(57)【要約】【課題】超音波プローブにおいて、基板の反りを抑制し、また、基板で生じる応力から基板内の配線を保護する。【解決手段】基板６６及び信号処理デバイス６８のはんだ付けの際に、それらによって構成されるデバイスモジュール２６に反りが生じる。その反りが補強板１０６によって抑制され、また、補強構造体８０によって抑制される。補強構造体８０は基板６６等に一体化された一対の補強部材によって構成される。それらは基板６６における応力集中箇所をシフトさせ、又は応力を分散化する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子アレイの後側に設けられた後側部材と、
前記後側部材が接合される前面と前記振動素子アレイに電気的に接続された信号処理デバイスが接合される後面とを有する基板と、
前記基板に対して全面的に接合された接合面を有し、前記基板と一体化された補強構造体と、
を含むことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波プローブにおいて、
前記基板の前面は、前記後側部材が配置される配置領域と、前記配置領域に隣接した周辺領域と、を含み、
前記補強構造体は前記周辺領域内に設けられている、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項２記載の超音波プローブにおいて、
前記基板は長手方向及び短手方向を有し、
前記補強構造体は前記短手方向における前記後側部材の両側に設けられた一対の補強部材を含み、
前記各補強部材は前記長手方向に伸長した形態を有する、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
請求項３記載の超音波プローブにおいて、
前記一対の補強部材は前記周辺領域内であって前記後側部材の一対の長手側面に接触又は近接した位置に設けられている、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項５】
請求項４記載の超音波プローブにおいて、
前記一対の補強部材は前記基板に加えて前記後側部材に対しても一体化されている、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項５記載の超音波プローブにおいて、
前記各補強部材は、
前記基板の前面に対して接着される第１面と、
前記後側部材の各長手側面に対して接着される第２面と、
を含み、
前記接合面は前記一対の補強部材の第１面を含む、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
請求項１記載の超音波プローブにおいて、
前記基板は長手方向及び短手方向を有し、
前記基板は前記短手方向において第１の幅を有し、
前記後側部材は前記短手方向において前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有し、
前記基板の後面において前記信号処理デバイスが設けられている領域は前記短手方向において前記第１の幅よりも小さく且つ前記第２の幅よりも大きい第３の幅を有し、
前記補強構造体は前記後側部材の一対の長手側面及び前記基板の前面に対して一体化された一対の補強部材を含む、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
請求項１記載の超音波プローブにおいて、
前記信号処理デバイスの後面に対して一体的に接合され、前記基板及び前記信号処理デバイスからなるデバイスモジュールの反りを抑制する補強板を含む、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項９】
請求項８記載の超音波プローブにおいて、
前記補強板の後面に接合される水冷用熱交換器を含む、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１０】
信号処理デバイスを搭載した基板に対して、二次元振動素子アレイに電気的に接続されるリードアレイを内蔵したバッキングを接着する第１接着工程と、
前記バッキングの接着と同時又は非同時に実行される工程であって、前記基板に対して補強構造体の接合面を全面的に接着してそれらを一体化する第２接着工程と、
前記二次元振動素子アレイ、前記バッキング、前記基板、前記信号処理デバイス及び前記補強構造体を含む組立体をプローブケース内に配置する配置工程と、
を含むことを特徴とする超音波プローブの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の超音波プローブの製造方法において、
前記第１接着工程と前記第２接着工程とが同時に実行される、
ことを特徴とする超音波プローブの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の超音波プローブの製造方法において、
前記第１接着工程及び前記第２接着工程の前に、前記信号処理デバイスの後面に対して補強板を接着する工程を含む、
ことを特徴とする超音波プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波プローブ及びその製造方法に関し、特に、超音波プローブ内に設けられる組立体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断においては超音波プローブが使用される。超音波プローブの一種として、二次元振動素子アレイを備えた３Ｄプローブが知られている。３Ｄプローブによれば、例えば、生体内の三次元空間において超音波ビームを電子的に二次元走査し、三次元空間からボリュームデータを取得できる。
【０００３】
３Ｄプローブにおけるプローブヘッド内には組立体が設けられている（特許文献１を参照）。組立体は、例えば、二次元振動素子アレイ、その後側（非生体側）に設けられたバッキング（リードアレイ内蔵バッキング）、その後側に設けられた基板（中継基板）、その後側に設けられた信号処理デバイス、等からなる。二次元振動素子アレイを構成する複数の振動素子は、リードアレイ及び中継基板を介して、信号処理デバイスに電気的に接続される。信号処理デバイスは、複数の振動素子に対して複数の送信信号を供給し、複数の振動素子からの複数の受信信号を処理するものである。信号処理デバイスは、例えば、１又は複数の半導体集積回路（具体的にはＡＳＩＣ）により構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１６４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３Ｄプローブ内に配置される組立体の製作時には、例えば、加熱溶融物質としてのはんだ、熱硬化性をもった接着剤等によって、複数の部材が接着される。組立体における基板と信号処理デバイスの間には、一般に、熱膨張係数に有意な差があり、それらを加熱下で接着した後（特にはんだ付け後）には、それらによって構成されるデバイスモジュールが反ってしまう。デバイスモジュールに対して他の部材を接着した場合、その反りに起因して、導通不良、接触不良、接着層の厚み増大（熱伝導性の低下）等の問題が生じ易くなる。なお、特許文献１の図４には、反りが生じている基板が示されている。特許文献１に開示された技術は、基板の反りを防止し、又は、基板の形状を事後的に矯正するものではない。
【０００６】
また、基板の反りやその矯正等に起因して基板内部において応力が特定の箇所に集中した場合、特に、配線が密集した箇所に応力が集中した場合、配線破断のおそれが生じる。そのような問題が生じないとしても、応力集中状態で基板を長年使用した場合に基板の劣化が早まるおそれが生じる。
【０００７】
本発明の目的は、上記であげた複数の課題の内の少なくとも１つを解決することにある。あるいは、本発明の目的は、超音波プローブにおける基板を保護し又は基板を構造的に強化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波プローブは、振動素子アレイの後側に設けられた後側部材と、前記後側部材が設けられる前面と前記振動素子アレイに電気的に接続された信号処理デバイスが設けられる後面とを有する基板と、前記基板に対して全面的に接合された接合面を有し、前記基板と一体化された補強構造体と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る超音波プローブの製造方法は、信号処理デバイスを搭載した基板に対して、二次元振動素子アレイに電気的に接続されるリードアレイを内蔵したバッキングを接着する第１接着工程と、前記バッキングの接着と同時又は非同時に実行される工程であって、前記基板に対して補強構造体の接合面を全面的に接着してそれらを一体化する第２接着工程と、前記二次元振動素子アレイ、前記バッキング、前記基板、前記信号処理デバイス及び前記補強構造体を含む組立体をプローブケース内に配置する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板を保護でき、あるいは、基板を構造的に強化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る超音波プローブを含む超音波診断装置を示す概念図である。
【図２】組立体のｙｚ断面図である。
【図３】組立体のｘｙ断面図である。
【図４】組立体の平面図である。
【図５】組立体の一部を示す拡大されたｙｚ断面図である。
【図６】補強構造体の作用を説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る組立体のｙｚ断面図である。
【図８】反りが生じた基板ユニットを示す図である。
【図９】補強板による反りの抑制を説明するための図である。
【図１０】第３実施形態に係る組立体を示す図である。
【図１１】補強構造体の第１変形例を示す図である。
【図１２】補強構造体の第２変形例を示す図である。
【図１３】補強構造体の第３変形例を示す図である。
【図１４】補強構造体の第４変形例を示す図である。
【図１５】補強構造体の第５変形例を示す図である。
【図１６】実施形態に係る製造方法の第１例を示すフローチャートである。
【図１７】実施形態に係る製造方法の第２例を示すフローチャートである。
【図１８】実施形態に係る製造方法の第３例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波プローブは、振動素子アレイの後側に設けられた後側部材、前面及び後面を有する基板、及び、補強構造体を含む。基板の前面には後側部材が設けられ、
基板の後面には、振動素子アレイに電気的に接続された信号処理デバイスが設けられる。基板と信号処理デバイスとにより重合体としてのデバイスモジュールが構成される。補強構造体は、基板に対して全面的に接合された接合面を有し、基板と一体化されて基板を補強するものである。
【００１４】
上記構成によれば、基板に対する補強構造体の一体化により、基板を保護でき又は基板を構造的に強化できる。補強構造体は１又は複数の作用を発揮するものである。例えば、補強構造体により、基板の反りが抑制される。反りが抑制されるならば、基板の反りに起因して生じる導通不良、接触不良、接着層の厚み増大等の問題を解消又は軽減できる。あるいは、補強構造体により、基板において応力が集中する箇所をシフトさせることができ、あるいは、基板における応力の集中を緩和できる。これにより基板における内部配線や表面配線を保護できる。
【００１５】
補強構造体は基板の前面及び後面の一方又は両方に設けられる。もっとも、基板の後面には信号処理デバイスが設けられるので、望ましくは、基板の前面における空きスペースに補強構造体が設けられる。補強構造体は、基板に対して全面的に密着する接合面を有し、基板と一体化されて基板を補強する作用を発揮するものである。よって、補強構造体は、基板に設けられ得るコネクタ、小型電子部品等とは異なるものである。また、補強構造体は基板に対して一体化されるものであり、つまり基板に対して直接的に接合されるものである。その意味において、補強構造体は、信号処理デバイスの後面に接合される熱伝導部材又は支持部材とも異なるものである。
【００１６】
後側部材は、実施形態において、リードアレイ内蔵バッキングであるが、その概念にはバッキング以外の部材も含まれる。振動素子アレイは、例えば、一次元振動素子アレイ、二次元振動素子アレイである。二次元振動素子アレイの概念には、いわゆる１．５Ｄ振動素子アレイが含まれる。
【００１７】
実施形態において、基板の前面は、後側部材が配置される配置領域と、配置領域に隣接した周辺領域と、を含み、補強構造体は周辺領域内に設けられている。この構成によれば空きスペースを利用して補強構造体を配置できる。周辺領域にコネクタ、小型電子部品等が設けられる場合、補強構造体を避けてそれらを設けてもよい。あるいは、それらを避けて補強構造体を設けてもよい。
【００１８】
実施形態において、基板は長手方向及び短手方向を有し、補強構造体は短手方向における後側部材の両側に設けられた一対の補強部材を含み、各補強部材は長手方向に伸長した形態を有する。この構成によれば、長手方向において基板を構造的に強化できる。例えば、各補強部材の長さを基板の長手方向の長さの６割又は８割以上としてもよい。あるいは、各補強部材の長さを後側部材の長手方向の長さ以上としてもよい。相互に別体化された複数の補強部材により補強構造体が構成されてもよいし、一対の補強部材を備える単一部材として補強構造体が構成されてもよい。短手方向においても基板が構造的に強化されるように補強構造体を構成してもよい。
【００１９】
実施形態において、一対の補強部材は周辺領域内であって後側部材の一対の長手側面に接触又は近接した位置に設けられる。例えば、各補強部材は、接着層を介して各長手側面に接触した位置に設けられ、あるいは、各長手側面から空隙をおいた近傍位置に設けられる。基板においては、後側部材における後面の周縁の直下又はその近傍に、応力が集中し易い。上記構成によれば、応力集中箇所を短手方向における補強部材の外側へ移動させることができ、あるいは、応力を分散化させてその集中を回避できる。
【００２０】
実施形態において、一対の補強部材は基板に加えて後側部材に対しても一体化される。例えば、各補強部材は、接着層を介して各長手側面に全面的に接合される。この構成によれば、応力集中箇所を確実に移動でき、あるいは、応力を確実に分散化させることが可能となる。
【００２１】
実施形態において、各補強部材は、基板の前面に対して接着される第１面と、後側部材の各長手側面に対して接着される第２面と、を含み、上記の接合面は、一対の補強部材の第１面を含む。この構成によれば、基板及び後側部材に対する一体化度を向上できる。
【００２２】
実施形態において、基板は長手方向及び短手方向を有し、基板は短手方向において第１の幅を有し、後側部材は短手方向において第１の幅よりも小さい第２の幅を有し、基板の後面において信号処理デバイスが設けられている領域は短手方向において第１の幅よりも小さく且つ第２の幅よりも大きい第３の幅を有し、補強構造体は後側部材の一対の長手側面及び基板の前面に対して一体化された一対の補強部材を含む。
【００２３】
短手方向において、後側部材の配置領域よりも信号処理デバイスの配置領域が広がっている場合、基板において、後側部材の直下領域の他、その短手方向外側近傍にも配線の密集が生じ易くなる。上記構成によれば、応力集中箇所を短手方向の外側へ移動させることができ、あるいは、短手方向において応力を分散化させることが可能となる。これにより配線密集箇所を保護することが可能となる。
【００２４】
実施形態に係る超音波プローブは、信号処理デバイスの後面に対して一体化され、基板及び信号処理デバイスからなるデバイスモジュールの反りを抑制する補強板を含む。この構成によれば、デバイスモジュールの長手方向及び短手方向の反りが抑制される。すなわち、デバイスモジュールの両側に設けられた補強構造体及び補強板によって、デバイスモジュールが構造的に強化される。実施形態においては、信号処理デバイスの裏面の全体が補強板の前面に対して接着され、それらが一体化される。なお、補強構造体は実施形態において熱伝導体としても機能する。補強構造体を設けずに補強板を設ける変形例も考えられる。
【００２５】
実施形態に係る超音波プローブは、補強板の後面に接合される水冷用熱交換器を含む。信号処理デバイスの反りが抑えられた状態において、水冷用熱交換器を機能させることができるので、信号処理デバイスと水冷用熱交換器との間の熱伝導を良好にでき又は均一化できる。
【００２６】
実施形態に係る超音波プローブの製造方法は、第１接着工程、第２接着工程及び配置工程を有する。第１接着工程は、信号処理デバイスを搭載した基板に対して、二次元振動素子アレイに電気的に接続されるリードアレイを内蔵したバッキングを接着する工程である。第２接着工程は、バッキングの接着と同時又は非同時に実行される工程であって、基板に対して補強構造体の接合面を全面的に接着してそれらを一体化する工程である。配置工程は、二次元振動素子アレイ、バッキング、基板、信号処理デバイス及び補強構造体を含む組立体をプローブケース内に配置する工程である。
【００２７】
上記方法によれば、基板を構造的に強化でき、あるいは、基板の保護を図れる。補強構造体は、1又は複数の機能を発揮するものである。例えば、補強構造体により、基板の反りを抑制して、基板の反りに起因する導通不良、接触不良、接着層の厚み増大等の問題を解消又は軽減できる。基板が最初から反らないように基板に対して補強構造体が接着されてもよいし、基板を原形に矯正した状態において再び基板が反らないように基板に対して補強構造体が接着されてもよい。あるいは、補強構造体は、基板において応力が集中する箇所を移動させ、あるいは、基板において応力を分散化させる機能を発揮する。これにより、基板中の配線の保護を図れる。
【００２８】
実施形態においては、第１接着工程と第２接着工程とが同時に実行される。この構成によれば、組立体の製作時間を短縮化できる。
【００２９】
実施形態に係る超音波プローブ製作方法は、第１接着工程及び第２接着工程の前に、信号処理デバイスの後面に対して補強板を接着する工程を含む。この構成によれば、補強板によってデバイスモジュール（基板及び信号処理モジュール）の反りが抑制されている状態において、信号処理デバイスに対して補強構造体を接着することが可能となるので、その作業性が良好となる。
【００３０】
（２）実施形態の詳細
図１には、第１実施形態に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置が示されている。超音波診断装置は、病院等の医療機関において、生体に対する超音波診断を行うための医療用の装置である。
【００３１】
超音波診断装置は、超音波プローブとしての３Ｄプローブ１０、及び、装置本体１２により構成される。３Ｄプローブ１０は、具体的には、プローブヘッド１４、ケーブル１６及びコネクタ１８により構成される。プローブヘッド１４はユーザー（医師、検査技師等）によって保持され、送受波器として機能する部分である。コネクタ１８は、超音波診断装置本体１２に対して着脱自在に装着される。図１においては、プローブヘッド１４の送受波面が生体表面３０に当接されている。
【００３２】
プローブヘッド１４は中空のプローブケース２０を有し、プローブケース２０の先端部分の中に組立体（振動子ユニット）２２が配置されている。組立体２２は、積層体２４、積層体２４の後側（非生体側）に設けられたデバイスモジュール２６、及び、デバイスモジュール２６の後側に設けられた水冷ジャケット２８を含む。積層体２４は、二次元振動素子アレイを有する。積層体２４については後に詳述する。
【００３３】
デバイスモジュール２６は、多層基板で構成される基板、及び、その裏面に設けられた信号処理デバイスからなる。基板は中継基板又はインターポーザ−とも称される。信号処理デバイスは、複数の集積回路（ＩＣ）からなるＩＣアレイにより構成される。水冷ジャケット２８は、水冷用熱交換器であり、その内部を冷媒が流れている。水冷ジャケット２８は、冷媒を取り込むポートと、冷媒を排出するポートと、を有する。前者のポートには冷媒供給用チューブ３２が接続され、後者のポートには冷媒排出用チューブ３４が接続されている。デバイスモジュール２６については後に詳述する。
【００３４】
基板から多数の信号線が引き出されており、それらの信号線はケーブル１６の内部を通ってコネクタ１８まで導かれている。冷媒供給用チューブ３２及び冷媒排出用チューブ３４もケーブル１６の内部を通ってコネクタ１８内の冷媒循環器３８まで導かれている。冷媒循環器３８は、ポンプ、熱交換器等によって構成される。
【００３５】
上述した二次元振動素子アレイによって、超音波ビームが形成され、また、超音波ビームが電子走査される。超音波ビームの二次元走査によって生体内の三次元空間からボリュームデータが取得される。二次元振動素子アレイに対して複数の送信信号を供給し、また、二次元振動素子アレイからの複数の受信信号を処理するために、上記の信号処理デバイスが設けられている。信号処理デバイスは、具体的には、複数の振動素子に接続された複数の送受信器を含み、チャンネルリダクションのためのサブビームフォーミングを実行する回路である。信号処理デバイスでは熱が生じるが、信号処理デバイスと水冷ジャケット２８との間での熱交換により、信号処理デバイスの温度上昇が抑制される。
【００３６】
なお、図１において、ｚ方向がプローブ中心軸方向であり、それに直交する方向がｘ方向及びｙ方向である。上記基板はｚ方向から見て長方形を有しており、ｘ方向が基板の長手方向であり、ｙ方向が基板の短手方向である。
【００３７】
超音波診断装置本体１２は、受信部４０、画像形成部４２、表示部４４等を有している。受信部４０はメインビームフォーマーとして機能する。すなわち、３Ｄプローブ１０からのサブビームフォーミング処理後の複数の受信信号に対してメインビームフォーミング処理を適用し、これによりビームデータを生成する。画像形成部４２は、複数のビームデータに基づいて、断層画像、レンダリング画像（三次元画像）等の超音波画像を形成するものである。表示部４４には超音波画像が表示される。超音波診断装置本体１２には、図示されたものの他、制御部、操作パネル等が設けられている。
【００３８】
図２には、組立体２２のｙｚ断面が示されている。図２においては、上側が生体側であり、下側が非生体側である。積層体２４は、二次元振動素子アレイ５０、共振素子アレイ５２、バッキング５４、整合層６０、保護層６２、等を有する。
【００３９】
具体的に説明する。二次元振動素子アレイ５０は、二次元配列された数百、数千、数万、又は、それ以上の個数からなる振動素子により構成される。図示の例において、複数の振動素子は、ｘ方向及びｙ方向に整列している。湾曲面（例えばコンベックス面）に沿って複数の振動素子が配列されてもよい。二次元振動素子アレイとして、CMUT（Capacitive Micro-machined Ultrasound Transducer）が設けられてもよい。二次元振動素子アレイ５０の前側（生体側）には、整合層６０及び保護層６２が設けられている。ｚ方向に複数の整合層が積層されてもよい。
【００４０】
二次元振動素子アレイ５０の後側（非生体側）には共振素子アレイ５２が設けられている。共振素子アレイ５２は、複数の振動素子に結合された複数の共振素子により構成されている。個々の共振素子は、導電性を有するハードバッキング材料により構成され、対応する振動素子と共に共振体を構成する。共振素子アレイ５２の後側には、後側部材としてのバッキング５４が設けられている。
【００４１】
バッキング５４は、バッキング材料５６と、バッキング材料５６内に埋設されたリードアレイ５８と、からなるものである。バッキング材料５６は、ソフトバッキングとして機能するバッキング材料により構成され、そのバッキング材料により、二次元振動素子アレイ５０から後側へ放射された不要な超音波が散乱及び吸収される。リードアレイ５８は、図示の例において、ｘ方向及びｙ方向に整列した複数のリード５８ａにより構成される。個々のリード５８ａは送信信号及び受信信号を伝送する信号線である。複数のリード５８ａが複数の共振素子を介して複数の振動素子に電気的に接続されている。
【００４２】
デバイスモジュール２６は、上記のように、基板６６と信号処理デバイス６８によって構成される。それらはｚ方向に積層されており、重合体又は積層体を構成している。基板６６は、例えば８層又は１０層からなる多層基板によって構成され、それは配線変換用の中継基板として機能する。基板６６の母材は例えばセラミック材料である。
【００４３】
基板６６の前面６６Ａには、積層体２４の下面、具体的にはバッキング５４の下面が接着されている。前面６６Ａには、複数のバンプが設けられており、それらがリードアレイの端部（複数の端子）に電気的に接続されている。後述するように、基板６６の前面６６Ａには、バッキング５４が配置される配置領域と、それに隣接した周辺領域と、が含まれる。周辺領域は、バッキング５４が存在しないという意味において、露出領域と言い得るものである。
【００４４】
基板６６の後面６６Ｂにはその全体にわたって信号処理デバイス６８が設けられている。実施形態において、信号処理デバイス６８は、ｘ方向及びｙ方向に整列した例えば６個、８個又は１０個のＩＣ（ＡＳＩＣ）７０によって構成される。各ＩＣ７０は、パッケージ（外装）を有しておらず、すなわち、電子回路が構築された半導体基板（例えばシリコン基板）により構成されている。基板６６に対して複数のＩＣ７０がハンダ付けによって接続されている。基板６６と複数のＩＣ７０との間には絶縁性をもった充填材７６が導入されている。そのような充填材７６として接着剤が用いられてもよい。
【００４５】
信号処理デバイス６８を構成する複数のＩＣ７０は、基板６６、リードアレイ５８、及び、共振素子アレイ５２を介して、二次元振動素子アレイ５０に電気的に接続される。複数のＩＣ７０は、上述のように、チャンネルリダクションのための信号処理を実行するものであり、その信号処理にはサブビームフォーミング処理が含まれる。各ＩＣ７０は、複数の振動素子に接続された複数の送受信器を有している。個々の送受信器は、送信信号を生成し、受信信号を処理するものである。
【００４６】
信号処理デバイス６８では比較的に多量の熱が生じる。図示された構成例では、デバイスモジュールで生じた熱を逃がすために水冷ジャケット２８が設けられている。水冷ジャケット２８は、絶縁性を有する接着剤７８によって複数のＩＣ７０の裏面に対して接着されている。なお、図２においては、水冷ジャケット２８が模式的に示されている。水冷ジャケット２８に代えて熱伝導部材を設けてもよい。すなわち、水冷方式ではなく空冷方式が採用されてもよい。水冷ジャケットは例えば銅によって構成される。
【００４７】
デバイスモジュール２６の製作過程においては、基板６６と複数のＩＣ７０が加熱下においてハンダ付けされる。その際、基板６６の熱膨張係数と、各ＩＣ７０の熱膨張係数との差から、デバイスモジュール２６に反りが生じる。基板６６に着目すると、基板６６が生体側から見て凹面のように変形し、つまり、長手方向であるｘ方向及び短手方向であるｙ方向の両方において湾曲変形する。また、デバイスモジュール２６に対して積層体２４、具体的にはバッキング５４を加熱接着する際にも同様の問題が生じる可能性を指摘できる。
【００４８】
基板６６において、反りが問題となるのはとりわけ長手方向である。反りによって、接着関係にある２つの部材間の距離が部分的により大きくなり、導通不良、接触不良、熱伝導率の低下といった問題が生じ易くなる。一方、短手方向においては、後述するように基板６６の内部における応力集中が問題となる。応力集中は、密集した微細配線の劣化要因となるものである。
【００４９】
以上の２つの問題に対処するために、換言すれば、基板６６を構造的に強化してそれを保護するために、基板６６の前面６６Ａに対して補強構造体８０が一体化されている。図２には第１例に係る補強構造体８０が示されている。
【００５０】
補強構造体８０は、具体的には、短手方向であるｙ方向において、バッキング５４の両側に設けられた一対の補強部材８２，８４によって構成される。各補強部材８２，８４は図示の例において角柱状の線状部材であり、それはスティフナーとも呼び得る。各補強部材８２，８４は、長手方向であるｘ方向に伸長した形態を有し、そのｙｚ断面は矩形（長方形、正方形）である。図４に示したｙｚ断面においては、ｙ方向の幅の方がｚ方向の幅よりも大きいが、それらが同一であってもよい。各補強部材８２，８４が、それ全体として、接着剤９０によって、基板６６及びバッキング５４に対して固着されており、すなわち、各補強部材８２，８４が基板６６及びバッキング５４に対して一体化されている。なお、実施形態に係る製造方法では、基板６６、バッキング５４及び一対の補強部材８２，８４が接着剤９０によって一括して同時に接着されている。一対の補強部材８２，８４が有する反り抑制機能及び応力対処機能については後に詳述する。
【００５１】
各補強部材８２，８４がその機能を発揮するように、各補強部材８２，８４を構成する材料が選択され、また各補強部材８２，８４の形態が選択される。後述する補強板が併用される場合、補強板の剛性と相俟って、デバイスモジュール２６の反りが抑制されればよい。各補強部材８２，８４は、例えば、ステンレス鋼で構成される。その他の金属、例えば銅によって構成されてもよい。金属以外の硬質材料、例えば、セラミック、カーボンファイバーやガラスクロスを含有した樹脂、等によって構成されてもよい。
【００５２】
一般に、各ＩＣ７０の熱膨張係数α１よりも基板６６の熱膨張係数α２の方が大きい。すなわち、α１＜α２である。各補強部材８２，８４を構成する材料の熱膨張係数をα３とすると、加熱接着時の熱膨張を考慮した場合、理想的には、α３をα１以下とするか、α１に近付けることが望まれる。もっとも、α３がα２付近又はそれ以上であっても、各補強部材８２，８４がリブのように機能して、基板６６を構造的に強化できるものと考えられる。実際には、デバイスモジュール２６で生じる反りは、基板６６と複数のＩＣ７０のはんだ付けの際に生じるものが支配的である。よって、はんだ付け後に各補強部材８２，８４が接着される場合、各補強部材８２，８４を構成する材料として、高い剛性を期待できる硬質の材料であれば、様々な熱膨張係数を有する材料を用いることが可能である。更に言えば、各補強部材８２の機能としてもっぱら応力対処機能を求める場合、そのような機能が発揮できる限りにおいて、各補強部材８２の材料として、様々な材料を選択することが可能である。
【００５３】
基板６６の厚みは例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲内にある。各ＩＣ７０の厚みは例えば０．３〜１．０ｍｍの範囲内にある。各補強部材８２，８４のｙ方向の幅及びｚ方向の幅は例えば０．５〜３．０ｍｍの範囲内にある。基板６６のｘ方向の長さは例えば４０〜８０ｍｍの範囲内にある。基板６６のｙ方向の長さは例えば２０〜５０ｍｍの範囲内にある。本願明細書で挙げる数値はいずれも例示である。
【００５４】
なお、加熱接着時において、バッキング５４と基板６６との間での熱膨張係数の違いから基板に変形力が生じても、補強構造体によって基板の変形を抑制できる。基板の反りの抑制の観点からは、バッキング５４から隔てられた位置に例えば若干の空隙を介した位置に補強構造体を設けることが考えられる。
【００５５】
図３には、組立体２２のｘｚ断面が示されている。デバイスモジュール２６の加熱処理の結果、長手方向であるｘ方向において、デバイスモジュール２６に反りが生じる。すなわち、符号８６で示すような力が生じる。それを抑制するのが剛体あるいはリブとして働く一対の補強部材８２，８４である。すなわち、一対の補強部材８２，８４は、力８６に対抗する抗力８８を発揮するものである。
【００５６】
実施形態において、各補強部材８２，８４のｘ方向の長さは、バッキング５４のｘ方向の長さよりも大きい。各補強部材８２，８４のｘ方向の長さを、基板６６のｘ方向の長さの６割又は８割以上とすることが望まれ、９割以上とするのが特に望ましい。
【００５７】
図４には、基板６６の平面が示されている。基板の前面６６Ａには、バッキング５４が配置される配置領域（ハッチング部分）と、それに隣接した周辺領域（非ハッチング部分）と、が含まれる。基板６６の後面には信号処理デバイス６８としての複数のＩＣが設けられている（破線を参照）。短手方向において、バッキング５４の両側には、バッキング５４の一対の長手側面に接するように、一対の補強部材８２，８４が設けられている。
【００５８】
図４において、ｘ方向に着目した場合、Ｘ１は基板６６の長手方向の幅を示しており、Ｘ２は各補強部材８２，８４の長さを示している。Ｘ３はバッキング５４の長手方向の幅及び信号処理デバイス６８の長手方向の幅を示している。但し、それらの幅が異なってもよい。図示の例では、Ｘ３＜Ｘ２＜Ｘ１の関係が成立している。図４において、ｙ方向に着目した場合、Ｙ１は基板６６の短手方向の幅を示しており、Ｙ２はバッキング５４の短手方向の幅を示しており、Ｙ３は信号処理デバイス６８の短手方向の幅を示している。図示の例では、Ｙ２＜Ｙ３＜Ｙ１の関係が成立している。Ｙ２よりもＹ３の方が大きいため、基板６６において、バッキング５４の直下領域、及び、直下領域のｙ方向外側近傍において配線の密集が生じ易くなる。
【００５９】
図５には、一対の補強部材を代表して補強部材８４が示されている。基板６６の前面６６Ａとバッキング５４の長手側面５４Ａとによりコーナー部分が画定され、そのコーナー部分に補強部材８４が接着剤９０によって固着されている。実施形態では、接着剤９０によって、基板６６に対してバッキング５４が接着される際に、同時に、それらに対して一対の補強部材が接着される。補強部材８４は、第１面（後面）８４ａ、第２面（第１側面）８４ｂ、第３面（前面）８４ｃ及び第４面（第２側面）８４ｄを有する。第１面８４ａは前面６６Ａに対向している接合面であり、第１面８４ａそれ全体が接着剤９０によって基板６６の前面６６Ａに固着される。第２面８４ｂはバッキング５４の長手側面５４Ａ（具体的には、バッキング５４の根元である、長手側面５４の下端）に対向している接合面であり、その一部（両端部）を除いて、第２面８４ｂそれ全体が接着剤９０によって長手側面５４Ａに固着される。すなわち、補強部材８４は基板６６及びバッキング５４に対して一体化される。
【００６０】
第３面８４ｃと長手側面５４Ａとで画定されるコーナー部分には接着剤９０の一部９０Ａがフィレットとして存在し、その一部９０Ａは第３面８４ｃと長手側面５４Ａとを締結させる作用を発揮する。第４面８４ｄと前面６６Ａとで画定されるコーナー部分にも接着剤９０の一部９０Ｂがフィレットとして存在し、その一部９０Ｂは第４面８４ｄと前面６６Ａとを締結させる作用を発揮する。一部９０Ａ及び９０Ｂのｙｚ断面は直角三角形の形状を有している。
【００６１】
コンピューターシミュレーションによれば、基板６６に変形が生じる場合、基板６６において、バッキング５４の下面の周縁の直下位置又は当該周縁の外側近傍の直下位置において（符号９２を参照）、応力集中が生じ易いことが判明している。一方、基板６６（特にその表層）において、配線が密集するのは、バッキング５４の直下領域とそのｙ方向外側近傍である（符号９８を参照）。配線密集箇所に応力が集中した場合、配線破断等が生じ易い。これに対し、コンピューターシミュレーションによれば、補強部材８４を基板６６及びバッキング５４に一体化した場合、応力集中箇所がシフトすることが判明している。具体的には、符号９４で示されるように、位置９２から位置９６へ応力集中箇所が移動する。これにより、配線密集箇所から応力集中箇所をずらすことが可能となる。仮に、応力集中箇所の移動が顕著に認められないとしても、剛体が基板６６に一体化されているので、応力を分散化させて局所応力を減少させることが可能である。これにより基板６６における内部配線及び表面配線を保護することが可能である。なお、そのような応力対処の観点からは、一部９０Ｂのすそ野をｙ方向に広げることが望まれる。補強部材８４がバッキング５４から離間していてもその離間量が僅かであれば、あるいは、補強構造体それ全体として剛性が高ければ、上記同様の作用を得られるものと考えられる。
【００６２】
図６には、製作済みデバイスモジュール２６に対して積層体２４を接着する工程が模式的に示されている。平坦な台座１００上にデバイスモジュール２６が配置される。デバイスモジュール２６と積層体２４との間に接着剤を導入しつつデバイスモジュール２６上に積層体２４が載せられ、同時に、デバイスモジュール２６上に一対の補強部材８２，８４が載せられる。それらに対しても接着剤が導入される。符号１０２で示されているように、積層体２４の上面側から押圧力が加えられ、その押圧力が維持される。その際に一対の補強部材８２，８４に対しても押圧力が与えられてもよい。
【００６３】
基板と信号処理デバイスとを加熱下ではんだ付けした結果として、符号６６ａで示すように、大なり小なりデバイスモジュール２６に反りが生じる。積層体２４の上面側から押圧力１０２を与えることにより、そのような反りが強制的に解消され又は軽減される。その状態が符号６６ｂで示されている。接着剤として熱硬化性の接着剤を使用した場合、デバイスモジュール２６及び積層体２４が所定の温度（例えば摂氏８０度）に加熱される。その状態が所定時間（例えば４時間）にわたって維持される。これにより、接着剤が完全に硬化し、基板、バッキング及び一対の補強部材８２，８４が相互に固着され、それらが一体化される。
【００６４】
一対の補強部材８２，８４により、はんだ付けで生じたデバイスモジュール２６の反りが抑制される。反りの強制復元により基板の内部に応力が生じるが、一対の補強部材８２，８４により、短手方向において、応力集中箇所がバッキングのエッジ直下付近から外側へ移動することになり、あるいは、応力が分散化される。なお、短手方向においては、デバイスモジュール２６に一定の反りが残留することになるが、その反りは長手方向の反りに比べて小さいので、問題とはならない。それが問題となる場合には、短手方向に対しても反りが抑制されるように補強構造体を設ければよい。あるいは、以下に説明する補強板を併用すればよい。
【００６５】
図７には、第２実施形態に係る組立体１０４が示されている。なお、既に説明した要素と同一の要素には同一符号を付しその説明を省略する。このことは他の図においても同様である。
【００６６】
第２実施形態では、接着剤１０８により、デバイスモジュール２６の後面、すなわち信号処理デバイス６８の後面に対して、補強板１０６が接着されている。信号処理デバイス６８の後面が全体的に補強板１０６の前面に密着しており、両者が一体化されている。補強板１０６の後面には、接着剤１１０により、水冷ジャケット２８が接着される。
【００６７】
実際には、デバイスモジュール２６の製作後であって、それに対して積層体２４及び補強構造体８０を接着する前に、加圧により、デバイスモジュール２６の反りを強制的に解消させた状態で、デバイスモジュール２６に対して補強板１０６が接着される。
【００６８】
図８には、はんだ付けの結果、反りが生じてしまったデバイスモジュール７０−１が示されている。図９には、補強板１０６の接着工程が示されている。ここでは、反りが解消されているデバイスモジュールが符号７０−２で示されている。加圧下において、デバイスモジュール２６の後面の全体に対して、接着剤１０８により、補強板１０６が接着される。デバイスモジュールにおいて反り力１１２が生じていても、補強板１０６がそれに対抗する抗力１１４を発揮するので、デバイスモジュール７０−２の平坦な形態が維持される。
【００６９】
補強板１０６はｘ方向及びｙ方向に広がる硬質平板であり、熱伝導性の良好な材料で構成される。例えば、ステンレス鋼、銅、セラミック等で構成される。その材料の熱膨張係数をα４とした場合、そのα４を信号処理デバイス６８の熱膨張係数（等価熱膨張係数）α１と同じかそれよりも大きくするのが望ましい。α１＜α２かつα１＜α４であれば、信号処理デバイス６８の両側で同じように部材が伸び縮みすることになるので、デバイスモジュール２６及び補強板１０６からなる積層体の形態を平板に近付けることが容易となる。なお、上記接着剤１１０として、エポキシ系接着剤、シリコーンゴム系接着剤、等を用いてもよい。
【００７０】
図１０には、第３実施形態に係る組立体１２０が示されている。組立体１２０は、上部積層体１２２及び下部積層体１２４を有する。上部積層体１２２は、基本的に、図２に示した積層体と同様の構造を有する。但し、上部積層体１２２は、コンベックス形態を有しており、湾曲した送受波面に沿って二次元振動素子アレイ１２８が配列されている。下部積層体１２４は、基板１３０、信号処理デバイス１３２及び補強板１３４によって構成されている。補強板１３４には水冷ジャケット１２６が接合されている。補強構造体１３６は、一対の補強部材１３８，１３９により構成され、それらは上部積層体１２２におけるバッキング及び下部積層体１２４における基板１３０に接着され、一体化されている。補強構造体１３６及び補強板１３４の機能は上述した通りである。
【００７１】
図１１には補強構造体の第１変形例が示されている。補強構造体１３６はバッキング５４を取り囲む矩形の形態を有しており、具体的には、線状補強部材１３８，１４０，１４２，１４４により構成されている。線状補強部材１３８，１４０により長手方向における基板６６の反りが抑制され、線状補強部材１４２，１４４により短手方向における基板６６の反りが抑制される。また、各線状補強部材１３８，１４０，１４２，１４４により、応力集中箇所を外側へ移動させることができ、あるいは、応力の集中を避けることが可能となる。
【００７２】
図１２には補強構造体の第２変形例が示されている。補強構造体１４６はバッキング５４の周囲全体の内で一部を除いてそれを取り囲む形態を有している。具体的には、補強構造体１４６は、一対の線状補強部材１４８，１５０を有している。各線状補強部材１４８，１５０の両端部１４８ａ，１４８ｂ、１５０ａ，１５０ｂはｙ方向の内側へ折れ曲がっている。この構成によれば、各線状補強部材１４８，１５０の位置決めが容易となる。
【００７３】
図１３には補強構造体の第３変形例が示されている。補強構造体１５２は＃のような形態を有しており、具体的には、線状補強部材１５４，１５６，１５８，１６０により構成されている。線状補強部材１５４，１５６は、ｘ方向において、基板６６の全体にわたって設けられており、線状補強部材１５８，１６０は、ｙ方向において、基板６６の全体にわたって設けられている。線状補強部材１５４，１５６により長手方向における基板６６の反りが抑制され、線状補強部材１５８，１６０により短手方向における基板６６の反りが抑制される。また、各線状補強部材１５４，１５６，１５８，１６０により、上記同様に、基板で生じる応力に対処することが可能となる。
【００７４】
図１４には補強構造体の第４変形例が示されている。補強構造体は一対の線状補強部材により構成され、図１４にはその内で一方の線状補強部材１６２が示されている。線状補強部材１６２は、ｙ方向に広がった部分１６２Ａとｚ方向に広がった部分１６２Ｂとを有し、すなわち、そのｙｚ断面の形状はＬ字状である。この構成によれば、基板６６及びバッキング５４に対する接合面積を増大でき、あるいは、線状補強部材１６２の作用を維持しつつ、その物量を削減することが可能となる。
【００７５】
図１５には補強構造体の第５変形例が示されている。補強構造体は上記同様に一対の線状補強部材で構成され、図１５にはその内で一方の線状補強部材１６４が示されている。線状補強部材１６４のｙｚ断面は三角形である。
【００７６】
上記の第４変形例及び第５変形例のいずれにおいても、各補強部材が、基板６６の前面及びバッキング５４の長手側面に対して、平行に対向しつつ、それらに接合される一対の接合面を有している。それらの接合面が全体的に基板６６の前面及びバッキング５４の長手側面に固着されることにより、基板６６及びバッキング５４に対して補強構造体を強固に一体化できる。なお、線状補強部材のｙｚ断面を台形等とすることも考えられる。
【００７７】
図１６には、実施形態に係る製造方法の第１例が示されている。この第１例は例えば図２等に示した第１実施形態に係る超音波プローブを製造する方法である。Ｓ１０とＳ１２は同時並行的に実施され、又は、所定の順序で実施される。Ｓ１０では、基板に対して複数のＩＣをはんだ付けすることによりデバイスモジュールが製作される。Ｓ１２では、積層体が製作される。積層体の一部（例えば二次元振動素子アレイを含む部分）の形成がＳ１４と同時又はそれ以降において実施されてもよい。Ｓ１４では、デバイスモジュールに対して積層体が接着される。それと同時に、補強構造体もそれらに対して接着される。その際には例えば熱硬化性をもった接着剤が利用される。他の接着剤が利用されてもよい。熱硬化性をもった接着剤が利用される場合、接着される各部材が所定温度に加熱される。
【００７８】
Ｓ１６では、Ｓ１４で作成された中間組立体に対して放熱部品が接着される。これにより組立体としての振動子アセンブリが構成される。放熱部品は例えば水冷ジャケットである。水冷ジャケットに代えて熱伝導部材が接着されてもよい。デバイスモジュールの下面が剥き出しのままとされてもよい。Ｓ１８では、Ｓ１６で製作された振動子アセンブリがプローブケース内に配置される。その上で、配線作業等が実施される。これにより超音波プローブが完成する。
【００７９】
図１７には、実施形態に係る製造方法の第２例が示されている。なお、図１６に示した工程と同様の工程にはステップ番号を付しその説明を省略する。第２例では、Ｓ１０において、基板に対して信号処理モジュールとしての複数のＩＣがはんだ付けされる。これによりデバイスモジュールが構成される。Ｓ１１では、デバイスモジュールに対して補強板が接着される。その際に、はんだ付けで生じた反りが解消又は軽減されるように、加圧下において、補強板が接着される。その後、Ｓ１４において、補強板付きデバイスモジュールに対して積層体が接着され、同時にそれらに対して補強構造体が接着される。この第２例によれば、積層体等を接着する際に、デバイスモジュールの反りが解消又は軽減されているので、その接着をより容易に行うことが可能である。特に、Ｓ１４の工程でのデバイスモジュールの変形を抑えられるので、その工程で、基板の配線を保護することが可能となる。
【００８０】
図１８には、実施形態に係る製造方法の第３例が示されている。Ｓ１０Ａでは、基板に対して信号処理モジュールとしてＩＣアレイがはんだ付けされる。その前又はその後に、基板に対して補強構造体が接着される。その上で、Ｓ１１において、ＩＣアレイの後面に対して補強板が接着される。Ｓ１４Ａでは、デバイスモジュールに対して積層体が接着される。その際、既に補強構造体は接着済みであるので、Ｓ１４Ａでは補強構造体の接着は行われない。このように、補強構造体の接着をバッキングの接着の前に行うことも可能である。Ｓ１１とＳ１４Ａの間で補強構造体が接着されてもよい。
【００８１】
上記各実施形態によれば、基板に対する補強構造体の一体化により、基板を保護でき又は基板を構造的に強化できる。補強構造体は第１の機能及び第２の機能を発揮するものである。第１の機能により、基板の反りが抑制される。これにより、基板の反りに起因して生じる導通不良、接触不良、接着層の厚み増大等の問題を解消又は軽減できる。第２の機能により、基板において応力が集中する箇所を配線密集箇所から外すことができ、あるいは、基板における応力の集中を緩和できる。これにより、基板における内部配線や表面配線を保護できる。上記の２つの機能の内で、１つの機能のみを発揮する補強構造体が設けられてもよい。いずれにしても補強構造体は広い意味において基板を構造的に強化しそれを保護するものである。
【００８２】
なお、上記の補強板が単体で利用されてもよい。後側部材として、リードアレイ内蔵バッキングに代えて他の部材が設けられてもよい。二次元振動素子アレイに代えて一次元振動素子アレイが設けられてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０  超音波プローブ、１２  装置本体、２２  組立体、２４  積層体、２６  デバイスモジュール、２８  水冷ジャケット、５４  バッキング、５８  リードアレイ、６６  基板、６８  信号処理デバイス、７０  ＩＣ、８０  補強構造体、８２、８４  補強部材、１０６  補強板。
【図１】
2020065630.tif 000003
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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