connection failures such as soldering hardly occur, so that the production yield can be improved.
[0024]
Further, when lithography is used, for example, the formation of the switching element on the substrate surface can be miniaturized to near the limit of the processing, and can be miniaturized more than the limit of the mounting technique by soldering. The accuracy of the alignment between the mounting substrate and the piezoelectric vibrator can be reduced to a level comparable to the precision of forming micro-vibrators and switching elements by using a mask aligner that has been put to practical use, for example, in semiconductor device manufacturing technology. High accuracy can be achieved.
[0025]
Therefore, according to the configuration of the fifth and sixth aspects, the size of the micro-vibrator of the above-described piezoelectric vibrator of the first aspect can be further miniaturized and more reliably mounted. .
Further, in order to individually drive and control a plurality of switching elements arranged two-dimensionally on a mounting substrate, for example, a matrix control technique in a TFT type liquid crystal display element or the like can be applied. Therefore, for example, if a drive circuit for matrix control is mounted on a mounting board, the number of wires for transmitting and receiving electric signals to and from the main body of the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus is reduced by the number of minute vibrators. Can be dramatically reduced as compared to.
[0026]
For this reason, the wiring section can be made more compact than before, and the connection between the mounting board and the wiring can be made by connecting the wiring using, for example, a normal connector for a printed wiring board. The workability of manufacturing the acoustic probe can be significantly improved. If a defect is found, the mounted device may be removed and replaced, and the wiring side can be used as it is, so that the production yield of the ultrasonic probe can be improved.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator comprising a pair of electrodes together with the electrode layer on a surface of the piezoelectric vibrator opposite to the side on which the electrode layer of (I) is formed and the mounting substrate is pressed. 7. The mounting device according to claim 6, wherein an acoustic matching layer is laminated via a single electrode plate over the entire surface of the member.
According to the configuration of claim 7, since the mounting device integrates from the mounting substrate to the acoustic matching layer, the workability of manufacturing the ultrasonic probe by connecting the wiring can be further improved.
[0028]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a wiring for mounting the mounting device according to the sixth aspect at a tip and transmitting and receiving an electric signal to and from each switching element on the mounting board of the mounting device. Is an ultrasonic probe for a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the ultrasonic probe is connected.
According to the configuration of claim 8, since the above-described mounting device is used, the resolution can be dramatically improved as compared with the conventional one, and furthermore, a more compact ultra-thin ultrasonic diagnostic apparatus can be used. An acoustic probe can be obtained.
[0029]
According to the ninth aspect of the present invention, an electric signal generated when the microvibrator resonates and vibrates on the mounting board or in the middle of the wiring by the echo of the ultrasonic signal reflected and returned from the diagnosis target is amplified. 9. The ultrasonic probe according to claim 8, further comprising a preamplifier for transmitting the data.
According to the configuration of claim 9, by receiving the echo of the ultrasonic signal and amplifying the electric signal generated by the piezoelectric vibrator by the preamplifier, the main body of the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus at a more distant position is provided. The transmission can be performed more accurately, and a clearer ultrasonic image can be displayed on the main body of the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.
[0030]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus including the ultrasonic probe according to the eighth aspect.
According to the configuration of the tenth aspect, since the above-described ultrasonic probe is used, a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus having a remarkably improved resolution can be put to practical use.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
《Piezoelectric vibrator》
The piezoelectric vibrator PE of the present invention includes a piezoelectric vibrating member, and a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric vibrating member from both sides, and at least one of the pair of electrodes,
(I) an electrode layer having anisotropic conductive properties, or
(II) an electrode array comprising a plurality of fine electrodes formed by lithography;
It is characterized by being formed by.
[0032]
(Piezoelectric vibration member)
Among the above, the piezoelectric vibrating member 1 is made of a piezoelectric material in a plate shape as shown in FIGS. 1A and 1B, and is formed of a piezoelectric material as shown in FIGS. 2A and 2B. A plurality of vibrating bodies 10 are two-dimensionally arranged so as to have gaps 12 between the individual micro vibrating bodies 10, or as shown in FIGS. Filled with a resin 11 or the like.
[0033]
Among them, the plate-shaped piezoelectric vibrating member 1 shown in FIGS. 1A and 1B is manufactured by sintering a piezoelectric ceramic material and polishing it to a plate shape as described above.
Examples of the piezoelectric ceramic material include barium titanate ceramics, lead titanate ceramics, lead metaniobate ceramics, lead zirconate titanate ceramics, and alkali niobate ceramics. Among them, particularly, lead zirconate titanate-based ceramics such as PZT or lanthanum lead zirconate titanate (PLZT) described above can be preferably used.
[0034]
2A and 2B can be manufactured by a dicing method.
That is, first, a plate-shaped ceramic layer formed by sintering a piezoelectric ceramic material is bonded and fixed on a resin substrate or the like via an adhesive layer.
Next, in this state, a large number of grooves reaching the resin substrate are formed in the ceramic layer by using a dicing saw used for cutting a silicon wafer in a semiconductor manufacturing process, so that the ceramic layer is A large number of small pieces are regularly arranged and fixed on the resin substrate.
[0035]
Next, only the electrode layer 2 is shown in the figure on the cut small piece. However, in actuality, a support substrate having the electrode layer 2 on the surface is bonded and fixed, and then the resin substrate is separated. When the piezoelectric vibrating member 1 is polished to a predetermined thickness, as shown in FIGS. 2A and 2B, a piezoelectric vibrating member 1 having a structure in which a large number of micro vibrators 10 made of a piezoelectric material are regularly arranged in a plane direction is obtained. Obtainable.
3A and 3B, the piezoelectric vibration member in which the gap between the micro-vibrators 10 is filled with the resin 11 transmits vibration between the piezoelectric ceramic material and the adjacent micro-vibrators 10 such as an epoxy resin. It can be manufactured by using a resin having a function of preventing the formation of the resin by a manufacturing method such as a dice-and-fill method and a liga method.
[0036]
Among them, in the die-and-fill method, first, a plate-shaped ceramic layer formed by sintering a piezoelectric ceramic material is bonded and fixed onto a resin substrate or the like via an adhesive layer.
Next, in this state, a large number of grooves reaching the resin substrate are formed in the ceramic layer using a dicing saw in the same manner as described above. It is cut into a state where it is regularly arranged and fixed on a resin substrate.
[0037]
Next, resin is filled into the groove between the small pieces and solidified, and in the case of epoxy resin, etc., after hardening, the adhesive layer is dissolved and removed to separate the resin substrate. 3 (a) and 3 (b), a large number of micro-vibrators 10 made of a piezoelectric material are regularly arranged in a plane direction, and the gap is filled with a resin 11 as shown in FIGS. Can be obtained.
In the rigging method, first, a plating resist layer having a three-dimensional shape corresponding to the shape of a gap filled with resin between a number of minute vibrators is formed on a conductive substrate such as a metal plate by lithography.
[0038]
Next, by electroplating using the substrate surface exposed between the plating resist layers as a cathode, the surface has a number of portions corresponding to the shape of the micro-vibrator, and the respective portions above the plating resist layer. After growing a metal layer having a three-dimensional shape integrally connected to the substrate, the substrate and the plating resist layer are removed to obtain a mold made of the metal layer.
Next, using this mold, a resin mold having a three-dimensional shape corresponding to the shape of the gap filled with the resin between a number of minute vibrators is produced by casting or the like.
[0039]
Next, in this resin mold, the concave portion corresponding to the shape of the micro-vibrator and the space above it are filled with a molding material containing a piezoelectric ceramic material and a binder, and after press molding, the resin mold is removed. A preform having a portion corresponding to a large number of microvibrators and a base connecting the portions is obtained.
Then, after sintering the pre-formed body, the resin is filled in the gaps between a large number of micro-vibrators, and solidified. As shown in FIGS. 3A and 3B, a piezoelectric vibrating member 1 having a structure in which a large number of micro vibrators 10 made of a piezoelectric material are regularly arranged in a plane direction and the gap is filled with a resin 1 is provided. Obtainable.
[0040]
(Electrode layer)
According to the present invention, the electrode layer formed on at least one side of the pair of electrodes sandwiching any one of the above-described piezoelectric vibration members from both sides is the electrode layer of (I) or the electrode array of (II). Of the piezoelectric vibrator can be formed.
Among them, the electrode layer (I) contains a metal powder as a conductive component and a binder, and has anisotropic conductive characteristics having a small conductive resistance in a thickness direction and a large conductive resistance in a plane direction.
[0041]
As described above, such an electrode layer is formed by using a conductive paste containing, as a conductive component, paramagnetic metal powder having a large number of fine metal particles connected in a chain, as described below in (1) or (2). It is preferable to form by the method of the above).
(1) As shown in FIGS. 4A to 4D, the conductive paste 2a is applied in a layer form on the base B, and after the layer 2b formed by solidification while applying a magnetic field is peeled off from the base B, The electrode layer 2 is formed by pressure bonding to at least one surface (both surfaces in the figure) of the piezoelectric vibration member 1.
[0042]
(2) As shown in FIGS. 5A to 5C, the conductive paste 2a is directly applied to at least one surface (both surfaces in the figure) of the piezoelectric vibration member 1 in a layered form, and is solidified while applying a magnetic field. The electrode layer 2 is formed.
The method of forming (2) is such that the conductive paste 2a is directly applied to the piezoelectric vibrating member 1 to form the electrode layer 2; 3A and 3B can be applied only to the piezoelectric vibrating member 1. However, the method of forming (1) is to press-bond a separately formed layer 2b to form the electrode layer 2; 3B and 3A and 3B, the present invention can be applied to the piezoelectric vibrating member 1 shown in FIGS. 2A and 2B.
[0043]
When a magnetic field is applied, the chain-like metal powder having paramagnetism is oriented along the direction of the magnetic field. For this reason, in the above-mentioned forming methods (1) and (2), when a magnetic field is applied in the thickness direction of the layer in a state before the solidification in which the conductive paste is applied in a layered manner, the drawing is enlarged in FIG. As described above, the chain-shaped metal powder 21 is oriented in the thickness direction of the layer, and is fixed with the solidification of the layer, so that the electrode having anisotropic conductive characteristics having a small conductive resistance in the thickness direction and a large conductive resistance in the plane direction. Layer 2 is formed.
[0044]
Further, the metal powder tends to concentrate along the magnetic flux lines when a magnetic field is applied.
For this reason,
(3) The conductive paste is applied in a layer form on at least one surface of the piezoelectric vibrating member 1 of FIGS. 3A and 3B, and the magnetic flux lines pass through the individual micro vibrators 10 constituting the piezoelectric vibrating member 1. When solidified with a magnetic field applied,
As shown in an enlarged manner in FIG. 3A, the chain-shaped metal powder 21 is concentrated in a region corresponding to the micro-vibrator 10 and is fixed in a state of being oriented in the thickness direction of the layer. The electrode layer 2 having an anisotropic conductive property having a small conductive resistance in the direction and a large conductive resistance in the plane direction and having an independent conductive network for each individual micro-vibrator 10 is formed by the chain-shaped metal powder 21. Is done.
[0045]
further,
(4) The conductive paste was applied in layers on the base, and a magnetic field was applied so as to match the formation pitch of the individual micro-vibrators 10 constituting the piezoelectric vibration member 1 of FIGS. 2 (a) and 2 (b). The solidified state, and then peeled off from the substrate and superimposed on the piezoelectric vibrating member 1 shown in FIGS. 2A and 2B, and aligned so that the portions to which the magnetic field was applied coincided with the individual microvibrators 10. Later, when crimped,
As shown in FIG. 2A in an enlarged manner, the chain-like metal powder 21 is also concentrated in a region corresponding to the micro-vibrator 10 and fixed in a state of being oriented in the thickness direction of the layer. The electrode layer 2 having anisotropic conductive characteristics having a small conductive resistance in the thickness direction and a large conductive resistance in the plane direction, and the chain-shaped metal powder 21 forms an electrode layer 2 having an independent conductive network for each individual microvibrator 10. It is formed.
[0046]
The above-described mask aligner or the like may be used for positioning the piezoelectric vibration member 1 and the electrode layer 2. Specifically, for example, a mark for alignment is formed on each of the piezoelectric vibrating member 1 and the electrode layer 2, and by using these marks, alignment is performed using a mask aligner or the like, and pressure bonding is performed. it can. Thus, the portion of the electrode layer 2 where the chain-like metal powder 21 is concentrated by applying a magnetic field can be positioned with high accuracy with respect to the micro-vibrator 10.
[0047]
As a specific example of the formation method (1), there is a method in which a conductive paste 2a is applied on a base B to which a magnetic field is applied in the thickness direction of the electrode layer 2 and then solidified.
As a method of applying a magnetic field in the thickness direction of the electrode layer 2 of the base B, a method of arranging a magnet above and below the base B such as a glass substrate, or a method of using the surface of the magnet as the base B may be used. it can. The latter method utilizes the fact that the lines of magnetic force coming out of the surface of the magnet are almost perpendicular to the surface of the magnet in a region from the surface to the thickness of the electrode layer 2. There is an advantage that the device can be simplified.
[0048]
Further, as a specific example of the formation method of (2) and (3), when the metal powder is arranged above and below the piezoelectric vibrating member 1 or when the metal powder is arranged only on one of the electrode layers 2, the magnet may be arranged on one of the upper and lower sides near the electrode layer 2 In such a state, the conductive paste 2a is applied to at least one surface thereof and then solidified.
In the formation method of (3), in order to apply a magnetic field so that the magnetic flux lines pass through the individual micro-vibrators 10 of the piezoelectric vibrating member 1, for example, corresponding to each individual micro-vibrator 10, When the metal powder is arranged on the upper and lower sides or only on one of the electrode layers 2, a method of arranging a small magnet on only one of the upper and lower sides close to the electrode layer 2 can be used.
[0049]
Further, in order to apply a magnetic field in the formation method of (4) so that the magnetic flux lines coincide with the formation pitches of the individual micro-vibrators 10, the upper and lower surfaces of a base B such as a glass substrate are adjusted in accordance with the pitch. A method of arranging a small magnet can be used.
When carrying out these methods, the strength of the magnetic field applied to the conductive paste 2a applied in a layered manner depends on the type and ratio of the paramagnetic metal contained in the metal powder 21, but the metal powder 21 Considering that the layer is sufficiently oriented in the thickness direction of the layer, the magnetic flux density is preferably at least 1000 μT, more preferably at least 10,000 μT, particularly preferably at least 40000 μT.
[0050]
Although the thickness of the electrode layer 2 is not particularly limited, the plate-shaped piezoelectric vibrating member 1 or the micro-vibrating body 10 constituting the piezoelectric vibrating member 1 is satisfactorily bonded to external wiring via the electrode layer 2 by pressing and the like. In consideration of conductive connection, the thickness is preferably 10 μm to 100 μm.
Further, the solid content in the electrode layer 2, that is, the metal filling amount represented by the ratio of the metal powder 21 to the total amount of the chain-like metal powder 21 and the binder is preferably 0.05 to 20% by volume. preferable.
[0051]
The electrode layer 2 thus formed is formed by the function of the chain-shaped metal powder 21 as a conductive component, and the pitch between adjacent regions of the plate-shaped piezoelectric vibration member 1 divided in the plane direction, or Even if the pitch between the adjacent microvibrators 10 of the vibrating member 1 is less than 50 μm, more preferably 40 μm or less, no short circuit occurs. Therefore, it is possible to form the piezoelectric vibrator PE that moves more finely.
In particular, in the electrode layer 2 in which the chain-shaped metal powder 21 is concentrated and oriented for each of the micro-vibrators 10 constituting the piezoelectric vibration member 1, the separation of the electric signal applied to each of the micro-vibrators 10 becomes clearer. This makes it possible to reliably prevent the microvibrator 10 from malfunctioning due to crosstalk, and to form the piezoelectric vibrator PE that moves more accurately.
[0052]
The electrode layer can also be patterned by lithography.
That is, first, before forming the electrode layer, a resist agent is applied to the entire surface of the piezoelectric vibrating member, baked into a predetermined pattern, and then developed. A resist layer covering a region other than the above is formed.
Next, a conductive paste is applied to the entire surface of the piezoelectric vibrating member including the resist layer, and then solidified while applying a magnetic field to form an electrode layer as described above.
[0053]
Then, when the resist layer and the electrode layer formed thereon are removed, the electrode layer is selectively patterned on the surface of the piezoelectric vibration member where the resist layer was not formed.
Further, as another method of patterning the electrode layer by lithography, the following method can be adopted.
First, after forming a conductive layer on the entire surface of the piezoelectric vibrating member, a resist agent is applied thereon, baked into a predetermined pattern, and developed to form an electrode layer on the surface of the piezoelectric vibrating member. A resist layer covering the region is formed.
[0054]
To form a conductive layer on the entire surface of the piezoelectric vibrating member, a conductive paste is applied to the entire surface of the piezoelectric vibrating member and then solidified while applying a magnetic field, or a separately prepared electrode layer is formed on the surface of the piezoelectric vibrating member. May be pressed over the entire surface.
Next, the area of the electrode layer that is not covered with the resist layer is selectively removed by ashing, etching, or the like, and then the resist layer is removed. Typically, the electrode layer is patterned.
[0055]
(Metal powder)
Specific examples of the paramagnetic chain metal powder to be contained in the electrode layer include any one of the following (i) to (v) or a mixture of two or more of them.
(I) A metal particle of micron order or submicron order formed from a paramagnetic metal alone, an alloy of two or more metals having paramagnetism, or an alloy of a metal having paramagnetism and another metal. A large number of metal powders linked in a chain by the magnetism of
[0056]
(Ii) On the surface of the metal powder of (i), a single metal having paramagnetism, an alloy of two or more metals having paramagnetism, or a metal comprising an alloy of a metal having paramagnetism and another metal A metal powder in which a layer is deposited and metal particles are firmly bonded.
(Iii) A metal powder in which a metal layer made of another metal or an alloy is further deposited on the surface of the metal powder of the above (i) or (ii), whereby metal particles are firmly bonded.
(Iv) The surface of a granular core material formed of a paramagnetic metal alone, an alloy of two or more metals having paramagnetism, or an alloy of a paramagnetic metal and another metal is used to remove other metals and A metal powder obtained by coating with an alloy to obtain a composite, and using the composite as metal particles, a number of which are linked in a chain by the magnetic properties of a core material.
[0057]
(V) A metal powder in which a metal layer made of another metal or an alloy is further deposited on the surface of the metal powder of the above (iv), and the metal particles are firmly bonded.
Among the above, a single metal having paramagnetism, an alloy of two or more metals having paramagnetism, or the entire metal powder or metal grains formed by an alloy of a metal having paramagnetism and another metal, or
Of the metal powder or metal particles formed by the composite containing the paramagnetic metal, the portion containing the paramagnetic metal is subjected to reductive precipitation to form the material of the paramagnetic metal ion. It is preferable to form by precipitating in a liquid by adding a reducing agent to a solution containing at least.
[0058]
In the reductive precipitation method, first, a solution in which a reducing agent, for example, a trivalent titanium compound such as titanium trichloride, and, for example, trisodium citrate or the like are dissolved (hereinafter, referred to as a “reducing agent solution”) is mixed with ammonia water or the like. To adjust the pH to 9-10. Thereby, trivalent titanium ions combine with citric acid as a complexing agent to form a coordination compound, and the activation energy at the time of oxidation from Ti (III) to Ti (IV) is reduced, thereby reducing The potential increases. Specifically, the potential difference between Ti (III) and Ti (IV) exceeds 1V. This value is significantly higher than the reduction potential from Ni (II) to Ni (0) or the reduction potential from Fe (II) to Fe (0). Therefore, various metal ions can be efficiently reduced to deposit and form metal particles and metal films.
[0059]
Before or after that, a solution containing ions of a paramagnetic metal alone, such as Ni, or a solution containing two or more ions forming an alloy containing a paramagnetic metal is added to the above reducing agent solution. .
Then, when Ti (III) functions as a reducing agent and oxidizes itself to Ti (IV), it reduces metal ions and precipitates in the liquid. That is, the metal particles composed of the above-mentioned metal simple substance or alloy are precipitated in the liquid, and a large number of them are connected in a chain by their own magnetism to form a chain metal powder. Further, when the precipitation is further continued, a metal layer is further deposited on the surface of the metal powder, and the metal particles are strongly bonded to each other.
[0060]
In other words, it is possible to produce the metal powder of (i) and (ii) above, the metal particles of the metal powder, and the core material of the composite of the metal powder of the above (iv) by the above method. it can.
Among them, the metal particles and the core material have the same individual particle size, and the particle size distribution is sharp. This is because the reduction reaction proceeds uniformly in the system. Therefore, the metal powder produced from such metal particles or core material has an excellent effect of making the conductive resistance in the thickness direction of the electrode layer uniform over the entire surface of the electrode layer.
[0061]
The reducing agent solution after the metal particles, the core material, and the like are precipitated can be used for producing a chain-like metal powder by the reductive precipitation method repeatedly by performing electrolytic regeneration. That is, if a voltage is applied by, for example, putting the reducing agent solution after the metal particles and the core material are deposited into the electrolytic bath to reduce Ti (IV) to Ti (III), electrolytic deposition is again performed. As a reducing agent solution. This is because titanium ions are hardly consumed during electrolytic deposition, that is, they are not deposited together with the metal to be deposited.
[0062]
Examples of the paramagnetic metal or alloy that forms the metal grains and the core material include Ni, iron, cobalt, and alloys of two or more of these. Particularly, Ni alone and Ni-iron alloy (Permalloy) and the like are preferable. Since metal particles formed of such metals and alloys, particularly metal particles, have a strong magnetic interaction when linked in a chain, they are excellent in the effect of reducing the contact resistance between metal particles.
Other metals forming the composite of (iii), (iv) and (v) together with the above-mentioned paramagnetic metals and alloys include Al, Cu, Rb, Rh, Pd, Ag, Re, and Pt. And at least one metal selected from the group consisting of Au and Au or an alloy thereof. In consideration of improving the conductivity of the metal powder, the portion formed of these metals is preferably a portion exposed on the outer surface of the chain. That is, a complex having the structure of (iii) or (v), in which the surface of the chain is coated with these metals, is preferable. The coating can be formed by various film forming methods such as an electroless plating method, an electrolytic plating method, a reduction deposition method, and a vacuum deposition method.
[0063]
The metal powder has any one of the above structures (i) to (v), and has a chain diameter of 1 μm or less, and a particle diameter of each metal particle forming the chain-like metal powder is 400 nm or less. Are preferred.
If the diameter of the chain is too small, there is a possibility that the chain may be easily cut due to the stress when manufacturing the conductive paste or when manufacturing the electrode layer by applying on the base. Therefore, the diameter of the chain is preferably 10 nm or more.
[0064]
If the particle size of the metal particles forming the chain is too small, the size of the chain-connected metal powder itself becomes too small, and the function as a conductive component may not be sufficiently obtained. Therefore, it is preferable that the metal particles have a particle size of 10 nm or more.
(Binder)
As the binder for forming the electrode layer together with the chain-like metal powder, any of various compounds having a film-forming property and an adhesive property, which are conventionally known as a binder in the application, can be used. Examples of such a binder include a thermoplastic resin, a curable resin, a liquid curable resin, and the like, and particularly preferably an acrylic resin, an epoxy resin, a fluorine resin, a phenol resin, and the like.
[0065]
(Conductive paste)
The conductive paste serving as the base of the electrode layer is produced by mixing a chain-like metal powder and a binder together with an appropriate solvent at a predetermined ratio. The solvent may be omitted by using a liquid binder such as a liquid curable resin.
[Electrode array]
The electrode array (II) composed of a large number of fine electrodes can be formed by various forming methods using lithography as in the conventional case. Specific examples of the formation method include an additive method and a subtractive method.
[0066]
In the additive method, as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d), a resist agent r is applied to the entire surface of the plate-shaped piezoelectric vibration member 1, and is baked into a predetermined pattern and then developed. Then, a plating resist layer R1 is formed on the surface of the piezoelectric vibrating member 1 to cover a region other than the region where the fine electrode is to be patterned.
Next, a metal thin film M serving as a base of a fine electrode is laminated on the entire surface of the piezoelectric vibration member 1 including the plating resist layer R1 by wet plating or vapor phase growth.
[0067]
Then, when the plating resist layer R1 and the metal thin film M formed thereon are removed, the fine electrode 22 is selectively formed in a pattern on the surface of the piezoelectric vibration member 1 where the plating resist layer has not been formed. An electrode array 2 is formed.
On the other hand, in the subtractive method, as shown in FIGS. 7A to 7D, first, the entire surface of the surface of the piezoelectric vibrating member 1 is wet-plated, vapor-phase grown, or the like to form a metal that forms a fine electrode. The thin film M is laminated.
[0068]
Next, a resist agent r is applied to the metal thin film M, baked in a predetermined pattern, and developed to form an etching resist layer R2 covering a region on the surface of the piezoelectric vibrating member 1 where a fine electrode is to be formed. Form.
Next, after selectively removing the region of the metal thin film M which is not covered with the etching resist layer R2, and removing the etching resist layer R2, the region of the surface of the piezoelectric vibration member 1 where the etching resist layer R2 is formed. Alternatively, the fine electrodes 22 are patterned and the electrode array 2 is formed.
[0069]
The individual fine electrodes 22 constituting the electrode array 2 thus formed can be miniaturized, for example, to near the limit of processing by lithography, so that a piezoelectric vibrator that moves more finely can be formed.
In addition, according to lithography, in particular, as shown in FIG. 8, the fine electrodes 22 can be formed in a one-to-one correspondence with high positional accuracy for each of the micro-vibrators 10 constituting the piezoelectric vibration member 1. Therefore, it is possible to form the piezoelectric vibrator PE that moves more accurately.
[0070]
As described above, in the present invention, among the electrodes sandwiching the piezoelectric vibrating member from both sides, the electrodes formed on at least one side are the electrode layer (I) or the electrode array (II) described above. Similarly, the electrode formed on the other side may be the electrode layer of (I) or the electrode array of (II), or may be a single continuous electrode as shown in FIG. Such a single continuous electrode may be formed by wet plating or vapor phase growth as in the prior art.
[0071]
After the electrodes 2 are formed on both surfaces of the piezoelectric vibrating member 1, a piezoelectric vibrator PE is completed by applying a current of 2 to 3 kV / mm and polarizing while heating to 50 to 120 ° C.
《Method of mounting piezoelectric vibrator and mounting device》
The mounting method of the piezoelectric vibrator of the present invention is such that, of the above-described piezoelectric vibrator PE of the present invention, one side of the piezoelectric vibrating member 1 shown in FIGS. 2A and 2B or FIGS. This is a method for mounting the electrode layer 2 of I).
[0072]
In the mounting method of the present invention, first, as shown in a partially enlarged manner in FIG. 9A, the individual micro-vibrators 10 of the piezoelectric vibrator PE indicated by broken lines in FIG. In accordance with the above arrangement, a mounting substrate 3 is prepared in which a plurality of switching elements 32 corresponding to the micro-vibrator 10 in one-to-one correspondence are arranged in a matrix.
In such a mounting substrate 3, a TFT configuration is employed as each switching element 32, and a source electrode 32S of each switching element 32 arranged in a line in the vertical direction in the figure is formed by one signal formed on the right side thereof. The line 33 and the gate electrode 32G of each switching element 32 arranged in a line in the horizontal direction in the drawing are integrally formed with a single gate line 34 formed therebelow by a metal thin film.
[0073]
The drain electrode 32D of the switching element 32 is also formed of a metal thin film, and applies a voltage to each of the microvibrators 10 via the electrode layer 2 of (I) when pressed against the piezoelectric vibrator PE. Functions as an electrode.
The signal lines 33 and the gate lines 34 are formed in a grid pattern in the number of rows and columns of the switching elements 32 in the vertical and horizontal directions, and while supplying an electric signal for driving to a specific signal line 33, By applying a voltage to a specific gate line 34, an electric signal can be input to the corresponding minute vibrating body 10 from the drain electrode 32 </ b> D of the specific switching element 32 located at the intersection, and vibrated.
[0074]
FIG. 9B shows an equivalent circuit of the switching element 32 and the micro-oscillator 10 connected to the switching element 32.
Although not shown, a drive circuit for matrix control is preferably mounted on the mounting board 3 as described above. It is preferable to form a terminal portion of a connector for connecting the driving circuit to a wiring.
An example of the mounting method of the present invention is shown in FIGS.
In the mounting method of the example shown in the figure, first, as the piezoelectric vibrating member 1, a plurality of micro vibrators 10 made of a piezoelectric material shown in FIGS. 3A and 3B are arranged two-dimensionally and individually. A material in which the gap of the micro vibrator 10 is filled with the resin 11 is prepared (FIG. 10A).
[0075]
Next, as shown in FIG. 10 (b), a conductive paste 2a is applied to one surface (the upper surface in the figure) of the piezoelectric vibrating member 1, and a plurality of small magnets M1 are provided above the conductive paste 2a. The conductive paste 2a is solidified in a state where the substrates M arranged corresponding to the respective vibrators 10 are arranged close to each other, and as shown in an enlarged manner in FIG. The anisotropic conductive property, which is concentrated in a region corresponding to the micro-vibrator 10 and fixed in a state oriented in the thickness direction of the layer, has a small conductive resistance in the thickness direction and a large conductive resistance in the plane direction. The electrode layer 2 having an independent conductive network is formed for each individual microvibrator 10 by the chain-shaped metal powder 21.
[0076]
The electrode 2 formed on the other surface (the lower surface in the figure) of the piezoelectric vibration member 1 may be a single continuous electrode. For example, prior to the formation of the upper electrode, the electrode 2 is formed by wet plating or vapor deposition. What is necessary is just to form.
Thereby, the piezoelectric vibrator PE is formed.
Next, as shown by a white arrow in FIG. 10D, the mounting substrate 3 described above is placed on the upper electrode layer 2 of the piezoelectric vibrator PE with the surface on which the plurality of switching elements 32 are formed facing downward. Further, the individual micro-vibrators 10 and the switching elements 32 overlap in the plane direction of the piezoelectric vibrator PE. More specifically, the individual micro-vibrators 10 and the drain electrode 32D of the switching element 32 coincide with the plane direction. It overlaps and pressure-bonds, aligning as follows.
[0077]
For alignment between the two, a mask aligner or the like may be used as described above. Specifically, for example, a mark for alignment is formed on each of the electrode layer 2 and the mounting substrate 3, and by using the mark, alignment can be performed by using a mask aligner or the like, and pressure bonding can be performed. . Accordingly, the drain electrode 32D of the switching element 32 can be positioned with high accuracy with respect to the micro-vibration body 10 below the electrode layer 2.
[0078]
At this time, for example, if the binder forming the electrode layer 2 is given an adhesive property or an adhesive property, the piezoelectric vibrator PE and the mounting substrate 3 can be fixed to each other by the above-mentioned pressure bonding. However, it is also possible to fix the piezoelectric vibrator PE and the mounting substrate 3 using a fixing tool (not shown) without giving the binder any adhesiveness or tackiness. In addition, an adhesive or a pressure-sensitive adhesive may be interposed between the electrode layer 2 and the mounting substrate 3 to fix them by pressure bonding. However, the electrode layer 2 and the drain electrode 32D of the switching element 32 are directly connected to each other. It is preferable that the electrode layer 2 and the mounting substrate 3 are fixed by one of the above two methods, rather than interposing an adhesive or a pressure-sensitive adhesive between the two, because they are preferably in contact with each other.
[0079]
Thereafter, when an acoustic matching layer 4 made of resin or the like is laminated and fixed on the lower surface of the electrode 2 on the lower surface, a mounting device ZD for an ultrasonic probe is obtained as shown in FIG.
11A to 11D show another example of the mounting method of the present invention.
In the example shown in the figure, first, a laminate of a plate-shaped ceramic layer 1a formed by sintering a piezoelectric ceramic material, a lower electrode 2, and an acoustic matching layer 4 is prepared (FIG. 11A).
[0080]
Next, the ceramic layer 1a of the laminate is cut by the above-mentioned dicing method so that a large number of small pieces serving as the base of the micro-vibrator 10 are regularly arranged and fixed, and FIG. The piezoelectric vibration member 1 shown in FIG. 11B is manufactured [FIG. 11B].
Next, the electrode layer 2 of (I) manufactured in advance is pressure-bonded onto the piezoelectric vibration member 1 (FIG. 11C). As the electrode layer 2, it is preferable to use one in which chain-like metal powders 21 are intensively distributed in advance in regions corresponding to the individual microvibrators 10. The electrode layer 2 may be formed by the method (4).
[0081]
Thereby, the piezoelectric vibrator PE is formed.
Next, as shown by a white arrow in FIG. 11D, the mounting substrate 3 described above is placed on the electrode layer 2 with the surface on which the plurality of switching elements 32 are formed facing downward. The micro vibrator 10 and the switching element 32 overlap each other in the plane direction of the piezoelectric vibrator PE. Specifically, the individual micro vibrators 10 and the drain electrode 32D of the switching element 32 are aligned so as to coincide with the plane direction. Combine and crimp together. For alignment, a mask aligner or the like may be used as described above.
[0082]
Then, as shown in FIG. 12B, a mounting device ZD for an ultrasonic probe is obtained.
At this time, as described above, for example, if the adhesive forming the electrode layer 2 is given an adhesive property or an adhesive property, the piezoelectric vibrator PE and the mounting substrate 3 are fixed to each other by the above-mentioned press bonding. can do. Further, the piezoelectric vibrator PE and the mounting substrate 3 can be fixed using a fixing tool (not shown) without imparting adhesiveness or tackiness to the binder.
[0083]
<< Ultrasonic probe and three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using it >>
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of an ultrasonic probe SP using the mounting device ZD of FIGS. 12A and 12B.
In the figure, reference symbol SP1 amplifies an electric signal generated by resonance and vibration of the micro-vibration body 10 in the mounting device ZD due to the echo of the ultrasonic signal reflected and returned from the diagnosis target during ultrasonic diagnosis. 14, a preamplifier for transmitting to the main body of the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 5 shown in FIG. 14, SP2 is a flat cable for connecting the mounting device ZD to the preamplifier SP1, and SP3 is a preamplifier SP1 and three-dimensional ultrasonic diagnostic. The flat cable for connecting the main body of the device 5 and SP4 are casings for protecting these members.
[0084]
Although the casing SP4 is illustrated as covering only the vicinity of the tip of the ultrasonic probe SP in the drawing, the casing SP4 may cover the entire ultrasonic probe SP.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 5 including the ultrasonic probe SP.
In the figure, reference numeral 51 denotes a T / R switch for performing switching for inputting and outputting electric signals to and from the ultrasonic probe SP, and 52 denotes a beam for generating an ultrasonic signal beam by vibrating the micro-oscillator 10. A transmission beamformer 53 for generating the electric signal of the above and transmitting the electric signal to the piezoelectric vibrator PE of the ultrasonic probe SP via the T / R switch 51. The ultrasonic signal 53 reflected from the object to be diagnosed and returned. The micro-vibrator 10 resonates and vibrates due to the echo, and is then received by the T / R switch 51 and the preamplifier 54 to receive the electric signal amplified and transmitted by the preamplifier SP1. It is a beam former.
[0085]
Note that only one of the preamplifiers SP1 and SP54 may be omitted and the other may be omitted.
The receiving beamformer 53 sends the received electric signal to an image processor 55, which processes the received electric signal to create a three-dimensional ultrasonic image, and converts it into an image signal by a display unit 56. Then, it is displayed on the monitor 57 connected to the outside of the main body of the device 5.
[0086]
Reference numeral 50 denotes a host CPU for comprehensively controlling the driving of the above-described units.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a piezoelectric vibrator of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator of the above example.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing another example of the embodiment of the piezoelectric vibrator of the present invention, and FIG. 2B is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator of the above example. is there.
FIG. 3A is a schematic sectional view showing still another example of the embodiment of the piezoelectric vibrator of the present invention, and FIG. 3B is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator of the above example. It is.
FIGS. 4A to 4D are schematic cross-sectional views showing respective steps in an example of a method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention.
FIGS. 5A to 5D are schematic cross-sectional views showing respective steps in another example of the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention.
FIGS. 6A to 6D are schematic cross-sectional views showing steps in still another example of the method of manufacturing the piezoelectric vibrator of the present invention.
FIGS. 7A to 7D are schematic cross-sectional views showing steps in still another example of the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing still another example of the embodiment of the piezoelectric vibrator of the present invention.
FIG. 9A is an enlarged plan view of a switching element, which is a main part, in an example of a mounting board used in the mounting method and the mounting device of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the element.
FIGS. 10A to 10D are schematic cross-sectional views showing respective steps in an example of the mounting method of the present invention.
FIGS. 11A to 11D are schematic cross-sectional views showing steps in another example of the mounting method of the present invention.
FIGS. 12A and 12B are schematic cross-sectional views each showing an example of an embodiment of a mounting device of the present invention manufactured by the mounting method.
FIG. 13 is a schematic view showing an example of an embodiment of the ultrasonic probe of the present invention using the mounting device.
FIG. 14 is a block diagram showing an example of an embodiment of a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention using the ultrasonic probe.
[Explanation of symbols]
PE piezoelectric vibrator
1 Piezoelectric vibration member
10 Micro vibrator
2 electrodes (electrode layer, electrode array)
21 Metal powder
22 fine electrode
ZD mounting device
3 Mounting board
31 substrate
32 Switching element
4 Acoustic matching layer
SP ultrasonic probe
SP1 preamplifier
5 3D ultrasonic diagnostic equipment

Claims

A piezoelectric vibrating member formed of a piezoelectric material in a plate shape or a plurality of two-dimensionally arranged vibrating bodies made of a piezoelectric material, and a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric vibrating member from both sides. With, at least one of the pair of electrodes,
(I) an electrode layer having an anisotropic conductive property containing a metal powder as a conductive component and a binder and having a small conductive resistance in a thickness direction and a large conductive resistance in a plane direction, or (II) formed by lithography. An electrode array consisting of a plurality of fine electrodes
A piezoelectric vibrator characterized by being formed by:

A piezoelectric vibrating member is formed by arranging a plurality of micro vibrators made of a piezoelectric material two-dimensionally,
One of the pair of electrodes has, as its conductive component, a large number of fine metal particles, including a chain-like metal powder having a chain-connected shape, and arranging the chains of the metal powder in the thickness direction of the layer. 2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is formed of the electrode layer (I) having the anisotropic conductive property.

3. The piezoelectric vibrator according to claim 2, wherein the chain-like metal powder is intensively distributed in a region corresponding to each minute vibrator in the electrode layer of (I).

A piezoelectric vibrating member is formed by arranging a plurality of micro vibrators made of a piezoelectric material two-dimensionally,
2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein one of the pair of electrodes is formed by an electrode array of (II) provided with a plurality of microelectrodes corresponding to individual microvibrators on a one-to-one basis. .

A mounting substrate is provided on the substrate, on which a plurality of switching elements of the piezoelectric vibrator according to claim 2 are arranged in a one-to-one correspondence with individual micro-vibrators,
On this mounting substrate, on the surface of the piezoelectric vibrator on which the electrode layer of (I) is formed, the individual minute vibrators and the switching elements overlap in the plane direction of the piezoelectric vibrator with the electrode layer interposed therebetween. As well as overlapping while positioning
A method for mounting a piezoelectric vibrator, comprising: crimping a mounting substrate and a piezoelectric vibrator, and electrically connecting the individual minute vibrators and the switching elements that overlap in a plane direction via an electrode layer.

A mounting board on which a plurality of switching elements of the piezoelectric vibrator according to claim 2 are arranged in a one-to-one correspondence with the individual micro-vibrators, and the mounting board is provided with the piezoelectric vibrator, On the surface on which the electrode layer of (I) is formed, the individual micro-vibrators and the switching elements are overlapped and mounted so as to overlap in the surface direction of the piezoelectric vibrator with the electrode layer interposed therebetween. A mounting device, characterized in that the individual micro-vibrators superposed in the plane direction and the switching element are electrically connected via an electrode layer by crimping the substrate and the piezoelectric vibrator.

On the surface of the piezoelectric vibrator opposite to the side on which the electrode layer of (I) is formed and the mounting substrate is pressed, a pair of electrodes including the electrode layer and a pair of electrodes over the entire surface of the piezoelectric vibrating member are formed. The mounting device according to claim 6, wherein an acoustic matching layer is laminated via an electrode plate.

A mounting device according to claim 6 is mounted on a tip, and wiring for transmitting and receiving electric signals to and from individual switching elements on the substrate is connected to a mounting substrate of the mounting device. An ultrasonic probe for a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.

On the mounting board or in the middle of the wiring, a preamplifier is provided to amplify and transmit the electric signal generated when the micro vibrator resonates and vibrates due to the echo of the ultrasonic signal reflected back from the diagnosis target The ultrasonic probe according to claim 8, wherein:

A three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to claim 8.