JP3840205B2 - Ultrasonic probe and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特に、生体の超音波診断において用いられる積層型アレイ振動子の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
複数の振動素子が配列されたアレイ振動子として、２Ｄアレイ振動子（スパース型２Ｄアレイ振動子を含む）、１．５Ｄアレイ振動子などが知られている。そのようなアレイ振動子においては、それを構成する各振動素子のサイズが非常に小さくなる。このため、各振動素子の電気インピーダンスが極めて高くなり、各振動素子とケーブル（あるいは装置本体）との間で、電気的なインピーダンス整合がとれなくなる。その結果、著しい感度ロスという問題が生じてしまう。
【０００３】
そこで、各振動素子を積層型とする技術が提案されている。この技術によると、各振動素子は、複数の圧電層及び複数の電極層を所定順序で積層した積層体として構成される。具体的には、積層体の下面に下面電極層が設けられ、積層体の上面に上面電極層が設けられ、隣接する２つの圧電層の間に内部電極層が設けられる。そして、それらの複数の電極層における奇数番目の電極層が例えばシグナル電極層とされ、偶数番目の電極層が例えばグランド電極層とされる。複数のシグナル電極層と複数のグランド電極層との間に電圧信号が印加される。この構成によれば、振動素子の電気的なインピーダンスを下げることができる。
【０００４】
上記のような積層型の振動素子については、複数の電極層に対する電気的な接続が問題となる。特に、複数の内部電極層に対してリードあるいは電極層をどのように接続するのかが問題となる。１つの従来例としては、ビア（振動素子の例えば中央を垂直に通過した細い導電線）を用いる方法があげられる。しかし、振動素子の面積は非常に小さく、そこに事後的に加工を施すのには製作的に困難が伴い、実用的でないという問題がある。
【０００５】
これに関し、以下の特許文献１には、複数の積層型振動素子からなるアレイ振動子が開示されている。各積層型振動素子の第１側面には、グランド内部電極層に接続されたグランド側面電極層が形成され、各振動素子の第２側面（第１側面と反対側の側面）には、シグナル内部電極層に接続されたシグナル側面電極層が形成されている。このため上記問題を解消、低減することができる。そのアレイ振動子において、隣接する２つの振動素子間に着目すると、一方側振動素子のシグナル側面電極層と他方側振動素子のグランド側面電極層とが互いに近接し、且つ、それらの形成範囲は垂直方向にずれている。アレイ振動子の特性を向上するためには、電気的な絶縁性をより向上することが望まれている。また、アレイ振動子の製造に当たって、位置決め精度を向上できること、製造を容易にすること（例えば、対向する一対の側面電極層を同時形成できるようにすること）、が望まれている。なお、各振動素子における電場を良好に形成することも望まれている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２９３４６号公報
【０００７】
本発明の目的は、良好な性能を有する積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子の製造を容易化することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る超音波探触子は、互いに隣接する第１部分及び第２部分を有する積層型の超音波振動子を含み、前記第１部分及び前記第２部分は、それぞれ、垂直方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層と、前記複数の第１水平電極層に対して電気的に接続される第１垂直電極層と、前記複数の第２水平電極層に対して電気的に接続される第２垂直電極層と、を有し、前記第１部分が有する第１垂直電極層と、前記第２部分が有する第１垂直電極層と、が第１ギャップ領域を介して隣り合わせとなり且つ同じ極性を有し、前記超音波振動子は、前記第１部分が有する第１垂直電極層と、前記第２部分が有する第１垂直電極層と、前記第１ギャップ領域と、で構成される第１特定構造を有する。
【００１０】
上記構成において、超音波振動子は、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子などである。第１部分及び第２部分は、水平方向に隣接して形成され、それぞれ積層化されている。つまり、第１部分及び第２部分は、隣接した２つの積層型振動素子に相当し、あるいは、ある積層型振動素子における水平方向に相互連結された２つの区画あるいはブロックに相当する。第１部分と第２部分とに跨って（あるいはそれらの間に）、第１特定構造が形成される。第１特定構造は、第１部分及び第２部分が有する複数の第１水平電極層に対して、グランドライン又はシグナルラインを接続する機能を有する。第１特定構造は、離間されつつ互いに向き合う一対の第１垂直電極層（第１部分の第１垂直電極層及び第２部分の第１垂直電極層）を有する。一対の第１垂直電極層は、同じ極性（グランド又はシグナル）を有するので、絶縁性の向上など、電気的性能を向上できる利点がある。第１ギャップ領域の中に、補強層、絶縁層、複合化のための樹脂層、素子分離溝、などを設けるようにしてもよい。各垂直電極層は、側面電極、内部電極などとして機能する。各垂直電極層は面状の形態で形成するのが望ましいが、それ以外の形態を採用することもできる。アレイ振動子がコンベックス形状を有していてもよい。その場合、各振動素子ごとに、垂直方向が超音波伝播方向として定義される。
【００１１】
望ましくは、前記超音波振動子は、更に、前記第２部分に隣接する第３部分を含み、前記第３部分は、前記垂直方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層と、前記複数の第１水平電極層を電気的に接続する第１垂直電極層と、前記複数の第２水平電極層を電気的に接続する第２垂直電極層と、を有し、前記第２部分が有する第２垂直電極層と、前記第３部分が有する第２垂直電極層と、が第２ギャップ領域を介して隣り合わせとなり且つ同じ極性を有し、前記超音波振動子は、更に、前記第２部分が有する第２垂直電極層と、前記第３部分が有する第２垂直電極層と、前記第２ギャップ領域と、で構成される第２特定構造を有する。
【００１２】
上記構成において、第１部分、第２部分及び第３部分は水平方向に並んで形成される。第１部分と第２部分とに跨って（あるいはそれらの間に）第１特定構造が形成され、第２部分と第３部分とに跨って（あるいはそれらの間に）第２特定構造が形成される。第１特定構造と第２特定構造は、互いに異なる極性を有する。第２特定構造においても、第１特定構造と同様に、それが有する一対の第２垂直電極層が、第２ギャップ領域を介して互いに対向し、また同じ極性を有する。
【００１３】
望ましくは、前記第１特定構造及び前記第２特定構造は、それぞれが水平方向に対称の構造である。望ましくは、前記第１特定構造及び前記第２特定構造は、互いに垂直方向に反転した関係にある。
【００１４】
上記の特定構造（第１特定構造、第２特定構造）は、近接して互いに向き合う同じ極性をもった一対の垂直電極層を有する。この観点から、特定構造を「対向構造」あるいは「隣合せ構造」と表現することもできる。特定構造は、水平方向に非対称構造として構築することもできるが、その製造を簡易にするために、水平方向に対称（面対称）構造あるいはミラー構造として構築するのが望ましい。各特定構造は、例えば、溝形成、材料充填などを繰り返して容易に製作できる。
【００１５】
上記構成において、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、更に、前記複数の第１水平電極層、前記複数の第２水平電極層及び複数の圧電層を有する圧電部本体と、前記圧電部本体の一方側（第１側面）に形成され、前記複数の第２水平電極層における内部電極層に対して前記第１垂直電極層を絶縁する第１絶縁手段と、前記圧電部本体の他方側（第２側面）に形成され、前記複数の第１水平電極層における内部電極層に対して前記第２垂直電極層を絶縁する第２絶縁手段と、を有する。ここで、各絶縁手段は、垂直方向に広がる面状の絶縁層として構成される。
【００１６】
上記構成によれば、第１垂直絶縁層及び第２垂直絶縁層により、シグナル及びグランドの各極性について必要な絶縁を行えると共に、一対の垂直電極層に起因して生じる可能性がある、圧電部（より正確に言えば、積層された複数の圧電層及び複数の水平電極層で構成される圧電部本体）内における電場の乱れや歪みを防止又は軽減できる。よって、圧電部における電気機械変換効率を良好にできる。
【００１７】
望ましくは、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分が有する第１垂直電極層は、グランド垂直電極層及びシグナル垂直電極層の内の一方であり、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分が有する第２垂直電極層は、前記グランド垂直電極層及び前記シグナル垂直電極層の内の他方であり、前記第１特定構造は、グランド用特定構造及びシグナル用特定構造の内の一方であり、前記第２特定構造は、前記グランド用特定構造及び前記シグナル用特定構造の内の他方である。
【００１８】
望ましくは、前記超音波振動子はアレイ振動子であり、前記第１ギャップ領域及び前記第２ギャップ領域はそれぞれ分離溝を有し、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、前記アレイ振動子を構成する振動素子である。望ましくは、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれが、垂直方向に積層化され、且つ、水平方向に複合化されている。
【００１９】
上記の複合化によって、各振動素子の音響インピーダンスを調整できる（望ましくは低下できる）、周波数帯域を調整できる（望ましくは拡大できる）、などの１又は複数の利点を得られる。望ましくは、前記複合化の方向は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分の配列方向としての第１水平方向、それに直交する第２水平方向、あるいは、第１水平方向及び第２水平方向の両方向、である。
【００２０】
望ましくは、前記超音波振動子はアレイ振動子であり、前記アレイ振動子は複数の振動素子を有し、前記各振動素子は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分を有する。望ましくは、前記各振動素子は、垂直方向に積層化され、且つ、素子長手方向に複合化される。素子長手方向は、一方の水平方向であり、後述の実施形態ではＸ方向である。
【００２１】
望ましくは、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、水平方向に連結された圧電部及び樹脂部を含み、前記圧電部は積層化され、前記樹脂部は充填により形成される。
【００２２】
（２）本発明に係る超音波探触子は、複数の振動素子を有するアレイ振動子を含み、前記各振動素子は、Ｚ方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層と、前記複数の第１水平電極層に対して電気的に接続される第１垂直電極層と、前記複数の第２水平電極層に対して電気的に接続される第２垂直電極層と、を有し、前記アレイ振動子は、Ｘ方向に互い違いに設けられた複数の第１特定構造及び複数の第２特定構造を有し、前記各第１特定構造においては、隣接する２つの振動素子が有する２つの第１垂直電極層が第１ギャップ領域を介して隣り合わせとなり、前記各第２特定構造においては、隣接する２つの振動素子が有する２つの第２垂直電極層が第２ギャップ領域を介して隣り合わせとなる。
【００２３】
上記構成によれば、Ｘ方向に互い違いに複数の第１特定構造と複数の第２特定構造とが形成される。Ｘ方向に隣接する２つの振動素子に着目すると、一方側振動素子の垂直電極層と他方側振動素子の垂直電極層とがギャップ領域を介して近接して向かい合うが、それらは同じ極性を有する。よって、絶縁性あるいは耐電圧性の面で利点がある。
【００２４】
上記構成において、前記各振動素子は、更に、前記複数の第２水平電極層における内部電極層に対して前記第１垂直電極層を電気的に絶縁する第１絶縁手段と、前記複数の第１水平電極層における内部電極層に対して前記第２垂直電極層を電気的に絶縁する第２絶縁手段と、を有する。ここで、前記第１絶縁手段は、第１垂直絶縁層を有し、前記第２絶縁手段は、第２垂直絶縁層を有する。
【００２５】
上記構成によれば、第１絶縁手段によって複数の第２水平電極層における内部電極層から第１垂直電極層が絶縁され、第２絶縁手段によって複数の第１水平電極層における内部電極層から第２垂直電極層が絶縁される。第１絶縁手段及び第２絶縁手段により、各垂直電極層が存在することに起因して生じる可能性がある、素子内部での電場の乱れを防止又は軽減できる。
【００２６】
アレイ振動子の製造プロセス中、温度上昇等によって圧電材料の分極が減少し、あるいは消失する可能性がある。そのような場合には、再分極工程が追加的に実施される。この再分極工程の実施時に、上記の第１絶縁手段及び第２絶縁手段があることにより、分極は歪みにくくなる。第１絶縁手段及び第２絶縁手段の材料の比誘電率が振動素子の材料の比誘電率に比べて小さい程、この効果は大きい。例えば、その比率は１／１０００程度であるのが好ましい。
【００２７】
望ましくは、前記アレイ振動子の下面側には、複数の信号線を有するバッキングが設けられ、前記バッキングの上面には、前記複数の振動素子の配列に合わせて、前記複数の信号線の端部が配列される。望ましくは、前記アレイ振動子の上面側にはグランド部材及び整合層が設けられる。
【００２８】
望ましくは、前記各振動素子は、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有する。望ましくは、前記各振動素子は、前記Ｘ方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有する。望ましくは、前記各振動素子は、前記Ｘ方向及びそれに直交するＹ方向に連結された複数の圧電部及び複数の樹脂部を有する。上記の樹脂部は、高分子材料、ポリマー材料などで構成される。また、樹脂部は、充填及び硬化される樹脂材料によって構成されるのが望ましい。
【００２９】
（３）本発明に係る超音波探触子の製造方法は、第１内部電極部材及び第２内部電極部材を有する積層体に対し、その上面側から複数の第１溝を形成し、且つ、その下面側から、前記複数の第１溝と平行で且つそれらと互い違いの関係になるように、複数の第２溝を形成する工程と、前記各第１溝内の各側面に、前記第１内部電極部材に対して電気的に接続され且つ前記第２内部電極部材に対して絶縁された第１垂直電極層を形成し、これによって前記複数の第１溝に対応して複数の第１特定構造を形成する工程と、前記各第２溝内の各側面に、前記第２内部電極部材に対して電気的に接続され且つ前記第１内部電極部材に対して絶縁された第２垂直電極層を形成し、これによって前記複数の第２溝に対応して複数の第２特定構造を形成する工程と、前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造が形成された後に、前記積層体に対して複数の分離溝を形成し、これにより前記積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００３０】
上記構成によれば、積層体に対する溝形成及び溝充填を段階的に繰り返す手法によって、水平方向に互い違いに複数の第１特定構造及び複数の第２特定構造を製作できるので、製造プロセスが容易化あるいは簡略化され、また、積層された部材間における水平方向の位置決め誤差の発生を防止できる。
【００３１】
望ましくは、更に、前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝を形成する前に、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含む。望ましくは、前記積層体を水平方向に複合化する工程は、前記積層体に対して複数の複合化用溝を形成する工程と前記複数の複合化用溝に対して充填材料を充填する工程とを含む。
【００３２】
望ましくは、前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造を形成する工程は、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含む。望ましくは、前記積層体を水平方向に複合化する工程は、前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝の中に複合化用の充填材料を充填する工程を含む。
【００３３】
望ましくは、更に、前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造を構築する工程の後に、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含む。望ましくは、前記積層体を水平方向に複合化する工程は、前記積層体に対して複数の複合化用溝を形成する工程と、前記複数の複合化用溝に対して充填材料を充填する工程と、を含む。
【００３４】
複合化された超音波振動子は、一般に、広帯域化という利点を有するが、その反面、電気的インピーダンスが大きくなって感度が低下するという問題を有する。上記のような手法によって、超音波振動子を複合化すると共に積層化し、これによって、超音波振動子を広帯域化しつつ、その電気的インピーダンスを下げることが可能となる。これにより、感度を向上できる。また、積層化された後に複合化するので、積層された部材間における水平方向の位置決め誤差の問題を解消又は軽減できる。その結果、超音波探触子の性能を向上できる。
【００３５】
（４）本発明に係る超音波探触子の製造方法は、第１内部電極部材及び第２内部電極部材を有する積層体に対し、その上面側から複数の第１溝を第１深さで形成する工程と、前記積層体に対し、その下面側から、前記複数の第１溝と平行で且つそれらと互い違いの関係になるように、複数の第２溝を第２深さで形成する工程と、前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝に対して絶縁材料を充填し、それを硬化させる工程と、前記各第１溝内の各側面に前記硬化した絶縁材料が残存する溝幅で、且つ、前記第１深さよりも深い第３深さで、前記複数の第１溝内の絶縁材料を切削して複数の第３溝を形成する工程と、前記各第２溝内の各側面に前記硬化した絶縁材料が残存する溝幅で、且つ、前記第２深さよりも深い第４深さで、前記複数の第２溝内の絶縁材料を切削して複数の第４溝を形成する工程と、前記各第３溝内の各側面に、前記第１内部電極部材に電気的に接続された第１垂直電極層を形成し、これによって前記積層体に対して複数の第１特定構造を形成する工程と、前記各第４溝内の各側面に、前記第２内部電極部材に電気的に接続された第２垂直電極層を形成し、これによって前記積層体に対して複数の第２特定構造を形成する工程と、前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造が形成された後に、前記積層体の上面に上面電極部材を形成し、且つ、前記積層体の下面に下面電極部材を形成する工程と、前記下面電極部材に対してバッキングを接合する工程と、前記バッキングの接合後に、前記積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００３６】
望ましくは、前記複数の第１特定構造を形成する工程は、前記各第３溝内の各側面に前記第１垂直電極層が形成された後に、前記複数の第３溝内に補強材料又は複合化用の樹脂材料を充填してそれを硬化させる工程を含み、前記複数の第２特定構造を形成する工程は、前記各第４溝内の各側面に前記第２垂直電極層が形成された後に、前記複数の第４溝内に補強材料又は複合化用の樹脂材料を充填してそれを硬化させる工程を含む。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１には、超音波探触子の製造プロセスの第１例がフローチャートとして示されている。この超音波探触子は、生体を超音波診断する超音波診断装置に対してプローブケーブルを介して接続され、超音波の送受波を行うことによりエコーデータを取り込むプローブである。ちなみに、この超音波探触子は、生体の表面上に当接して用いられるものであってもよいし、生体の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。以下に、その超音波探触子の製造プロセスを説明し、それに併せて、超音波探触子（特にアレイ振動子）の構造上の特徴について説明する。
【００３９】
図１に示すＳ１０１の工程に先立って、図２に示すような分極済みの積層体（積層アッセンブリ）１０が用意される。積層体１０を構成する複数の部材はあらかじめ相互に接着されている。具体的には、積層体１０は、図２に示されるように、全体として、平板状の形状を有し、具体的には、複数の圧電部材（圧電体）１２，１４，１６を有する。それらの中で、隣接する２つの圧電部材１２，１４（１４，１６）の間に、水平電極部材としての内部電極部材１８，２０が設けられている。この積層体１０における、Ｘ方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Y方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Ｚ方向のサイズは例えば０．５１ｍｍである。ちなみに、圧電部材１２，１４，１６の材料としては、公知のＰＺＴなどの圧電材料をあげることができる。もちろん、それ以外の材料（例えば複合材料）で各圧電部材１２，１４，１６を構成するようにしてもよい。なお、図２〜図９においては、図面における左右方向がＸ方向（第１水平方向）であり、図面における上下方向がＺ方向（垂直方向）である。Ｚ方向は超音波の送受波方向に相当する。
【００４０】
図１に示されるＳ１０１では、図３に示されるように、複数の基礎溝２２，２４が形成される。具体的には、積層体１０の上面１０Ａ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって、複数の基礎溝（第１溝）２２が形成される。この場合において、複数の基礎溝２２におけるピッチは、複数の振動素子におけるピッチＴの２倍とされる。上記と同様に、積層体１０の下面１０Ｂ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって複数の基礎溝（第２溝）２４が形成される。それらの複数の基礎溝２４におけるピッチも複数の振動素子におけるピッチＴの２倍である。ただし、複数の基礎溝２２と複数の基礎溝２４は、Ｘ方向において互い違いに形成されている。複数の基礎溝２２及び複数の基礎溝２４は、それぞれＹ方向に伸長した矩形の溝である。すなわち、それらの基礎溝２２，２４は互いに平行である。ここで、それらの基礎溝２２，２４の幅Ｗ１は、後述する特定構造（対向構造、隣合せ構造）（後の図９における符号２００Ｕ，２００Ｄを参照）を構築できる限りにおいて、適当な大きさに設定され、例えば、そのＷ１は０．０８ｍｍである。なお、積層体１０は、一般に、積層されたｎ個の圧電部材によって構成され、ここでｎは望ましくは奇数であり、特に望ましくは３である。
【００４１】
また、各基礎溝２２の深さＬ１は、上面１０Ａから見て２番目の内部電極部材２０の手前までの深さとされ、例えばそのＬ１は０．３ｍｍである。これは、各基礎溝２４の深さＬ１についても同様であり、深さＬ１は下面１０Ｂから見て２番目の内部電極体１８の手前までの深さである。このような基礎溝２２，２４の形成により、内部電極体１８は複数の要素１８Ａに分割され、これと同様に、内部電極体２０も複数の要素２０Ａに分割される。ちなみに、基礎溝２２，２４を形成する場合には、例えばダイシングソーなどの切削加工器具を用いることができる。これは後述する各種の溝の形成に当たっても同様である。
【００４２】
図１のＳ１０２では、図４に示されるように、Ｓ１０１で形成された複数の基礎溝２２，２４に対して、絶縁材２６，２８が充填される。この絶縁材２６，２８は、それを薄く形成した場合においても耐電圧レベルの高い材料であるのが望ましく、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などを用いることができる。図４においては、基礎溝２２に充填された絶縁材が符号２６で示されており、一方、基礎溝２４に充填された絶縁材が符号２８で示されている。
【００４３】
図１のＳ１０３では、図５に示されるように、各基礎溝２２，２４に対応してそれぞれ切削溝（第３溝３０，第４溝３２）が形成される。具体的には、図５において、各基礎溝２２に充填された絶縁材料２６に対して、その中央部を突き抜けるように切削溝３０が切削加工により形成される。これと同様に、各基礎溝２４に充填された絶縁材２８に対しても、その中央部を貫くように切削溝（連絡溝、第４溝）３２が形成される。ここで、各切削溝３０，３２の幅Ｗ２は上記の基礎溝２２，２４の幅Ｗ１よりも小さく、例えば０．０４ｍｍである。また切削溝３０の深さＬ２は、基礎溝２２の深さＬ１を超えてさらに上面から２番目の内部電極部材２０を切断する深さとして設定され、例えばＬ２は０．３６ｍｍである。これは切削溝３２についても同様であり、下面側から２番目の内部電極部材１８を貫くようにその深さＬ２が設定されている。それらの切削溝３０，３２の形成により、各基礎溝２２，２４の内部には、図示のように、その溝内の各側面に一定の厚みで垂直方向に広がる面状の側面絶縁層（垂直絶縁層）２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂが残存することになる。後に図９等で示すように、各側面絶縁層は、圧電部本体の各側面と各垂直電極層との間に配置される部材となる。また、それらの切削溝３０，３２の形成より、上述した各部分１８Ａ，２０Ａ（図５参照）はさらに二分割されることになり、具体的には、水平電極層としての複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂが形成される。Ｓ１０２〜Ｓ１０３は、ＣＶＤ法などによる絶縁膜の形成工程として置き換えることもできる。
【００４４】
なお、図５に示す工程において、各切削溝３０，３２の深さをあまり大きくすると、積層体１０自体が分断されてしまうため、そのような分断が生じない程度に各切削溝３０，３２の深さＬ２を設定するのが望ましい。
【００４５】
図１に示すＳ１０４では、図６に示すように、各切削溝３０，３２の内部における各側面上に面状の導電膜３４，３６が形成される。この導電膜３４，３６は例えば無電解メッキ法や蒸着法などを利用して形成することができる。各導電膜３４，３６は、最終的に、一対の垂直電極層（側面電極層など）をなすものである。図６に示す段階においては、導電膜３４が内部電極層２０Ｂに対してコンタクト部１００を介して電気的に接続されており、一方、導電膜３４は内部電極層１８Ｂに対して垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂにより絶縁されている。これは導電膜３６についても同様であり、その導電膜３６はコンタクト部１０２によって内部電極層１８Ｂに電気的に接続されている。なお、図６に示す工程において、切削溝３０，３２内に導電性部材を充填し、必要な切削加工を行うことにより、導電膜３４，３６を形成するようにしてもよい。
【００４６】
図１に示すＳ１０５では、図７に示すように、各切削溝３０，３２の内部に、具体的には各導電膜３４，３６によって囲まれる空間内に、補強材３８，４０が充填される。この補強材３８，４０は導電膜３４，３６を覆ってそれらを保護する部材として機能する。補強材３８，４０は絶縁性を有する材料によって構成される。その補強材３８，４０は、熱硬化性をもった高分子材料、重合体材料、樹脂材料などを用いて構成するのが望ましい。なお、補強材３８，４０が複合化のための材料として用いられてもよく、それに関しては後に詳述する。
【００４７】
図１に示すＳ１０６では、図８に示されるように、まず、積層体１０の上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、それらを平面にするための研磨加工が施される。そのような加工により、導電膜３４，３６の端面が上方又は下方へ向けて適正に露出することになる。その後、スパッタ法や蒸着法などを利用して、上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、一定の厚みをもって、水平電極部材としての上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。この場合においては、各導電膜３４の端面はコンタクト部１０４を介して上面電極部材４２に電気的に接続され、これと同様に、各電極膜３６の端面もコンタクト部１０６を介して下面電極部材４４に電気的に接続される。
【００４８】
図１のＳ１０７では、積層体１０の下面側にバッキング５１が接着される。後述するように、そのバッキング５１は多数の信号線を内蔵したものであり、積層体１０へのバッキング５１の接着にあたっては例えば導電性接着剤などが利用される。
【００４９】
そして、Ｓ１０８では、Ｓ１０７で形成された組立体（バッキング５１付きの積層体１０）に対し、図９及び図１０に示されるように、複数の分離溝が切削加工により形成される。ここで、図１０は、図９に示すＡ−Ａ’断面を示すものであり、図１０における左右方向はＹ方向であり、その上下方向はＺ方向である。
【００５０】
具体的には、上述した補強材３８の中央部を貫通するように、幅Ｗ３をもって、上面側から複数の分離溝４６，４８がＸ方向に一定間隔で形成される。ここで、各分離溝（第５溝）４６，４８は、Ｙ方向に伸長している。各分離溝４６は、上面側に変位した各第１特定構造（第１対向構造）２００Ｕに対して形成されるものであり、各分離溝４８（第６溝）は、下面側に変位した各第２特定構造（第２対向構造）２００Ｄに対して形成される。各特定構造２００Ｕ，２００Ｄについては、後に詳述するが、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、分離溝４６，４８に対して左右対称構造を有する。ここで、それらの分離溝４６，４８の幅Ｗ３は、上記の補強材３８の幅よりも小さく、例えばそのＷ３は、０．０３ｍｍである。また、それらの分離溝４６，４８の深さＬ３は、少なくとも、バッキング５１における電極部材６０を貫通する深さに設定され、例えば、そのＬ３は０．６ｍｍである。
【００５１】
図１０に示すように、積層体１０には、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０も形成される。各分離溝５０は、Ｘ方向に伸長している。各分離溝５０の幅及び深さは、分離溝４６，４８の幅Ｗ３及び深さＬ３と同じである。ちなみに、複数の分離溝５０は、複数の分離溝４６，４８の形成の前あるいは後に形成される。
【００５２】
複数の分離溝４６，４８とは異なるサイズで複数の分離溝５０を形成することも可能である。ただし、複数の分離溝５０の形成に際しても、少なくとも積層体１０及び電極部材６０が切断される深さまで切削を行う必要がある。各分離溝４６，４８，５０に対して、絶縁材料、音響分離材料、補強材料などを充填するようにしてもよい。
【００５３】
図９において、バッキング５１について説明すると、そのバッキング５１は、大別してバッキング材料５２、その上面に設けられた電極部材６０、及び、バッキング材料５２内にマトリクス状に設けられた複数の信号線５８によって構成される。複数の信号線５８は、複数の振動素子の二次元配列に対応した配列で設けられている。各信号線５８は、その内部のシグナルリードとして機能する芯材５６と、それを取り囲む被覆層５４と、によって構成される。
【００５４】
以上のように、積層体１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８を形成し、且つ、積層体１０に対して、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０を形成すると、それによって、積層体１０が複数の振動素子に分割される。その状態では、図２に示した圧電部材１２は、複数の圧電層１２Ａに分割されており、これと同様に、圧電部材１４，１６についても、それぞれ複数の圧電層１４Ａ，１６Ａに分割されている。また、図２に示した内部電極部材１８，２０についても、複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂに分割されている。また、上述したように、バッキング５１における電極部材６０も複数に分割され、これにより複数の電極パッド６０Ａが構成されている。電気的な接続関係については後に図１２を用いて説明する。
【００５５】
図１１には、図９に示すＢ−Ｂ’断面が示されている。上述したように、複数の分離溝４６（あるいは４８）の形成により、Ｘ方向（図中の左右方向）に隣接する振動素子ペアごとに、そのペアを構成する２つの振動素子の端部に跨って、特定構造２００が形成される。特定構造２００としては、グランド用の第１特定構造２００Ｕと、シグナル用の第２特定構造２００Ｄとがある（図９参照）。それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、互いに上下対称の関係にある。また、それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、それぞれが、その中心面（具体的には、分離溝４６，４８の中心に仮想的に存在する垂直面）に対して面対称の構造を有する。
【００５６】
図１１に示すように、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ａと、他方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ｂと、それらの垂直電極層３４Ａ，３４Ｂの間に存在するギャップ領域と、を有する。より詳しくは、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ａ、垂直電極層３４Ａ及び側面補強層３８Ａと、他方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ｂ、垂直電極層３４Ｂ及び側面補強層３８Ｂと、側面補強層３８Ａ，３８Ｂの間に存在する分離溝４６と、で構成される。この例では、ギャップ領域は、側面補強層３８Ａ，３８Ｂ及び分離溝４６，４８を合わせた領域として定義される。後述する他の例では、ギャップ領域は、複合化用の充填層、及び分離溝４６を合わせた領域として定義される。
【００５７】
図１におけるＳ１０９では、以上のように複数の振動素子からなるアレイ振動子が形成された後、そのアレイ振動子の上面側に例えば銅箔などによって構成されるグランド電極部材が設けられ、更に、その上に二次元配列された複数の整合層が設けられる。そのように形成された組立体が図示されていない探触子ケース内に配置される。
【００５８】
図１２には、アレイ振動子における電気的な接続関係が模式的に示されている。ここで、振動素子２０２，２０４に着目する。振動素子２０２，２０４はそれらの間を境として互いに対称の構造を有している。振動素子２０２においては、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ｂが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ａが電気的に接続されている。よって、下面電極層４４Ａにシグナルリードを接続し、上面電極層４２Ａにグランド電極部材を接続すれば、振動素子２０２をいわゆる積層型振動素子として機能させることができる。振動素子２０４においても、上記同様に、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ａが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ｂが電気的に接続されている。
【００５９】
振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは対称関係にあるためにその製作は容易である。また、振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは近接対向しているが、互いに同じ極性を有しているので、絶縁性の面で有利である。
【００６０】
上記実施形態に係る超音波探触子によれば、積層型振動素子を利用することができるので、電気的なインピーダンスを低減することができ、また垂直電極層を利用するので振動素子における振動面積のロスあるいは振動効率の低下といった問題を軽減又は解消することができる。すなわち高感度化を図ることが可能となる。さらに、上述した製造プロセスによれば、２種類の特定構造を互い違いに設定して、各積層型振動素子に対して確実に電気的接続を行える。更に、対向する２つの垂直電極層の極性が同じであるので、シグナルラインとグランドラインとの間の耐電圧レベルを上げることができる。
【００６１】
以下に、超音波探触子の製造プロセスの他の幾つかの例について説明する。以下に説明する各製造プロセスは、上記製造プロセスと同様に、複数の特定構造を構築する工程を有し、一方、上記製造プロセスとは異なり、積層体を複合化する工程を有する。なお、それぞれの例において、同様の構成には同一符号を付することにする。
【００６２】
まず、図１３〜図２０を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第二例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を前もって行うことを特徴としている。
【００６３】
図１３には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ２０１では、積層体が複合化される。これを具体的に説明する。図１４には積層体１０が示されている。この積層体１０は、図２に示した積層体１０と同一であるが、図１４と図２とでは、断面の方向が異なっている。図１５に示すように、積層体１０の下面側に、接着材料３０２を利用してベース部材３００が接合される。次に、図１６に示すように、積層体１０に対して、その上面側から複数の複合化用の溝３０４がＹ方向に一定間隔をもって形成される。その溝３０４の深さは、積層体１０の全体を越えて、ベース部材３００が若干切削される程度である。複数の溝３０４の形成により、圧電部材１２，１４，１６は複数の要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂに分割され、同時に、複数の内部電極部材１８，２０も複数の要素１８Ｂ，２０Ｂに分割される。この段階において、複数の圧電部３０５が形成される。各圧電部３０５は、垂直方向に積層された要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ，１８Ｂ，２０Ｂで構成される。ベース部材３００によって複数の圧電部３０５がバラバラに分離してしまう問題が防止されている。次に、複数の溝３０４に対して、充填材料としての樹脂材料が充填され、その樹脂材料を硬化させるために積層体１０が加熱される。これにより、複数の樹脂層（樹脂部）３０６が形成される。樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする複合化のための材料である。複数の樹脂層３０６が形成された後に、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。その状態が図１７に断面図として示されている。図１７では、複合化された積層体が符号３１０で示されている。図１８は積層体３１０の斜視図である。図１８においては後に形成される複数の基礎溝２２，２４が破線で示されている。
【００６４】
図１３に示すＳ２０２では、図１に示したＳ１０１〜１０７の工程が実行される。次に、積層体３１０から、１Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０４の工程が実行され、一方、積層体３１０から、２Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０５の工程が実行される。
【００６５】
Ｓ２０４の工程では、図１９に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。図１９における積層体３１０において、Ｙ方向には、互い違いに複数の圧電部３０５及び複数の樹脂部３０６が結合している。Ｘ方向には、複数の振動素子３１０Ａが並んでいる。そして、隣接する２つの振動素子ごとにそれらに跨って、特定構造２００Ｕ又は２００Ｄが構築されている。以上により、Ｘ方向をアレイ方向とし、かつＹ方向に積層された１Ｄアレイ振動子が構成される。
【００６６】
一方、Ｓ２０５の工程では、図２０に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０と、が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長する溝である。それらの分離溝４６，４８，５０の形成によって、二次元配列された複数の振動素子３１０Ｂが構成される。より詳しくは、各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。各分離溝５０は、圧電部３０５又は樹脂部３０６のいずれかを二分割するように形成され、あるいは、圧電部３０５と積層部３０６の境界に形成される。図２０に示す例では、各分離溝５０によって、圧電部（全体）３０５が二分割され、これによって、Ｙ方向の一方側振動素子に含まれる圧電部（一方側半分）３０５Ａと、Ｙ方向の他方側振動素子に含まれる圧電部３０５Ｂ（他方側半分）と、が形成されている。以上により、Ｙ方向に複合化された２Ｄアレイ振動子が構成される。
【００６７】
図１３のＳ２０６では、図１のＳ１０９と同様に、積層体３１０に対して、他の部材が設けられる。なお、Ｙ方向における圧電部及び樹脂部についての個数、サイズ及びピッチは任意に定めることができる。例えば、１つの振動素子に対して、より多くの個数の圧電部及び樹脂部を設けるようにしてもよい。図１９及び図２０においては、図９などに示されていた電極部材６０、複数の信号線５８などは図示省略されている。このことは、後に示す図２２，２３，３１，３２，３４，３５についても同様である。
【００６８】
次に、図２１〜図２３を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第三例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を事後的に行うことを特徴としている。
【００６９】
図２１には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ３０１では、図１に示したＳ１０１〜Ｓ１０７の工程が実行される。Ｓ３０２では、複数の特定構造、上面電極部材及び下面電極部材が形成され、且つ、バッキングが接合された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化用の溝が形成される。ここで、その複数の複合化用の溝はそれぞれがＸ方向に伸長した溝である。Ｓ３０３では、複数の複合化用の溝に対して複合化用の樹脂材料が充填され、その樹脂材料は加熱により硬化される。
【００７０】
Ｓ３０３の後、１Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０５が実行される。Ｓ３０５では、図２２に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向に並んだ複数の振動素子３２０Ａが構成される。各振動素子３２０Ａは、Ｙ方向に交互に並んだ複数の圧電部３２６及び複数の樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成されるために、上面電極層４２及び下面電極層４４も複数の溝３２２によって複数の電極層に切断される（図２２には複数の上面電極層４２Ｂが示されている）。よって、各樹脂層（樹脂部）３２４の上面３２５Ａ及び下面３２５Ｂには、上面電極層及び下面電極層は設けられていない。
【００７１】
一方、Ｓ３０３の後、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０６が実行される。Ｓ３０６では、図２３に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並ぶ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向及びＹ方向の二次元に並んだ複数の振動素子３２０Ｂが構成される。各振動素子３２０Ｂは、Ｙ方向に交互に並んだ少なくとも１つの圧電部３２６及び少なくとも１つの樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。各分離溝５０は、いずれかの圧電部又は樹脂部を二分する位置に形成され、あるいは、いずれかの圧電部及び樹脂部の境界位置に形成される。図２３の例では、各圧電部が各分離溝５０によって二分割され、これによって２つの圧電部３２６Ａが形成されている。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成される点は、図２２に示した例と同じである。図２１のＳ３０７では、図２２及び図２３に示した複数の振動素子３２０に対して、他の部材が接合される。
【００７２】
次に、図２４〜図３２を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第四例について説明する。この例は、複数の特定構造の形成と同時に、積層体に対するＸ方向の複合化を行うことを特徴としている。
【００７３】
図２４には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ４０１では、図１に示したＳ１０１と同様に、積層体に対して複数の基礎溝が形成される。具体的には、図２５に示す積層体１０（図２に示した積層体１０と同じ）に対して、その上面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成され、その下面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成される。それらの基礎溝の幅は、複合化のために必要な大きさに設定され、図３に示した通常の場合よりも、大きく設定される。
【００７４】
次に、Ｓ４０２では、Ｓ１０２と同様に、各基礎溝の内部に絶縁材が充填され、その絶縁材が硬化される。Ｓ４０３では、Ｓ１０３と同様に、複数の切削溝が形成される。これによって、各基礎溝内に一対の垂直絶縁層が形成される。Ｓ４０４では、Ｓ１０４と同様に、各基礎溝の内面上に導電膜が形成される。その状態が図２６に示されている。導電膜３４，３６は、垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂの内面に形成されている。
【００７５】
図２４のＳ４０５では、図２７に示すように、まず、積層体１０の下面に対して接着材料３０２を用いてベース部材３００が接合され、次に、各切削溝３０，３２を積層体１０の全体にわたって貫通溝とするための加工が施される。すなわち、各切削溝３０については、上から３番目の圧電部材１６を部分的に切削する加工が施され、各切削溝３２については、上から１番目の圧電部材１２を部分的に切削する加工が施される。これによって、図２８に示すように、積層体１０に対して、複数の複合化用の溝３２９が形成される。また、Ｓ４０５では、それらの複合化用の溝３２９に対して、複合化のための樹脂材料３３０が充填され、その樹脂材料３３０が加熱されて硬化される。樹脂材料３３０は樹脂層つまり樹脂部を構成する。
【００７６】
図２４のＳ４０６では、図２９に示すように、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。これにより、複合化された積層体３３２が得られる。次に、図３０に示すように、積層体３３２に対して、上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。また、下面電極部材４４に対してバッキングが接着される。
【００７７】
１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０８が実行される。Ｓ４０８では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。これによって、図３１に示すように、複数の振動素子３３２ＡがＸ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。図３１における符号３３４は１つの振動素子３３２Ａを示し、符号３３６は圧電部を示している。符号３３８は、圧電部３３６の両隣に形成された一対の樹脂部を示している。このように、各振動素子３３２Ａは、Ｘ方向に複合化されている。
【００７８】
一方、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０９が実行される。Ｓ４０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、図３２に示すように、複数の振動素子３３２ＢがＹ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。各振動素子３３２Ｂは、その長手方向がＸ方向であり、その方向に複合化されている。図３２において、第１の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、複数の要素（区分に相当）３４０，３４１を連結した部材である。隣接する２つの要素３４０，３４１に跨って特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’が形成されており、その特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’は中央部分に樹脂層（樹脂部）３４４を有する。この図３２に示す例では、樹脂層３４４は分離溝を有していないが、観念的には、樹脂層３４４は、一方側の部分３４０に属する部分３４３Ａと、他方側の部分３４１に属する部分３４３Ｂとに分けられる。第２の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、Ｘ方向に互い違いに設けられた複数の圧電部３４２及び複数の樹脂部３４４を連結した部材である。
【００７９】
他方、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４１０が実行される。Ｓ４１０では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって、Ｘ方向に複合化された圧電体が、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の振動素子に分割される。つまり、図３１に示す圧電体３３２に対して、更に、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝（図１０に示した複数の分離溝５０に相当する）を形成することにより、複数の振動素子が構成される。図２４のＳ４１１では整合層の形成など他の加工が施される。
【００８０】
次に、図３３〜図３５を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第五例について説明する。この例は、積層体に対するＸ方向及びＹ方向の複合化を特徴としている。
【００８１】
図３３には、製造プロセスのフローチャートが示されている。Ｙ方向についての積層体に対する事前複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０２が実行され、次にＳ５０３が実行される。具体的には、Ｓ５０２では、図１３に示したＳ２０１が実行され、圧電体に対してＹ方向の複合化を施す加工が実施される（図１７及び図１８参照）。そして、Ｓ５０３では、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され、Ｘ方向に並んだ複数の特定構造の構築と同時に、Ｘ方向に並んだ複数の樹脂層が形成される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００８２】
一方、Ｙ方向に事後複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０４が実行され、次にＳ５０５が実行される。具体的には、Ｓ５０４において、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され（図３０参照）、次に、Ｓ５０５では、図２１で示したＳ３０２及びＳ３０３と同様に、Ｙ方向に複数の複合化用の溝が形成され、各溝に対して複合化用の樹脂材料が充填される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００８３】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０８が実行される。そのＳ５０８では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＹ方向に伸長した溝である。これによって、X方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝５０を除いたものに相当する。
【００８４】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０９が実行される。そのＳ５０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｙ方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝４６，４８を除いたものに相当する。
【００８５】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１１が実行される。そのＳ５１１では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって図３４に示す二次元アレイ振動子が構成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄごとに形成される。ある１つの振動素子３５０Ａに着目した場合、その振動素子３５０Ａは、Ｘ方向においては圧電区間３３６と、その両側に形成された２つの樹脂区間３３８とで構成される。符号３３４は、Ｘ方向における振動素子３５０Ａの全幅を示している。その振動素子３５０Ａは、Ｙ方向においては、２つの圧電区間３５１と１つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ａは、Ｈ形状を有する樹脂部と矩形の２つの圧電部とで構成される。図３４に示す構成は一例であり、例えば、Ｙ方向に所望数の圧電区間及び樹脂区間を設けるようにしてもよい。
【００８６】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１２が実行される。そのＳ５１２では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４８が形成される。各分離溝４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｄごとに形成される。つまり、図３５に示す例では、各特定構造２００Ｕ（図３４参照）については分離溝４６は形成されていない。もちろん、複数の特定構造の並びの中で、図３５に示すように１つおきの特定構造に対して分離溝を形成するのではなく、ｍ（ｍは２以上）個おきの特定構造に対して分離溝を形成するようにしてもよい。一方、複数の分離溝５０は、任意の間隔で形成することができ、Ｙ方向について、１つの振動子当たり、より多くの圧電区間３５１及び樹脂区間３５２を設けるようにしてもよい。
【００８７】
図３５に示す例では、ある１つの振動素子３５０Ｂに着目した場合、その振動素子３５０Ｂは、Ｘ方向においては、２つの圧電区間４０２と、それらの圧電区間４０２に挟まれる樹脂区間４０６と、２つの圧電区間の両側に設けられた２つの樹脂区間４０４と、で構成される。符号４００は、Ｘ方向における振動素子３５０Ｂの全幅を示している。その振動素子３５０Ｂは、Ｙ方向においては、３つの圧電区間３５１と、２つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ｂは、６（＝２×３）個の圧電部と、それらの圧電部の間に存在する格子形状をもった樹脂部と、で構成される。図３５に示す構成は一例であり、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に、より多くの圧電区間、樹脂区間を設定するようにしてもよい。
【００８８】
図３５に示す例では、Ｘ方向について、隣接する２つの振動素子の間に特定構造２００Ｄが形成され、また振動素子３５０Ｂの中央部に特定構造２００Ｕ’が形成されている。特定構造（素子間の特定構造）２００Ｄと特定構造（素子内部の特定構造）２００Ｕ’とを対比した場合、素子間の特定構造２００Ｄが分離溝４６を有するのに対し、素子内部の特定構造２００Ｕ’が分離溝を有しない点で異なる。しかし、素子間の特定構造２００Ｄと素子内部の特定構造２００Ｕ’は、同極性をもった面対称な一対の垂直電極層を有する点で共通する。特に、両者は、絶縁性を良好にできる点、構造の構築が容易である点、で共通する。
【００８９】
上記の第二例〜第五例によれば、積層化及び複合化されたアレイ振動子を実現できる。特に、積層化の後に複合化を行うので、垂直方向に並ぶ各部材間において水平方向の位置決め誤差を排除できる。また、その複合化も溝形成及び材料充填によって行えるので容易に実現できる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新しい構造及び良好な性能を有するアレイ振動子を提供でき、また、そのための効率的な製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 超音波探触子の製造プロセスの第一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】 積層体を示す断面図である。
【図３】 基礎溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図４】 絶縁材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図５】 切削溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図６】 導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図７】 補強材が充填された積層体を示す断面図である。
【図８】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図９】 アレイ振動子のＸ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１０】 アレイ振動子のＹ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１１】 図９に示すＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１２】 各振動素子における電気的な接続関係を説明するための模式図である。
【図１３】 超音波探触子の製造プロセスの第二例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】 積層体を示す断面図である。
【図１５】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図１６】 複数の複合化用溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図１７】 樹脂材料が充填された後の積層体を示す断面図である。
【図１８】 Ｙ方向に複合化された積層体を示す斜視図である。
【図１９】 Ｙ方向に複合化された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２０】 Ｙ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２１】 超音波探触子の製造プロセスの第三例を説明するためのフローチャートである。
【図２２】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２３】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２４】 超音波探触子の製造プロセスの第四例を説明するためのフローチャートである。
【図２５】 積層体を示す断面図である。
【図２６】 基礎溝、絶縁材料及び導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図２７】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図２８】 複合化用の樹脂材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図２９】 ベース部材が取り外された積層体を示す断面図である。
【図３０】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図３１】 Ｘ方向に複合化され、Ｘ方向に分離された積層型１Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３２】 Ｘ方向に複合化され、Ｙ方向に分離された積層型２Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３３】 本発明に係る製造プロセスの第五例を説明するためのフローチャートである。
【図３４】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の一例を示す斜視図である。
【図３５】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 積層体、１２，１４，１６ 圧電部材、１８，２０ 内部電極部材、２２，２４ 基礎溝、２６，２８ 絶縁材料、２６Ａ，２６Ｂ 垂直絶縁層、３４Ａ，３４Ｂ 垂直電極層、３８Ａ，３８Ｂ 側面補強層、３０，３２ 切削溝、３４，３６ 導電膜、３８，４０ 補強材、４２ 上面電極部材、４４ 下面電極部材、４６，４８，５０ 分離溝、５１ バッキング、２００Ｕ，２００Ｕ’ グランド用の第１特定構造、２００Ｄ，２００Ｄ’ シグナル用の第２特定構造、３０５，３２６，３３６，３４２，３５１，４０２ 積層型圧電部、３０６，３２４，３３８，３４３，３５２，４０４ 樹脂部、３１０，３３２ 複合化された積層体、３３０ 樹脂材料。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure of a stacked array transducer used in ultrasonic diagnosis of a living body and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art and problems]
As array transducers in which a plurality of transducer elements are arranged, 2D array transducers (including sparse 2D array transducers), 1.5D array transducers, and the like are known. In such an array vibrator, the size of each vibration element constituting the vibrator is very small. For this reason, the electrical impedance of each vibration element becomes extremely high, and electrical impedance matching cannot be achieved between each vibration element and the cable (or the apparatus main body). As a result, the problem of significant sensitivity loss occurs.
[0003]
In view of this, a technique has been proposed in which each vibration element is a laminated type. According to this technique, each vibration element is configured as a stacked body in which a plurality of piezoelectric layers and a plurality of electrode layers are stacked in a predetermined order. Specifically, a lower electrode layer is provided on the lower surface of the multilayer body, an upper electrode layer is provided on the upper surface of the multilayer body, and an internal electrode layer is provided between two adjacent piezoelectric layers. The odd-numbered electrode layers in the plurality of electrode layers are, for example, signal electrode layers, and the even-numbered electrode layers are, for example, ground electrode layers. A voltage signal is applied between the plurality of signal electrode layers and the plurality of ground electrode layers. According to this configuration, the electrical impedance of the vibration element can be lowered.
[0004]
For the laminated vibration element as described above, electrical connection to a plurality of electrode layers becomes a problem. In particular, how to connect leads or electrode layers to a plurality of internal electrode layers becomes a problem. As one conventional example, there is a method using a via (for example, a thin conductive line that vertically passes through the center of the vibration element). However, the area of the vibration element is very small, and there is a problem that it is difficult to manufacture the element afterwards, which is not practical.
[0005]
In this regard,Patent Document 1 below discloses an array vibrator including a plurality of stacked vibration elements. A ground side electrode layer connected to the ground internal electrode layer is formed on the first side surface of each laminated vibration element, and a signal inside is formed on the second side surface (side surface opposite to the first side surface) of each vibration element. A signal side electrode layer connected to the electrode layer is formed. For this reason, the said problem can be eliminated and reduced. In the array transducer, when attention is paid between two adjacent vibrating elements, the signal side electrode layer of the one side vibrating element and the ground side electrode layer of the other side vibrating element are close to each other, and the formation range thereof is vertical. It is displaced in the direction. In order to improve the characteristics of the array transducer, it is desired to further improve the electrical insulation. Further, in manufacturing the array transducer, it is desired that the positioning accuracy can be improved and that the manufacturing can be facilitated (for example, a pair of side electrode layers facing each other can be formed simultaneously). In addition, it is also desired that the electric field in each vibration element be formed satisfactorily.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-29346 A
[0007]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe including a stacked array transducer having good performance and a method for manufacturing the same.
[0008]
Another object of the present invention is to facilitate the manufacture of an ultrasonic probe including a stacked array transducer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) An ultrasonic probe according to the present invention includes a stacked ultrasonic transducer having a first portion and a second portion adjacent to each other, and the first portion and the second portion are each vertical. A plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of second horizontal electrode layers provided alternately in a direction; a first vertical electrode layer electrically connected to the plurality of first horizontal electrode layers; A second vertical electrode layer electrically connected to the second horizontal electrode layer, the first vertical electrode layer included in the first portion, and the first vertical electrode layer included in the second portion. Are adjacent to each other through the first gap region and have the same polarity, and the ultrasonic transducer includes a first vertical electrode layer included in the first portion and a first vertical electrode layer included in the second portion. And the first gap region.
[0010]
In the above configuration, the ultrasonic transducer is a 1D array transducer, a 1.5D array transducer, a 2D array transducer, or the like. The first part and the second part are formed adjacent to each other in the horizontal direction, and are laminated. In other words, the first portion and the second portion correspond to two adjacent laminated vibration elements, or correspond to two sections or blocks interconnected in the horizontal direction in a certain laminated vibration element. The first specific structure is formed across (or between) the first portion and the second portion. The first specific structure has a function of connecting a ground line or a signal line to a plurality of first horizontal electrode layers included in the first part and the second part. The first specific structure includes a pair of first vertical electrode layers (a first vertical electrode layer of a first portion and a first vertical electrode layer of a second portion) that are spaced apart from each other and face each other. Since the pair of first vertical electrode layers have the same polarity (ground or signal), there is an advantage that electrical performance can be improved, such as improvement in insulation. In the first gap region, a reinforcing layer, an insulating layer, a composite resin layer, an element isolation groove, and the like may be provided. Each vertical electrode layer functions as a side electrode, an internal electrode, or the like. Each vertical electrode layer is preferably formed in a planar form, but other forms may be employed. The array transducer may have a convex shape. In that case, the vertical direction is defined as the ultrasonic wave propagation direction for each vibration element.
[0011]
Preferably, the ultrasonic transducer further includes a third portion adjacent to the second portion, and the third portion includes a plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of first horizontal electrode layers provided alternately in the vertical direction. A second horizontal electrode layer; a first vertical electrode layer that electrically connects the plurality of first horizontal electrode layers; and a second vertical electrode layer that electrically connects the plurality of second horizontal electrode layers; The second vertical electrode layer included in the second portion and the second vertical electrode layer included in the third portion are adjacent to each other through the second gap region and have the same polarity, and the ultrasonic vibration The child further has a second specific structure including a second vertical electrode layer included in the second portion, a second vertical electrode layer included in the third portion, and the second gap region.
[0012]
In the above configuration, the first portion, the second portion, and the third portion are formed side by side in the horizontal direction. A first specific structure is formed across (or between) the first part and the second part, and a second specific structure is formed across (or between) the second part and the third part Is done. The first specific structure and the second specific structure have different polarities. Also in the second specific structure, as in the first specific structure, the pair of second vertical electrode layers included in the second specific structure face each other through the second gap region and have the same polarity.
[0013]
Preferably, each of the first specific structure and the second specific structure is a symmetrical structure in the horizontal direction. Preferably, the first specific structure and the second specific structure are in a mutually inverted relationship in the vertical direction.
[0014]
The specific structure (the first specific structure and the second specific structure) has a pair of vertical electrode layers having the same polarity that are close to each other and face each other. From this point of view, the specific structure can also be expressed as “opposing structure” or “adjacent structure”. Although the specific structure can be constructed as an asymmetric structure in the horizontal direction, it is desirable to construct it as a symmetric (plane-symmetric) structure or a mirror structure in the horizontal direction in order to simplify its manufacture. Each specific structure can be easily manufactured by repeating, for example, groove formation and material filling.
[0015]
  In the above configuration,The first portion, the second portion, and the third portion each further include a plurality of first horizontal electrode layers, a plurality of second horizontal electrode layers, and a plurality of piezoelectric layers.BodyAnd the piezoelectric partBodyOne side of(First side)The plurality of second horizontal electrode layers formed onInternal electrode layer inThe first vertical electrodelayerFirst insulating means for insulating the piezoelectric portion and the piezoelectric portionBodyThe other side of(Second side)The plurality of first horizontal electrode layers formed onInternal electrode layer inAnd a second insulating means for insulating the second vertical electrode layer.Here, each insulating means is configured as a planar insulating layer extending in the vertical direction.
[0016]
  According to the above configuration, the firstVertical insulation layerAnd secondVertical insulation layerCan provide the necessary insulation for each polarity of the signal and ground, and can occur due to the pair of vertical electrode layers, more precisely,LaminatedDisturbance and distortion of the electric field in the piezoelectric part main body) composed of a plurality of piezoelectric layers and a plurality of horizontal electrode layers can be prevented or reduced. Therefore, the electromechanical conversion efficiency in the piezoelectric portion can be improved.
[0017]
Preferably, the first vertical electrode layer included in the first part, the second part, and the third part is one of a ground vertical electrode layer and a signal vertical electrode layer, and the first part, the second part, The second vertical electrode layer included in the portion and the third portion is the other of the ground vertical electrode layer and the signal vertical electrode layer, and the first specific structure includes a ground specific structure and a signal specific structure. The second specific structure is the other of the ground specific structure and the signal specific structure.
[0018]
Preferably, the ultrasonic transducer is an array transducer, the first gap region and the second gap region each have a separation groove, and the first portion, the second portion, and the third portion are: Each is a vibration element constituting the array vibrator. Preferably, each of the first part, the second part, and the third part is stacked in the vertical direction and combined in the horizontal direction.
[0019]
The above-described combination can provide one or more advantages such as the acoustic impedance of each vibration element can be adjusted (desirably reduced) and the frequency band can be adjusted (desirably expanded). Preferably, the compounding direction is a first horizontal direction as an arrangement direction of the first part, the second part, and the third part, a second horizontal direction orthogonal thereto, or a first horizontal direction and a first horizontal direction. 2 both directions in the horizontal direction.
[0020]
Preferably, the ultrasonic transducer is an array transducer, the array transducer has a plurality of vibration elements, and each vibration element has the first portion, the second portion, and the third portion. . Preferably, the vibration elements are stacked in the vertical direction and combined in the element longitudinal direction. The element longitudinal direction is one horizontal direction, which is the X direction in the embodiments described later.
[0021]
Preferably, each of the first part, the second part, and the third part includes a piezoelectric part and a resin part connected in a horizontal direction, the piezoelectric part is laminated, and the resin part is formed by filling. Is done.
[0022]
(2) An ultrasonic probe according to the present invention includes an array transducer having a plurality of transducer elements, and each transducer element includes a plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of transducer elements provided alternately in the Z direction. A second horizontal electrode layer; a first vertical electrode layer electrically connected to the plurality of first horizontal electrode layers; and a second electrically connected to the plurality of second horizontal electrode layers. And the array transducer has a plurality of first specific structures and a plurality of second specific structures provided alternately in the X direction, and in each of the first specific structures, adjacent to each other The two first vertical electrode layers of the two vibrating elements are adjacent to each other via the first gap region, and in each of the second specific structures, the two second vertical electrode layers of the two adjacent vibrating elements are Adjacent through the second gap region.
[0023]
According to the above configuration, a plurality of first specific structures and a plurality of second specific structures are formed alternately in the X direction. Focusing on two vibrating elements adjacent in the X direction, the vertical electrode layer of the one-side vibrating element and the vertical electrode layer of the other-side vibrating element face each other through a gap region, but they have the same polarity. Therefore, there is an advantage in terms of insulation or voltage resistance.
[0024]
  In the above configuration,Each vibration element further includes the plurality of second horizontal electrode layers.Internal electrode layer inFirst insulating means for electrically insulating the first vertical electrode layer with respect to the plurality of first horizontal electrode layersInternal electrode layer inAnd second insulating means for electrically insulating the second vertical electrode layer. here,The first insulating means has a first vertical insulating layer, and the second insulating means has a second vertical insulating layer.
[0025]
  According to the above configuration, the plurality of second horizontal electrode layers are formed by the first insulating means.Internal electrode layer inThe first vertical electrode layer is insulated from the first horizontal electrode layer by the second insulating means.Internal electrode layer inTo the second vertical electrode layer. By the first insulating means and the second insulating means, it is possible to prevent or reduce the disturbance of the electric field inside the element, which may occur due to the presence of each vertical electrode layer.
[0026]
During the manufacturing process of the array vibrator, the polarization of the piezoelectric material may decrease or disappear due to a temperature rise or the like. In such a case, a repolarization step is additionally performed. When the repolarization step is performed, the first insulating means and the second insulating means described above make the polarization difficult to distort. This effect is greater as the relative dielectric constant of the material of the first insulating means and the second insulating means is smaller than the relative dielectric constant of the material of the vibration element. For example, the ratio is preferably about 1/1000.
[0027]
Preferably, a backing having a plurality of signal lines is provided on a lower surface side of the array transducer, and an end portion of the plurality of signal lines is arranged on the upper surface of the backing in accordance with the arrangement of the plurality of vibration elements. Are arranged. Preferably, a ground member and a matching layer are provided on the upper surface side of the array transducer.
[0028]
Preferably, each of the vibration elements has at least one piezoelectric portion and at least one resin portion connected in a Y direction orthogonal to the X direction. Preferably, each of the vibration elements includes at least one piezoelectric part and at least one resin part connected in the X direction. Preferably, each of the vibration elements includes a plurality of piezoelectric portions and a plurality of resin portions connected in the X direction and a Y direction orthogonal thereto. The resin portion is made of a polymer material, a polymer material, or the like. Moreover, it is desirable that the resin portion is made of a resin material that is filled and cured.
[0029]
(3) In the method of manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention, a plurality of first grooves are formed from the upper surface side of a laminated body having a first internal electrode member and a second internal electrode member, and A step of forming a plurality of second grooves so as to be parallel to and alternately with the plurality of first grooves from the lower surface side, and on each side surface in each of the first grooves, the first Forming a first vertical electrode layer electrically connected to the internal electrode member and insulated from the second internal electrode member, thereby forming a plurality of first specific points corresponding to the plurality of first grooves; Forming a structure, and a second vertical electrode layer electrically connected to the second internal electrode member and insulated from the first internal electrode member on each side surface in the second groove Thereby forming a plurality of second specific structures corresponding to the plurality of second grooves. After the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures are formed, a plurality of separation grooves are formed in the stacked body, thereby dividing the stacked body into a plurality of vibration elements. And a step of performing.
[0030]
According to the above configuration, a plurality of first specific structures and a plurality of second specific structures can be manufactured alternately in a horizontal direction by a method of repeating groove formation and groove filling in a stacked body in a stepwise manner, thereby facilitating the manufacturing process. Or it is simplified and generation | occurrence | production of the positioning error of the horizontal direction between the laminated members can be prevented.
[0031]
Preferably, the method further includes a step of combining the stacked body in a horizontal direction before forming the plurality of first grooves and the plurality of second grooves. Preferably, the step of compounding the laminate in the horizontal direction includes a step of forming a plurality of composite grooves in the laminate, and a step of filling a filler in the plurality of composite grooves. including.
[0032]
Preferably, the step of forming the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures includes a step of compounding the stacked body in a horizontal direction. Preferably, the step of compounding the laminate in the horizontal direction includes a step of filling the plurality of first grooves and the plurality of second grooves with a compounding filling material.
[0033]
Preferably, the method further includes a step of compounding the stacked body in a horizontal direction after the step of constructing the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures. Preferably, the step of compounding the laminate in the horizontal direction includes a step of forming a plurality of compositing grooves in the laminate, and a step of filling a filling material into the plurality of compositing grooves. And including.
[0034]
The combined ultrasonic transducer generally has the advantage of widening the bandwidth, but has the problem that the electrical impedance increases and sensitivity decreases. By the above-described method, the ultrasonic transducers are compounded and stacked, thereby making it possible to reduce the electrical impedance of the ultrasonic transducers while broadening the bandwidth. Thereby, sensitivity can be improved. Moreover, since it is compounded after being laminated, the problem of the horizontal positioning error between the laminated members can be eliminated or reduced. As a result, the performance of the ultrasonic probe can be improved.
[0035]
(4) In the method of manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention, a plurality of first grooves are formed at a first depth from the upper surface side of a laminated body having a first internal electrode member and a second internal electrode member. And a step of forming a plurality of second grooves at a second depth so as to be parallel to and alternately with the plurality of first grooves from the lower surface side of the stacked body. And a step of filling the plurality of first grooves and the plurality of second grooves with an insulating material and curing it, and a groove in which the hardened insulating material remains on each side surface in each of the first grooves. Forming a plurality of third grooves by cutting the insulating material in the plurality of first grooves at a third depth that is wider than the first depth and having a third depth greater than the first depth; and The plurality of second widths is a groove width in which the hardened insulating material remains on each side surface and a fourth depth deeper than the second depth. Forming a plurality of fourth grooves by cutting an insulating material therein, and forming a first vertical electrode layer electrically connected to the first internal electrode member on each side surface of each third groove And a second vertical electrode electrically connected to the second internal electrode member on each side surface in each of the fourth grooves. Forming a plurality of second specific structures with respect to the stacked body, and forming the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures; Forming a top electrode member on the top surface and forming a bottom electrode member on the bottom surface of the laminate; joining a backing to the bottom electrode member; and joining the backing after joining the backing. Dividing into a plurality of vibration elements.
[0036]
Preferably, in the step of forming the plurality of first specific structures, a reinforcing material or a composite is formed in the plurality of third grooves after the first vertical electrode layer is formed on each side surface in each of the third grooves. A step of filling the resin material for forming and curing the resin material, wherein the step of forming the plurality of second specific structures includes forming the second vertical electrode layer on each side surface in each of the fourth grooves. A step of filling the plurality of fourth grooves with a reinforcing material or a composite resin material and then curing the same is included.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0038]
FIG. 1 is a flowchart showing a first example of an ultrasonic probe manufacturing process. This ultrasonic probe is a probe that is connected to an ultrasonic diagnostic apparatus for ultrasonic diagnosis of a living body via a probe cable and takes in echo data by transmitting and receiving ultrasonic waves. Incidentally, this ultrasonic probe may be used in contact with the surface of a living body, or may be used by being inserted into a body cavity of a living body. Hereinafter, the manufacturing process of the ultrasonic probe will be described, and the structural features of the ultrasonic probe (particularly, the array transducer) will be described.
[0039]
Prior to the step of S101 shown in FIG. 1, a polarized laminated body (laminated assembly) 10 as shown in FIG. 2 is prepared. A plurality of members constituting thelaminated body 10 are bonded to each other in advance. Specifically, as illustrated in FIG. 2, themultilayer body 10 has a flat plate shape as a whole, and specifically includes a plurality of piezoelectric members (piezoelectric bodies) 12, 14, and 16. Among them,internal electrode members 18 and 20 as horizontal electrode members are provided between two adjacentpiezoelectric members 12 and 14 (14 and 16). In thelaminated body 10, the size in the X direction is, for example, 20 mm, the size in the Y direction is, for example, 20 mm, and the size in the Z direction is, for example, 0.51 mm. Incidentally, as a material of thepiezoelectric members 12, 14, and 16, a known piezoelectric material such as PZT can be used. Of course, thepiezoelectric members 12, 14, and 16 may be made of other materials (for example, composite materials). 2 to 9, the horizontal direction in the drawings is the X direction (first horizontal direction), and the vertical direction in the drawings is the Z direction (vertical direction). The Z direction corresponds to the transmission / reception direction of ultrasonic waves.
[0040]
  In S101 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3, a plurality ofbasic grooves 22, 24 are formed. Specifically, from theupper surface 10A side of thelaminated body 10, it is a fixed interval in the X direction.2xA plurality of basic grooves (first grooves) 22 are formed with T. In this case, the pipes in the plurality ofbasic grooves 22 areH, Pitch in multiple vibration elementsT2 times. Similarly to the above, from thelower surface 10B side of thelaminated body 10 in the X direction, a constant interval2xA plurality of basic grooves (second grooves) 24 are formed with T. Piping in the plurality offoundation grooves 24 is performed.AlsoPitch in multiple vibration elementsTTwice as much. However, the plurality offoundation grooves 22 and the plurality offoundation grooves 24 are formed alternately in the X direction. The plurality offoundation grooves 22 and the plurality offoundation grooves 24 are rectangular grooves extending in the Y direction, respectively. That is, thebasic grooves 22 and 24 are parallel to each other. Here, the width W1 of thefoundation grooves 22 and 24 is an appropriate size as long as a specific structure (opposing structure, adjacent structure) described later (seereference numerals 200U and 200D in FIG. 9 below) can be constructed. For example, its W1 is 0.08 mm. In addition, thelaminated body 10 is generally configured by n laminated piezoelectric members, where n is preferably an odd number, and particularly preferably 3.
[0041]
Further, the depth L1 of eachfoundation groove 22 is a depth up to the front of the secondinternal electrode member 20 when viewed from theupper surface 10A. For example, L1 is 0.3 mm. The same applies to the depth L1 of eachfoundation groove 24, and the depth L1 is the depth up to the front of the secondinternal electrode body 18 when viewed from thelower surface 10B. By forming suchbasic grooves 22 and 24, theinternal electrode body 18 is divided into a plurality ofelements 18A, and similarly, theinternal electrode body 20 is also divided into a plurality ofelements 20A. Incidentally, when forming thebasic grooves 22, 24, for example, a cutting tool such as a dicing saw can be used. The same applies to the formation of various grooves described later.
[0042]
In S102 of FIG. 1, as shown in FIG. 4, the insulatingmaterials 26 and 28 are filled into the plurality ofbasic grooves 22 and 24 formed in S101. The insulatingmaterials 26 and 28 are desirably made of a material having a high withstand voltage level even when they are thinly formed. For example, thermosetting resins such as polyimide resins and epoxy resins can be used. In FIG. 4, the insulating material filled in thebasic groove 22 is indicated by reference numeral 26, while the insulating material filled in thebasic groove 24 is indicated byreference numeral 28.
[0043]
  In S103 of FIG. 1, as shown in FIG. 5, cutting grooves (third groove 30 and fourth groove 32) are formed corresponding to thebasic grooves 22 and 24, respectively. Specifically, in FIG. 5, the cuttinggroove 30 is formed by cutting so as to penetrate the central portion of the insulating material 26 filled in eachbasic groove 22. Similarly, a cutting groove (communication groove, fourth groove) 32 is formed through the central portion of the insulatingmaterial 28 filled in eachbasic groove 24. Here, the width W2 of each of the cuttinggrooves 30 and 32 is smaller than the width W1 of thebasic grooves 22 and 24, for example, 0.04 mm. The depth L2 of the cuttinggroove 30 is set as a depth that cuts the secondinternal electrode member 20 from the upper surface beyond the depth L1 of thebasic groove 22, and for example, L2 is 0.36 mm. This also applies to the cuttinggroove 32, and the depth L2 is set so as to penetrate the secondinternal electrode member 18 from the lower surface side. Due to the formation of the cuttinggrooves 30 and 32, the inside of eachbasic groove 22 and 24 isAs shown,With a certain thickness on each side in the grooveA planar surface that spreads verticallySide insulation layer(Vertical insulation layer)26A, 26B, 28A, and 28B remain.As shown later in FIG. 9 and the like, each side surface insulating layer is a member disposed between each side surface of the piezoelectric portion main body and each vertical electrode layer.Further, each of the above-describedportions 18A and 20A (see FIG. 5) is further divided into two by the formation of the cuttinggrooves 30 and 32, and specifically, a plurality of internal electrode layers as horizontal electrode layers. 18B and 20B are formed. S102 to S103 can be replaced as a process for forming an insulating film by a CVD method or the like.
[0044]
In the process shown in FIG. 5, if the depth of each cuttinggroove 30, 32 is too large, the laminate 10 itself is divided, so that each cuttinggroove 30, 32 is not broken to such an extent. It is desirable to set the depth L2.
[0045]
In S104 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 6, planarconductive films 34 and 36 are formed on the side surfaces inside the cuttinggrooves 30 and 32, respectively. Theconductive films 34 and 36 can be formed using, for example, an electroless plating method or a vapor deposition method. Theconductive films 34 and 36 finally form a pair of vertical electrode layers (side electrode layers and the like). In the stage shown in FIG. 6, theconductive film 34 is electrically connected to theinternal electrode layer 20B via thecontact portion 100, while theconductive film 34 is perpendicular to theinternal electrode layer 18B. , 26B. The same applies to theconductive film 36, and theconductive film 36 is electrically connected to theinternal electrode layer 18B by thecontact portion 102. In the process shown in FIG. 6, theconductive films 34 and 36 may be formed by filling the cuttinggrooves 30 and 32 with a conductive member and performing necessary cutting.
[0046]
In S105 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 7, the reinforcingmembers 38 and 40 are filled into therespective cutting grooves 30 and 32, specifically into the spaces surrounded by the respectiveconductive films 34 and 36. . The reinforcingmembers 38 and 40 function as members that cover theconductive films 34 and 36 and protect them. The reinforcingmembers 38 and 40 are made of an insulating material. The reinforcingmembers 38 and 40 are preferably made of a thermosetting polymer material, polymer material, resin material, or the like. Note that the reinforcingmembers 38 and 40 may be used as a composite material, which will be described in detail later.
[0047]
In S106 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 8, first, polishing is performed on theupper surface 10 </ b> A and thelower surface 10 </ b> B of the stackedbody 10 to make them flat. By such processing, the end faces of theconductive films 34 and 36 are appropriately exposed upward or downward. Thereafter, the uppersurface electrode member 42 and the lowersurface electrode member 44 as horizontal electrode members are formed with a certain thickness with respect to theupper surface 10A and thelower surface 10B by using a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. In this case, the end surface of eachconductive film 34 is electrically connected to the uppersurface electrode member 42 via the contact portion 104, and similarly, the end surface of eachelectrode film 36 is also connected to the lower surface electrode member via thecontact portion 106. 44 is electrically connected.
[0048]
In S <b> 107 of FIG. 1, thebacking 51 is bonded to the lower surface side of the stackedbody 10. As will be described later, thebacking 51 includes a large number of signal lines, and a conductive adhesive or the like is used for bonding thebacking 51 to thelaminate 10.
[0049]
In S108, a plurality of separation grooves are formed by cutting as shown in FIGS. 9 and 10 for the assembly formed in S107 (thelaminated body 10 with the backing 51). Here, FIG. 10 shows the A-A ′ cross section shown in FIG. 9, and the horizontal direction in FIG. 10 is the Y direction, and the vertical direction is the Z direction.
[0050]
Specifically, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 are formed at regular intervals in the X direction from the upper surface side with a width W3 so as to penetrate the central portion of the reinforcing member 38 described above. Here, each separation groove (fifth groove) 46, 48 extends in the Y direction. Eachseparation groove 46 is formed with respect to each first specific structure (first opposing structure) 200U displaced to the upper surface side, and each separation groove 48 (sixth groove) is each displaced to the lower surface side. It is formed with respect to the second specific structure (second opposing structure) 200D. Although thespecific structures 200U and 200D will be described in detail later, thespecific structures 200U and 200D have symmetrical structures with respect to theseparation grooves 46 and 48. Here, the width W3 of theseparation grooves 46 and 48 is smaller than the width of the reinforcing member 38, and for example, W3 is 0.03 mm. Further, the depth L3 of theseparation grooves 46 and 48 is set at least to a depth penetrating theelectrode member 60 in thebacking 51, and for example, L3 is 0.6 mm.
[0051]
As shown in FIG. 10, thestacked body 10 is also formed with a plurality ofseparation grooves 50 arranged in the Y direction. Eachseparation groove 50 extends in the X direction. The width and depth of eachseparation groove 50 are the same as the width W3 and depth L3 of theseparation grooves 46 and 48. Incidentally, the plurality ofseparation grooves 50 are formed before or after the formation of the plurality ofseparation grooves 46 and 48.
[0052]
It is also possible to form the plurality ofseparation grooves 50 with a size different from that of the plurality ofseparation grooves 46 and 48. However, when forming the plurality ofseparation grooves 50, it is necessary to perform cutting to a depth at which thelaminate 10 and theelectrode member 60 are cut at least. You may make it fill each isolation | separation groove |channel 46,48,50 with an insulating material, an acoustic isolation material, a reinforcing material.
[0053]
9, thebacking 51 is roughly divided into abacking material 52, anelectrode member 60 provided on the upper surface of thebacking material 52, and a plurality ofsignal lines 58 provided in a matrix in thebacking material 52. Composed. The plurality ofsignal lines 58 are provided in an array corresponding to the two-dimensional array of the plurality of vibration elements. Eachsignal line 58 includes acore material 56 that functions as an internal signal lead and acovering layer 54 that surrounds thecore material 56.
[0054]
As described above, when the plurality ofseparation grooves 46 and 48 aligned in the X direction are formed in the stackedbody 10 and the plurality ofseparation grooves 50 aligned in the Y direction are formed in the stackedbody 10. Thereby, thestacked body 10 is divided into a plurality of vibration elements. In this state, thepiezoelectric member 12 shown in FIG. 2 is divided into a plurality ofpiezoelectric layers 12A. Similarly, thepiezoelectric members 14 and 16 are also divided into a plurality ofpiezoelectric layers 14A and 16A, respectively. Yes. Theinternal electrode members 18 and 20 shown in FIG. 2 are also divided into a plurality of internal electrode layers 18B and 20B. Further, as described above, theelectrode member 60 in thebacking 51 is also divided into a plurality of parts, thereby forming a plurality ofelectrode pads 60A. The electrical connection relationship will be described later with reference to FIG.
[0055]
FIG. 11 shows a B-B ′ cross section shown in FIG. 9. As described above, due to the formation of the plurality of separation grooves 46 (or 48), each vibration element pair adjacent in the X direction (left and right direction in the figure) straddles the ends of the two vibration elements constituting the pair. Thus, thespecific structure 200 is formed. Thespecific structure 200 includes a firstspecific structure 200U for ground and a secondspecific structure 200D for signal (see FIG. 9). Thesespecific structures 200U and 200D are in a vertically symmetrical relationship with each other. In addition, each of thespecific structures 200U and 200D has a plane-symmetric structure with respect to the center plane (specifically, a vertical plane virtually existing at the center of theseparation grooves 46 and 48).
[0056]
As shown in FIG. 11, thespecific structure 200 includes a vertical electrode layer (side electrode layer) 34A formed on one side vibration element, a vertical electrode layer (side electrode layer) 34B formed on the other side vibration element, And a gap region existing between thevertical electrode layers 34A and 34B. More specifically, thespecific structure 200 includes the vertical insulatinglayer 26A, thevertical electrode layer 34A, and theside reinforcing layer 38A formed on the one-side vibrating element, and the vertical insulatinglayer 26B and thevertical electrode layer 34B formed on the other-side vibrating element. And theside reinforcing layer 38B, and theseparation groove 46 existing between theside reinforcing layers 38A and 38B. In this example, the gap region is defined as a region where theside reinforcing layers 38A and 38B and theseparation grooves 46 and 48 are combined. In another example to be described later, the gap region is defined as a region in which the composite filling layer and theseparation groove 46 are combined.
[0057]
In S109 in FIG. 1, after the array transducer composed of a plurality of transducer elements is formed as described above, a ground electrode member made of, for example, copper foil is provided on the upper surface side of the array transducer. A plurality of matching layers arranged two-dimensionally are provided thereon. The assembly so formed is placed in a probe case (not shown).
[0058]
FIG. 12 schematically shows an electrical connection relationship in the array transducer. Here, attention is paid to thevibration elements 202 and 204. Thevibration elements 202 and 204 have a symmetrical structure with a boundary therebetween. In the vibration element 202, thevertical electrode layer 34B is electrically connected to the uppersurface electrode layer 42A and theinternal electrode layer 20B that are odd-numbered from above. In addition, thevertical electrode layer 36A is electrically connected to theinternal electrode layer 18B and thelower electrode layer 44A that are even-numbered from above. Therefore, if the signal lead is connected to thelower electrode layer 44A and the ground electrode member is connected to theupper electrode layer 42A, the vibration element 202 can function as a so-called laminated vibration element. In thevibration element 204 as well, thevertical electrode layer 34A is electrically connected to theupper electrode layer 42A and theinternal electrode layer 20B that are odd-numbered from above, similarly to the above. In addition, thevertical electrode layer 36B is electrically connected to theinternal electrode layer 18B and thelower electrode layer 44A that are even-numbered from above.
[0059]
Since thevertical electrode layer 36 </ b> A in the vibration element 202 and thevertical electrode layer 36 </ b> B in thevibration element 204 are in a symmetric relationship, the manufacture is easy. Thevertical electrode layer 36A in the vibration element 202 and thevertical electrode layer 36B in thevibration element 204 are close to each other, but have the same polarity, which is advantageous in terms of insulation.
[0060]
According to the ultrasonic probe according to the above-described embodiment, since the laminated vibration element can be used, the electrical impedance can be reduced, and since the vertical electrode layer is used, the vibration area in the vibration element can be reduced. Problems such as loss of vibration or reduction in vibration efficiency can be reduced or eliminated. That is, high sensitivity can be achieved. Furthermore, according to the manufacturing process described above, two types of specific structures can be set alternately so that electrical connection can be reliably made to each laminated vibration element. Furthermore, since the polarities of the two opposing vertical electrode layers are the same, the withstand voltage level between the signal line and the ground line can be increased.
[0061]
Hereinafter, some other examples of the manufacturing process of the ultrasonic probe will be described. Each manufacturing process described below has a step of constructing a plurality of specific structures, as in the above manufacturing process, and, unlike the manufacturing process, has a step of compositing a laminate. In each example, the same reference numerals are given to the same components.
[0062]
First, a second example of an ultrasonic probe manufacturing process will be described with reference to FIGS. This example is characterized in that the composite for the laminate is performed in advance.
[0063]
  FIG. 13 shows a manufacturing process as a flowchart. In S201, the laminate is combined. This will be specifically described. FIG. 14 shows the laminate 10. Although thislaminated body 10 is the same as thelaminated body 10 shown in FIG. 2, the direction of a cross section differs in FIG. 14 and FIG. As shown in FIG. 15, thebase member 300 is bonded to the lower surface side of the stackedbody 10 using anadhesive material 302. Next, as illustrated in FIG. 16, a plurality ofcomposite grooves 304 are formed in the Y direction at regular intervals from the upper surface side of the stackedbody 10. The depth of thegroove 304 is such that thebase member 300 is slightly cut beyond theentire laminate 10. Due to the formation of the plurality ofgrooves 304, thepiezoelectric members 12, 14, 16 are divided into a plurality ofelements 12B, 14B, 16B, and at the same time, the plurality ofinternal electrode members 18, 20 are also divided into a plurality ofelements 18B, 20B. At this stage, a plurality ofpiezoelectric parts 305 are formed. Each piezoelectricPart 305Consists ofelements 12B, 14B, 16B, 18B, 20B stacked in the vertical direction. The problem that the plurality ofpiezoelectric portions 305 are separated apart by thebase member 300 is prevented. Next, the plurality ofgrooves 304 are filled with a resin material as a filling material, and the laminate 10 is heated to cure the resin material. Thereby, a plurality of resin layers (resin portions) 306 are formed. The resin material is, for example, a composite material mainly composed of an epoxy resin, a silicone resin, or the like. After the plurality ofresin layers 306 are formed, thebase member 300 is removed from the laminate 10. This state is shown as a cross-sectional view in FIG. In FIG. 17, the composite laminated body is denoted byreference numeral 310. FIG. 18 is a perspective view of the laminate 310. In FIG. 18, a plurality ofbasic grooves 22 and 24 to be formed later are indicated by broken lines.
[0064]
In S202 shown in FIG. 13, the steps S101 to S107 shown in FIG. 1 are executed. Next, when creating a 1D array transducer from the laminate 310, steps S203 to S204 are executed. On the other hand, when creating a 2D array transducer from the laminate 310, the steps from S203 to S205 are performed. The process is executed.
[0065]
In the step of S204, as shown in FIG. 19, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 aligned in the X direction are formed in thestacked body 310. Eachseparation groove 46, 48 is a groove extending in the Y direction. Eachseparation groove 46 is formed at the center position for each specific structure (specific structure for ground) 200U. Eachseparation groove 48 is formed at the center position for each specific structure (signal specific structure) 200D. In thelaminated body 310 in FIG. 19, a plurality ofpiezoelectric portions 305 and a plurality ofresin portions 306 are alternately coupled in the Y direction. A plurality ofvibration elements 310A are arranged in the X direction. And thespecific structure 200U or 200D is constructed across two adjacent vibration elements. As described above, the 1D array transducer is configured in which the X direction is the array direction and the Y direction is stacked.
[0066]
On the other hand, in the process of S205, as shown in FIG. 20, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 arranged in the X direction and a plurality ofseparation grooves 50 arranged in the Y direction are formed in thestacked body 310. Is done. Eachseparation groove 46, 48 is a groove extending in the Y direction. Eachseparation groove 50 is a groove extending in the X direction. By forming theseparation grooves 46, 48, and 50, a plurality ofvibration elements 310B that are two-dimensionally arranged are configured. More specifically, eachseparation groove 46 is formed at the center position for each specific structure (specific structure for ground) 200U. Eachseparation groove 48 is formed at the center position for each specific structure (signal specific structure) 200D. Eachseparation groove 50 is formed so as to divide either thepiezoelectric part 305 or theresin part 306 into two parts, or is formed at the boundary between thepiezoelectric part 305 and thelaminated part 306. In the example shown in FIG. 20, eachseparation groove 50 divides the piezoelectric portion (entire) 305 into two parts, whereby the piezoelectric portion (half on one side) 305 </ b> A included in the one-side vibration element in the Y direction, Apiezoelectric portion 305B (the other half) included in the other-side vibration element is formed. As described above, the 2D array transducer combined in the Y direction is configured.
[0067]
In S206 of FIG. 13, other members are provided for thestacked body 310 as in S109 of FIG. 1. Note that the number, size, and pitch of the piezoelectric portion and the resin portion in the Y direction can be arbitrarily determined. For example, a larger number of piezoelectric portions and resin portions may be provided for one vibration element. 19 and 20, theelectrode member 60 and the plurality ofsignal lines 58 shown in FIG. 9 and the like are not shown. The same applies to FIGS. 22, 23, 31, 32, 34, and 35 shown later.
[0068]
Next, a third example of an ultrasonic probe manufacturing process will be described with reference to FIGS. This example is characterized in that the composite of the laminate is performed afterwards.
[0069]
FIG. 21 shows a manufacturing process as a flowchart. In S301, steps S101 to S107 shown in FIG. 1 are executed. In S302, a plurality of composite grooves arranged in the Y direction are formed in the stacked body in which a plurality of specific structures, upper surface electrode members, and lower surface electrode members are formed and the backing is bonded. Here, each of the plurality of composite grooves is a groove extending in the X direction. In S303, a plurality of composite grooves are filled with a composite resin material, and the resin material is cured by heating.
[0070]
If a 1D array transducer is formed after S303, S304 to S305 are executed. In S305, as shown in FIG. 22, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 arranged in the X direction are formed. Each of theseparation grooves 46 and 48 is a groove extending in the Y direction. Thus, a plurality ofvibration elements 320A arranged in the X direction are configured. Eachvibration element 320A includes a plurality ofpiezoelectric portions 326 and a plurality ofresin portions 324 that are alternately arranged in the Y direction. As described above, eachresin portion 324 is formed by filling a resin material into thecomposite groove 322. Since the plurality ofgrooves 322 are formed after the uppersurface electrode member 42 and the lowersurface electrode member 44 are formed, the uppersurface electrode layer 42 and the lowersurface electrode layer 44 are also cut into a plurality of electrode layers by the plurality of grooves 322 (see FIG. 22 shows a plurality of upper surface electrode layers 42B). Therefore, the upper electrode layer and the lower electrode layer are not provided on theupper surface 325A and thelower surface 325B of each resin layer (resin portion) 324.
[0071]
On the other hand, when forming a 2D array transducer after S303, S304 to S306 are executed. In S306, as shown in FIG. 23, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 arranged in the X direction and a plurality ofseparation grooves 50 arranged in the Y direction are formed. Each of theseparation grooves 46 and 48 is a groove extending in the Y direction. Eachseparation groove 50 is a groove extending in the X direction. Thus, a plurality ofvibration elements 320B arranged in two dimensions in the X direction and the Y direction are configured. Eachvibration element 320B includes at least onepiezoelectric portion 326 and at least oneresin portion 324 that are alternately arranged in the Y direction. As described above, eachresin portion 324 is formed by filling a resin material into thecomposite groove 322. Eachseparation groove 50 is formed at a position that bisects any piezoelectric part or resin part, or is formed at a boundary position between any piezoelectric part and resin part. In the example of FIG. 23, each piezoelectric portion is divided into two by eachseparation groove 50, thereby forming twopiezoelectric portions 326A. The plurality ofgrooves 322 are formed after the uppersurface electrode member 42 and the lowersurface electrode member 44 are formed, which is the same as the example shown in FIG. In S307 of FIG. 21, other members are joined to the plurality ofvibration elements 320 shown in FIGS.
[0072]
Next, a fourth example of an ultrasonic probe manufacturing process will be described with reference to FIGS. This example is characterized in that the composite in the X direction is performed on the stacked body simultaneously with the formation of a plurality of specific structures.
[0073]
FIG. 24 shows the manufacturing process as a flowchart. In S401, as in S101 shown in FIG. 1, a plurality of basic grooves are formed in the stacked body. Specifically, a plurality of wide base grooves are formed at regular intervals in the X direction from the upper surface of the laminate 10 shown in FIG. 25 (same as the laminate 10 shown in FIG. 2), and the lower surface thereof. A plurality of wide basic grooves are formed at regular intervals in the X direction. The widths of these foundation grooves are set to a size necessary for compounding, and are set larger than the normal case shown in FIG.
[0074]
  Next, in S402, as in S102, each base groove is filled with an insulating material, and the insulating material is cured. In S403, a plurality of cutting grooves are formed as in S103. Thereby, a pair of vertical insulating layers are formed in each basic groove. In S404, as in S104, a conductive film is formed on the inner surface of each basic groove. This state is shown in FIG. Theconductive films 34 and 36 are vertical.Insulationlayer26A, 26B, 28A, 28BFormed on the inner surface ofThe
[0075]
In S405 of FIG. 24, as shown in FIG. 27, first, thebase member 300 is bonded to the lower surface of thelaminated body 10 using theadhesive material 302, and then the cuttinggrooves 30 and 32 are formed on thelaminated body 10. Processing for forming a through groove throughout is performed. That is, each cuttinggroove 30 is subjected to a process of partially cutting the thirdpiezoelectric member 16 from the top, and each cuttinggroove 32 is a process of partially cutting the firstpiezoelectric member 12 from the top. Is given. As a result, as shown in FIG. 28, a plurality ofcomposite grooves 329 are formed in the stackedbody 10. In S405, thecomposite groove 330 is filled with theresin material 330 for composite, and theresin material 330 is heated and cured. Theresin material 330 constitutes a resin layer, that is, a resin portion.
[0076]
In S406 of FIG. 24, thebase member 300 is removed from the laminate 10 as shown in FIG. As a result, acomposite laminate 332 is obtained. Next, as shown in FIG. 30, theupper electrode member 42 and thelower electrode member 44 are formed on thestacked body 332. Further, the backing is bonded to the lowersurface electrode member 44.
[0077]
  When a 1D array transducer (type A) is formed, S407 to S408 are executed. In S408, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 aligned in the X direction are formed corresponding to the center positions of the plurality of specific structures. As a result, as shown in FIG. 31, a 1D array transducer in which a plurality ofvibration elements 332A are arranged in the X direction is configured. In FIG. 31,reference numeral 334 indicates onevibration element 332A, andreference numeral 336 indicates a piezoelectric portion.Reference numeral 338 denotes apiezoelectric unit 336 shows a pair of resin portions formed on both sides of FIG. Thus, eachvibration element 332A is compounded in the X direction.
[0078]
On the other hand, when forming a 1D array transducer (type B), S407 to S409 are executed. In S409, a plurality ofseparation grooves 50 arranged in the Y direction are formed. Eachseparation groove 50 is a groove extending in the X direction. Thus, as shown in FIG. 32, a 1D array transducer in which a plurality ofvibration elements 332B are arranged in the Y direction is configured. Eachvibration element 332 </ b> B has an X direction in the longitudinal direction and is compounded in that direction. In FIG. 32, from the first viewpoint, eachvibration element 332B is a member in which a plurality of elements (corresponding to sections) 340 and 341 are connected. Aspecific structure 200U 'or 200D' is formed across twoadjacent elements 340 and 341, and thespecific structure 200U 'or 200D' has a resin layer (resin portion) 344 at the center. In the example shown in FIG. 32, theresin layer 344 does not have a separation groove, but ideally, theresin layer 344 includes aportion 343A belonging to the oneside portion 340 and a portion belonging to theother side portion 341. 343B. From the second viewpoint, eachvibration element 332B is a member in which a plurality ofpiezoelectric portions 342 and a plurality ofresin portions 344 provided alternately in the X direction are connected.
[0079]
On the other hand, when forming a 2D array transducer, S407 to S410 are executed. In S410, a plurality of separation grooves arranged in the X direction are formed corresponding to the center positions of the plurality of specific structures, and a plurality of separation grooves arranged in the Y direction are formed. Thus, the piezoelectric body combined in the X direction is divided into a plurality of vibration elements aligned in the X direction and the Y direction. That is, by forming a plurality of separation grooves arranged in the Y direction (corresponding to the plurality ofseparation grooves 50 shown in FIG. 10) with respect to thepiezoelectric body 332 shown in FIG. Composed. In S411 of FIG. 24, other processing such as formation of a matching layer is performed.
[0080]
Next, a fifth example of an ultrasonic probe manufacturing process will be described with reference to FIGS. This example is characterized by a composite in the X and Y directions for the stack.
[0081]
FIG. 33 shows a flowchart of the manufacturing process. When pre-combination is performed on the stacked body in the Y direction, S501 to S502 are executed, and then S503 is executed. Specifically, in S502, S201 shown in FIG. 13 is executed, and a process of applying a composite in the Y direction to the piezoelectric body is performed (see FIGS. 17 and 18). In S503, the processes of S401 to S406 shown in FIG. 24 are executed, and a plurality of resin layers arranged in the X direction are formed simultaneously with the construction of a plurality of specific structures arranged in the X direction. Thus, a piezoelectric body that is compounded in both the X direction and the Y direction is configured.
[0082]
On the other hand, when post-compositing is performed in the Y direction, S501 to S504 are executed, and then S505 is executed. Specifically, in S504, steps S401 to S406 shown in FIG. 24 are executed (see FIG. 30). Next, in S505, as in S302 and S303 shown in FIG. Composite grooves are formed, and each groove is filled with a composite resin material. Thus, a piezoelectric body that is compounded in both the X direction and the Y direction is configured.
[0083]
In the case of forming a 1D array transducer (type A) after the above two-dimensional combination, S508 is executed through S506 and S507. In S508, a plurality of separation grooves arranged in the X direction are formed. Here, each separation groove is a groove extending in the Y direction. Thereby, a plurality of vibration elements arranged in the X direction are configured. The plurality of vibration elements correspond to a configuration obtained by removing the plurality ofseparation grooves 50 from the configuration shown in FIG. 34 described later.
[0084]
In the case of forming a 1D array transducer (type B) after the above two-dimensional combination, S509 is executed through S506 and S507. In S509, a plurality of separation grooves arranged in the Y direction are formed. Here, each separation groove is a groove extending in the X direction. Thus, a plurality of vibration elements arranged in the Y direction are configured. The plurality of vibration elements correspond to a configuration obtained by removing the plurality ofseparation grooves 46 and 48 from the configuration shown in FIG. 34 described later.
[0085]
  In the case of forming a 2D array transducer (type A) after the above two-dimensional composite, S511 is executed through S506 and S510. In S511, a plurality of separation grooves arranged in the X direction are formed, and a plurality of separation grooves arranged in the Y direction are formed. Thus, the two-dimensional array transducer shown in FIG. 34 is configured. Specifically, a plurality ofseparation grooves 46 and 48 are formed in the X direction with respect to the laminate 350 that is two-dimensionally compounded. Each of theseparation grooves 46 and 48 is a groove extending in the Y direction, and is formed for each of thespecific structures 200U and 200D. When attention is paid to acertain vibration element 350A, thevibration element 350A includes apiezoelectric section 336 and two resin sections formed on both sides in the X direction.Between 338.Reference numeral 334 indicates the full width of thevibration element 350A in the X direction. Thevibration element 350A includes twopiezoelectric sections 351 and oneresin section 352 in the Y direction. Therefore, as viewed from above, thevibration element 350A includes a resin portion having an H shape and two rectangular piezoelectric portions. The configuration shown in FIG. 34 is an example. For example, a desired number of piezoelectric sections and resin sections may be provided in the Y direction.
[0086]
  In the case of forming a 2D array transducer (type B) after the above two-dimensional composite, S512 is executed through S506 and S510. In S512, a plurality of separation grooves arranged in the X direction are thinned out, and a plurality of separation grooves arranged in the Y direction are thinned out. Specifically, a plurality ofseparation grooves 48 are formed in the X direction with respect to the laminate 350 that is two-dimensionally compounded. Eachseparation groove 48 is a groove extending in the Y direction, and is formed for eachspecific structure 200D. That is, FIG.5In the example shown in FIG.(See Figure 34)Noseparation groove 46 is formed. Of course, in the arrangement of a plurality of specific structures, FIG.5Instead of forming separation grooves for every other specific structure as shown in FIG. 6, separation grooves may be formed for every m (m is 2 or more) specific structures. On the other hand, the plurality ofseparation grooves 50 can be formed at arbitrary intervals, and morepiezoelectric sections 351 andresin sections 352 may be provided for each vibrator in the Y direction.
[0087]
  In the example shown in FIG. 35, when attention is paid to acertain vibration element 350B, thevibration element 350B has twopiezoelectric sections 402, aresin section 406 sandwiched between thepiezoelectric sections 402, and 2 in the X direction. And tworesin sections 404 provided on both sides of one piezoelectric section.Reference numeral 400 indicates the full width of thevibration element 350B in the X direction. The vibration element350BIs constituted by threepiezoelectric sections 351 and tworesin sections 352 in the Y direction. Therefore, when viewed from above, thevibration element 350B includes 6 (= 2 × 3) piezoelectric portions and a resin portion having a lattice shape existing between the piezoelectric portions. The configuration shown in FIG. 35 is an example, and for example, more piezoelectric sections and resin sections may be set in the X direction and the Y direction.
[0088]
In the example shown in FIG. 35, thespecific structure 200D is formed between two adjacent vibration elements in the X direction, and thespecific structure 200U 'is formed at the center of thevibration element 350B. When the specific structure (specific structure between elements) 200D and the specific structure (specific structure inside the element) 200U ′ are compared, thespecific structure 200D between elements has theseparation groove 46, whereas thespecific structure 200U inside the element. 'Differs in that it does not have a separation groove. However, the inter-elementspecific structure 200D and the internalspecific structure 200U 'are common in that they have a pair of plane-symmetric vertical electrode layers having the same polarity. In particular, both are common in that the insulating property can be improved and the construction of the structure is easy.
[0089]
According to the second to fifth examples, a stacked and complex array transducer can be realized. In particular, since compounding is performed after stacking, horizontal positioning errors can be eliminated between the members arranged in the vertical direction. In addition, the composite can be easily realized by forming the groove and filling the material.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an array transducer having a new structure and good performance can be provided, and an efficient manufacturing method therefor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow chart for explaining a first example of an ultrasonic probe manufacturing process.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a laminated body.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminated body in which a base groove is formed.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stacked body filled with an insulating material.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a laminate in which cutting grooves are formed.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a stacked body on which a conductive film is formed.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a laminated body filled with a reinforcing material.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a laminate provided with an upper surface electrode member and a lower surface electrode member.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an XZ cross section of an array transducer.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a YZ cross section of an array transducer.
11 is a cross-sectional view showing a B-B ′ cross section shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an electrical connection relationship in each vibration element.
FIG. 13 is a flowchart for explaining a second example of the manufacturing process of the ultrasonic probe.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a laminated body.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a laminate in which base members are provisionally joined.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a laminate in which a plurality of composite grooves are formed.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the laminated body after being filled with a resin material.
FIG. 18 is a perspective view showing a laminated body combined in the Y direction.
FIG. 19 is a perspective view showing a stacked 1D array transducer compounded in the Y direction.
FIG. 20 is a perspective view showing a stacked 2D array transducer compounded in the Y direction.
FIG. 21 is a flowchart for explaining a third example of the manufacturing process of the ultrasonic probe;
FIG. 22 is a perspective view showing a stacked 1D array transducer manufactured by providing a composite body in the Y direction after providing an upper surface electrode member and a lower surface electrode member.
FIG. 23 is a perspective view showing a stacked 2D array transducer manufactured by providing a composite body in the Y direction after providing an upper surface electrode member and a lower surface electrode member.
FIG. 24 is a flowchart for explaining a fourth example of the manufacturing process of the ultrasonic probe;
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a laminated body.
FIG. 26 shows the formation of a base groove, an insulating material, and a conductive film.LaminatedShowing the bodycross sectionFIG.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a laminate in which base members are provisionally joined.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a laminated body filled with a composite resin material.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the laminate from which the base member has been removed.
FIG. 30 is a cross-sectional view showing a laminate provided with an upper surface electrode member and a lower surface electrode member.
FIG. 31 is a diagram showing a stacked 1D array transducer that is composited in the X direction and separated in the X direction.
FIG. 32 is a diagram illustrating a stacked 2D array transducer that is composited in the X direction and separated in the Y direction.
FIG. 33 is a flowchart for explaining a fifth example of the manufacturing process according to the present invention.
FIG. 34 is a perspective view showing an example of a stacked 2D array transducer combined in the X direction and the Y direction.
FIG. 35 is a perspective view showing another example of a stacked 2D array transducer that is composited in the X and Y directions.
[Explanation of symbols]
  10 laminated body, 12, 14, 16 piezoelectric member, 18, 20 internal electrode member, 22, 24 base groove, 26, 28 insulating material, 26A, 26B vertical insulating layer, 34A, 34B vertical electrode layer, 38A, 38B side reinforcement Layer, 30, 32 cutting groove, 34, 36 conductive film, 38, 40 reinforcement, 42 upper surface electrode member, 44 lower surface electrode member, 46, 48, 50 separation groove, 51 backing, first for 200U, 200U 'ground Specific structure, second specific structure for 200D, 200D ′ signal, 305, 326, 336, 342, 351, 402 Multilayer piezoelectric part, 306, 324, 338, 343, 352, 404 Resin part, 310, 332 Composite Laminated body, 330 resin material.

Claims (33)

Translated fromJapanese

互いに隣接する第１部分及び第２部分を有する積層型の超音波振動子を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、それぞれ、
垂直方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層を有する圧電部本体と、
前記複数の第１水平電極層に対して電気的に接続される第１垂直電極層と、
前記複数の第２水平電極層に対して電気的に接続される第２垂直電極層と、
前記圧電部本体の第１側面と前記第１垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第２水平電極層における内部電極層に対して前記第１垂直電極層を絶縁する第１垂直絶縁層と、
前記圧電部本体の第２側面と前記第２垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第１水平電極層における内部電極層に対して前記第２垂直電極層を絶縁する第２垂直絶縁層と、
を有し、
前記第１部分が有する第１垂直電極層と、前記第２部分が有する第１垂直電極層と、が第１ギャップ領域を介して隣り合わせとなり且つ同じ極性を有し、
前記超音波振動子は、前記第１部分が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、前記第２部分が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、前記第１ギャップ領域と、で構成される第１特定構造を有し、
前記第１特定構造においては、前記第１ギャップ領域を中心として、前記第１部分が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、前記第２部分が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、が対称の位置関係にあることを特徴とする超音波探触子。A laminated ultrasonic transducer having a first portion and a second portion adjacent to each other;
The first part and the second part are respectively
A piezoelectric body having a plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of second horizontal electrode layers provided alternately in the vertical direction;
A first vertical electrode layer electrically connected to the plurality of first horizontal electrode layers;
A second vertical electrode layer electrically connected to the plurality of second horizontal electrode layers;
A planar insulating layer extending between the first side surface of the piezoelectric body and the first vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer in the plurality of second horizontal electrode layers A first vertical insulating layer that insulates the first vertical electrode layer;
A planar insulating layer extending between the second side surface of the piezoelectric body and the second vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer of the plurality of first horizontal electrode layers A second vertical insulating layer for insulating the second vertical electrode layer;
Have
The first vertical electrode layer included in the first portion and the first vertical electrode layer included in the second portion are adjacent to each other through the first gap region and have the same polarity.
The ultrasonic transducer, wherein the first vertical electrode layerand the first vertical insulating layer first portion has a first vertical electrode layerand the first vertical insulating layer having said second portion, said first gap region When, in a first particular structure composedpossess,
In the first specific structure, the first vertical electrode layer and the first vertical insulating layer included in the first portion, and the first vertical electrode layer and the first portion included in the second portion, with the first gap region as a center. An ultrasonic probe characterized by having asymmetrical positional relationship with a vertical insulating layer . 請求項１記載の超音波探触子において、
前記超音波振動子は、更に、前記第２部分に隣接する第３部分を含み、
前記第３部分は、
前記垂直方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層を有する圧電部本体と、
前記複数の第１水平電極層を電気的に接続する第１垂直電極層と、
前記複数の第２水平電極層を電気的に接続する第２垂直電極層と、
前記圧電部本体の第１側面と前記第１垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第２水平電極層における内部電極層に対して前記第１垂直電極層を絶縁する第１垂直絶縁層と、
前記圧電部本体の第２側面と前記第２垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第１水平電極層における内部電極層に対して前記第２垂直電極層を絶縁する第２垂直絶縁層と、
を有し、
前記第２部分が有する第２垂直電極層と、前記第３部分が有する第２垂直電極層と、が第２ギャップ領域を介して隣り合わせとなり且つ同じ極性を有し、
前記超音波振動子は、更に、前記第２部分が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、前記第３部分が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、前記第２ギャップ領域と、で構成される第２特定構造を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 1,
The ultrasonic transducer further includes a third portion adjacent to the second portion,
The third part is
A piezoelectric body having a plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of second horizontal electrode layers provided alternately in the vertical direction;
A first vertical electrode layer electrically connecting the plurality of first horizontal electrode layers;
A second vertical electrode layer electrically connecting the plurality of second horizontal electrode layers;
A planar insulating layer extending between the first side surface of the piezoelectric body and the first vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer in the plurality of second horizontal electrode layers A first vertical insulating layer that insulates the first vertical electrode layer;
A planar insulating layer extending between the second side surface of the piezoelectric body and the second vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer of the plurality of first horizontal electrode layers A second vertical insulating layer for insulating the second vertical electrode layer;
Have
The second vertical electrode layer included in the second portion and the second vertical electrode layer included in the third portion are adjacent to each other through the second gap region and have the same polarity.
The ultrasonic transducer further includes a second vertical electrode layerand the second vertical insulating layer having said second portion, and a second vertical electrode layerand the second vertical insulating layer in which the third portion has said second An ultrasonic probe having a second specific structure including a gap region. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第２特定構造においては、前記第２ギャップ領域を中心として、前記第２部分が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、前記第３部分が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、が対称の位置関係にあることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
In the second specific structure, the second vertical electrode layer and the second vertical insulating layer included in the second portion, the second vertical electrode layer and the second included in the third portion, with the second gap region as a center. An ultrasonic probe characterized by having asymmetrical positional relationship with a vertical insulating layer . 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１特定構造及び前記第２特定構造は、互いに垂直方向に反転した関係にあることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the first specific structure and the second specific structure are inverted in a vertical direction. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、更に、
前記第１垂直電極層上に形成された第１側面補強層と、
前記第２垂直電極層上に形成された第２側面補強層と、
を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The first part, the second part, and the third part, respectively,
A first side reinforcing layer formed on the first vertical electrode layer;
A second side reinforcing layer formed on the second vertical electrode layer;
An ultrasonic probe characterized by comprising: 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分が有する第１垂直電極層は、グランド垂直電極層及びシグナル垂直電極層の内の一方であり、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分が有する第２垂直電極層は、前記グランド垂直電極層及び前記シグナル垂直電極層の内の他方であり、
前記第１特定構造は、グランド用特定構造及びシグナル用特定構造の内の一方であり、
前記第２特定構造は、前記グランド用特定構造及び前記シグナル用特定構造の内の他方であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The first vertical electrode layer included in the first portion, the second portion, and the third portion is one of a ground vertical electrode layer and a signal vertical electrode layer,
A second vertical electrode layer included in the first portion, the second portion, and the third portion is the other of the ground vertical electrode layer and the signal vertical electrode layer;
The first specific structure is one of a ground specific structure and a signal specific structure,
The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the second specific structure is the other of the ground specific structure and the signal specific structure. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記超音波振動子は、水平方向に互い違いに並べられた複数の第１特定構造及び複数の第２特定構造を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The ultrasonic transducer has a plurality of first specific structures and a plurality of second specific structures arranged alternately in a horizontal direction. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記超音波振動子はアレイ振動子であり、
前記第１ギャップ領域及び前記第２ギャップ領域はそれぞれ分離溝を有し、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、前記アレイ振動子を構成する振動素子であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The ultrasonic transducer is an array transducer;
The first gap region and the second gap region each have a separation groove;
The ultrasonic probe, wherein each of the first part, the second part, and the third part is a vibration element constituting the array transducer. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれが、垂直方向に積層化され、且つ、水平方向に複合化されていることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the first portion, the second portion, and the third portion are stacked in the vertical direction and combined in the horizontal direction. 請求項９記載の超音波探触子において、
前記複合化の方向は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分の配列方向としての第１水平方向であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 9, wherein
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the compounding direction is a first horizontal direction as an arrangement direction of the first part, the second part, and the third part. 請求項９記載の超音波探触子において、
前記複合化の方向は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分の配列方向としての第１水平方向に直交する第２水平方向であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 9, wherein
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the compounding direction is a second horizontal direction orthogonal to a first horizontal direction as an arrangement direction of the first part, the second part, and the third part. 請求項９記載の超音波探触子において、
前記複合化の方向は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分の配列方向としての第１水平方向、及び、それに直交する第２水平方向の両方であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 9, wherein
The superposition direction is both a first horizontal direction as an arrangement direction of the first part, the second part, and the third part, and a second horizontal direction orthogonal thereto. Sonic probe. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記超音波振動子はアレイ振動子であり、
前記アレイ振動子は複数の振動素子を有し、
前記各振動素子は、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The ultrasonic transducer is an array transducer;
The array vibrator has a plurality of vibration elements,
Each of the vibrating elements includes the first portion, the second portion, and the third portion. 請求項１３記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、垂直方向に積層化され、且つ、素子長手方向に複合化されたことを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 13,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein each of the vibration elements is laminated in a vertical direction and is compounded in a longitudinal direction of the element. 請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、それぞれ、水平方向に連結された圧電部及び樹脂部を含み、
前記圧電部は積層化され、
前記樹脂部は充填により形成されたことを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2,
The first part, the second part, and the third part each include a piezoelectric part and a resin part connected in a horizontal direction,
The piezoelectric part is laminated,
The ultrasonic probe, wherein the resin portion is formed by filling. 複数の振動素子を有するアレイ振動子を含み、
前記各振動素子は、
Ｚ方向に互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層を有する圧電部本体と、
前記複数の第１水平電極層に対して電気的に接続される第１垂直電極層と、
前記複数の第２水平電極層に対して電気的に接続される第２垂直電極層と、
前記圧電部本体の第１側面と前記第１垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第２水平電極層における内部電極層に対して前記第１垂直電極層を絶縁する第１垂直絶縁層と、
前記圧電部本体の第２側面と前記第２垂直電極層との間に設けられた垂直方向に広がる面状の絶縁層であって、前記複数の第１水平電極層における内部電極層に対して前記第２垂直電極層を絶縁する第２垂直絶縁層と、
を有し、
前記アレイ振動子は、Ｘ方向に互い違いに設けられた複数の第１特定構造及び複数の第２特定構造を有し、
前記各第１特定構造においては、隣接する２つの振動素子が有する２つの第１垂直電極層が第１ギャップ領域を介して隣り合わせとなり、
前記各第２特定構造においては、隣接する２つの振動素子が有する２つの第２垂直電極層が第２ギャップ領域を介して隣り合わせとなり、
前記各第１特定構造においては、前記第１ギャップ領域を中心として、一方の振動素子が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、他方の振動素子が有する第１垂直電極層及び第１垂直絶縁層と、が対称の位置関係にあり、
前記各第２特定構造においては、前記第２ギャップ領域を中心として、一方の振動素子が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、他方の振動素子が有する第２垂直電極層及び第２垂直絶縁層と、が対称の位置関係にあることを特徴とする超音波探触子。Including an array transducer having a plurality of transducer elements,
Each of the vibration elements is
A piezoelectric body having a plurality of first horizontal electrode layers and a plurality of second horizontal electrode layers provided alternately in the Z direction;
A first vertical electrode layer electrically connected to the plurality of first horizontal electrode layers;
A second vertical electrode layer electrically connected to the plurality of second horizontal electrode layers;
A planar insulating layer extending between the first side surface of the piezoelectric body and the first vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer in the plurality of second horizontal electrode layers A first vertical insulating layer that insulates the first vertical electrode layer;
A planar insulating layer extending between the second side surface of the piezoelectric body and the second vertical electrode layer and extending in the vertical direction, the internal electrode layer of the plurality of first horizontal electrode layers A second vertical insulating layer for insulating the second vertical electrode layer;
Have
The array transducer has a plurality of first specific structures and a plurality of second specific structures provided alternately in the X direction,
In each of the first specific structures, two first vertical electrodelayers of two adjacent vibration elements are adjacent to each other through the first gap region,
Wherein in each second particular structure,Ri second vertical electrodelayer of the two having two adjacent transducer elements Do a side by side through the second gapregion,
In each of the first specific structures, the first vertical electrode layer and the first vertical insulating layer included in one vibration element, and the first vertical electrode layer and the first vertical layer included in the other vibration element, with the first gap region as a center. 1 vertical insulating layer and a symmetrical positional relationship,
In each of the second specific structures, with the second gap region as a center, the second vertical electrode layer and the second vertical insulating layer included in one vibration element, and the second vertical electrode layer and the second vertical electrode layer included in the other vibration element An ultrasonic probe characterized in that thetwo vertical insulating layers are in a symmetrical positional relationship . 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、更に、
前記第１垂直電極層上に形成された第１側面補強層と、
前記第２垂直電極層上に形成された第２側面補強層と、
を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
Each vibration element further includes:
A first side reinforcing layer formed on the first vertical electrode layer;
A second side reinforcing layer formed on the second vertical electrode layer;
An ultrasonic probe characterized by comprising: 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記圧電部は奇数個の圧電層を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the piezoelectric portion has an odd number of piezoelectric layers. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記各振動素子の積層数は３であることを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the number of stacked layers of the vibration elements is three. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記アレイ振動子の下面側には、複数の信号線を有するバッキングが設けられ、
前記バッキングの上面には、前記複数の振動素子の配列に合わせて、前記複数の信号線の端部が配列されたことを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
A backing having a plurality of signal lines is provided on the lower surface side of the array transducer,
An ultrasonic probe in which ends of the plurality of signal lines are arranged on the upper surface of the backing in accordance with the arrangement of the plurality of vibration elements. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記アレイ振動子の上面側にはグランド部材及び整合層が設けられたことを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
An ultrasonic probe, wherein a ground member and a matching layer are provided on the upper surface side of the array transducer. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
Each of the vibration elements has at least one piezoelectric part and at least one resin part connected in a Y direction orthogonal to the X direction. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、前記Ｘ方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
Each of the vibration elements has at least one piezoelectric part and at least one resin part connected in the X direction. 請求項１６記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、前記Ｘ方向及びそれに直交するＹ方向に連結された複数の圧電部及び複数の樹脂部を有することを特徴とする超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 16, wherein
Each of the vibration elements has a plurality of piezoelectric parts and a plurality of resin parts connected in the X direction and a Y direction perpendicular thereto. 第１内部電極部材及び第２内部電極部材を有する積層体に対し、その上面側から複数の第１溝を形成し、且つ、その下面側から、前記複数の第１溝と平行で且つそれらと互い違いの関係になるように、複数の第２溝を形成する工程と、
前記各第１溝内の各側面に、前記第１内部電極部材に対して電気的に接続され且つ前記第２内部電極部材に対して絶縁された第１垂直電極層を形成し、これによって前記複数の第１溝に対応して複数の第１特定構造を形成する工程と、
前記各第２溝内の各側面に、前記第２内部電極部材に対して電気的に接続され且つ前記第１内部電極部材に対して絶縁された第２垂直電極層を形成し、これによって前記複数の第２溝に対応して複数の第２特定構造を形成する工程と、
前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造が形成された後に、前記積層体に対して複数の分離溝を形成し、これにより前記積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。A plurality of first grooves are formed from the upper surface side of the multilayer body having the first internal electrode member and the second internal electrode member, and from the lower surface side, the plurality of first grooves are parallel to the plurality of first grooves. Forming a plurality of second grooves so as to be in an alternating relationship;
A first vertical electrode layer electrically connected to the first internal electrode member and insulated from the second internal electrode member is formed on each side surface in each of the first grooves. Forming a plurality of first specific structures corresponding to the plurality of first grooves;
A second vertical electrode layer electrically connected to the second internal electrode member and insulated from the first internal electrode member is formed on each side surface in each of the second grooves. Forming a plurality of second specific structures corresponding to the plurality of second grooves;
Forming a plurality of separation grooves in the stacked body after the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures are formed, thereby dividing the stacked body into a plurality of vibration elements; ,
A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: 請求項２５記載の方法において、
更に、前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝を形成する前に、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。26. The method of claim 25, wherein
Furthermore, before forming the plurality of first grooves and the plurality of second grooves, the method of manufacturing an ultrasonic probe further includes a step of compounding the stacked body in a horizontal direction. 請求項２６記載の方法において、
前記積層体を水平方向に複合化する工程は、
前記積層体に対して複数の複合化用溝を形成する工程と、
前記複数の複合化用溝に対して充填材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。The method of claim 26.
The step of compounding the laminate in the horizontal direction includes:
Forming a plurality of composite grooves on the laminate;
Filling the plurality of composite grooves with a filling material;
A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: 請求項２５記載の方法において、
前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造を形成する工程は、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。26. The method of claim 25, wherein
The method of manufacturing an ultrasonic probe, wherein the step of forming the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures includes a step of compounding the stacked body in a horizontal direction. 請求項２８記載の方法において、
前記積層体を水平方向に複合化する工程は、前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝の中に複合化用の充填材料を充填する工程であることを特徴とする超音波探触子の製造方法。30. The method of claim 28, wherein
The step of compounding the laminated body in the horizontal direction is a step of filling the plurality of first grooves and the plurality of second grooves with a compounding filling material. Child manufacturing method. 請求項２５記載の方法において、
更に、前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造を構築する工程の後に、前記積層体を水平方向に複合化する工程を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。26. The method of claim 25, wherein
Furthermore, after the step of constructing the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures, the method of manufacturing the ultrasonic probe further includes a step of compounding the laminate in the horizontal direction. . 請求項３０記載の方法において、
前記積層体を水平方向に複合化する工程は、
前記積層体に対して複数の複合化用溝を形成する工程と、
前記複数の複合化用溝に対して充填材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。The method of claim 30, wherein
The step of compounding the laminate in the horizontal direction includes:
Forming a plurality of composite grooves on the laminate;
Filling the plurality of composite grooves with a filling material;
A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: 第１内部電極部材及び第２内部電極部材を有する積層体に対し、その上面側から複数の第１溝を第１深さで形成する工程と、
前記積層体に対し、その下面側から、前記複数の第１溝と平行で且つそれらと互い違いの関係になるように、複数の第２溝を第２深さで形成する工程と、
前記複数の第１溝及び前記複数の第２溝に対して絶縁材料を充填し、それを硬化させる工程と、
前記各第１溝内の各側面に前記硬化した絶縁材料が残存する溝幅で、且つ、前記第１深さよりも深い第３深さで、前記複数の第１溝内の絶縁材料を切削して複数の第３溝を形成する工程と、
前記各第２溝内の各側面に前記硬化した絶縁材料が残存する溝幅で、且つ、前記第２深さよりも深い第４深さで、前記複数の第２溝内の絶縁材料を切削して複数の第４溝を形成する工程と、
前記各第３溝内の各側面に、前記第１内部電極部材に電気的に接続された第１垂直電極層を形成し、これによって前記積層体に対して複数の第１特定構造を形成する工程と、
前記各第４溝内の各側面に、前記第２内部電極部材に電気的に接続された第２垂直電極層を形成し、これによって前記積層体に対して複数の第２特定構造を形成する工程と、
前記複数の第１特定構造及び前記複数の第２特定構造が形成された後に、前記積層体の上面に上面電極部材を形成し、且つ、前記積層体の下面に下面電極部材を形成する工程と、
前記下面電極部材に対してバッキングを接合する工程と、
前記バッキングの接合後に、前記積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。Forming a plurality of first grooves at a first depth from the upper surface side of the laminate having the first internal electrode member and the second internal electrode member;
Forming a plurality of second grooves at a second depth from the lower surface side of the stacked body so as to be parallel to the plurality of first grooves and in an alternating relationship therewith;
Filling the plurality of first grooves and the plurality of second grooves with an insulating material and curing it;
The insulating material in the plurality of first grooves is cut with a groove width in which the hardened insulating material remains on each side surface in each first groove and a third depth deeper than the first depth. Forming a plurality of third grooves;
The insulating material in the plurality of second grooves is cut with a groove width in which the hardened insulating material remains on each side surface in each second groove and a fourth depth deeper than the second depth. Forming a plurality of fourth grooves,
A first vertical electrode layer electrically connected to the first internal electrode member is formed on each side surface in each of the third grooves, thereby forming a plurality of first specific structures for the stacked body. Process,
A second vertical electrode layer electrically connected to the second internal electrode member is formed on each side surface in each of the fourth grooves, thereby forming a plurality of second specific structures on the stacked body. Process,
Forming the upper surface electrode member on the upper surface of the multilayer body and forming the lower surface electrode member on the lower surface of the multilayer body after the plurality of first specific structures and the plurality of second specific structures are formed; ,
Bonding a backing to the lower electrode member;
Dividing the laminated body into a plurality of vibration elements after joining the backing;
A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: 請求項３２記載の方法において、
前記複数の第１特定構造を形成する工程は、前記各第３溝内の各側面に前記第１垂直電極層が形成された後に、前記複数の第３溝内に補強材料又は複合化用の樹脂材料を充填してそれを硬化させる工程を含み、
前記複数の第２特定構造を形成する工程は、前記各第４溝内の各側面に前記第２垂直電極層が形成された後に、前記複数の第４溝内に補強材料又は複合化用の樹脂材料を充填してそれを硬化させる工程を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。The method of claim 32, wherein
In the step of forming the plurality of first specific structures, after the first vertical electrode layer is formed on each side surface in each third groove, a reinforcing material or a composite material is formed in the plurality of third grooves. Filling the resin material and curing it,
In the step of forming the plurality of second specific structures, after the second vertical electrode layer is formed on each side surface in each of the fourth grooves, a reinforcing material or a composite material is formed in the plurality of fourth grooves. A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising a step of filling a resin material and curing the resin material.

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