JPH06224487A - Manufacturing piezoelectric composite - Google Patents

Manufacturing piezoelectric composite

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Publication number
JPH06224487A
JPH06224487A JP34280792A JP34280792A JPH06224487A JP H06224487 A JPH06224487 A JP H06224487A JP 34280792 A JP34280792 A JP 34280792A JP 34280792 A JP34280792 A JP 34280792A JP H06224487 A JPH06224487 A JP H06224487A
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JP
Japan
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slab
piezoelectric
composite
cut
slot
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Pending
Application number
JP34280792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
William Threwa John Jr
ジョン、ウイリアム、スリワ、ジュニア
Sevig Ayter
セビグ、アイター
Paul Mole John Iii
ジョン、ポール、モール、ザ、サード
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Siemens Medical Solutions USA Inc
Original Assignee
Acuson Corp
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Publication date
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 刻み充填複合体を製造する方法、または、異
なったおよび/または相補的な特性を持つPZT素子を
使用した音響装置の製造を可能にする方法を提供する。 【構成】 2つ以上の圧電性材料片から音響トランスジ
ューサを構築するための圧電複合体を作製する方法。各
材料片は、一方の材料片の材料部分が他方のスロットま
たはトレンチの内部に収容されるように、均一なピッチ
間隔のスロットまたはトレンチならびに均一な幅の材料
部分とを形成するためにカッテイングされる。次に、こ
れらの材料片は、圧電複合体を作製するために相互デイ
ジタル化され、結合される。
(57) Abstract: To provide a method of manufacturing a grooving-filled composite or a method of enabling production of an acoustic device using PZT elements with different and / or complementary properties. A method of making a piezoelectric composite for constructing an acoustic transducer from two or more pieces of piezoelectric material. Each piece of material is cut to form slots or trenches of uniform pitch as well as material portions of uniform width such that the material portion of one piece of material is contained within the slot or trench of the other. It These pieces of material are then mutually digitalized and bonded to make a piezoelectric composite.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超音波トランスジューサ
の製造、より特定的には非常に微少なピッチの圧電トラ
ンスジューサ部品の製造に係わる。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to the manufacture of ultrasonic transducers, and more particularly to the manufacture of very fine pitch piezoelectric transducer components.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその課題】医学用の超音波撮像市場で
採用されているような超音波装置は標準的には、超音波
の発信および受信の双方にジルコン酸- チタン酸鉛(PZ
T) のような圧電性のセラミック材料を用いる。成形性
を保ち電気音響性能を改良するために、PZT 製のモノリ
シック・スラブではなく、複合圧電材料を用いるのが有
益であり得る。複合体は標準的には、エポキシまたは他
のポリマのプラスチック・マトリックス材料の支持体の
内部に分散され、また分離されているPZT 製の個々の小
さい材料片から成っている。PZT 製の材料片は通常、柔
軟で音響的に損失の多いホスト・マトリックス材料中に
埋め込まれた小さなストリップまたはポストから成って
いる。
2. Description of the Related Art Ultrasonic devices such as those used in the medical ultrasonic imaging market typically use zirconate-lead titanate (PZ) for both transmission and reception of ultrasonic waves.
Use a piezoelectric ceramic material such as T). To maintain formability and improve electroacoustic performance, it may be beneficial to use composite piezoelectric materials rather than PZT monolithic slabs. The composite typically consists of individual small pieces of PZT dispersed and separated within a support of epoxy or other polymeric plastic matrix material. PZT material strips usually consist of small strips or posts embedded in a flexible, acoustically lossy host matrix material.

【0003】圧電性材料の埋め込みストリップの場合、
複合体は、”1次元”であると言われ、各埋め込みスト
リップの幅は、数音響波長の長さになることがある。し
かし、医学用超音波の応用分野に使用される配列トラン
スジューサには、0.7未満のアスペクト比(幅対高
さ)を持つ圧電性のストリップ、ポストまたはロッドが
必要である。このような医学用トランスジューサの圧電
素子はしばしば、満足すべきセクタ、線形またはベクト
ルのタイプのフェーズド・アレー・トランスジューサの
性能を達成するためには、この値以下になるようにしな
ければならない。しばしば起こることだが、各素子の小
片または小素子が、上記のアスペクト比の要求値以下に
なるように、素子を細かく刻む技法に頼らなければなら
ない。このような装置を製造する1つの方法は、微細な
ピッチ片上にあるすべての小素子を最初に”細かく刻
む”ことであり、その後で、より粗いピッチ片上にある
マクロなトランスジューサ素子を形成するために、この
小素子の2つ、3つさらには4つまたはそれ以上のもの
を電気的に連動させることである。2次元の圧電装置
は、1方向だけにダイシングすることによって形成され
るようなストリップではなく、ポストまたはロッドを形
成するように2つの対角線方向に小素子をダイシングま
たはカッテイングすることによって形成される。
In the case of embedded strips of piezoelectric material,
The composite is said to be "one-dimensional" and the width of each embedded strip can be several acoustic wavelengths long. However, array transducers used in medical ultrasound applications require piezoelectric strips, posts or rods with an aspect ratio (width to height) of less than 0.7. The piezoelectric elements of such medical transducers often must be below this value to achieve satisfactory sector, linear or vector type phased array transducer performance. As is often the case, one must resort to techniques for finely chopping the elements so that the strips or elements of each element are below the aspect ratio requirements above. One way to fabricate such a device is to first "fine-cut" all the subelements on a fine pitch piece, and then to form macro transducer elements on a coarser pitch piece. First, two, three, or even four or more of these subelements are electrically linked. A two-dimensional piezoelectric device is formed by dicing or cutting subelements in two diagonal directions to form posts or rods, rather than strips formed by dicing in only one direction.

【0004】1次元複合体を製造する普通で便利な方法
は、圧電性材料のモノリシック・スラブから始めて、次
に、ダイシング・ソーを使用して、このスラブにスロッ
ト、トレンチまたは間隙をカッテイングすることであ
る。カッテイング後、これらのスロット、トレンチまた
は間隙は、エポキシのようなポリマ・マトリックス材料
で裏込めしてもよい。2次元の複合体は、さらに対角線
状のスロットをカッテイングすることによって製造でき
る。この双方向性の材料においては、製造を容易にする
ために、各方向に順にカッテイングし充填する方法を選
択してもよい。スロットを充填した後で、複合構造体の
暴露された平坦表面は、必要な行程として、グラインデ
イングおよびラッピングされ、次に、金属被覆されまた
は電極化され、そして、もし必要であれば、再ポーリン
グ(repoling)される。その結果できた構造体は実質的に
は、エポキシのようなポリマ・マトリックス材料によっ
て横方向に封入された圧電性材料のストリップ、ポスト
またはロッドから成る半可とう性のマットを有してい
る。隔離されたストリップ、ポストまたはロッドは(こ
れらは標準的にはPZT から成っている)、その反対側の
暴露されたエッジまたは端部が、金属被覆または電極化
された表面と接触している。
A common and convenient method of making one-dimensional composites is to start with a monolithic slab of piezoelectric material and then use a dicing saw to cut slots, trenches or gaps in the slab. Is. After cutting, these slots, trenches or gaps may be backfilled with a polymer matrix material such as epoxy. Two-dimensional composites can be made by further cutting diagonal slots. For this bidirectional material, a method of cutting and filling in each direction may be selected in order to facilitate manufacturing. After filling the slots, the exposed flat surface of the composite structure is ground and lapped, then metallized or electroded, and repoled, if necessary, as a necessary step. (repoling). The resulting structure essentially comprises a semi-flexible mat consisting of strips, posts or rods of piezoelectric material laterally encapsulated by a polymer matrix material such as epoxy. The isolated strips, posts or rods (which are typically made of PZT) have their opposite exposed edges or edges in contact with the metallized or electroded surface.

【0005】複合圧電材料は、超音波の機械的焦点合わ
せを実現するために形状化され形成されてきた。複合体
もまた、モノリシックな圧電性材料で得られるものと比
較して改良された電気音響的特徴を提供するために特殊
な応用に用いるように製造されてきた。このような応用
の例には、医学超音波の分野に通常用いられる機械的走
査ロー・パス装置や環状配列が含まれる。
Composite piezoelectric materials have been shaped and formed to provide mechanical focusing of ultrasonic waves. Composites have also been manufactured for use in specialized applications to provide improved electroacoustic characteristics compared to those obtained with monolithic piezoelectric materials. Examples of such applications include mechanical scanning low pass devices and annular arrays commonly used in the field of medical ultrasound.

【0006】更にさらに高くなる周波数のトランスジュ
ーサに対する需要を満足するためには、隣接しているPZ
T ストリップ同士間に非常に微細なピッチ片を持つ複合
体を製造する方法を発見することが必要となる。これ
は、操作超音波波長が減少するにつれて厚さも減少しな
ければならず、また、前述のアスペクト比の基準を満足
するためには、ピッチも減少すべきであるという事実に
基づいている。
To meet the demand for even higher frequency transducers, adjacent PZ
It is necessary to find a way to make composites with very fine pitch pieces between the T strips. This is based on the fact that the thickness must decrease as the operating ultrasonic wavelength decreases, and the pitch must also decrease in order to meet the aforementioned aspect ratio criteria.

【0007】現在のところ、ダイシング技術は、1分間
に30,000回転から60,000回転するダイモンド研磨の薄ホ
イルのブレードを利用している。しかし、このようなブ
レードの使用には、コンスタントにさらに狭いトレンチ
または切りみぞまたは、より微少なピッチ複合体を生産
するに必要な、そのさらに深い所にまでカッテイングす
ることに関して制限がある。15ミクロン(15 ×10-6 m)
以下の厚さのブレードは、それで機械加工するには困難
であり、得るのが難しい。その上、このようなブレード
は、非常な深さで非常に薄いスロットをカッテイング時
に、機械的にまったく不安定になる。さらにその上、カ
ッテイング深さ/ブレード厚さ(および切りみぞ幅)の
比が増大するにつれ、ブレードの寿命は短くなり、切り
みぞのテーパーは不良となり、致命的なブレード障害の
頻度は増大する。明らかな事だが、ダイシングが非常に
微細なピッチで実行され、複合体の寸法が非常にマクロ
なものとなると、ダイシングの最中におけるブレード障
害が、全体としてその部分を破壊してしまい易くなる。
障害点に達するまでに投入されたたくさんの付加価値
は、このように無意味なものとして失われてしまう。従
って、より狭い切りみぞ、すなわちスロットを達成する
のは困難なので、高い歩留まりでより微細なピッチの複
合体を製造することは制限されるか、または不可能とな
る。
At present, the dicing technology utilizes a thin foil blade of diamond-polished 30,000 to 60,000 revolutions per minute. However, the use of such blades is limited with respect to constantly narrower trenches or kerfs or deeper cuts required to produce finer pitch composites. 15 micron (15 x 10 -6 m)
Blades of the following thickness are difficult to machine with them and difficult to obtain. Moreover, such blades become mechanically quite unstable when cutting very thin slots at great depths. Moreover, as the cutting depth / blade thickness (and kerf width) ratio increases, blade life shortens, kerf taper fails, and the frequency of fatal blade failures increases. Obviously, if dicing is performed at a very fine pitch and the dimensions of the composite are very macro, then blade failure during dicing as a whole is likely to destroy that part.
Much of the added value that was put in to reach the point of failure is lost as such meaningless. Therefore, it is difficult to achieve narrower cuts, or slots, so that it is limited or impossible to produce finer pitch composites with higher yields.

【0008】[0008]

【発明の概要】本発明の第1の目的は、超音波トランス
ジューサ、特に非常に微細なピッチを持ちさらに、高周
波装置用に必要とされるようなPZT 素子のさらに狭い間
隔のものに使用される”刻み充填(dice and fill) ”複
合体を組み立て製造するよりよい方法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to use ultrasonic transducers, especially those having a very fine pitch and more closely spaced PZT elements as required for high frequency devices. It is to provide a better method of assembling and manufacturing "dice and fill" composites.

【0009】本発明の第2の目的は、モノリシック構造
体によっては不可能な利点である、異なったおよび/ま
たは相補的な特性を持つPZT 素子を使用した音響装置の
製造を可能にする改良された方法を提供することにあ
る。
A second object of the present invention is an improvement which allows the manufacture of acoustic devices using PZT elements with different and / or complementary properties, an advantage not possible with monolithic structures. To provide a method.

【0010】本発明の重要な特徴は、従来のダイシング
・ブレードまたはレーザ・カッテイング技法を用いるこ
とによって、2つの相スラブまたはダイシングされた圧
電性セラミックを形成することにある。これら2つのス
ラブは、共通のピッチまたは間隔上に比較的に広いスロ
ットまたは切りみぞを提供するためにその各々がダイシ
ングされる。各スラブのダイシングされた表面は次に、
スロットまたは切りみぞが部分的にまたは全体にわたっ
て埋まるように、エポキシで湿される。これらダイシン
グされた2つの表面は次に、一方のストリップまたはポ
ストが他方のスロット内に受容されるように、整合を取
った面と向かった関係で一緒にされ、こうすることによ
って相互デイジタル化し、ピッチ寸法がこれら2つの出
発スラブの半分で深さが倍のストリップまたはポストを
持つ複合スラブを形成する。応用次第で、エポキシは、
ストリップまたはポスト間の間隔を完全に充填すること
が可能であり、また、エポキシを前述のスラブの部分に
のみ塗布すれば、その結果、ほとんど”空気充填”され
た複合体が得られる。次にエポキシは硬化し、相互デイ
ジタル化され硬化されたスラブは、従来の方法でグライ
ンデイング、ラッピングされ、必要とあれば、金属化お
よび再ポーリング(repoling)のための準備をする。
An important feature of the present invention is the formation of two phase slabs or diced piezoceramics by using conventional dicing blade or laser cutting techniques. Each of these two slabs is diced to provide a relatively wide slot or groove on a common pitch or spacing. The diced surface of each slab is then
Moistened with epoxy so that the slot or notch is partially or fully filled. These two diced surfaces are then brought together in a face-to-face relationship with the aligned surfaces, such that one strip or post is received in the slot of the other, thereby mutual digitizing, Form a composite slab with strips or posts that have half the pitch dimension of these two starting slabs and double the depth. Depending on the application, epoxy can
It is possible to completely fill the spacing between the strips or posts, and if the epoxy is only applied to the parts of the slab mentioned above, the result is an almost "air filled" composite. The epoxy is then cured and the interdigitated and cured slab is conventionally ground, lapped, and, if necessary, prepared for metallization and repoling.

【0011】ここに開示された本発明によって、ほとん
どゼロ寸法に縮小可能な切りみぞ幅ならびに同一の工具
および前述のモノリシック法によって可能とされる以上
にきわめて緊密な小素子のピッチを持った複合PZT 音響
装置を製造することが可能となる。この方法によって、
横方向に固くそして薄いブレードを使用してできた比較
的に広いカットを採用することができ、さらに極めて微
少なピッチの複合体を製造することが可能となる。
The invention disclosed herein allows a composite PZT with a groove width that can be reduced to near zero dimensions and a pitch of the subelements that is much tighter than is possible with the same tool and the monolithic method described above. It becomes possible to manufacture an audio device. By this method
Relatively wide cuts made using laterally stiff and thin blades can be employed, and even very fine pitch composites can be produced.

【0012】[0012]

【実施例】図1に、1対のスラブ10および11を示す。各
スラブは、本発明の好ましい実施例に従って圧電材料で
形成されている。各スラブは、互いに相補的であり、ま
た、図に示すように、幅がK で深さがD の切りみぞまた
はスロット12を形成するためにダイシングまたはカッテ
イングされている。スロット12は自身の内に、幅がW の
複数のポストまたはストリップを明瞭に示している。図
示されているように、一方のスラブのポスト13は、他方
のスラブのポストと相互デイジタル化され、これによっ
て一方のスラブのポストと他方のスラブの隣接している
ポストとの間に間隙14を残している。この配置によっ
て、従来の製造技法を利用して可能となるよりはるかに
狭くすることができる複数の間隙14によって、トランス
ジューサの圧電複合体を形成できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows a pair of slabs 10 and 11. Each slab is formed of a piezoelectric material according to the preferred embodiment of the present invention. Each slab is complementary to each other and is diced or cut to form a notch or slot 12 of width K and depth D, as shown. The slot 12 clearly shows within it a plurality of posts or strips of width W 2. As shown, the posts 13 of one slab are interdigitated with the posts of the other slab, thereby creating a gap 14 between the posts of one slab and the adjacent posts of the other slab. I have left. This arrangement allows the piezoelectric composite of the transducer to be formed with a plurality of gaps 14, which can be much narrower than is possible using conventional manufacturing techniques.

【0013】ポストやストリップは、それらがわずかに
傾いた側壁を持ち、断面において完全には矩形ではない
ように実現することが望ましいかも知れない。これによ
って、相対したスラブが完全に相互デイジタル化される
まで間隙14は形成されないので、相互デイジタル化のプ
ロセスが容易になる。このようなポストまたはストリッ
プのテーパーリングによってもまた、付加的な音響設計
自由度が得られる。さらに、音響スペクトラムを操作す
る目的で、厚さテーパーがスラブ10および/または11中
に存在することは音響的にも望ましいかもしれない。
It may be desirable for the posts and strips to be implemented such that they have slightly sloping sidewalls and are not perfectly rectangular in cross section. This facilitates the process of mutual digitalization because the gaps 14 are not formed until the opposing slabs are completely mutual digital. Such post or strip taper rings also provide additional acoustic design freedom. Furthermore, it may also be acoustically desirable that a thickness taper be present in slab 10 and / or 11 for the purpose of manipulating the acoustic spectrum.

【0014】2つのスラブ10および11は、ダイシングす
る前においては通常は慣行となっているように、その方
向すなわちセンス15の方向に電気的に再ポーリングして
もよい。しかし、ポーリングはまた、適切な電極が入手
可能でありアクセス可能である限り、ダイシングの後に
おいても起こり得る。
The two slabs 10 and 11 may be electrically repolled in that direction, ie in the sense 15 direction, as is customary prior to dicing. However, poling can also occur after dicing as long as the appropriate electrodes are available and accessible.

【0015】図1および2を単純化するために、スラブ
10および11が、厚さD (スラブの厚さより小さい)にカ
ッテイングされるのを示した。選択肢として、スラブ10
および11を個別の担体プレート上に搭載し、このプレー
トによってD の値をスラブの厚さより大きくしてもよ
い。さらに別の選択肢として、スラブ10および/または
11自体に、このようなカッテイングおよび相互デイジタ
ル化を実行する前に、音響整合層のような追加音響層を
自身に積層させてもよい。このようにして、部品を、自
身が最終的にはその中に結合しなければならない物に対
して音響的に整合させる。
To simplify FIGS. 1 and 2, a slab
It was shown that 10 and 11 were cut to a thickness D (less than the slab thickness). Slab 10 as an option
And 11 may be mounted on a separate carrier plate which allows the value of D to be greater than the thickness of the slab. Yet another option is slab 10 and / or
An additional acoustic layer, such as an acoustic matching layer, may be laminated to itself before performing such cutting and mutual digitization on itself. In this way, the component is acoustically aligned with what it ultimately must couple into.

【0016】間隙14は、複合トランスジューサの製造に
おいて慣例的で標準的であるように、ポリマ材料で充填
してもよいし、また、少なくとも部分的には充填しない
ままにしてもよい。間隙充填材料を使用するか否かの選
択は、大部分は利害得失の問題である。間隙充填材料を
使用すると、構造体がより完全なものとなるが、素子間
の音響的隔離という点では劣化する。間隙充填材料には
微少球を含ませてもよいが、これは例えばポリスチレン
または可塑剤の球であり、適切な寸法のものが十分な濃
度で混入され、これによってすべての間隙が同一の寸法
のものとなる。しかし、あまりに多くの微少球を使用す
ると音響クロストークが増大し、また、相互デイジタル
化がより困難なものになりかねない。微少球の寸法すな
わち直径は、好ましい間隙14の寸法とだいたい同じにな
るように選択するのが望ましいと考えられている。この
微少球が、一般にポリマ製の球の場合にそうであるよう
に、弾性を持つまたは付与する場合、微少球と隣接して
いるポストとの間に、この球によってポストが正しい均
一な間隔に確実に置かれるように、軽度の機械的な干渉
を意図的に設計するのが有利である。
The gap 14 may be filled with a polymeric material, as is conventional and standard in the manufacture of composite transducers, or may be left unfilled, at least partially. The choice of whether or not to use a gap filling material is largely a matter of tradeoffs. The use of gap-filling material makes the structure more complete, but degrades in terms of acoustic isolation between the elements. The void-filling material may include microspheres, which are, for example, polystyrene or plasticizer spheres, of the appropriate size mixed in at a sufficient concentration so that all voids have the same size. Will be things. However, using too many microspheres can increase acoustic crosstalk and make mutual digitalization more difficult. It is believed that the size or diameter of the microspheres should be selected to be approximately the same as the size of the preferred gap 14. If this microsphere is elastic or imparts, as is the case with polymer spheres in general, then the sphere will ensure that the posts have the correct uniform spacing between the microsphere and the adjacent post. It is advantageous to deliberately design mild mechanical interference to ensure that it is placed.

【0017】相互デイジタル化および間隙充填には、本
質的に3つの方法がある。第1の方法は、スラブ10およ
び11を乾燥組立し、次に間隙充填材料を導入する方法で
ある。第2の方法は、これらスラブおよび/またはそれ
らのスロットを、2つのスラブが合体し、その一方のス
トリップまたはポストが他方のそれらによって相互デイ
ジタル化されるような充填マトリックス材料によって予
め湿しておき、その余った量を強制的に取り除く方法で
ある。間隙を充填する第3のプロセスは第2の方法を変
化させたものであり、スラブを予め湿らせておき、相互
デジタル化し、次に、余分の充填材料を制御して取り除
いて引き起こされた毛細管力および/または大気力を通
じて互いに引き合って一緒になるようにするものであ
る。微少球は、もし使用するとすれば、エポキシ中に存
在するか、または、ポリマ・マトリックス材料を使用す
るか、エポキシ抜きで切りみぞ中に代わりに位置され、
その後でエポキシを追加してもよい場合にはポリマ・マ
トリックス中に存在する。
There are essentially three methods of mutual digitization and gap filling. The first method is to dry assemble the slabs 10 and 11 and then introduce the gap filling material. The second method is to pre-wet these slabs and / or their slots with a filled matrix material such that the two slabs merge and the strips or posts of one of them are mutually digitalized by those of the other. , Is a method of forcibly removing the excess amount. The third process of filling the gap is a modification of the second method, in which the slab is pre-wetted, interdigitized, and then the excess filling material is controlled and removed to cause capillary action. It attracts each other through force and / or atmospheric forces to bring them together. The microspheres, if used, are either present in the epoxy, or use a polymer matrix material, or are instead placed in the notch without epoxy.
The epoxy may then be added and is present in the polymer matrix.

【0018】可能性のある第4 の方式は、素子間の音響
隔離を最大にするように空気間隙をもたらすために、間
隙を完全には充填せずまたは一時的に充填し、ウエット
・エッチングおよびドライ・エッチング、溶解または昇
華によって充填剤の幾分かまたはすべてを取り除く方式
である。
A fourth possible scheme is to fill air gaps completely or temporarily in order to provide air gaps to maximize acoustic isolation between the elements, wet etching and This method removes some or all of the filler by dry etching, melting or sublimation.

【0019】図1から分かるように、疑似線16の下部お
よび疑似線17の上部に延長しているスラブ10および11の
部分は、製造サイクルの更に後の処理においてグライン
デイングまたはラッピングされている。二重矢印線18に
示される、疑似線16および17間の残余の中心部または中
央部は、ポリマ材料のマットによってケースに入れられ
たまたは横方向に囲まれた圧電材料製の隔離されたポス
トまたはストリップから成る単体の複合体マットを構成
する。暴露されたポストの端部表面は、必要な電極を形
成するために金属化される。
As can be seen in FIG. 1, the portions of slabs 10 and 11 extending below pseudowire 16 and above pseudowire 17 have been grinded or lapped during further processing of the manufacturing cycle. The remaining center or center between the pseudowires 16 and 17, as indicated by the double arrow line 18, is an isolated post made of piezoelectric material, cased or laterally enclosed by a mat of polymeric material. Or it constitutes a single composite mat consisting of strips. The exposed end surface of the post is metallized to form the required electrodes.

【0020】間隙充填ポリマの除去は、もし部分的な空
気間隙が望ましければ、疑似線16および17のそれぞれ上
下に存在する圧電材料を除去した後で実行するのが最も
容易で便利である。
Removal of the gap-filling polymer is easiest and convenient to perform after removing the piezoelectric material above and below each of the pseudowires 16 and 17, if partial air gaps are desired.

【0021】図2に、図1の相互デイジタル化された組
立部品の反対側にある余分の圧電材料が除去された後
の、トランスジューサ中に使用される最終のPZT 複合体
部品を示す。図示されているように、表面は、金属化さ
れるか電気的に導通性のある層19によってコーテイング
されている。これは、従来のスパッタリング、蒸着また
は他の厚膜堆積プロセスを用いて実行される。
FIG. 2 shows the final PZT composite component used in the transducer after the excess piezoelectric material on the opposite side of the interdigitated assembly of FIG. 1 has been removed. As shown, the surface is metalized or coated with an electrically conductive layer 19. This is done using conventional sputtering, evaporation or other thick film deposition processes.

【0022】本発明の好ましい実施例を図示し説明した
が、本発明の精神および特許請求範囲から逸脱すること
なく、さまざまな修正および変更が可能であり、このよ
うな修正および変更の各々が期待されている。
While the preferred embodiment of the invention has been illustrated and described, various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention and each such modification and change is expected. Has been done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の好ましい実施例に従ってダイシングさ
れ相互デイジタル化された1対の圧電スラブを示した縦
断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a pair of piezoelectric slabs that have been diced and mutually digitalized according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】グラインデイング処理およびラッピング処理が
頂部および底部の表面に対して実行され、またこれらの
表面が金属化または電極化された後に現れる様子を描写
した、図1に示す相互デイジタル化されたスラブの類似
を示した断面図。
FIG. 2 is a cross-digitized cross-section shown in FIG. 1 depicting how the grinding and lapping processes were performed on the top and bottom surfaces, and how these surfaces appeared after being metalized or electrodeized. Sectional drawing which showed the similarity of a slab.

【符号の説明】 10,11 スラブ 12 スロット 13 ポスト 14 間隙[Explanation of Codes] 10, 11 Slab 12 Slot 13 Post 14 Gap

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年9月16日[Submission date] September 16, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04R 31/00 330 9181−5H (72)発明者 ジョン、ポール、モール、ザ、サード アメリカ合衆国カリフォルニア州、ロス、 アルトス、ヒルズ、オネオンタ、ドライ ブ、24931─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H04R 31/00 330 9181-5H (72) Inventor John, Paul, Mall, The, Third California, USA , Los, Altos, Hills, Oneonta, Drive, 24931

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電性材料または電気歪性材料の2片以上
から圧電複合体を製造する方法において:その各々が、
ピッチ間隔片P 上において間隙距離K だけ分離している
幅W の圧電素子から成る2つの構造体を形成するステッ
プと;2つの構造体を相互デイジタル化するステップで
あって、1つの構造体の素子が他方の構造体の素子と相
互デイジタル化されるステップと;音響トランスジュー
サ内での使用に適した複合体を形成するために、相互デ
イジタル化された素子を結合させるステップと;を有す
ることを特徴とする方法。
1. A method of making a piezoelectric composite from two or more pieces of piezoelectric material or electrostrictive material, each of which:
Forming two structures consisting of piezoelectric elements of width W separated by a gap distance K on the pitch-spaced piece P; making two structures mutually digital, An element is interdigitated with an element of the other structure; and the step of combining the interdigitized elements to form a composite suitable for use in an acoustic transducer. How to characterize.
【請求項2】請求項1記載の方法において、圧電性材料
から成る素子が、P > K > W の関係で結合されることを
特徴とする方法。
2. A method according to claim 1, characterized in that the elements made of piezoelectric material are coupled in a relationship of P>K> W.
【請求項3】請求項1または2のいずれかに記載の方法
において、さらに:相互デイジタル化に先だって、各構
造体を硬化性ポリマで前もって濡らしておくステップで
あって、前記ポリマが、その後の相互デイジタル化およ
び凝固に際して2つの構造体の素子を結合させるステッ
プをさらに有することを特徴とする方法。
3. The method of claim 1 or 2 further comprising: pre-wetting each structure with a curable polymer prior to mutual digitalization, the polymer being The method, further comprising the step of joining the elements of the two structures during mutual digitalization and solidification.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の方法に
おいて:少なくとも1つの構造体の素子間の間隙または
切みぞが、相互デイジタル化に先だって、微少球をコー
テイングするかまたは充填し、前記微少球によって相互
デイジタル化された素子間の間隔が均一化されることを
特徴とする方法。
4. A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the gaps or grooves between the elements of the at least one structure are coated or filled with microspheres prior to mutual digitization, The method according to claim 1, wherein the intervals between the elements digitized by the microspheres are made uniform.
【請求項5】圧電性材料および/または電気歪性材料の
2片以上から複合圧電装置を製造する方法において:2
つの材料片の各々にスロット、トレンチまたは貫通カッ
トを切断形成するステップであって、前記スロット、ト
レンチまたはカットにより、各片の2つ以上の部分を間
隙間隔K だけ分離し、前記スロット、トレンチまたはカ
ットをピッチ間隔片P 上に形成し、さらに幅W の材料部
分または素子を形成して、2つの材料片を相互デイジタ
ル化可能にするステップと;2つの材料片を相互デイジ
タル化するステップであって、第1の材料片の部分を第
2の材料片のスロット、トレンチまたはカット中に収容
し、またその逆に、第2の材料片を第1の材料片のスロ
ット、トレンチまたはカット中に収容するステップと;
2つの相互デイジタル化された材料片を結合して複合装
置を形成するステップと;を有することを特徴とする方
法。
5. A method of manufacturing a composite piezoelectric device from two or more pieces of piezoelectric material and / or electrostrictive material: 2
Cutting a slot, trench or through cut in each of the two pieces of material, the slot, trench or cut separating two or more portions of each piece by a gap distance K. Forming cuts on the pitch-spaced pieces P and further forming material parts or elements of width W to make the two material pieces mutually digitalizable; the step of mutually digitizing the two material pieces. To accommodate a portion of the first piece of material in the slot, trench or cut of the second piece of material and, conversely, to place the second piece of material in the slot, trench or cut of the first piece of material. Accommodating steps;
Combining two mutually digitalized pieces of material to form a composite device.
【請求項6】請求項5記載の方法において:圧電性材料
の素子が、P > K > W となるように結合される方法。
6. A method according to claim 5, wherein the elements of piezoelectric material are bonded such that P>K> W.
【請求項7】請求項5または6のいずれかに記載の方法
において、さらに:相互デイジタル化に先だって、相互
デイジタル化すべき各材料片のスロットに予め硬化性ポ
リマを充填しておくかまたは硬化性ポリマで濡らせてお
くステップであって、前記ポリマが、相互デイジタル化
およびその後の凝固によって2つの材料片を結合せしめ
る方法。
7. A method according to claim 5 or 6, further comprising: prior to mutual digitalization, the slots in each piece of material to be mutual digitalized are pre-filled with a curable polymer or are curable. A step of wetting with a polymer, wherein the polymer binds the two pieces of material together by mutual digitalization and subsequent solidification.
【請求項8】請求項5乃至7のいずれかに記載の方法に
おいて:前記材料が、圧電性材料または電気歪性材料で
あり、さらに、幅W が厚さD の7/10未満である部分を形
成するようにカッテイングされることを特徴とする方
法。
8. The method according to claim 5, wherein the material is a piezoelectric material or an electrostrictive material, and the width W is less than 7/10 of the thickness D. A method characterized by being cut to form a.
【請求項9】請求項5乃至8のいずれかに記載の方法に
おいて、さらに:請求項5記載の方法によって形成され
た2つの構造体から成る起動材料(starting materials)
を利用して2次元構造体の最終複合体を製造するため
に、カッテイングステップ、相互デイジタル化ステップ
および2つの材料片を結合させるステップを利用するこ
とを特徴とする方法。
9. A method according to any one of claims 5 to 8 further comprising: starting materials consisting of two structures formed by the method of claim 5.
A method for producing a final composite of a two-dimensional structure utilizing a cutting step, a mutual digitalization step, and a step of joining two material pieces together.
【請求項10】請求項5乃至9のいずれかに記載の方法
において:構造体を垂直方向に積み重ねて積層化し3次
元の圧電複合体を形成するステップを有することを特徴
とする方法。
10. A method according to any one of claims 5 to 9 including the step of vertically stacking and stacking structures to form a three-dimensional piezoelectric composite.
【請求項11】請求項5乃至9のいずれかに記載の方法
において:送信または受信された超音波をある程度まで
機械的に焦点合わせする目的で、前記複合構造体を引続
いて曲面上に変形せしめることを特徴とする方法。
11. The method according to claim 5, wherein the composite structure is subsequently deformed on a curved surface for the purpose of mechanically focusing the transmitted or received ultrasonic waves to some extent. A method characterized by blaming.
【請求項12】請求項5乃至11のいずれかに記載の方
法において:機械的研削のこ引き、レーザ・カッテイン
グ、超音波カッテイング、電気放電加工およびウエット
・エッチングもしくはドライ・エッチングを任意に組み
合わせて利用することによって、カッテングのステップ
を完遂することを特徴とする方法。
12. The method according to claim 5, wherein the mechanical grinding saw, laser cutting, ultrasonic cutting, electric discharge machining and wet etching or dry etching are combined in any combination. A method characterized by completing the steps of cutting by utilizing.
【請求項13】請求項5乃至12のいずれかに記載の方
法において:前記複合構造体が、広帯域にわたる機能性
を達成するために、圧電性起動材料より複数の異なった
厚さを持って形成されることを特徴とする方法。
13. A method according to any one of claims 5 to 12, wherein the composite structure is formed with a plurality of different thicknesses than the piezoelectric activator material to achieve broad band functionality. A method characterized by being performed.
【請求項14】請求項5乃至13のいずれかに記載の方
法において:スロット、ストリップまたはポストの複数
の相補的整合配列を形成するように、前記2つの材料片
をカッテイングすることを特徴とする方法。
14. A method according to any one of claims 5 to 13, characterized in that the two pieces of material are cut so as to form a plurality of complementary aligned arrays of slots, strips or posts. Method.
【請求項15】請求項14記載の方法において:前記複
合構造体のストリップまたはポストを引続き電気的接続
またはインピーダンス・チューニングの目的で、金属素
子と置き換えることを特徴とする方法。
15. A method according to claim 14, characterized in that the strips or posts of the composite structure are subsequently replaced by metal elements for the purpose of electrical connection or impedance tuning.
【請求項16】圧電性材料の2つ以上のスラブから複合
圧電装置を製造する方法において、各スラブが少なくと
も初期においては実質的に平坦な表面を持ち:各スラブ
の表面に複数の平行なスロット、トレンチまたは貫通カ
ットを形成するステップであって、前記スロット、トレ
ンチまたは貫通カットがピッチ間隔片P 上に形成され、
その間に幅W の材料部分または素子を限定し、さらに、
各スロット、トレンチまたは貫通カットを、間隙間隔K
だけ、隣接している素子部分を分離し、2つのスラブの
材料部分が相互デイジタル化するステップと;2つのス
ラブを相互デイジタル化するステップであって、第1の
スラブの部分が第2のスラブのスロット、トレンチまた
は貫通カットの中に収容し、またその逆を行うステップ
と;次に、2つのスラブを結合して複合装置を形成する
ステップと;を有することを特徴とする方法。
16. A method of making a composite piezoelectric device from two or more slabs of piezoelectric material, each slab having a substantially flat surface at least initially: a plurality of parallel slots in the surface of each slab. Forming a trench or a through cut, the slot, trench or through cut being formed on the pitch spacing piece P,
In the meantime, limit the material part or element of width W,
Each slot, trench or through cut with a gap K
The steps of separating adjacent element parts and mutually digitizing the material parts of the two slabs; the step of mutually digitizing the two slabs, wherein the first slab part is the second slab In a slot, trench, or through cut, and vice versa; and then joining two slabs to form a composite device.
【請求項17】請求項16記載の方法において:前記ス
ラブを、P > K > W になるように切断または刻むことを
特徴とする方法。
17. A method according to claim 16, characterized in that the slab is cut or minced so that P>K> W.
【請求項18】2次元または3次元の複合圧電装置を製
造する方法において:1次元を持つ第1の音響トランス
ジューサを形成するための請求項16のステップであっ
て、各スラブ中に形成されたスロットに対して直角な複
数の第2のスロットを形成し、前記第2のスロットによ
り、間隙距離K1だけ2つ以上の部分を分離し、前記スロ
ットをピッチ間隔片P1上に形成して幅W1の材料部分を形
成するステップと;圧電材料の第3のスラブの表面に複
数の平行スロットを形成するステップであって、前記ス
ロットをピッチ間隔片P1上に形成し、その間に幅W1の材
料部分を限定し、各スロットが間隙距離K1だけ隣接した
部分を分離するステップと;第3のスラブを第1の音響
トランスジューサと相互デイジタル化するステップであ
って、第3のスラブの部分を、第1の音響トランスジュ
ーサの第2のスロット中に収容し、またその逆に収容す
るステップと;次に、2次元以上の複合音響トランスジ
ューサ構造体を形成するために2つの構造体を結合させ
るステップと;を有することを特徴とする方法。
18. A method of manufacturing a two-dimensional or three-dimensional composite piezoelectric device comprising the steps of claim 16 for forming a first acoustic transducer having one dimension, formed in each slab. A plurality of second slots perpendicular to the slots are formed, and the second slots separate two or more portions by a gap distance K1, and the slots are formed on the pitch spacing piece P1 to form a width W1. Forming a plurality of parallel slots in the surface of the third slab of piezoelectric material, said slots being formed on the pitch spacing piece P1, between which a section of material of width W1 is formed. And separating each portion where each slot is adjacent by a gap distance K1; and interdigitizing the third slab with the first acoustic transducer, the portion of the third slab In the second slot of the first acoustic transducer and vice versa; then combining the two structures to form a composite acoustic transducer structure of two or more dimensions. And a step;
【請求項19】請求項18記載の方法において:P1 > K
1 > W1となるように、前記第1の音響トランスジューサ
および第3 のスラブを切断または刻むことを特徴とする
方法。
19. The method according to claim 18, wherein P1> K.
A method characterized by cutting or carving the first acoustic transducer and the third slab such that 1> W1.
【請求項20】圧電性材料または電気歪性材料から成る
1対の相補的なスラブを相互デイジタル化および結合す
ることによって形成される複合圧電装置であって、その
間にスラブ部分を限定する間隔を置いた平行なスロッ
ト、トレンチまたは貫通カットを形成するために各スラ
ブを刻み、前記スロット、トレンチまたはカットの間隙
幅が前記スラブ部分の幅より大きく、一方のスラブのス
ラブ部分を他方のスラブのスロット、トレンチまたはカ
ット中に収容し、またその逆の収容を行うことを特徴と
する装置。
20. A composite piezoelectric device formed by mutual digitizing and bonding a pair of complementary slabs of piezoelectric or electrostrictive material, with a spacing therebetween defining a slab portion. Slicing each slab to form parallel slots, trenches or through cuts placed, the gap width of the slots, trenches or cuts being greater than the width of the slab portion, the slab portion of one slab being the slot of the other slab. , A device for accommodating in a trench or a cut and vice versa.
JP34280792A 1992-12-22 1992-12-22 Manufacturing piezoelectric composite Pending JPH06224487A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007501529A (en) * 2003-05-14 2007-01-25 ビジュアルソニックス インコーポレイテッド Piezoelectric composite and manufacturing method thereof
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