JP2021048529A - バッキング部材、超音波探触子 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子からの超音波のノイズを低減できるバッキング部材を提供する。【解決手段】バッキング部材１は、樹脂層５０と、樹脂層５０に埋設され、樹脂層５０の一方の面（上面）５０ｕから一方の面５０ｕの反対面である他方の面５０（下面）ｗに貫通する複数の線状導体であるリード２０と、を有する。各々のリード２０は、超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有し、少なくとも１箇所の屈曲部又は湾曲部を有する。【選択図】図４
Description
本発明は、バッキング部材、超音波探触子に関する。
従来、超音波を使って被写体内を映像化することにより診断を行う超音波診断装置がある。超音波診断装置には、超音波の送受信を行う部分である超音波探触子が備えられている。診断時には、被写体に超音波探触子を当てて超音波を発生させ、反射した超音波を受信して画像データとして処理し、被写体内の様子を可視化する。
超音波探触子では、圧電素子によって超音波が送信され、圧電素子の下には後方への超音波の伝搬を吸収するためのバッキング部材が配置される。バッキング部材は、樹脂層及び樹脂層に埋設されたリードを備え、圧電素子からの超音波のノイズを低減するために、超音波に対する遮音効果の高い材料（タングステン等）をフィラーとして樹脂層の中に含有している（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、バッキング部材の樹脂層の中にリードを埋設する形態の場合では、バッキング部材の作製時にフィラーが均一に分散されない、またはフィラーが樹脂層の底部に沈殿してしまい、フィラーとリードで不要な導通が生じるおそれがある。そのため、添加できるフィラー量が限られ、圧電素子からの超音波のノイズを低減できない場合があった。
そこで、圧電素子からの超音波のノイズを低減するために、樹脂層の中にフィラーを含有する従来の対策に代えて、或いは樹脂層の中にフィラーを含有する従来の対策に加えて、新たな対策が望まれている。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、圧電素子からの超音波のノイズを低減できるバッキング部材を提供することを課題とする。
本バッキング部材は、樹脂層と、前記樹脂層に埋設され、前記樹脂層の一方の面から前記一方の面の反対面である他方の面に貫通する複数の線状導体と、を有し、各々の前記線状導体は、超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有し、各々の前記線状導体は、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部を有する。
開示の技術によれば、圧電素子からの超音波のノイズを低減できるバッキング部材を提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１実施形態〉
［超音波探触子］
まず、第１実施形態に係るバッキング部材１を有する超音波探触子について説明する。
［超音波探触子］
まず、第１実施形態に係るバッキング部材１を有する超音波探触子について説明する。
図１は、第１実施形態に係るバッキング部材を有する超音波探触子を例示する斜視図である。図２は、第１実施形態に係るバッキング部材を有する超音波探触子を例示する平面図である。図３は、第１実施形態に係るバッキング部材を有する超音波探触子を例示する断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。
図１〜図３に示すように、超音波探触子２は、バッキング部材１と、バッキング部材１の上に配置された圧電素子６０と、圧電素子６０の上に配置された音響整合層６２と有する。又、音響整合層６２の上に不図示の音響レンズが搭載される。バッキング部材１は、樹脂層５０と、樹脂層５０の中に埋設された複数のリード２０とを備えている。
なお、本実施形態において、平面視とは対象物を樹脂層５０の上面５０ｕの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を樹脂層５０の上面５０ｕの法線方向から視た形状を指すものとする。
又、本実施形態において、平面視において、行列状に配列された複数のリード２０の第１の配列方向（行方向）をＸ方向、第２の配列方向（列方向）をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向としている。つまり、Ｚ方向は、各々のリード２０の長手方向であり、樹脂層５０の厚さ方向である。図１〜図３の例では、平面視において、複数のリード２０が１２行１２列で配列されている。
圧電素子６０は多数に分割されて２次元的に配置されている。圧電素子６０は超音波振動子であり、圧電素子６０によって超音波の送受信が行われる。
圧電素子６０の上に配置された音響整合層６２は、圧電素子６０から効率よく被写体内に超音波を入射させるために形成される。音響整合層６２は、分割された各圧電素子６０に対応するように多数に分割されて２次元的に配置されている。
更に、超音波探触子２の下に配線基板７０が配置されている。配線基板７０に圧電素子６０の駆動回路等の電子部品が搭載されていてもよいし、或いは、配線基板７０は単なる中継基板であってもよい。
又、圧電素子６０の下に配置されたバッキング部材１は、圧電素子６０から後方（音響整合層６２と反対方向）へ伝搬する超音波を遮音し、余分な振動を抑制して超音波のパルス幅を短くして画像の距離分解能を向上させる機能がある。これにより、ノイズの少ない超音波探触子２を実現できる。
バッキング部材１において、樹脂層５０内に配列された各々のリード２０は、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部（Ｚ方向に対して非平行な部分）を有する。各々のリード２０の上側の先端面が圧電素子６０の下面に電気的に接続されている。又、各々のリード２０の下側の先端面が配線基板７０の接続電極７２に電気的に接続されている。
配線基板７０からバッキング部材１の各々のリード２０を介して各々の圧電素子６０に電圧が供給され、各々の圧電素子６０から被写体に超音波が送信される。
［バッキング部材］
次に、第１実施形態に係るバッキング部材について説明する。
次に、第１実施形態に係るバッキング部材について説明する。
図４は、第１実施形態に係るバッキング部材を例示する断面斜視図である。図４に示すように、バッキング部材１は、樹脂層５０と、樹脂層５０の中に埋設された複数のリード２０とを備えている。図４の例では、樹脂層５０は直方体で形成されているが、円柱などの各種の立体形状で形成してもよい。
樹脂層５０内にはフィラー５２が含有されている。例えば、樹脂層５０はエポキシ樹脂等から形成され、フィラー５２はタングステン、アルミナ、中空ガラス球、ウレタンやシリコーンなどの樹脂材等から形成される。
各リード２０は、線状導体であり、樹脂層５０の上面５０ｕ（一方の面）から下面５０ｗ（他方の面）に貫通して配置されている。ここで、線状導体とは、幅に対して長さが十分に長い細長形状の導体を意味する。
各々のリード２０の上側の先端面が樹脂層５０の上面５０ｕから露出している。各々のリード２０の上側の先端面は、例えば、樹脂層５０の上面５０ｕと面一である。同様に、各々のリード２０の下側の先端面が樹脂層５０の下面５０ｗから露出している。各々のリード２０の下側の先端面は、例えば、樹脂層５０の下面５０ｗと面一である。
バッキング部材１では、樹脂層５０にフィラー５２を含有させることにより、超音波の散乱吸収を図ることができる。
各々のリード２０のＸ方向の間隔及びＹ方向の間隔は、フィラー５２の平均粒径よりも広く設定することが好ましい。これにより、バッキング部材１の樹脂層５０の概ね全体にわたってフィラー５２を分散できるため、十分な超音波の散乱吸収の機能を得ることができる。
なお、図４の例では、バッキング部材１の樹脂層５０の上面５０ｕと下面５０ｗとは略平行な水平面となっている。但し、これには限定されず、例えば、コンベックス型の超音波探触子を製造する場合は、圧電素子６０が配置される樹脂層５０の上面５０ｕを凸状曲面にしてもよい。
この場合は、各リード２０の上側の先端面と樹脂層５０の上面５０ｕとが同じ凸状曲面になるように研削加工される。
各々のリード２０は、超音波（例えば、５ＭＨｚ）を遮音する性質を有する金属材料を含有している。ここで、超音波を遮音する性質とは、超音波を吸収、反射、及び／又は散乱する性質である。超音波を遮音する性質を有する金属材料は、例えば、比重が１０以上の金属材料であり、具体的には、タングステン、金、白金、パラジウム、ルテニウムが挙げられる。超音波を遮音する性質を有する金属材料は、これらのうちの何れか２つ以上を含んでもよい。
各々のリード２０は、超音波を遮音する性質を有する金属材料自体から形成されてもよい。各々のリード２０は、例えば、タングステンを含む材料により形成できる。タングステンを含む材料としては、例えば、タングステンそのもの、銅タングステン、炭化タングステン、タングステンカリウム、アルミニウム−カリウム−シリケート−タングステン、タングステンランタン、タングステンセリア、タングステンレニウム等が挙げられる。
各々のリード２０は、表面が超音波を遮音する性質を有する金属材料を含むめっき膜により被覆されていてもよい。超音波を遮音する性質を有する金属材料を含むめっき膜としては、例えば、ニッケルタングステンめっき膜、ニッケルボロンタングステンめっき膜、鉄−タングステンめっき膜、鉄−ニッケル−タングステンめっき膜等が挙げられる。この場合、各々のリード２０のめっき膜以外の部分は、超音波を遮音する性質を有する金属材料を含まなくてもよい。各々のリード２０の表面以外の部分の材料としては、例えば、銅、銅合金等が挙げられる。
各々のリード２０は、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部（Ｚ方向に対して非平行な部分）を有する。ここで、屈曲部とは曲率半径を持たずに１点で折れ曲がる部分を指し、湾曲部とは所定の曲率半径を持って徐々に折れ曲がる部分を指す。但し、両者を明確に区別しなくてもよい。
各々のリード２０が超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有し、かつ、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部を有することで、リード２０自体で超音波のノイズを遮音できる。
樹脂層５０に含有されたフィラー５２による遮音効果に、リード２０自体の遮音効果が加わるため、バッキング部材１の遮音効果を一層向上できる。但し、バッキング部材１に対する要求仕様が、リード２０自体の遮音効果で十分な場合には、樹脂層５０はフィラー５２を含有しなくてもよい。
バッキング部材１が超音波探触子２に用いられたときに、各々のリード２０が圧電素子６０から後方（音響整合層６２と反対方向）へ伝搬する超音波を吸収、反射、及び／又は散乱できる。その結果、超音波探触子２において、超音波の余分な振動を抑制して超音波のパルス幅を短くし、画像の距離分解能を向上させることができる。
各々のリード２０は、複数の屈曲部又は湾曲部を有することが好ましい。これにより、各々のリード２０が超音波のノイズを遮音する性能を向上できる。各々のリード２０は、同一形状であることが好ましい。これにより、リード２０のピッチが狭くなってもショートし難くなる。
各々のリード２０は、例えば、屈曲部を複数箇所（図４の例では９カ所）有するジグザグ状に形成できる。但し、これには限定されず、リード２０は図５に示す形態を含む様々な形態であってよい。
図５は、屈曲部又は湾曲部を有するリードの他の例を示す部分断面図である。図５（ａ）の例のように、各々のリード２０は、湾曲部を複数箇所（図５（ａ）の例では９カ所）有する波状に形成されてもよい。
又、リード２０をジグザグ状に形成する場合、図４の例のように、Ｚ方向に対して所定方向に傾斜する部分と所定方向とは反対方向に傾斜する部分とが連結して屈曲部を形成してもよいが、これには限定されない。例えば、図５（ｂ）の例のように、Ｚ方向に対して垂直な部分と平行な部分とが連結して屈曲部を形成してもよい。
又、図５（ｃ）の例のように、各々のリード２０は屈曲部を少なくとも１箇所有していればよい。或いは、図５（ｄ）の例のように、各々のリード２０は湾曲部を少なくとも１箇所有していればよい。又、屈曲部や湾曲部や直線部は、必要に応じて混在してもよい。
図６は、隣接するリードの好ましい位置関係について説明する図である。図６では、便宜上、左側のリードをリード２０１、右側のリードをリード２０２としている。又、図６において、直線Ｓは、リード２０２のリード２０１側の頂点を結んだ線である。
図６において、リード２０１の各頂点の近傍は、リード２０１が有する屈曲部の凸領域である。一方、リード２０２の斜辺と直線Ｓで囲まれた各々の三角形の領域は、リード２０２が有する屈曲部の凹領域である。
図６（ａ）では、リード２０１が有する屈曲部の凸領域が、リード２０２が有する屈曲部の凹領域に入り込んでいる。これに対して、図６（ｂ）では、リード２０１が有する屈曲部の凸領域が、リード２０２が有する屈曲部の凹領域に入り込んでいない。
隣接するリードが図６（ｂ）に示す位置関係にある場合、圧電素子６０から後方へ伝搬する超音波が矢印Ｔの近傍を通り抜けてしまう。すなわち、矢印Ｔの近傍では、圧電素子６０から後方へ伝搬する超音波が何れのリード２０にも達しないため、リード２０による遮音効果が発現できない。
従って、このような問題を回避できるように、隣接するリードが図６（ａ）に示す位置関係にあることが好ましい。すなわち、隣接するリード２０の一方が有する屈曲部又は湾曲部の凸領域が、隣接するリード２０の他方が有する屈曲部又は湾曲部の凹領域に入り込んでいることが好ましい。
［バッキング部材の製造方法］
図７〜図１６は、第１実施形態に係るバッキング部材の製造工程を例示する図である。
図７〜図１６は、第１実施形態に係るバッキング部材の製造工程を例示する図である。
まず、図７に示すように、金属板１０を用意する。なお、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
金属板１０は、例えば、リードフレームに使用される銅合金板を用いることができる。金属板１０の厚さは、例えば、１５０μｍ程度である。図７では、２本のリードが配置される領域の金属板１０が部分的に描かれている。
次に、金属板１０に複数のリードを形成するために、金属板１０の上面に第１レジスト層１２ａを形成し、金属板１０の下面に第２レジスト層１２ｂを形成する。第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂは、フォトリソグラフィ技術に基づいて露光及び現像を行うことによりパターン化されて形成される。各々のリードは金属板１０から得られる外枠に繋がった状態で形成される。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、金属板１０の上面に形成される第１レジスト層１２ａは、外枠のみに対応するパターンで形成される。つまり、金属板１０の上面では、各リードが配置される領域には、第１レジスト層１２ａが形成されず、一括して開口された状態となる。
一方、図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、金属板１０の下面に形成される第２レジスト層１２ｂは、外枠及びそれに繋がるリードの全体に対応するパターンで形成される。
なお、図７の例とは逆に、金属板１０の下面に第１レジスト層１２ａを形成し、金属板１０の上面に第２レジスト層１２ｂを形成してもよい。すなわち、金属板１０の一方の面に第１レジスト層１２ａを形成し、金属板１０の他方の面に第２レジスト層１２ｂを形成すればよい。
次に、図８に示すように、金属板１０の上面及び下面から第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂをマスクにして、金属板１０をウェットエッチングし、その後、第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂを除去する。なお、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
ウェットエッチングとしては、例えば、スプレーエッチングが採用される。又、エッチング液としては、例えば、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液、又は過硫酸アンモニウム水溶液などが使用される。
スプレーエッチングの場合、金属板１０の上面及び下面にエッチング液がスプレーされ、金属板１０の上面及び下面から厚み方向に同時にハーフエッチングされて、金属板１０が貫通加工される。
このようにして、外枠１４に連結する複数のリード２０が形成される。スプレーエッチングでのスプレー圧力などを調整することにより、金属板１０の上面側及び下面側でエッチングレートを調整できる。図８の例では、リード２０の厚みを外枠１４の厚みの半分より薄くするため、金属板１０の上面側でのエッチングレートを高く設定している。
なお、ウェットエッチングに代えて、レーザ加工法やプレス加工法等を用いてもよい。
リード２０の幅Ｗ１は、例えば、４０〜８０μｍ程度である。又、リード２０の厚みＴ１は、例えば、４０〜８０μｍ程度である。リード２０のピッチは、例えば、１００〜３００μｍ程度である。なお、リード２０の断面形状は、例えば、台形に類似する四角状に形成される。
図９には、前述した方法で多数のリード２０を形成した一枚のリードフレーム５の全体の様子が示されている。図９に示すリードフレーム５の例では、４つの製品領域Ｒにリード２０が縦方向に並んで配置されている。各製品領域Ｒにおいて、リード２０が外枠１４に連結されて支持されている。又、リードフレーム５の四隅には、ガイドピンを挿入して位置決めするためのガイド穴５ｘが形成されている。
リードフレーム５が銅合金等からなり、タングステン等の超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有していない場合には、図９の状態で、リードフレーム５の表面に超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有するめっき膜を形成する。
例えば、電解めっき法により、リードフレーム５の表面に、タングステン等の超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有するめっき膜（具体的には、例えば、ニッケルタングステンめっき膜）を形成する。電解めっき法に代えて、無電解めっき法を用いてもよい。めっき膜の厚さは、例えば、０．１μｍ〜２μｍ程度とすることができる。めっき膜の厚さが０．１μｍ以上であればピンホールができにくく、めっき膜の厚さが２μｍ以下であれば電解めっき法により容易に形成できる。
なお、リードフレーム５が超音波を遮音する性質を有する金属材料自体（例えば、タングステン）から形成されている場合には、リードフレーム５の表面にめっき膜を形成しなくてもよい。
次に、図９に示すリードフレーム５を使用して、バッキング部材１を構築する方法について説明する。図１０に示すように、まず、図９に示すリードフレーム５を複数枚で用意する。図１０では、３枚のリードフレーム５が描かれている。
又、下側支持板３０及び上側支持板３２を用意する。上側支持板３２には樹脂を注入するための開口部３２ａが形成されている。上側支持板３２の開口部３２ａはリードフレーム５の製品領域Ｒに対応して配置されている。
又、上側支持板３２の四隅には、リードフレーム５のガイド穴５ｘに対応するガイド穴３２ｘが形成されている。
下側支持板３０は、注入された樹脂をせき止めるため開口部は形成されておらず、一枚の板状になっている。又、下側支持板３０は、注入された樹脂が容易に剥離できるように表面にフッ素樹脂加工が施されている。或いは、フッ素樹脂加工に代えて、下側支持板３０の上にフッ素樹脂シート又はポリエチレンシート等を配置してもよい。
下側支持板３０の四隅には、リードフレーム５のガイド穴５ｘに対応するガイド穴３０ｘが形成されている。
更に、複数枚のスペーサ４０を用意する。スペーサ４０には樹脂を注入するための開口部４０ａがそれぞれ形成されている。スペーサ４０の各開口部４０ａは前述したリードフレーム５の製品領域Ｒに対応して配置されている。
スペーサ４０は、積層されたリードフレーム５のリード２０の積層方向の配置ピッチを決めるために配置される。スペーサ４０は弾性体から形成され、好適には、樹脂スポンジ又は弾性ゴムなどの弾性樹脂が使用される。スペーサ４０を圧縮させて所望の厚みに設定することにより、リード２０の積層方向の配置ピッチを調整できる。
スペーサ４０の四隅には、前述したリードフレーム５のガイド穴５ｘに対応するガイド穴４０ｘが形成されている。
そして、下側支持板３０と上側支持板３２との間にスペーサ４０を介してリードフレーム５を積層する。
図１０の例を詳しく説明すると、下側支持板３０と下側のリードフレーム５との間にスペーサ４０が配置される。又、下側のリードフレーム５と中間のリードフレーム５との間にスペーサ４０が配置される。
又、中間のリードフレーム５と上側のリードフレーム５との間にスペーサ４０が配置される。更に、上側のリードフレーム５と上側支持板３２との間にスペーサ４０が配置される。
そして、上側支持板３２のガイド穴３２ｘからスペーサ４０の各ガイド穴４０ｘ及びリードフレーム５の各ガイド穴５ｘを通して下側支持板３０のガイド穴３０ｘまでガイドピン（不図示）を挿通させる。
これにより、上側支持板３２の開口部３２ａ及びスペーサ４０の各開口部４０ａと、リードフレーム５の製品領域Ｒとの位置合わせが行われる。
このようにして、下側支持板３０と上側支持板３２との間に、複数のリードフレーム５がスペーサ４０を介して積層された積層体６が配置される。
実際には、２０枚〜４０枚程度のリードフレーム５がスペーサ４０を介して積層される。
更に、図１１に示すように、下側支持板３０と上側支持板３２とで挟まれた積層体６を圧縮して、弾性体からなるスペーサ４０を所望の厚みにした状態で固定する。
例えば、図１１に示す構造体がステージ（不図示）の上に配置され、加圧部材（不図示）によって上側支持板３２を下側に加圧する。或いは、図１１に示す構造体を加圧部材で挟んで上下側から加圧してもよい。
これにより、積層されたリードフレーム５のリード２０の積層方向の間隔は圧縮されたスペーサ４０の厚みで決定される。
下側支持板３０と上側支持板３２とで挟まれた積層体６を所望の厚みにする方法としては、高さ調整ストッパを使用する方法がある。
例えば、図１２に示すように、下側支持板３０と上側支持板３２とで挟まれる積層体６に貫通穴７を形成しておく。又、リードフレーム５を積層する際に、貫通穴７の内に高さ調整ストッパ３４を配置する。
そして、図１３に示すように、上側支持板３２を下側に加圧して、上側支持板３２を高さ調整ストッパ３４の上端に当接させる。高さ調整ストッパ３４の高さを調整することにより、下側支持板３０と上側支持板３２とで挟まれた積層体６の厚みを所望の厚みに調整できる。
これにより、積層体６のスペーサ４０の厚みが調整されるため、積層されたリードフレーム５のリード２０の積層方向の配置ピッチを調整できる。
このようにして、リード２０の水平方向及び垂直方向の配置ピッチを共に３００μｍ程度以下に精度よく設定可能になる。
このように、複数のリード２０が形成されたリードフレーム５をスペーサ４０を介して積層することにより、水平方向及び垂直方向にリード２０を小さい配置ピッチで精度よく配置できる。又、リードフレーム５には複数の製品領域Ｒを形成できるため、複数のバッキング部材を同時に製造でき、低コスト化を図ることができる。
次いで、図１４に示すように、上側支持板３２の開口部３２ａからリードフレーム５のリード２０が積層された製品領域Ｒの中空部分にフィラー５２を含有する樹脂５０ａを注入する。樹脂５０ａとしては、エポキシ樹脂が好適に使用される。
樹脂５０ａの注入は真空中で行われ、樹脂５０ａを注入する際に発生する泡が真空脱泡される。その後に、１５０℃の温度で、２時間、加熱処理を行って樹脂５０ａを硬化させて樹脂層５０を得る。これにより、複数の製品領域Ｒに水平方向及び垂直方向に並んで配置された多数のリード２０が樹脂層５０に中に埋設された状態になる。
このとき、下側支持板３０と上側支持板３２との間に挟まれた積層体６への加圧力を開放しても、積層されたリード２０が樹脂層５０で固定された状態となり、圧縮された時点の積層体６の厚みが維持される。
ここで、樹脂層５０に含有されたフィラー５２について言及する。フィラー５２を含有する樹脂層５０が超音波の散乱吸収の機能を発揮するためには、フィラー５２として、樹脂層５０の音響インピーダンスと大きく異なる音響インピーダンスを有する材料が使用される。
このため、フィラー５２として、タングステン又はアルミナなどの音響インピーダンスが大きな材料、或いは、中空ガラス球またはウレタンやシリコーンなどの樹脂材のような音響インピーダンスが小さな材料が使用される。
又、エポキシ樹脂などの母材の音速は、２０００ｍ／秒程度である。又、超音波の周波数は２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚであり、人体の奥部を診断する用途には吸収の少ない低い周波数が使用される。
超音波の周波数が５ＭＨｚの場合は、波長は４００μｍ程度になる。フィラーの粒径が波長に近づくと反射が大きくなり、診断の際にノイズとなる。逆に、フィラーの粒径が小さすぎる場合は超音波の散乱が十分になされない。このため、フィラーの粒径は超音波の波長の１／５〜１／１０程度の大きさに設定されることが望ましい。
従って、超音波の周波数が５ＭＨｚの場合は、フィラーの平均粒径は４０μｍ〜８０μｍに設定されることが好ましい。
例えば、リード２０の水平方向と垂直方向の配置ピッチが２００μｍで、リード２０の幅及び厚みを６０μｍにする場合は、リード２０の間隔は１４０μｍとなる。このように、隣接するリード２０の間隔がフィラー５２の平均粒径よりも広く設定される。
これにより、リード２０の水平方向及び垂直方向の隙間にフィラー５２を均一よく注入できるようになる。このため、超音波を十分に吸収できる高性能なバッキング部材を構築できる。
以上のように、図１４の工程で、積層されたリードフレーム５の製品領域Ｒにフィラー５２を含有する樹脂５０ａを注入する際に、リード２０の水平方向及び垂直方向の隙間にフィラー５２が均一に分散される。
なお、超音波の周波数が比較的高い場合は、上記したフィラーの粒径よりも小さい平均粒径のフィラーを使用できるため、上記した例よりもリードの間隔を狭くできる。
しかし、フィラーを製造する際に粒径が大きくばらつくため、平均粒径の２倍程度のものがかなりの分量で含まれていることを考慮する必要がある。
近年では、圧電素子の小型化及び配置の高密度化が進み、これに伴って、リードの配置ピッチも狭くなる傾向がある。
しかし、上記したように、超音波の反射によるノイズを防止するために樹脂層に含有されるフィラーの粒径は超音波の波長に依存するため、リードの配線ピッチが狭くなっても、フィラーの粒径を小さくできない。
このような観点から、リード２０の断面積を小さくすることで、リード２０の間隔を大きく確保できる。これにより、圧電素子の配置ピッチの狭小化に対応できるようになる。
更に、リード２０の配置ピッチを狭くしても、リード２０の幅及び厚みを小さくしているため、リード２０同士が接触しづらくなると共に、リード２０間の浮遊容量が小さくなり、クロストークが少なくなる。
次いで、図１５に示すように、下側支持板３０及び上側支持板３２を積層体６から取り外す。このとき、下側支持板３０の上面はフッ素樹脂加工が施されているため、下側支持板３０を樹脂層５０から容易に剥離できる。
更に、図１５の破線で示されているように、複数のリード２０が積層された製品領域Ｒが得られるように、最上のスペーサ４０から最下のスペーサ４０まで積層体６を厚み方向に切断する。
これにより、図１６に示すように、積層体６から各リードフレーム５の外枠１４に対応する領域が除去され、積層体６の複数の製品領域Ｒが個々の積層部材１ａに分割される。積層部材１ａでは、リード２０の両側の各先端面が樹脂層５０の両側面から露出した状態となる。
図１６に示すように、図１４の積層体６を切断した直後の積層部材１ａでは、各リード２０の延在方向が水平方向を向いて配置されている。
その後に、図１６の部分拡大断面図に示すように、樹脂層５０から露出するリード２０の両端側の先端面に、無電解めっき法等よりコンタクト層２１を形成する。これにより、図４に示すバッキング部材１が完成する。
コンタクト層２１としては、例えば、リード２０の先端面側から順に、ニッケル（Ｎｉ）層２１ａ／パラジウム（Ｐｄ）層２１ｂ／金（Ａｕ）層２１ｃが形成される。例えば、ニッケル層２１ａの厚みは３μｍ〜６μｍであり、パラジウム層２１ｂの厚みは０．１μｍであり、金層２１ｃの厚みは０．０５μｍである。
〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、リードの端部を拡幅する例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。
第１実施形態の変形例では、リードの端部を拡幅する例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。
図１７は、第１実施形態の変形例に係るバッキング部材を例示する断面斜視図である。図１７に示すように、バッキング部材３は、リード２０がリード２０Ａに置換された点が、バッキング部材１（図４等参照）と相違する。
リード２０Ａは、長手方向の中央部に配置された配線部２４と、配線部２４の両端に繋がる端子部２２とを備えている。
リード２０Ａの配線部２４は、リード２０と同様に、超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有し、かつ、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部を有する。これにより、リード２０Ａの配線部２４は、リード２０と同様に、超音波のノイズを遮音できる。
図１８（ａ）は図１７のリード２０ＡをＹ方向（正面方向）から視た部分拡大断面図、図１８（ｂ）は図１７のリード２０ＡをＸ方向（横方向）から視た部分拡大断面図である。
図１８（ａ）に示すように、リード２０Ａの配線部２４の幅Ｗ１は端子部２２の幅Ｗ２より小さく設定されている。又、図１８（ｂ）に示すように、リード２０Ａの配線部２４の厚みＴ１は端子部２２の厚みＴ２より小さく設定されている。
このようにして、リード２０Ａの配線部２４の断面積が端子部２２の断面積よりも小さく設定されている。
リード２０Ａの配線部２４の断面形状は、例えば、四角状である（後述の図２０（ｃ）参照）。又、端子部２２の断面形状は、例えば、両側面の中央部に突起が配置された六角状である（後述の図２０（ｂ）参照）。
リード２０Ａの上側の端子部２２の側面の全体が樹脂層５０に埋め込まれている。リード２０Ａの上側の端子部２２の先端面が樹脂層５０の上面５０ｕから露出している。そして、リード２０Ａの上側の端子部２２の先端面と樹脂層５０の上面５０ｕとが面一になっている。
同様に、リード２０Ａの下側の端子部２２の側面の全体が樹脂層５０に埋め込まれている。リード２０Ａの下側の端子部２２の先端面が樹脂層５０の下面５０ｗから露出している。そして、リード２０Ａの下側の端子部２２の先端面と樹脂層５０の下面５０ｗとが面一になっている。
又、リード２０Ａの配線部２４は、端子部２２の断面内の厚み方向の下部に繋がっている（後述の図２０（ｃ）参照）。更に、図１８（ｂ）に示すように、配線部２４の厚み方向の下面Ｓ１と端子部２２の厚み方向の下面Ｓ２とが面一になっている。
このような連結構造で、配線部２４の幅及び厚みが端子部２２の幅及び厚みよりも小さくなっている。
又、リード２０Ａの端子部２２の断面積は十分な大きさを有するため、圧電素子及び配線基板と信頼性よく電気的に接続できる。
又、バッキング部材３では、図１８（ｂ）に示したように、複数のリード２０Ａが各々の配線部２４及び端子部２２の厚み方向の下面Ｓ１及びＳ２が同一方向を向いて積層されている。
このようなリード２０Ａの積層構造とすることにより、複数のリード２０Ａの間の領域に最も均一にフィラー５２を分散させることができる。
但し、上記したリード２０Ａの積層構造以外の構造を採用してもよい。例えば、図１７のリード２０ＡのＹ方向で、複数のリード２０Ａが、各々の配線部２４及び端子部２２の厚み方向の下面Ｓ１及びＳ２（図１８（ｂ））が対向するように積層されてもよい。
この態様では、前述した図１０の工程でリードフレーム５を積層する際に、リードフレーム５間でリード２０Ａの配線部２４及び端子部２２の厚み方向の下面Ｓ１及びＳ２が対向するように積層すればよい。
このように、リード２０Ａを採用することにより、リード２０Ａの積層構造によらず、隣接するリード２０Ａの間にフィラー５２を配置できるため、従来技術と比較して超音波の散乱吸収の性能を向上させることができる。
又、図１７の例では、各リード２０ＡのＸ方向の配列は、ストレート形状で平行に配置されているが、Ｘ方向で各リード２０Ａを扇状に形成して配置ピッチを変換するようにしてもよい。前述した図９のリードフレーム５を形成する際に、各リード２０Ａを扇状に形成すればよく、扇状以外にも各種のリードパターンを容易に形成できる。
同様に、図１７の例では、各リード２０ＡのＹ方向の配列は、ストレート形状で平行に配置されているが、Ｙ方向で配置ピッチを変換するようにしてもよい。
この場合は、前述した図１１の積層体６を加圧する際に、下側支持板３０及び上側支持板３２の側面形状が一端側と他端側で厚みが異なるテーパー状にすることにより、Ｙ方向の一端側と他端側でリード２０Ａの配置ピッチを変えることができる。
又、図１７の例では、リード２０Ａの配線部２４の幅及び厚みが両側の端子部２２の両者の幅及び厚みよりも小さくなるように設定している。この他に、バッキング部材の各種の接続の態様に合わせて、リード２０Ａの配線部２４の幅及び厚みが両側の端子部２２のうちの少なくとも一方の幅及び厚みよりも小さく設定されていればよい。
例えば、リード２０Ａの配線部２４の幅及び厚みを上側の端子部２２の幅及び厚みより小さく設定し、下側の端子部２２の幅及び厚みは配線部２４と同じに設定してもよい。
リード２０Ａを作製するには、前述の図７の工程において、第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂの配置を図１９のように変更すれば良い。なお、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
すなわち、図１９（ａ）の平面図及び図１９（ｂ）の断面図に示すように、金属板１０の上面に形成される第１レジスト層１２ａは、外枠及びそれに繋がるリードの両端側の端子部のみに対応するパターンで形成される。金属板１０の上面では、各リードの配線部が配置される領域には、第１レジスト層１２ａが形成されず、一括して開口された状態となる。
一方、図１９（ａ）の平面図及び図１９（ｃ）の断面図に示すように、金属板１０の下面に形成される第２レジスト層１２ｂは、外枠及びそれに繋がるリードの全体に対応するパターンで形成される。
なお、図１９の例とは逆に、金属板１０の下面に第１レジスト層１２ａを形成し、金属板１０の上面に第２レジスト層１２ｂを形成してもよい。つまり、金属板１０の一方の面に第１レジスト層１２ａを形成し、金属板１０の他方の面に第２レジスト層１２ｂを形成すればよい。
次に、図２０に示すように、金属板１０の上面及び下面から第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂをマスクにして、金属板１０をウェットエッチングし、その後、第１レジスト層１２ａ及び第２レジスト層１２ｂを除去する。ウェットエッチングの方法やエッチング液は、第１実施形態と同様とすることができる。なお、図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＨ−Ｈ線に沿う断面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
エッチング時に、スプレーエッチングでのスプレー圧力などを調整することにより、金属板１０の上面側及び下面側でエッチングレートを調整できる。図２０の例では、リード２０Ａの配線部２４の厚みを端子部２２の厚みの半分より薄くするため、金属板１０の上面側でのエッチングレートを高く設定している。
以上の方法により、外枠１４に複数のリード２０Ａが繋がったリードフレーム５が得られる。リード２０Ａは、中央部に配置された配線部２４と、配線部２４の両端に繋がる端子部２２とを備えて形成される。リード２０Ａの両側の端子部２２は外枠１４に繋がって形成される。
リード２０Ａの配線部２４の幅Ｗ１は端子部２２の幅Ｗ２よりも小さく設定されている。又、リード２０Ａの配線部２４の厚みＴ１は端子部２２の厚みＴ２よりも小さく設定されている。
このようにして、リード２０Ａの配線部２４の断面積は端子部２２の断面積よりも小さく設定される。
図２０（ｂ）の断面図に示すように、リード２０Ａの端子部２２の断面形状は、例えば、両側面の中央に突起が配置された六角状に形成される。又、図２０（ｃ）の断面図に示すように、リード２０Ａの配線部２４の断面形状は、例えば、台形に類似する四角状で形成さる。
第１実施形態と同様に、金属板１０の両面側から１回のウェットエッチングで金属板１０を貫通加工してリード２０Ａを形成する手法を採用している。
このため、図２０（ｃ）に示すように、配線部２４は端子部２２の断面内の厚み方向の下部に繋がり、配線部２４の厚み方向の下面と端子部２２の厚み方向の下面とが面一になる。このように、配線部２４は端子部２２の断面内の中心から一端側（下側）にずれた位置に配置される。
例えば、配線部２４の幅Ｗ１は、例えば、４０〜８０μｍ程度である。又、配線部２４の厚みＴ１、例えば、４０〜８０μｍ程度である。又、端子部２２の幅Ｗ２は、例えば、１５０μｍ〜２００μｍ程度である。又、端子部２２の厚みＴ２は、例えば、１５０μｍ〜２００μｍ程度である。配線部２４のピッチは、例えば、１００〜３００μｍ程度である。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上記の実施形態では、一方向（例えば、図４のＹ方向）から視たときにリードが屈曲部又は湾曲部を有する例を示した。しかし、これには限定されず、一方向（例えば、図４のＹ方向）から視たときにリードが屈曲部又は湾曲部を有すると共に、一方向に直交する他方向（例えば、図４のＸ方向）から視たときにリードが屈曲部又は湾曲部を有するように３次元的に形成してもよい。例えば、図９の状態で、紙面垂直方向からリードフレーム５を部分的にプレスすることで、３次元的に屈曲部又は湾曲部を有するリードを実現できる。これにより、超音波のノイズを一層遮音できる。
又、リードを螺旋状に形成することで、３次元的に屈曲部又は湾曲部を有するリードを実現できる。例えば、３Ｄプリンターを用いることで、リードを螺旋状に形成できる。
１、３ バッキング部材
１ａ 積層部材
２ 超音波探触子
５ リードフレーム
５ｘ、３０ｘ、３２ｘ、４０ｘ ガイド穴
６ 積層体
７ 貫通穴
１０ 金属板
１２ａ 第１レジスト層
１２ｂ 第２レジスト層
１４ 外枠
２０、２０Ａ リード
２２ 端子部
２４ 配線部
３０ 下側支持板
３２ 上側支持板
３２ａ、４０ａ 開口部
３４ 高さ調整ストッパ
４０ スペーサ
５０ 樹脂層
５２ フィラー
６０ 圧電素子
６２ 音響整合層
７０ 配線基板
７２ 接続電極
１ａ 積層部材
２ 超音波探触子
５ リードフレーム
５ｘ、３０ｘ、３２ｘ、４０ｘ ガイド穴
６ 積層体
７ 貫通穴
１０ 金属板
１２ａ 第１レジスト層
１２ｂ 第２レジスト層
１４ 外枠
２０、２０Ａ リード
２２ 端子部
２４ 配線部
３０ 下側支持板
３２ 上側支持板
３２ａ、４０ａ 開口部
３４ 高さ調整ストッパ
４０ スペーサ
５０ 樹脂層
５２ フィラー
６０ 圧電素子
６２ 音響整合層
７０ 配線基板
７２ 接続電極
Claims (10)
- 樹脂層と、
前記樹脂層に埋設され、前記樹脂層の一方の面から前記一方の面の反対面である他方の面に貫通する複数の線状導体と、を有し、
各々の前記線状導体は、超音波を遮音する性質を有する金属材料を含有し、
各々の前記線状導体は、少なくとも１箇所、屈曲部又は湾曲部を有するバッキング部材。 - 各々の前記線状導体は、複数の屈曲部又は湾曲部を有する請求項１に記載のバッキング部材。
- 各々の前記線状導体は、同一形状である請求項１又は２に記載のバッキング部材。
- 各々の前記線状導体は、ジグザグ状又は波状に形成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のバッキング部材。
- 隣接する前記線状導体の一方が有する前記屈曲部又は湾曲部の凸領域は、隣接する前記線状導体の他方が有する前記屈曲部又は湾曲部の凹領域に入り込んでいる請求項１乃至４の何れか一項に記載のバッキング部材。
- 前記金属材料は、タングステン、金、白金、パラジウム、ルテニウムの何れか１つ以上を含む請求項１乃至５の何れか一項に記載のバッキング部材。
- 各々の前記線状導体の表面は、タングステンを含むめっき膜により被覆されている請求項６に記載のバッキング部材。
- 前記めっき膜は、ニッケルタングステンめっき膜である請求項７に記載のバッキング部材。
- 各々の前記線状導体は、タングステンを含む材料により形成されている請求項６に記載のバッキング部材。
- 請求項１乃至９の何れか一項に記載のバッキング部材と、
前記バッキング部材の上に配置され、各々の前記線状導体に接続された圧電素子と、
前記圧電素子の上に配置された音響整合層と、を有する超音波探触子。
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-
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