專利名稱：超聲波探頭及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲波探頭及其制造方法，特別涉及一種使用由添加法而圖案化的金屬(銅)箔制成的信號箔的超聲波探頭及其制造方法。
背景技術：
如圖12所示，現(xiàn)有的超聲波探頭的壓電元件組將多個壓電元件1組成的壓電元件組2排列在安裝于阻尼(damper)臺3上的阻尼(襯墊(backing))材料4上，并將電極6a 從通過蝕刻而圖案化的第一柔性印刷基板7互不相同地排列成鋸齒狀而導出。在圖12中示出的現(xiàn)有例中，例如，將相當于80通道(channel)的壓電元件1的電極6a經(jīng)由銀線9而通過第一柔性印刷基板7的導電路8導出。該第一柔性印刷基板7附著于阻尼臺3的外表面，在該表面上具有分成每個20通道的4組的2列電極帶。并且，4個插件連接件12分別對應于4組使增強板11介入而配設，各電極帶和輸入插件分別連接。接著，將其余的相當于40通道的壓電元件1的電極經(jīng)由銀線9通過第二以及第三柔性印刷基板(未示出)導出。并且，第二以及第三柔性印刷基板在阻尼臺3的兩側重疊于第一柔性印刷基板7而被粘接，在電極帶所設置的前端側，使增強板11介入，而配設另外的插件連接件。并且，收發(fā)波面?zhèn)鹊碾姌O6b通過例如導線路共同連接，連接于柔性印刷基板的導電路(專利文獻1)。在這樣構成的現(xiàn)有例的超聲波探頭中，如上所述，將具有用于信號引出而通道分割的圖案的柔性印刷基板或者固態(tài)狀(平坦)銀箔或者銅箔，通過錫焊接合于例如壓電板 (由壓電元件組、鈦酸鋯酸鉛等構成)的電極，對準形成于壓電板的切斷槽，操作者在顯微鏡下在每個通道中切割(分割)信號箔后而使用?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻1 日本特開平6-254088號公報專利文獻2 日本特開2009-147365號公報

發(fā)明內容
(發(fā)明要解決的課題)但是，在這樣的現(xiàn)有的超聲波探頭中，由于柔性印刷基板被圖案化，因此，在將銅箔等接合后，通過將壓電板(壓電元件組)切割(dicing cut)，而分割成要求的通道。但是， 由于基膜、銅箔、粘接劑和壓電元件組層疊而構成，因此，在制造切斷間距較細的探頭時，切割的難度極高，并且，在切斷時，除了存在壓電元件破損等的問題以外，由于柔性印刷基板較硬，存在由于將其折彎并抵接于壓電元件(壓電板)的側面時的彎曲應力從而壓電元件破損的問題。此外，在使用固態(tài)狀的銅箔的信號箔的制造中，由于在將壓電元件組切割之后，在每個通道(例如，80通道)中，操作者通過手工操作使用剃刀等在顯微鏡下將銅箔對準形成于壓電元件的切斷槽進行分割銅箔的操作是不可欠缺的，因此，存在花費多余的制造工時， 同時由于利用剃刀進行分割(切割)時的負載而壓電元件折損等的問題。
(用于解決課題的方法)為了解決上述課題，本發(fā)明的超聲波探頭的制造方法的特征在于，具有由通過添加法而圖案化的銅箔制成的信號箔，所述添加法包括準備母材，并在該母材的表面上形成絕緣層的步驟；通過光刻技術，將所述絕緣層曝光、顯影、剝離而圖案化，在所述絕緣層形成沿著該圖案到達所述母材的上面的型腔的步驟；其次，在所述型腔內以銅電鍍、錫焊電鍍的順序實施電鍍而形成信號箔的步驟；以及從所述型腔中將形成的所述信號箔脫模的步驟。此外，在本發(fā)明中，其特征在于，當將所述信號箔接合于壓電板時，將所述壓電板的超聲波放射面為上面，左右一對所述信號箔的端部沿所述壓電板的長軸方向重疊而接合于所述壓電板的下面。再者，在本發(fā)明中，其特征在于，對將所述信號箔接合于下面的所述壓電板從上方向進行加壓，通過粘接劑而接合于阻尼材料，接著，將所述信號箔折彎成直角而抵接于所述阻尼材料的側面。進而，在本發(fā)明中，其特征在于，當將所述壓電板接合于所述阻尼材料時，在所述阻尼材料的上面形成粘接劑層，而進行全面粘接。此外，進一步在本發(fā)明中，其特征在于，當將所述壓電板接合于所述阻尼材料時， 在所述壓電板和所述信號箔的端部之間形成排出部而進行接合。此外，在本發(fā)明中，其特征在于，當利用切割刀將所述壓電板切斷并形成切斷槽時，以規(guī)定的間距進行第1次的切斷，并形成切割槽，在利用樹脂將第1次的切斷所形成的切斷槽填充之后，瞄準第1次的切斷槽的中間進行第2次的切斷而形成切斷槽。在本發(fā)明中，其特征在于，當向所述信號箔進行信號配線時，以1通道單位利用信號配線用銀線使所述信號箔和柔性印刷基板橋接，首先，在將所有的所述銀線錫焊于所述柔性印刷基板上，之后，將所述信號箔進行錫焊。此外，本發(fā)明涉及一種通過所述制造方法制造的超聲波探頭。再者，本發(fā)明涉及一種超聲波探頭，其特征在于，具有探頭主體，所述探頭主體包括信號箔，由利用添加法而圖案化的銅箔制成；壓電板，將所述信號箔接合在下面；阻尼材料，將所述壓電板接合在上面，而且，將所述信號箔折彎成直角并抵接于側面；柔性印刷基板，以1通道單位利用信號配線用銀線橋接于所述信號箔；聲匹配層，設置在所述壓電板的上面；以及聲透鏡，安裝在所述聲匹配層的上面。本發(fā)明涉及一種超聲波探頭，其特征在于，包括所述探頭主體；所述探頭主體的驅動元件；供電電纜，向所述驅動元件供電；以及外殼，收納所述探頭主體、所述驅動元件、 所述供電電纜。(發(fā)明的效果)在本發(fā)明中，由于通過添加法制造信號箔，因此，可生產性良好地得到比現(xiàn)有的將銅箔蝕刻的柔性印刷基板更微細的間距并且精度更高的信號箔。此外，由于減小壓電元件的切斷槽的在切斷/切割時的負載以及信號箔在彎曲時的彎曲應力，因此，能夠大幅度減少壓電元件的破損等的不良。


圖1是示出利用本發(fā)明的添加法的超聲波探頭用信號箔的制造方法的步驟的工程圖。圖2是利用圖1示出的制造方法制造的信號箔的模式的部分俯視圖。圖3(a)是利用現(xiàn)有的制造方法制造的信號箔的部分放大照片，并且，(b)是利用本發(fā)明的制造方法制造的信號箔的部分放大照片。圖4是示出將利用本發(fā)明的制造方法制造的信號箔錫焊(焊接)于壓電板上的狀態(tài)的立體圖。圖5是示出以將焊接有圖4所示的信號箔的壓電板粘接于阻尼材料并將信號箔以抵接于阻尼材料和阻尼臺的側面的方式折彎成直角的狀態(tài)的立體圖。圖6示出焊接有利用本發(fā)明的制造方法制造的信號箔的壓電板的粘結方法，(a) 是示出在兩信號箔間和壓電板的下面的間隙中形成較厚的粘接劑層而粘接的狀態(tài)的主視圖，(b)是示出在該間隙中形成較薄的粘接劑層而粘接，并在信號箔的阻尼材料表面與壓電板的下面之間設置排出部而粘接的狀態(tài)的主視圖。圖7是示出將圖5所示的粘接有壓電板的阻尼材料通過切割鋸進行切斷加工而形成切斷槽的狀態(tài)的立體圖。圖8是示出在安裝于圖7中切斷加工后的阻尼材料的信號箔上進行信號配線的狀態(tài)的立體圖。圖9示出將聲匹配層安裝在圖8示出的在信號箔上進行信號配線的壓電板上的狀態(tài)的立體圖。圖10示出在圖9所示的側面涂層以及阻尼臺/阻尼材料的側面粘接屏蔽帶 (shield tape)，并且，在聲匹配層上安裝聲透鏡而構成的探頭主體(傳感器)的立體圖。圖11示出收納圖10所示的探頭主體的本發(fā)明的超聲波探頭，(a)是其主視圖，(b) 是其側視圖。圖12是從前使用的超聲波探頭的壓電元件組的立體圖。
具體實施例方式圖1是示出利用本發(fā)明的添加法的超聲波探頭用信號(導出)箔的制造方法的步驟的工程圖。這里，所謂添加法一般為在絕緣板或者基膜上形成導體圖案的技術(參照專利文獻2)在本發(fā)明的信號箔的制造方法中，代替絕緣板或者基膜，在不銹鋼(SUQ板上形成導體圖案，而制造信號箔。圖1示出在本發(fā)明的制造方法的各步驟中使用的母材(SUS材)、絕緣層以及電鍍層的剖面圖。首先，在步驟(a)中，準備母材(SUS)材20，在母材20的表面涂布負抗蝕劑 (negative resist)，而形成絕緣層 21。這里，SUS材20為了通電的必要性和在制造步驟的最后容易將制品(信號箔)從母材20剝落，采用板狀，其厚度采用例如約0. 1mm。此外，絕緣層21為薄膜狀的抗蝕劑，采用半生狀，其厚度為約20 μ m。接著，在步驟(b)中，通過光刻技術(平版印刷術，lithography)，通過掩模22將絕緣層21曝光、顯影，將絕緣層21的一部分剝離(圖案化)，在絕緣層21內沿圖案形成貫通至母材(SUS材)20的上面的型腔23。特別是，在本發(fā)明的制造方法中，代替蝕刻，將絕緣層21的一部分剝離而形成型腔23，由于沒有蝕刻時各向異性的影響，因此，形成具有與母材20的厚度方向平行的內壁的型腔23。再者，在步驟(c)中，在型腔23內，以Cu(銅)電鍍M、錫焊電鍍25的順序進行電鍍，而形成信號箔26。最后，在步驟(d)中，當從型腔23內將由Cu電鍍M和錫焊電鍍25制成的信號箔 26脫模時，制造成如圖2所示的具有預先通道分割的圖案(間隙^a、圖案^ )的信號箔 26(厚度10-20 μ m)。這里，以往，在被用作信號箔的柔性印刷基板中，由于聚酰亞胺類樹脂被用作其基材，因此，其腰部變得堅固，難以彎曲。因此，存在由于柔性印刷基板彎曲時的應力而壓電元件破損的危險。但是，在本發(fā)明中，在信號箔的制造中所使用的SUS母材僅在其制造時使用，探頭主體的信號箔因為僅由銅箔制成，所以柔軟容易彎曲，因此，可避免彎曲時壓電元件的破損。接著，如圖4所示，將形成有如上述制造的間隙26a (0. 24mm寬度)和圖案 26b (0. 16mm寬度)的信號箔沈焊錫(圖1的步驟(c)中電鍍的焊錫)接合(焊接)于將超聲波放射面27a為上側的壓電板27的下面。這里，在壓電板27中，如圖4的附圖標記e所示，一對信號箔沈的端部在其長軸方向重疊(約0. 5mm)而被接合，同時，在信號箔沈中，以各側(左或者右側)分成奇數(shù)通道和偶數(shù)通道而進行輸出的方式錯開成鋸齒狀而進行圖案排列。焊接后，信號箔26的無用部分(在圖4中示出的信號箔沈的兩端以虛線示出的部分^c)被切除。再者，如圖5所示，將焊接(錫焊接合)有信號箔沈的壓電板27從圖5示出的A 方向(上方向)進行加壓，通過粘接劑將壓電板27與阻尼材料洲、阻尼臺(基臺) 粘接， 之后，將信號箔26彎曲成直角，而抵接于阻尼材料觀和阻尼臺四的側面。并且，圖5中以虛線示出的部分26d在之后被切除，信號箔被分割成一個一個的1通道。此外，如圖6所示，在焊接時，錫焊有信號箔沈的壓電板27在使壓電板27振動時在發(fā)揮制振作用的阻尼材料觀的上面使用粘接劑，而形成較厚的粘接劑層28a并被全面粘接(參照圖6(a))。用于該粘接的粘接劑適合為環(huán)氧類粘接劑，但是按照顧客的要求特性， 也可以在與夾在壓電板27和阻尼材料觀之間的信號箔沈的端部之間形成“排出”部33， 而通過較薄的粘接劑進行粘接(參照圖6(b))。這里，粘接劑四僅涂布于阻尼材料28的表面，但是在使壓電板27和阻尼材料28 重合之后，操作者利用指壓將無用的粘接劑和氣泡壓出的操作是不可欠缺的。此時，存在壓電板27被分割或者通過使用夾具的加壓而偏離規(guī)定位置進行粘接，產生不良的危險。但是，如圖6 (a)所示，在將與信號箔沈相同厚度的粘接劑層28a形成在阻尼材料觀的整個上面的情況下，壓電板27的靈敏度良好，此外，如圖6 (b)所示，在形成較薄的粘接劑層28a而使信號箔沈粘接并形成信號箔沈的排出部33的情況下，壓電板27的靈敏度變低，壓電板27的振動的吸收(頻率頻帶變大)變好。此外，如圖7所示，在壓電元件以3元件構成1通道的壓電元件組中，為了同一通道間滿足電絕緣性(DC100V、5MQ以上)，利用例如，25 μ m以上厚度的切割刀進行切斷，而形成切斷槽30。這里，以每1通道的壓電元件數(shù)接近壓電板27的振動效率良好的邊比(壓電元件的寬度/壓電元件的厚度例如，60%)的方式，選定壓電元件數(shù)和最適合的切割刀。但是，在壓電元件的切斷槽30的間距極小的超聲波探頭中，一次切斷所有的壓電元件極其困難(例如，間距0. 15mm，將通道2等分割的情況)。這里，在上述事例的情況下， 在一次切斷所有的壓電元件的情況下，以0. 075mm間距通過切割進行切斷，由于壓電元件的厚度較薄而破裂，成品率顯著降低。因此，在本發(fā)明的實施例中，將壓電元件的切斷分成2 次進行，使得僅在0. 15mm間距的通道間進行第1次的切斷，并且在將樹脂裝填于第1次的切斷槽30并堅固之后，瞄準第1次的切斷槽30的中間以0. 15mm間距進行第2次的利用切割的壓電元件的切斷。通過這樣的分成2次的壓電元件的切斷方法，壓電元件不會破損，能夠進行具有狹窄間距的壓電元件的切斷。最后，如圖8所示，進行向信號箔沈的信號配線。S卩，如圖8所示，以1通道單位利用信號配線用銀線31 (直徑例如0. Imm)使信號箔沈和柔性印刷基板32橋接。因此，每1通道在2個位置需要錫焊，因此，首先，在最初將所有的銀線31錫焊于柔性印刷基板32側之后，接著，將信號箔沈錫焊。再者，為了將在圖8中示出的信號箔上進行信號配線的壓電板構成作為探頭主體 (傳感器)，如圖9所示，在粘接于阻尼材料觀的長軸方向的角部的信號箔沈上所安裝的壓電板27上進一步將第一聲匹配層34加溫/加壓粘接，在用側面涂層36和側面板37覆蓋第一聲匹配層34和阻尼材料觀以及阻尼臺四之后，進一步將第二聲匹配層35粘接于側面涂層36的上面。此外，電纜配線用的柔性印刷基板32電連接于信號箔沈，進一步，在柔性印刷基板的表面上設置連接于電源的連接件38。并且，如圖10所示，在圖9所示的側面涂層36和側面板37以及阻尼材料28和阻尼臺四的表面上粘接屏蔽帶33，同時在第二聲匹配層35的上面安裝聲透鏡39。這樣構成的探頭主體(傳感器)收納在如圖11所示的外殼40內，通過供電電纜 41驅動振子部(驅動元件)。這里，以線性陣列探針(電子掃描式探頭)的實施例說明本發(fā)明的超聲波探頭的實施例，但是凸起陣列探針、3D (旋轉/擺動式)探頭也能夠適用本發(fā)明。這里，在信號箔側的錫焊中，當錫焊用的“烙鐵頭”過長時間接觸于接合部時，信號箔沈和壓電元件的焊錫部的焊錫熔化而發(fā)生斷線。此外，當“烙鐵頭”過強地接觸于接合部時，信號箔26本身損壞而發(fā)生斷線。因此，例如，目前雖然將在表面形成有焊錫電鍍的信號箔沈焊錫接合于壓電元件，但是代替之前的焊錫電鍍，在信號箔26的表面進行鍍金，通過利用粘接劑將壓電元件和信號箔26進行面粘接，也能夠得到導通。
權利要求
1.一種超聲波探頭的制造方法，其特征在于，具有由通過添加法而圖案化的銅箔制成的信號箔，所述添加法包括準備母材，并在該母材的表面上形成絕緣層的步驟；通過光刻技術，將所述絕緣層曝光、顯影、剝離而圖案化，在所述絕緣層上形成沿著該圖案到達所述母材的上面的型腔的步驟；在所述型腔內以銅電鍍、錫焊電鍍的順序實施電鍍而形成信號箔的步驟；以及從所述型腔中將形成的所述信號箔脫模的步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，當將所述信號箔接合于壓電板時，將所述壓電板的超聲波放射面為上面，左右一對所述信號箔的端部在所述壓電板的長軸方向上重疊而接合于所述壓電板的下面。
3.根據(jù)權利要求1所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，對將所述信號箔接合于下面的所述壓電板從上方向進行加壓，通過粘接劑而接合于阻尼材料，接著，將所述信號箔折彎成直角而抵接于所述阻尼材料的側面。
4.根據(jù)權利要求3所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，當將所述壓電板接合于所述阻尼材料時，在所述阻尼材料的上面形成粘接劑層，而進行全面粘接。
5.根據(jù)權利要求3所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，當將所述壓電板接合于所述阻尼材料時，在所述壓電板和所述信號箔的端部之間形成排出部而進行接合。
6.根據(jù)權利要求1所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，當利用切割刀將所述壓電板切斷并形成切斷槽時，以規(guī)定的間距進行第1次的切斷，并形成切斷槽，在利用樹脂將第1次的切斷所形成的切斷槽填充之后，瞄準第1次的切斷槽的中間進行第2次的切斷而形成切斷槽。
7.根據(jù)權利要求1所述的超聲波探頭的制造方法，其特征在于，當向所述信號箔進行信號配線時，以1通道單位利用信號配線用銀線使所述信號箔和柔性印刷基板橋接，首先， 將所有的所述銀線錫焊于所述柔性印刷基板上，之后，將所述信號箔進行錫焊。
8.一種超聲波探頭，其特征在于，通過權利要求1至7中記載的制造方法而制造。
9.一種超聲波探頭，其特征在于，具有探頭主體，所述探頭主體包括 信號箔，由利用添加法而圖案化的銅箔制成；壓電板，將所述信號箔接合在下面；阻尼材料，將所述壓電板接合在上面，而且，將所述信號箔折彎成直角并抵接于側面； 柔性印刷基板，以1通道單位利用信號配線用銀線橋接于所述信號箔； 聲匹配層，設置在所述壓電板的上面；以及聲透鏡，安裝在所述聲匹配層的上面。
10.根據(jù)權利要求9所述的超聲波探頭，其特征在于，包括 所述探頭主體；所述探頭主體的驅動元件；供電電纜，向所述驅動元件供電；以及外殼，收納所述探頭主體、所述驅動元件、所述供電電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波探頭的制造方法以及通過該制造方法制造的超聲波探頭，生產性良好地得到微細的間距并且精度較高的信號箔，同時減小壓電元件的切斷槽在切割時的負載以及信號箔在彎曲時的彎曲應力，而減少壓電元件的破損等的不良。所述超聲波探頭的制造方法的特征在于，具有由通過添加法而圖案化的銅箔制成的信號箔，所述添加法包括準備母材(20)，并在該母材(20)的表面上形成絕緣層(21)的步驟；通過光刻技術，將絕緣層(21)曝光、顯影、剝離而圖案化，形成沿著該圖案到達母材(20)的上面的型腔(23)的步驟；在型腔(23)內以銅電鍍(24)、錫焊電鍍(25)的順序實施電鍍而形成信號箔(26)的步驟；以及從型腔(23)中將形成的信號箔(26)脫模的步驟。
文檔編號B06B1/06GK102527626SQ20111031844
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)明者長谷川恭伸 申請人:日本電波工業(yè)株式會社