压电元件、压电器件、探头、电子设备及超声波图像装置的制造方法_2

文档序号:9238740阅读:来源:国知局
电极间产生的变形变大,因此会产生大 的电压。除此之外,由于在压电元件中与压电体的表面平行地施加电压,因此与垂直于表面 地施加电压的情况相比,会在压电体中充分地残留极化。其结果,在生成压电效应时,能够 省略(或者缩小)极化电压的施加。
[0040] (24)压电器件能够组装到超声波图像装置中使用。此时,可以是,超声波图像装置 具有多个压电器件。在超声波图像装置中,两个压电元件串联,因此由于变形而产生的电压 增加,灵敏度上升。
[0041] (25)压电器件能够组装到超声波图像装置中使用。此时,可以是,超声波图像装置 具有多个压电器件。由振膜、压电体、第1电极以及第2电极形成的压电元件能够在接收声 波时使用,从而由第2振膜、第2压电体、第3电极以及第4电极形成的压电元件能够在发 送声波时使用。前者的压电元件与后者的压电元件相比具有高的灵敏度,提高了声波的分 辨率。
[0042] (26)超声波图像装置包括:极化电路,与所述压电元件连接,并对所述压电元件 供给极化电压;接收电路,与所述压电元件连接,并根据压电效应从所述压电元件接收电 压;以及开关,切换所述极化电路以及所述接收电路对所述压电元件的连接。这样,压电元 件根据需要适当地极化。由于适当地维持极化状态,所以适当地维持灵敏度。
[0043] (27)本发明的另一实施方式涉及一种压电元件,该压电元件包括:振膜;压电体, 配置在所述振膜上;第1信号电极,配置在所述压电体的一个面上;第2信号电极,配置在 所述压电体的所述一个面上并且是与所述第1信号电极隔开的位置上;以及槽,在从所述 振膜的厚度方向观察的俯视下,该槽位于所述第1信号电极和所述第2信号电极之间,并在 与所述振膜的表面垂直的方向上缩小所述压电体的厚度。
[0044] 若超声波作用于振膜,则振膜进行超声波振动。对应于振膜的超声波振动,引起压 电体的变形。压电体的变形是根据压电效应在电极之间产生电压。若相对于压电体膜在水 平方向上配置的第1电极和第2电极的距离增大,则即使压电体膜的厚度不增加,生成电压 也增大。此时,在槽的作用下,压电体的厚度缩小。对应于厚度的缩小,振膜的弯曲阻力减 小,在电极之间产生的变形变大,因此,产生出大的电压。除此之外,在压电元件中,对压电 体的表面平行地施加电压,因此,和对表面垂直施加电压的情况相比,会在压电体上充分地 残留极化。其结果,能够在产生压电效应时省略(或者缩小)极化电压的施加。尤其是,压 电体在槽处厚度局部减少,因此,压电体的变形在第1电极和第2电极之间集中,能够有效 地利用压电效应。
【附图说明】
[0045] 图1是简要示出一个实施方式中的电子设备一个具体例即超声波诊断装置的外 观图。
[0046] 图2是简要示出超声波器件单元的结构的放大俯视图。
[0047] 图3是简要示出发送阵列的区域的超声波器件的放大部分俯视图。
[0048] 图4是沿图1的A-A线截取的放大垂直剖面图。
[0049] 图5是简要示出第1实施方式的接收阵列的区域的超声波器件的放大部分俯视 图。
[0050] 图6是沿图5的B-B线截取的垂直剖面图。
[0051] 图7是与图6对应地示出压电体膜的变形的垂直剖面图。
[0052]图8是第1超声波换能器元件的制造工序中的、基板的放大剖面图。
[0053] 图9是简要示出第1超声波换能器元件的制造工序中的、压电体膜以及底导电膜 的基板的放大剖面图。
[0054] 图10是简要示出第1超声波换能器元件的制造工序中的、第1电极以及第2电极 的基板的放大剖面图。
[0055] 图11是示出根据与振膜的纵长方向中心线之间的距离来表示变形音压比的曲线 图。
[0056] 图12的(a)是示出第1压电元件的结构的接收灵敏度的曲线图,(b)是示出第2 压电元件的结构的接收灵敏度的曲线图。
[0057] 图13是简要示出在压电体膜中流动的电力线的状态的模拟图像。
[0058] 图14是示出电场强度的磁滞回线的曲线图。
[0059] 图15是不出模拟模型的一个例子的立体图。
[0060] 图16是示出槽以外的压电体膜的厚度〖2与接收灵敏度之间的关系的曲线图。
[0061] 图17是示出厚度比(=V%)与接收灵敏度(标准值)之间的关系的曲线图。
[0062] 图18是示出厚度比(=心八2)与固有频率之间的关系的曲线图。
[0063] 图19是简要示出第2实施方式中的接收阵列的区域的超声波器件的放大部分俯 视图。
[0064] 图20是简要示出其他实施方式中的超声波诊断装置的电路结构的模块图。
[0065] 附图标记说明
[0066] 11作为电子设备的超声波图像装置(超声波诊断装置)、12处理部(装置终端)、 13探头(超声波探头)、15显示装置(显示面板)、16机壳、17压电器件(超声波器件)、23 第2压电元件(第2超声波换能器元件)、24第2振膜(振膜)、26第4电极(上电极)、 27第3电极(下电极)、28第2压电体(压电体膜)、51保护膜(声调节层)、57压电元件 (第1超声波换能器元件)、58振膜、61第1电极、62第2电极、63压电体(压电体膜)、64 槽、65直线、66虚拟垂直面、82接收电路、83开关(多路复用器)、84极化电路。
【具体实施方式】
[0067] 下面,参考【附图说明】本发明的一个实施方式。另外,下面所说明的本实施方式并不 对权利要求书中所记载的本发明的内容作不当的限定,并不限定为本实施方式中所说明的 全部结构是本发明的解决手段所必须的。
[0068] (1)超声波诊断装置的整体结构
[0069] 图1简要示出本发明的一个实施方式的电子设备的一个具体例即超声波诊断装 置(超声波图像装置)11的结构。超声波诊断装置11具备装置终端(处理部)12和超声波 探头(探头)13。装置终端12和超声波探头13利用电缆14相互连接。装置终端12和超 声波探头13通过电缆14来交换电信号。装置终端12中组装有显示面板(显示装置)15。 显示面板15的画面在装置终端12的表面暴露。在装置终端12中,根据由超声波探头13 检测出的超声波来生成图像。图像化的检测结果显示在显示面板15的画面上。
[0070] 超声波探头13具有机壳16。机壳16内收纳有超声波器件单元DV。超声波器件 单元DV具备超声波器件17。超声波器件17具备声透镜18。声透镜18的外表面以局部圆 筒面18a形成。声透镜18由例如硅树脂形成。声透镜18具有与生物体的声阻抗接近声阻 抗。在机壳16上划分形成有窗孔16a。在窗孔16a内配置有声透镜18。声透镜18的外表 面在机壳16的表面暴露。超声波器件17从表面输出超声波并且接收超声波的反射波。
[0071] (2)超声波器件单元的结构
[0072] 如图2所示,超声波器件单元DV具备布线基板WB。超声波器件17安装在布线基 板WB上。在进行这样的安装时,也可以在布线基板WB的表面上形成有收纳超声波器件17 的凹处。凹处从布线基板WB的平面凹进即可。超声波器件17能够以例如树脂材料固定于 布线基板WB。
[0073] 在超声波器件17上形成有接收阵列RR以及发送阵列TR。如后所述那样,接收阵 列RR以配置成阵列状的第1超声波换能器元件(以下称为"第1压电元件")的排列构成。 如后所述那样,发送阵列TR以配置成阵列状的第2超声波换能器元件(以下称为"第2压 电元件")的排列构成。接收阵列RR以及发送阵列TR利用第1柔性印刷布线板(以下称 为"第1布线板")19a以及第2柔性印刷布线板(以下称为"第2布线板")19b与布线基 板上的布线图案(未图示)电连接。布线图案在布线基板WB的背面与连接器连接。以连 接于连接器的布线形成电缆14。
[0074] (3)发送阵列的结构
[0075] 图3简要示出发送阵列TR的区域的超声波器件17的俯视图。超声波器件17具 备基体21。发送阵列TR形成于基体21的表面。第2压电元件23的排列以多行多列的矩 阵形成。另外,在排列中也可以确立为交错配置。在交错配置中,偶数列的第2压电元件23 组相对于奇数列的第2压电元件23组错开行间距的1/2即可。也可以是奇数列和偶数列 中一方元件数相比于另一方元件数少1个。
[0076] 各个第2压电元件23具备振膜24。在图3中,在与振膜24的膜面垂直的方向上 的俯视图(从布线基板的厚度方向观察的俯视图)中,振膜24的轮廓以虚线描绘。在振膜 24上形成有振子25。振子25由上电极(第4电极)26、下电极(第3电极)27以及压电体 膜(第2压电体)28构成。针对每个第2压电元件23,在振膜24上配置有下电极27,在下 电极27上配置有压电体膜28,在压电体膜28上配置有上电极26。它们以下电极27、压电 体膜28以及上电极26的顺序重叠。这样,压电体膜28夹在上电极26和下电极27之间。
[0077] 在基体21的表面上形成有多个第1导电体29。第1导电体29在排列的行方向上 以相互平行的方式延伸。对每1行第2压电元件23分配1个第1导电体29。1个第1导 电体29与排列的行方向上排成的第2压电元件23的压电体膜28均连接。第1导电体29 针对每个第2压电元件23形成上电极26。第1导电体29的两端分别与一对引出布线31 连接。引出布线31在排列的列方向上以相互平行的方式延伸。因而,所有第1导电体29 具有相同的长度。这样,在整个矩阵的第2压电元件23上均连接有上电极26。第1导电体 29能够由例如铱(Ir)形成。但是,第1导电体29也可以使用其他导电材料。
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