(57)【要約】  【課題】  圧電素子アレイに含まれる圧電素子に形成された電極と配線基板に形成された電極とを半田付けする際に、半田の濡れ広がりによって半田が電極や圧電素子周辺の樹脂材料に回り込んだり電極周辺に染み出すのを抑制し、隣接する電極間におけるショートを防止する。  【解決手段】  この圧電体装置は、所定の間隔で配列された複数の圧電体１０と、複数の圧電体の一端にそれぞれ形成された複数の電極であって、各々の電極が、第１の金属材料の膜１２ａによって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように、第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が遅い第２の金属材料の膜１２ｂによって覆われた第２の領域とを有する、複数の電極１２とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で配列された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体の一端にそれぞれ形成された複数の電極であって、各々の電極が、第１の金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように、前記第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が遅い第２の金属材料の膜によって覆われた第２の領域とを有する、前記複数の電極と、
を具備する圧電体装置。
【請求項２】
前記複数の電極の各々において、前記圧電体又は前記第１の金属材料の膜における一部の領域上に前記第２の金属材料の膜が形成されている、請求項１記載の圧電体装置。
【請求項３】
前記複数の電極の各々において、前記圧電体又は前記第２の金属材料の膜における一部の領域上に前記第１の金属材料の膜が形成されている、請求項１記載の圧電体装置。
【請求項４】
所定の間隔で配列された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体の一端にそれぞれ形成された複数の電極であって、各々の電極が、金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように、金属材料の膜上に形成された絶縁材料によって覆われた第２の領域とを有する、前記複数の電極と、
を具備する圧電体装置。
【請求項５】
基板と、前記基板の主面上に形成された複数の配線パターンと、前記複数の配線パターンの先端に形成され、前記複数の電極にそれぞれ半田付けされた複数の第２の電極とを有する配線基板をさらに具備する請求項１〜４のいずれか１項記載の圧電体装置。
【請求項６】
前記複数の圧電体の一端と前記配線基板の主面との間に配置された中間基板であって、前記複数の電極及び前記複数の第２の電極に対応する位置に複数の貫通孔が形成された前記中間基板をさらに具備する請求項５記載の圧電体装置。
【請求項７】
圧電材料の連続体の主面の少なくとも一部の領域上に第１の金属材料の膜を形成する工程と、
前記圧電材料の連続体の主面又は前記第１の金属材料の膜における一部の領域上に、前記第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が遅い第２の金属材料の膜を形成する工程と、
前記圧電材料の連続体を、前記第２の金属材料の膜が形成されている領域において切断することにより、前記第１の金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように前記第２の金属材料の膜によって覆われた第２の領域とを各々が有する複数の電極がそれぞれ形成された複数の圧電体を作製する工程と、
を具備する圧電体装置の製造方法。
【請求項８】
圧電材料の連続体の主面の少なくとも一部の領域上に第１の金属材料の膜を形成する工程と、
前記圧電材料の連続体の主面又は前記第１の金属材料の膜における一部の領域上に、前記第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が速い第２の金属材料の膜を形成する工程と、
前記圧電材料の連続体を、前記第２の金属材料の膜が形成されていない領域において切断することにより、前記第２の金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように前記第１の金属材料の膜によって覆われた第２の領域とを各々が有する複数の電極がそれぞれ形成された複数の圧電体を作製する工程と、
を具備する圧電体装置の製造方法。
【請求項９】
圧電材料の連続体の主面に金属材料の膜を形成する工程と、
前記金属材料の膜における一部の領域上に、絶縁材料の膜を形成する工程と、
前記金属材料の膜における前記絶縁材料の膜が形成されていない領域上に、金属材料の膜をさらに形成する工程と、
前記圧電材料の連続体を、前記絶縁材料の膜が形成されている領域において切断することにより、前記金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように前記絶縁材料の膜によって覆われた第２の領域とを各々が有する複数の電極がそれぞれ形成された複数の圧電体を作製する工程と、
を具備する圧電体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板と、前記基板の主面上に形成された複数の配線パターンと、前記複数の配線パターンの先端に形成された複数の第２の電極とを有する配線基板における前記複数の第２の電極と、前記複数の電極とをそれぞれ半田付けする工程をさらに具備する請求項７〜９のいずれか１項記載の圧電体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記複数の電極及び前記複数の第２の電極に対応する位置に複数の貫通孔が形成された中間基板における該複数の貫通孔に半田を配置し、前記中間基板を前記複数の圧電体の一端と前記配線基板の主面との間に配置して加熱する工程をさらに具備する請求項１０記載の圧電体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圧電素子が配列された圧電素子アレイ含む圧電体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）関連の分野や、医療分野においては、機器の開発に伴い、多数の微細な素子を含むアレイ構造体の集積化がますます進んでいる。
例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電材料等の圧電体の両端に電極を形成して作製される圧電素子が、様々な用途に用いられている。このような圧電素子の電極間に電圧を印加すると、圧電素子は圧電効果によって伸縮する。そこで、多数の圧電素子を配置したアレイ構造体に配線を形成することにより、圧電ポンプ、圧電アクチュエータ等の様々な機器を作製することができる。
【０００３】
また、医療分野においては、このような圧電素子が、超音波用探触子（プローブ）において超音波を送信又は受信する素子（超音波トランスデューサ）として利用されている。特に、近年においては、探触子を機械的に移動させることなく３次元画像を取得することができる２次元センサアレイの開発が進められている。良好な３次元画像を取得するためには、多数の素子が高密度で配置されたプローブが必要とされる。
【０００４】
ところで、多数の素子が高集積化されたプローブを実現するためには、素子の微細加工と、多数の微細素子への配線が必要となる。特に、多数の素子が２次元的に配置されたアレイ構造体においては、内側の素子への電極の接合や配線引き回しが困難であり、これを解決する手法が検討されている。
【０００５】
特許文献１には、第１及び第２の電極がそれぞれ形成されている複数の振動子が所定の配列で配置されている配列振動子と、配列振動子を保持し、複数の振動子の第２の電極にそれぞれ対応する位置に複数の貫通孔が形成されているインターレイヤ基板と、インターレイヤ基板の複数の貫通孔を介して複数の振動子の第２の電極にそれぞれ電気的に接続されたマトリクス電極が形成されている配線基板とを具備する超音波トランスデューサが開示されている。この超音波トランスデューサにおいては、振動子に形成された電極と第２の基板に形成された電極とを、第１の基板に形成された貫通孔に充填された半田によって接合するので、微細加工された多数の振動子への電極の接合や電気配線の引き回しを、容易に、且つ、確実に行うことができる。
【０００６】
しかしながら、上記の超音波トランスデューサにおいて振動子の電極と配線基板の電極とを接合する際に、半田の量が多すぎたり、インターレイヤ基板と配列振動子とのアライメントが正確に為されていない場合には、半田が電極の周囲に回り込んだり、電極から染み出してしまうことがあり、隣接する電極間がショートしてしまうおそれがある。そのような事態を避けるために、電極の面積を小さくして、隣接する電極の間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、圧電素子の電極面積を小さくすると、圧電素子内において伸縮のバラツキが生じてしまい、内部応力によって圧電素子が壊れ易くなってしまう。
【特許文献１】特開２００３−２３５０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、圧電素子アレイに含まれる圧電素子に形成された電極と配線基板に形成された電極とを半田付けする際に、半田の濡れ広がりによって半田が電極や圧電素子周辺の樹脂材料に回り込んだり電極周辺に染み出すのを抑制し、隣接する電極間におけるショートを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る圧電体装置は、所定の間隔で配列された複数の圧電体と、複数の圧電体の一端にそれぞれ形成された複数の電極であって、各々の電極が、第１の金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように、第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が遅い第２の金属材料の膜によって覆われた第２の領域とを有する、複数の電極とを具備する。
【０００９】
また、本発明の１つの観点に係る圧電体装置の製造方法は、圧電材料の連続体の主面の少なくとも一部の領域上に第１の金属材料の膜を形成する工程と、圧電材料の連続体の主面又は第１の金属材料の膜における一部の領域上に、第１の金属材料よりも半田に対する溶解速度が遅い第２の金属材料の膜を形成する工程と、圧電材料の連続体を、第２の金属材料の膜が形成されている領域において切断することにより、第１の金属材料の膜によって覆われた第１の領域と、該第１の領域の周囲を囲むように第２の金属材料の膜によって覆われた第２の領域とを各々が有する複数の電極がそれぞれ形成された複数の圧電体を作製する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の１つの観点によれば、半田への溶解速度が互いに異なる第１及び第２の金属材料を用いて電極を形成するので、溶融した半田が電極や素子周辺に回り込んだり、電極から染み出すのを抑制することができる。従って、隣接する電極間におけるショートを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電体装置を示す断面図である。また、図２は、図１に示す圧電体装置を示す平面図である。本実施形態に係る圧電体装置は、超音波の送信及び受信を行う超音波トランスデューサアレイとして用いられる。
【００１２】
図１に示す超音波トランスデューサアレイは、半田によって互いに接合された配列振動子１と配線基板２とを含んでいる。配列振動子１は、複数の圧電体１０と、固定材１１と、電極１２と、共通電極１３とを含んでいる。圧電体１０及びその両端に形成されている電極１２及び１３は、超音波の送信及び受信を行う振動子（超音波トランスデューサ）として動作する。実際の超音波診断において用いられる配列振動子には、例えば、６０×６０個以上の多数（数千〜数万個）の振動子が含まれるが、本実施形態においては、簡単のため、振動子数を６×６個として説明する。
【００１３】
圧電体１０の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電材料等が用いられる。本実施形態においては、圧電体としてＰＺＴを使用している。
【００１４】
図２に示すように、複数の圧電体１０は、２次元マトリクス状に配列されている。また、複数の圧電体１０の隙間や周囲は、例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤等の固定材１１で満たされている。固定材１１は、圧電体１０を保持すると共に、圧電体１０の振動を吸収し、圧電体１０の振動が早く収まるようにする。これにより、圧電素子間における超音波の干渉を減らすことができる。
【００１５】
各圧電体１０の一方の端面には、電極１２が形成されている。電極１２については、後で詳しく説明する。また、圧電体１０の他方の端面には、共通電極１３が形成されている。共通電極１３は、複数の圧電体１０及び固定材１１の上面に、銀の薄膜を形成したり、銅板を貼り付けることによって形成される。なお、図２において、共通電極１３は省略されている。
【００１６】
配線基板２は、基板２０と、配線層２１と、マトリクス電極２２、パッド電極２３とを含んでいる。基板２０の材料としては、石英ガラスウエハやポリイミド等を用いることができる。特に、ポリイミドは超音波を吸収しやすいため、基板２０にポリイミドを用いると、受信した超音波が散乱し難くなるという利点がある。
【００１７】
図２に示すように、マトリクス電極２２は、配列振動子１に含まれる複数の振動子１０の配列に合わせ、マトリクス状に配置されている。また、パッド電極２３は、基板２０の周縁部に配置されている。配線層２１は、マトリクス電極２２とパッド電極２３とが所定の対応関係となるように、両者を接続している。配線層２１又はパッド電極２３としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）を順に蒸着して形成した３層配線又は３層電極が用いられる。
【００１８】
次に、図１に示す電極１２及びマトリクス電極２２について、図３及び図４を参照しながら詳しく説明する。図３の（ａ）は、電極１２が形成された振動子１０の一部を拡大して示す断面図であり、図３の（ｂ）は、電極１２を示す平面図であり、図３の（ｃ）は、マトリクス電極２２が形成された基板２０の一部を拡大して示す断面図である。
【００１９】
図３の（ａ）に示すように、電極１２は、例えば、厚さが１μｍ程度の第１金属材料の膜１２ａ及び第２金属材料の膜１２ｂを含んでいる。第２金属材料は、第１金属材料と比較して、半田への溶解速度が遅い金属材料であり、図３の（ｂ）に示すように、第２金属材料の膜１２ｂは、第１金属材料の膜１２ａを囲むように配置されている。同様に、図３の（ｃ）に示すように、マトリクス電極２２は、第１金属材料の膜２２ａと、第１金属材料の膜２２ａの周囲に配置されている第２金属材料の膜２２ｂとを含んでいる。
【００２０】
電極１２やマトリクス電極２２をこのように構成する理由は次の通りである。半田付けとは、母材（電極）に対する溶融半田の「濡れ」及び毛管現象により、接合すべき母材の継手間隔に半田を流入させて母材同士を接合する接合方法である。そのため、半田付けの良否は、半田の濡れ性と、毛管現象による半田の浸透性が大きく関わってくる。即ち、半田の濡れ性や浸透性が良くなるように、電極の材料を選択することにより、良好な半田付けを行うことができる。
【００２１】
しかしながら、そのような材料を選択することによって別の問題が生じる。即ち、「濡れ」によって半田が母材の周囲に回り込んだり、母材に浸透した半田が電極から染み出してしまうことがあり、その場合には、隣接する電極間において半田が接触してショートするおそれがある。
【００２２】
そのため、本実施形態においては、半田の濡れ性や浸透性が良くなるように、半田への溶解速度の速い第１金属材料の膜を電極の中央部に配置すると共に、半田の回り込みや染み出しを抑制するために、その周囲に、半田への溶解速度の遅い第２金属材料の膜を配置している。
【００２３】
第１金属材料及び第２金属材料としては、半田の良好な濡れ性と、半田の回り込みの抑制とを両立させるために、溶解速度比が少なくとも１０：１である材料の組み合わせを選択することが望ましい。そのような組み合わせは、例えば、図４に基づいて選択することができる。
【００２４】
図４は、温度に対する６０Ｓｎ−４０Ｐｂ合金中への金属の溶解速度を示している。図４において、横軸は、温度ｔ（℃）又は温度の逆数に比例した値１０００／Ｔ（Ｋ-1）を表しており、縦軸は、溶解速度（μｍ／ｇ）を表している。例えば、錫（Ｓｎ）や金（Ａｕ）のように、図４の上方に示されている金属は、溶解速度の速い（半田が濡れ広がり易い）金属である。反対に、例えば、白金（Ｐｔ）やニッケル（Ｎｉ）のように、図４の下方に示されている金属は、溶解速度の遅い（半田が濡れ広がり難い）金属である。例えば、一般的な半田付けのための加熱温度である１８０℃〜２２０℃程度においては、第１の金属材料として金を用い、第２の金属材料として白金を用いることにより、上記の溶解速度比を満足させることができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る圧電体装置の製造方法について、図５〜図８を参照しながら説明する。
図５は、図１に示す配列振動子１を作製する工程を説明するための図である。
まず、図５の（ａ）に示すように、ＰＺＴ板材４０を、シリコン（Ｓｉ）等の基板４１上にワックスを用いて固定する。次に、図５の（ｂ）に示すように、切断されたＰＺＴピース４２が２次元マトリクス状の配置となるように、ダイサーを用いて、所定のピッチ（例えば、０．３ｍｍ）でＰＺＴ板材４０を切断する。次に、図５の（ｃ）に示すように、ＰＺＴ板材４０を切断することによって形成された溝やＰＺＴピース４２の周囲に、例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤等の固定材４３を充填して固定し、ワックスを溶解して基板を取り外す。これにより、複数の圧電体が２次元マトリクス状に配置された圧電体アレイが作製される。
【００２６】
次に、図５の（ｄ）に示すように、ＰＺＴピース４２の端面における複数の中心領域において、第１金属材料の膜となる金の薄膜４４を形成する。その際には、金の薄膜４４がＰＺＴピース４２のエッジにかからないようにする。薄膜を形成する方法としては、例えば、マスクを用いたスパッタリングや真空蒸着法等を用いることができる。次に、図５の（ｅ）に示すように、金の薄膜４４の周囲を囲むように、ＰＺＴピース４２の端面における複数の周辺領域において、ＰＺＴピース４２又は金の薄膜４４上に、第２金属材料の膜となる白金の薄膜４５を形成する。これにより、第１金属材料の膜と第２金属材料の膜とを含む電極１２が作製される。さらに、電極１２とは反対側の面に共通電極４６を形成する。このようにして、複数の振動子がマトリクス状に配置された配列振動子を作製することができる。
【００２７】
図６は、図１に示す配列振動子１を作製する別の工程を説明するための図である。
まず、図６の（ａ）に示すように、ＰＺＴ板材５０を、シリコン（Ｓｉ）等の基板５１上にワックスを用いて固定すると共に、ＰＺＴ板材５０の主面上に、第１金属材料の膜となる金の薄膜５２を所定の配列となるように形成する。その際には、例えば、マスクを用いたスパッタリングや真空蒸着法等を用いることができる。次に、図６の（ｂ）に示すように、金の薄膜５２の周囲を囲むように、ＰＺＴ板材５０又は金の薄膜５２上に、第２金属材料の膜となる白金の薄膜５３を形成する。
【００２８】
次に、図６の（ｃ）に示すように、切断されたＰＺＴピース５４が２次元マトリクス状に配置されるように、ダイサーを用いて所定のピッチで白金の薄膜５３及びＰＺＴ板材５０を切断する。さらに、図６の（ｄ）に示すように、白金の薄膜５３及びＰＺＴ板材５０を切断することによって形成された溝やＰＺＴピース５４の周囲に、例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤等の固定材５５を充填して固定する。さらに、ワックスを溶解して基板を取り外し、第１金属材料の膜と第２金属材料の膜とを含む電極１２とは反対側の面に共通電極５６を形成する。このような方法によっても、複数の振動子がマトリクス状に配置された配列振動子を作製することができる。
【００２９】
図６に示す作製方法によれば、金の薄膜５２を形成する際にアライメントズレが生じても、白金の薄膜５３及びＰＺＴ板材５０を切断する際に位置調整を行うことにより、金の薄膜５２が電極１２のエッジにかかるのを防ぐことができる。
なお、図５及び図６においては、第１金属材料の膜を先に形成したが、第１金属材料の膜が配置される領域を残して第２金属材料の膜を形成し、その後に第１金属材料の膜を形成するようにしても良い。
【００３０】
図７は、図１に示す配線基板を作製する工程を説明するための図である。
まず、図７の（ａ）に示すように、基板６０の主面上に、第１金属材料の膜となる金の薄膜６１を、所定の配列となるように形成する。次に、金の薄膜６１の周囲を囲むように、基板６０又は金の薄膜６１上に、第２金属材料の膜となる白金の薄膜６２を形成する。これにより、図７の（ｂ）に示すように、第１金属材料の膜及び第２金属材料の膜を含む電極２２が形成される。なお、配線基板を作製する別の工程として、金の薄膜６１の周囲に白金の薄膜６２を連続的に配置し、その後に、マトリクス配置となるように白金の薄膜６２をエッチングにより分割するようにしても良い。また、図７に示す順序とは逆に、金の薄膜６１が配置される領域を残して先に白金の薄膜６２を形成し、その後に金の薄膜６１を形成するようにしても良い。
【００３１】
図８は、配列振動子１と配線基板２とを接合する工程を説明するための図である。図８に示すように、配線基板２の電極２２上に半田３０を配置し、配列振動子１を位置合わせして重ね合わせる。さらに、基板２０を、例えば、１８０℃〜２２０℃程度に加熱する。これにより、半田３０が溶融して電極１２と電極２２とが接合される。
【００３２】
次に、本実施形態に係る圧電体装置の変形例について、図９を参照しながら説明する。
図１に示す配線基板２においては、電極２２の替わりに、図９に示す電極２５を用いても良い。図９に示すように、電極２５は、金属材料の膜２５ａと、金属材料の膜２５ａの周囲に配置された絶縁材料の膜２５ｂとを含んでいる。絶縁材料としては、例えば、レジスト材料を用いることができる。このように、配線基板においては、溶融した半田の電極周囲への回り込みや電極からの染み出しを抑制するために、絶縁材料を用いても良い。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る圧電体装置について、図１０を参照しながら説明する。本実施形態に係る圧電体装置は、図１に示す配列振動子１の電極１２の替わりに、図１０の（ａ）に示す電極３１を有しており、また、図１に示す配線基板２のマトリクス電極２２の替わりに、図１０の（ｂ）に示すマトリクス電極３２を有している。その他の構成については、図１に示す圧電体装置と同様である。
【００３４】
図１０の（ａ）に示すように、圧電体１０には、第１金属材料の膜３１ａと、第１金属材料よりも溶解速度が遅い第２金属材料の膜３１ｂとを含む電極３１が形成されている。第２金属材料の膜３１ａは、圧電体１０の端面全体に形成されており、第１金属材料の膜３１ａは、第２金属材料の膜３１ｂの表層における一部の領域に形成されている。同様に、図１０の（ｂ）に示すように、基板２０には、第１金属材料の膜３２ａと、第１金属材料よりも溶解速度が遅い第２金属材料の膜３２ｂとを含む電極３２が形成されている。
【００３５】
このように、第１金属材料の膜と第２金属材料の膜とを積層することにより、電極３１と電極３２とを半田付けする際に、第１金属材料の膜上において溶解した半田が濡れ広がっても、第２電極材料の膜において、電極の周囲への半田の回り込みや染み出しが抑制される。従って、隣接する電極間におけるショートを防止することが可能になる。
【００３６】
図１１は、本実施形態に係る圧電体装置に含まれる配列振動子を作製する工程を説明するための図である。
図５の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明したのと同様に、本実施形態においても、複数の圧電体が２次元マトリクス状に配置された圧電体アレイを作製する。次に、図１１の（ａ）に示すように、ＰＺＴピース４２の端面に、第１金属材料の膜となる白金の薄膜７１を形成する。その際には、例えば、マスクを用いたスパッタリングや真空蒸着法等を用いることができる。次に、図１１の（ｂ）に示すように、白金の薄膜７１の表層における中心領域に、第２金属材料の膜となる金の薄膜７２を形成する。これにより、第１金属材料の膜及び第２金属材料の膜を含む電極３１が作製される。本実施形態においては、第１金属材料が、第２金属材料と比較して、半田への溶解速度が遅い金属材料であるとする。即ち、第２金属材料は、第１金属材料と比較して、半田への溶解速度が速い金属材料である。さらに、共通配線７３を形成することにより、配列振動子が作製される。
【００３７】
図１２は、本実施形態に係る圧電体装置に含まれる配列振動子を作製する別の工程を説明するための図である。
まず、図１２の（ａ）に示すように、ＰＺＴ板材８０を、シリコン（Ｓｉ）等の基板８１上にワックスを用いて固定すると共に、ＰＺＴ板材８０の主面上に、第１金属材料の膜となる白金の薄膜８２を形成する。次に、図１２の（ｂ）に示すように、白金の薄膜８２上に、第２金属材料の膜となる金の薄膜８３を、所定の配列となるように形成する。
【００３８】
次に、図１２の（ｃ）に示すように、切断されたＰＺＴピース８４が２次元マトリクス配置となるように、ダイサーを用いて所定のピッチで白金の薄膜８２及びＰＺＴ板材８０を切断する。さらに、図１２の（ｄ）に示すように、切断することによって形成された溝やＰＺＴピース８４の周囲に、例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤等の固定材８５を充填して固定する。さらに、ワックスを溶解して基板を取り外し、白金の薄膜８２及び金の薄膜８３を含む電極３１の反対側の面に共通電極８６を形成する。
【００３９】
図１２に示す作製方法によれば、金の薄膜８３を形成する際に、アライメントズレが生じても、白金の薄膜８２及びＰＺＴ板材８０を分割する際に位置調整を行うことにより、金の薄膜８３が電極３１のエッジにかかるのを防止することができる。
なお、本実施形態に係る圧電体装置に含まれる配線基板に配置される電極３２（図１０）も、図１１又は図１２を参照しながら説明したのと同様の方法により形成することができる。
【００４０】
次に、本実施形態に係る圧電体装置の変形例について、図１３を参照しながら説明する。図１３に示すように、圧電体１０に形成された電極において、第１金属材料の膜３１ａの周囲には、絶縁材料の膜３１ｃが配置されている。絶縁材料としては、例えば、レジスト材料が用いられる。このように、絶縁材料の膜３１ｃを配置することにより、溶融した半田が電極周囲へ回り込んだり、染み出したりするのを、さらに効果的に抑制することが可能になる。なお、同様に、図１０の（ｂ）に示す電極３２における第１金属材料の膜３２ａの周囲にも、絶縁材料を配置しても良い。
【００４１】
ここで、圧電体１０に形成される電極は、圧電体１０を動作させる際に素子全体を伸縮させるために、端面全体が導電材料で覆われている必要がある。そのため、端面全体に形成された第２金属材料の膜３１ｂから成る第１の層と、第１金属材料の膜３１ａ及び絶縁材料の膜３１ｃを含む第２の層との２層構造で電極を構成することにより、溶融半田の染み出し等を抑制するための材料を、絶縁材料を含む広範囲の材料から選択することが可能となる。
【００４２】
以上説明した第１及び第２の実施形態においては、配列振動子側と配線基板側とにおいて、同じ形状の電極を用いているが、１つの圧電体装置において、形状の異なる電極を組み合わせて用いても良い。例えば、配列振動子側に図１０の（ａ）に示す２層の電極３１を配置し、配線基板側に図９に示す絶縁材料を含む電極２５を配置しても良い。また、少なくとも配列振動子側において、溶解速度が互いに異なる２種類の材料を含む電極が用いられていれば良く、配線基板においては一般的な電極を用いても良い。このように、電極が配置される領域の条件や、コスト等を考慮して適切な電極を選択することが望ましい。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る圧電体装置について、図１４を参照しながら説明する。先に説明した第１及び第２の実施形態においては、配列振動子と配線基板とを直接半田付けした。しかしながら、中間基板を介してそれらを組み立てても良い。
図１４に示す圧電体装置は、配列振動子１と、インターレイヤ基板１１０と、配線基板１２０とを含んでいる。
【００４４】
配列振動子１には、先にも述べたように、溶解速度が互いに異なる２種類の金属材料を含む電極１２が配置されている。
インターレイヤ基板１１０は、配列振動子１と配線基板１２０とを接合するために設けられる中間基板であり、例えば、シリコン（Ｓｉ）やポリイミド等によって形成されている。
【００４５】
インターレイヤ基板１１０には、テーパ形状の複数の貫通孔１１１が、配列振動子１に含まれる複数の電極１２の配列に合わせてマトリクス状に形成されている。この貫通孔には、インターレイヤ基板１１０を介して配列振動子１と配線基板１２０とを接合する半田１００が充填されている。即ち、半田１００により、振動子１０に形成されている電極１２と配線基板１２０に形成されているマトリクス電極１２１とが接続されている。
【００４６】
インターレイヤ基板１１０の一方の面には、絶縁層１１２が形成され、さらに、マトリクス状に形成されている複数の貫通孔の間を覆うように格子層１１３が形成されている。絶縁層１１２及び格子層１１３は、貫通孔に充填された半田が浸みだして隣接する貫通孔に充填された半田と接触しないように、半田をブロックする。
【００４７】
配線基板１２０には、マトリクス電極１２１と、配線層１２２と、パッド電極１２３と、絶縁層１２４と、格子層１２５とが形成されている。絶縁層１２４は、配線層１２２の上層に設けられており、配線層１２２を保護する。絶縁層１２４としては、例えば、ポリイミドを含む樹脂絶縁膜や、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、又は、Ａｌ2Ｏ3を含む誘電体絶縁膜等が用いられる。
【００４８】
格子層１２５は、複数のマトリクス電極１２１の隙間に形成されている。格子層１２５は、インターレイヤ基板１１０と配線基板１２０とを接合する際に、半田１００が浸みだして隣接するマトリクス電極同士がショートしないように、半田をブロックする。本実施形態においては、格子層１２５の材料として、ポリイミドを使用している。
【００４９】
インターレイヤ基板１１０を介して配列振動子１と配線基板１２０とを接合する際には、インターレイヤ基板１１０に形成された貫通孔１１１に半田ボールを配置し、配列振動子１の電極１２と、インターレイヤ基板１１０の貫通孔１１１と、配線基板１２０のマトリクス電極１２１とを位置合わせして重ね合わせる。さらに、そのような状態で、配列振動子１とインターレイヤ基板１１０と配線基板１２０とを、半田ボールの融点付近まで加熱する。これにより、インターレイヤ基板１１０の貫通孔１１１に配置された半田ボールが溶融し、電極１２とマトリクス電極１２１とが、半田１００によって接合される。
このように、インターレイヤ基板１１０を用いることにより、配列振動子１と配線基板１２０とを容易且つ確実に両者を半田接合することができる。
【００５０】
本実施形態においては、配列振動子１において、溶解速度の互いに異なる２種類の金属材料を含む電極１２が用いられている。しかしながら、電極１２の替わりに、図１０の（ａ）や図１３に示す電極を用いても良い。また、配線基板１２０においては、格子層１２５を設けることにより、隣接するマトリクス電極１２１間におけるショートを防止している。しかしながら、マトリクス電極１２１の替わりに、図３の（ｃ）、図９、図１０の（ｂ）、又は、図１３に示す電極を用いても良い。その場合には、格子層１２５を設ける必要がなくなるので、配線基板の製造工程を簡単にすることができる。
なお、インターレイヤ基板を用いた圧電体装置（超音波トランスデューサ）の構成及び製造方法の詳細については、特許文献１を参照されたい。
【００５１】
以上説明した本発明の第１〜第３の実施形態においては、溶解速度が互いに異なる２種類の金属材料を用いて電極を構成しているが、金属材料の種類は２つに限られない。即ち、溶解速度が互いに異なる３種類以上の金属材料や絶縁材料を組み合わせることにより、電極を構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、圧電ポンプや圧電アクチュエータを含むＭＥＭＳ関連の機器や、超音波診断装置において用いられる超音波トランスデューサにおいて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電体装置の構成を示す平面図である。
【図３】図１に示す圧電体装置に含まれる電極を拡大して示す図である。
【図４】６０Ｓｎ−４０Ｐｂ合金中への金属の溶解速度を表す図である。
【図５】図１に示す配列振動子を作製する工程を説明するための図である。
【図６】図１に示す配列振動子を作製する別の工程を説明するための図である。
【図７】図１に示す配線基板を作製する工程を説明するための図である。
【図８】図１に示す配列振動子と配線基板とを接合する工程を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る圧電体装置の変形例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る圧電体装置の一部を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る圧電体装置に含まれる配列振動子を作製する工程を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る圧電体装置に含まれる配列振動子を作製する別の工程を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る圧電体装置の変形例を説明するための図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る圧電体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  配列振動子
２、１２０  配線基板
３、３０  半田
１０  圧電体
１１、４３、５５、８５  固定材
１２、２５、３１  電極
１２ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ  第１金属材料の膜
１２ｂ、２２ｂ、３１ｂ、３２ｂ  第２金属材料の膜
１３、４６、５６、８６  共通電極
２０、４１、５１、６０、８１  基板
２１、１２２  配線層
２２、３２、１２１  マトリクス電極
２３、１２３  パッド電極
２５ａ  金属材料の膜
２５ｂ、３１ｃ  絶縁材料の膜
４０、５０、８０  ＰＺＴ板材
４２、５４、８４  ＰＺＴピース
４４、５２、６１、７２、８３  金の薄膜
４５、５３、６２、７１、８２  白金の薄膜
１１０  インターレイヤ基板
１１１  貫通孔
１１１、１２４  絶縁層
１１２、１２５  格子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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