(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響変換器に用いられる、支持層を製造するための方法であって、それぞれ、外側フレーム部材と、前記外側フレーム部材の両端に終端がくる、前記リードフレームを横切って延びる少なくとも１つの導体を有する  複数のリードフレームを設けるステップと、前記複数のリードフレームをスタックして、前記トレース・リードフレームの隣接するリードフレームにおけるそれぞれの導体が、前記それぞれの導体間に規定されたスペースが形成される位置につくようにするステップと、前記スタックされた複数のトレース・リードフレームのトレースに電気的絶縁性の吸音支持材料を注いで、導体間の前記スペースを完全に充填するステップと、スタックされ、吸音支持材料を注がれた複数のトレース・リードフレームから、前記外側フレーム部材及び過剰な吸音支持材料を除去するステップから構成される、音響変換器用支持層製造方法。
【請求項２】
正面と背面を備えた変換素子のアレイと、前記変換素子の前記背面に結合され、リードフレーム材料から成る複数の導体がそれに通って延びている支持層から構成され、前記導体の第１の端部が、前記変換素子のそれぞれに結合され、前記導体の第２の端部が、前記支持層の前記変換素子と向かい合った側に位置し、前記支持層が、前記背面からの音波エネルギを減衰させる音響インピーダンスを有していることを特徴とする、音響変換器。
【請求項３】
音響変換器を製造するための方法であって、
それぞれ、外側フレーム部材と、前記外側フレーム部材の両端に終端がくる、前記リードフレームを横切って延びる複数の導体とを有する複数のリードフレームを設けるステップと、
それぞれ、外側フレーム部材と前記外側フレーム部材内に規定されたスペースを有する複数のスペーサ・リードフレームを設けるステップと、
前記複数のトレース・リードフレームをスタックして、前記トレース・リードフレームの隣接するリードフレームにおけるそれぞれの導体が、前記それぞれの導体間に位置するようにするステップと、
前記スタックされた複数のトレース・リードフレームのトレースに吸音支持材料を注いで、導体間の前記スペースを完全に充填するステップと、
スタックされ、吸音支持材料を注がれた複数のトレース及びスペーサ・リードフレームから、前記外側フレーム部材及び過剰な吸音支持材料を除去して完成された支持層とするステップと、
圧電材料の層を上記支持層の一端に結合させるステップと、
整合層を上記圧電材料の層に結合させるステップと、
上記圧電層及び整合層にダイシングを施し、上記トレース・リードフレームの１つと上記スペーサ・リードフレームの１つとを合わせた厚さに等しい上記隣接する変換素子間のピッチを有する変換素子を与えるステップとから構成される音響変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響変換器アレイの製造に適用でき、とりわけ、音響変換器アレイの個々の変換素子と、それぞれの回路素子を電気的に接続するため、こうしたアレイに用いられる音響変換器用支持層製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
問題となる試験体または目標の内部構造のイメージを形成するために、超音波イメージング装置が広く用いられている。医療に用いられる診断用超音波イメージング装置は、音響変換素子または音響変換素子アレイを電気的に励起させて、人体に送り込まれる短い超音波パルスを発生することにより、人体の内部組織のイメージを形成する。組織からのエコーは、１つまたは複数の音響変換素子によって受波され、電気信号に変換される。プリント回路基板、フレキシブル・ケーブル、または、半導体のような回路素子が、電気信号を受信する。電気信号は、増幅され、組織の断面イメージを形成するために利用される。これらのイメージング技法によって、人体の診断イメージを得るための安全な非観血的方法が得られる。
【０００３】
超音波パルスを放射する音響変換器は、所定のピッチでアレイをなすように配列された複数の圧電素子から構成される。このアレイは、一般に、１次元または２次元である。アレイにおける圧電素子のピッチを狭め、素子数を増すことによって、イメージの解像度を高めることが可能である。イメージング装置のオペレータは、出力超音波ビームの方向またはその焦点を変更するため、それぞれの圧電素子に加えられれる電子パルスの位相を制御することが可能である。こうして、変換器の位置を物理的に操作することを必要とせずに、試験体の所望の部分を照射するため、超音波に「操向」を施すことが可能になる。
【０００４】
圧電素子の１つが付勢されると、イメージング目標に面した圧電素子の正面と、圧電素子の背面の両方から、音波が送り出される。背面からの音響エネルギは、イメージの解像度に悪影響を及ぼさないように、大幅に減衰させることが望ましい。減衰させなければ、後方に進む音響信号が、回路素子から反射して、変換器の表面に戻り、所望の電気信号を劣化させることになる可能性がある。
【０００５】
この状況を修正するため、圧電素子と回路素子の間に、音響減衰材料による支持層を挿入して、圧電素子の背面からの望ましくない音響エネルギを減衰する。この支持層の音響インピーダンスと圧電素子のインピーダンスが整合し、圧電素子の背面からの音響エネルギのかなりの部分が、支持層に結合されることになるのが、理想である。
【０００６】
圧電素子と回路素子の間に支持層を用いることに関した問題は、特定の圧電素子と関連する回路素子との電気的相互接続を行えるようにする問題である。相互接続の問題は、４つ以上の行及び列から成る２次元アレイの場合、内部素子に、簡単に電気的接続に適応する露出エッジがないので、さらに困難である。こうした２次元アレイの場合、個々の圧電素子と、電気信号を受信して、処理を施す電気回路との電気的相互接続は、一般に、アレイに対して垂直なＺ軸方向において実施される。しかし、アレイ内の素子数が増し、素子間のピッチが狭まるにつれて、この相互接続の形成はますます困難になる。
【０００７】
支持層による相互接続を行えるようにするための方法の１つは、Ｋａｗａｂｅ（  カワベ）他による「ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ  ＴＨＥＲＥＯＦ（超音波変換器及びその製造方法）」と題する米国特許第号に開示されている。Ｋａｗａｂｅは、アレイをなす圧電変換素子に直接結合されたプリント配線基板の利用を教示している。支持層は、基板まわりにアレイをなすように成形され、基板は、成形支持層から外側に延びることになる。Ｋａｗａｂｅは、信頼できる相互接続法を開示しているが、配線基板によって、支持層内に音波エネルギの望ましくない反射表面が形成されることになり、このため、支持層の有益な音響減衰特性の一部に変化を生じることになる。
【０００８】
もう１つの方法は、Ｍｉｌｌｅｒ（ミラー）他による「ＢＡＫＩＮＧ  ＦＯＲ  ＡＣＯＵＳＴＩＣ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＡＲＲＡＲＹ  （音響変換器アレイ用支持）」と題する米国特許第５，２６７，２２１号に開示のように、音響減衰材料の連続ブロックから支持層全体を形成することである。連続支持層は、一般に、Ｋａｗａｂｅの配線基板のような内部の障害がないので、支持層は、全体として音響減衰能力が向上する。それにもかかわらず、連続支持層の製造には、破損しないようにして、壊れやすい導電体を硬い支持層にねじ込むことが必要になる。実際のところ、これは、とりわけ、比較的ピッチが狭く、個々の変換素子の数が多い、マトリックス・サイズの大きい音響アレイの場合には、達成がかなり困難なタスクということになる。結果として、連続構造の支持層は、その他の明瞭な利点にもかかわらず、一定の大規模製造技法には通用しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、音響変換器アレイの素子と電気回路素子の対応する接点との間の電気的相互接続を可能にする支持層の改良された製造方法が切望されている。こうした支持層は、圧電素子の背面から出力される音響エネルギの十分な減衰を可能にするが、その一方で、こうしたエネルギの内部反射が変換素子に戻るのを防ぐということが望ましい。この製造方法は、コストに対して有効性があり、比較的ピッチの狭い、多数の圧電素子からなる大形変換器アレイに簡単に適応できることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示によれば、音響変換器のＺ軸支持層が得られる。この支持層は、平行に配置され、電気的に絶縁性の音響減衰支持材料内に埋め込まれた、導電体のマトリックスから構成される。音響変換器は、支持層の第１の端部に配置され、個々の変換素子は、それぞれ、導電体のそれぞれに電気的に接続される。支持層のもう一方の端部では、導電体が対応する回路素子に電気的に接続される。
【００１１】
本発明の実施例では、支持層は、それぞれ、外部フレーム部材を備える複数のリードフレームと、リードフレームを横切って平行に延びる複数の導体から製造される。導体は、フレーム部材の両端に終端がくる。リードフレームのうち隣接するリードフレームのそれぞれの導体が、平行に配置されて、それぞれの導体間に、リードフレーム１つ分の幅に相当するスペースが形成されるように、複数のリードフレームがスタックがされる。スタックされた複数のリードフレームに吸音支持材料を注ぐことによって、導体間のスペースが完全に充填される。次に、フレーム部材及び過剰吸音支持材料が、スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレームから取り除かれる。
【００１２】
詳述すると、複数のリードフレームを設けるステップには、さらに、リードフレーム材料のシートにフォトレジスト材料を塗布するステップが含まれる。複数のリードフレームを含むトレース・パターンが、フォトレジスト材料にイメージングされる。リードフレーム材料には、選択的にエッチングが施され、エッチングを施したリードフレーム材料には、パッシベーションが施される。次に、支持層に用いるため、リードフレームが、個々に分離される。
【００１３】
支持材料を注ぐステップには、さらに、スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレームを第１の時間期間にわたって真空にするステップが含まれる。次に、スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレームに対して、所定量の圧力が加えられる。最後に、スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレームが、第２の時間期間にわたって、所定の温度まで加熱される。高温のベーキングから解放されると、前記スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレームには、所望の寸法及び平坦性が得られるまで、研削が施される。
【００１４】
当該技術の熟練者であれば、好適な実施例に関する下記の詳細な説明を検討することによって、エッチングを施したリードフレームを利用する音響変換器用のＺ軸導電性支持層についての理解がより完全なものになり、その追加利点及び目的についても明らかになるであろう。最初に概略的に描写する添付紙面の図面について言及する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、音響変換器アレイの素子と電気回路素子の対応する接点との間の電気的相互接続を可能にする音響減衰支持層の改良された方法が得られる。この方法は、比較的ピッチの狭い、多数の圧電素子からなる大形変換器アレイに簡単に適応することが可能である。
【００１６】
まず、図１を参照すると、音響変換器フェイズド・アレイ１０が示されている。図示のように、典型的な音波５が、音響変換器フェイズド・アレイ１０の中心部分から放出されている。音響変換器フェイズド・アレイ１０は、整合層１２、圧電層１４、及び、支持層１６から構成される。圧電層１４によれば、電気信号に応答して音波を生じる音響共振器が得られる。音波は、圧電層１４の上部表面１３、及び、圧電層の背面となる下部表面１５の両方から送り出される。圧電層１４は、それに印加される電界に応答して音波を発生する、ジルコン酸チタン酸鉛のような任意の材料から構成することが可能である。整合層１２は、圧電層１４から負荷に伝達される音波の順方向電力を増す。支持層１６は、圧電層１４の背面から進行する音波を減衰させる働きをし、また、各圧電素子から外部回路素子への電気的接続を可能にする。
【００１７】
圧電層１４及び整合層１２は、エポキシまたは他の接着剤を用いて、支持層１６に接着される。次に、圧電層１４及び整合層１２は、アレイをなすように配置される、複数の独立した圧電素子１８に分割される。アレイ・サイズについては、その方位角方向（ｘ軸）及びその仰角方向（ｙ軸）に関連して説明する。例えば、図１には、１４×３の素子からなる音響変換器アレイが示されているが、もちろん、同様のやり方で、他のサイズのアレイを構成することも可能である。２次元アレイは、６４×６４または１２８×１２８といったように、かなり大きくすることが可能である。特定の変換素子としての各圧電素子１８に加えられる電気信号の位相を変化させることによって、結果得られる音響信号に、選択的に制御または「操向」を施すことが可能である。
【００１８】
図２には、圧電素子１４の下部表面１５が示されている。個々の圧電素子１８から成る１４×３のアレイに分割される。導体としての導電性トレース２２が、支持層１６を通ってｚ軸方向に延び、下部表面１５において圧電素子１８と電気的に接続する。それぞれの圧電素子１８に対する電気信号は、導電性トレース２２を介して伝導される。
【００１９】
支持層１６の導電性トレース２２は、図３、４、及び、５に示すように、複数のリードフレームから製造される。リードフレームは、一般に、集積回路の製造に用いられるＢｅＣｕのような導電性材料の薄いシートである。リードフレームに選択的にエッチングを施して、所望のパターンを組み込むことにより、集積回路の半導体基板と外部回路素子との間における電気的接続が行えるようにすることが可能である。この応用例の場合、リードフレームにパターン形成することによって、音響変換器の支持層１６内に導電性トレース素子が生じる。
【００２０】
図３には、トレース・リードフレーム２０と呼ばれる第１のタイプのリードフレームが、示されている。トレース・リードフレーム２０は、一般に、外側フレーム部材２８と、トレース・リードフレームの幅を横切って平行に延びる複数の導電性トレースを備える、矩形の形状である。導電性トレース２２は、リードフレーム材料にエッチングされたスロット２３によって隔てられており、外側フレーム部材２８の両側の端部ポイント２４、２６に終端がくる。トレース・リードフレーム２０は、外側フレーム部材２８の４つのコーナのそれぞれに、複数のアライメント・ホール３２が配置されている。さらに後述するように、導電性トレース２２の幅及び導電性トレースの隣接トレース間のスペーシングは、所望の変換器アレイ・サイズが得られるように選択可能である。
【００２１】
図４には、スペーサ・リードフレーム３０と呼ばれる第２のタイプのリードフレームが示されている。スペーサ・リードフレーム３０は、トレース・リードフレーム２０と同様、矩形であり、外側フレーム部材２８及びアライメント・ホール３２から構成されている。しかし、導電性トレース２２の代わりに、第２のタイプのスペーサ・リードフレーム３０は、外側フレーム部材２８の内側エッジ３４によって境界が形成された開放スペース３５を備えている。スペーサ・リードフレーム３０を用いることによって、さらに後述するように、トレース・リードフレーム２０のうち隣接トレース・リードフレームの導電性トレース２２間におけるスペース幅が決まる。
【００２２】
図５には、エンド・リードフレーム４０と呼ばれる第３のタイプのリードフレームが示されている。エンド・リードフレーム４０は、トレース・リードフレーム２０及びスペーサ・リードフレーム３０の場合と同様、矩形で、アライメント・ホール３２を備えている。先行リードフレームと違って、エンド・リードフレーム４０の内部３６は、完全に中実で、開口部のエッチングは施されていない。エンド・リードフレーム４０は、さらに、後述するように、支持層１６のエンド部材を形成する。
【００２３】
これら３タイプのリードフレームは、それぞれ、従来のエッチング・プロセスによって、例えば、ＢｅＣｕから成る、薄い金属シートから形成されている。まず、リードフレーム材料のシートに、フォトレジスト材料が塗布される。次に、フォトレジスト材料に、リードフレームを表したパターンのイメージングが施される。次に、各リードフレームは、塩化第二鉄または過硫酸ナトリウムといった、エッチング溶液に浸漬させられる。導電性トレース２２のうち隣接トレース間に形成されるスロット２３が、エッチング・プロセスによって開けられる。次に、例えば、エッチング済みリードフレームにＣｒＡｕ層の電気メッキを行うことによって、残りのエッチング済みリードフレーム材料にパッシベーションが施される。
【００２４】
図６に示すように、ＢｅＣｕ材料の単一のシート５０を利用して、複数のリードフレームを同時に製造することが可能である。シート５０は、図示のように、共通の支持タブ５４を用いて、外部フレーム５２内において吊り下げられた２５の個々のトレース・リードフレーム２０を含んでいる。支持タブ５４は、さらに、パッシベーション電気メッキのための共通電極の働きもする。パッシベーション・ステップが完了すると、個々のトレース・リードフレーム２０は、支持層１６の製造に用いるため、シート５０から分離される。このプロセスは、スペーサ・リードフレーム３０及びエンド・リードフレーム４０の製造についても同様に繰り返される。もちろん、このプロセスを繰り返すことによって、大量のリードフレームを製造することが可能である。
【００２５】
次に、仕上がったリードフレームは、図８及び９に示すように、互いにスタック固定具６０にアセンブルされる。スタック固定具６０は、ベース・プレートの中心からベース・プレートのコーナに向かって延びる、それぞれの底部スタック・プレート６２に接触する中心支持体６６を支持する、矩形のベース・プレート５６から構成される。スタック・プレート６２は、エキスパンション・ネジ６４に機械的に接続する。図示のように、４つのスタック・プレート６２と、３タイプのリードフレームのそれぞれにおける４つのアライメント・ホール３２に対応する、４つのアライメント・ピン５８が存在する。エキスパンション・ネジ６４を回転させると、連係するスタック・プレート６２が、連係するアライメント・ピン５８と共に、半径方向の外側移動する。
【００２６】
リードフレームは、アライメント・ピン５８がリードフレームのそれぞれのアライメント・ホール３２と係合するように、スタック固定具６０に対してスタックされる。まず、エンドリードフレーム４０が、スタック・プレート６２の上においてスタック固定具６０に取り付けられ、スペーサ・リードフレーム３０がこれに続く。次に、スペーサ・リードフレーム３０の上に、トレース・リードフレーム２０が取り付けられ、トレース・リードフレームの上に、もう１つのスペーサ・リードフレーム３０が取り付けられる。所望の数の層が得られるまで、同様のやり方で、スタック固定具６０に対して追加トレース・リードフレーム及びスペーサ・リードフレームがスタックされる。トレース・リードフレーム２０は、それぞれのリードフレームの導電性トレース２２が、互いに平行になるように、配置される。次に、エキスパンション・ネジ６４を回転させると、アライメント・ピン５８が外側方向に移動し、リードフレームが側方に引っ張られるので、リードフレームの平面性が確保される。実際、リードフレームに必要な引っ張り力を加えるには、４つのエキスパンション・ネジのうち３つを調整するだけで済む。
【００２７】
図７には、３×２の変換器アレイの支持層を形成するための典型的なリードフレーム・スタックの断面が示されている。スタックは、スタックの底部と上部の両方に、エンド・リードフレーム４０を備えている。エンド・リードフレーム４０の間には、スペーサ・リードフレーム３０とトレース・リードフレーム２０が交互に配置されている。トレース・リードフレーム２０は、それぞれ、３つの導電性トレース２２を備えている。トレース・リードフレーム２０及びスペーサ・リードフレーム３０の外側フレーム部材２８は、アライメントがとられる。
【００２８】
一般に、各トレース・リードフレームの厚さは、問題となる動作周波数の四分の一波長（λ／４）以下である。トレース・リードフレーム２０及びスペーサ・リードフレーム３０を組み合わせると、サンプルとなるλ／２の２次元アレイをなす圧電素子の場合に一般的な、同じλ／２のピッチが形成される。スペーサ・リードフレーム３０は、トレース・リードフレーム２０のうち隣接リードフレームが互いに短絡するのを防止する。トレース・リードフレームとスペーサ・リードフレームの幅の合計が、圧電素子のピッチになる限りにおいて、トレース・リードフレーム２０とスペーサ・リードフレーム３０の相対厚さは、同じでも、あるいは、異なっていてもかまわない。
【００２９】
すなわち、スペーサ・リードフレーム３０よりも薄いトレース・リードフレーム２０を用いることによって、変換器における導電性トレース２２の摂動を最小限に抑えることが望ましい場合もある。例えば、図２には、スペーサ・リードフレーム３０がトレース・リードフレーム２０よりも厚い、方位角寸法と、仰角寸法が異なる２次元アレイ素子が示されている。各トレース・リードフレーム間に複数のスペーサ・リードフレーム３０を用いることによって、導電性トレース２２間のスペーシングをさらに増すことも可能である。
【００３０】
所望の数のリードフレームをスタック固定具６０にスタックすると、図８に示すように、電気的に絶縁性の支持材料がスタックに注入する。液化支持材料は、スタック全体に浸透し、隣接導電性トレース２２間に位置する全てのスペース、及び、スペーサ・リードフレーム３０の開放スペース３５を充填する。支持材料は、タングステン、シリカ、または、クロロプレンのような吸音材料及び音響拡散材料から構成されることが予測されるが、同様の吸音特性を備えた他の材料を有効に利用することも可能である。
【００３１】
支持材料を注いだ後、浸透したリードフレーム・スタックに加熱及び加圧を施すことによって、液化支持材料が硬化し、粗状態の支持層構造が形成される。所定の時間期間にわたって（約１０分）、スタックを真空オーブン内に入れ、支持材料のガス抜きを施して、偶発的に構造内にとどまった可能性のある望ましくない気泡が抜き取られる。次に、図１０に示すように、スタックの上に、上部スタック・・プレート６８を重ねることによって、スタックに圧力負荷を加えることが可能になる。上部スタック・プレート６８は、浸透したスタックに対する圧力負荷の均等な分散を可能にする。適正な圧力負荷（約５０ｐｓｉ）を加えておいて、スタックをオーブンに入れ、支持材料にベーキングを施して（５０℃で、約１２時間）、固体構造にする。当業者には明らかなように、前記時間、圧力、及び、温度の値は、部分的に、選択される材料、支持層の所望の動作特性、及び、選択されるアレイ・サイズによって決まり、他の値を有効に利用することも可能である。加熱及び加圧ステップが完了すると、オーブンから浸透スタックを取り出し、冷却させる。次に、支持材料を硬化することによって、固体構造が得られる。
【００３２】
リードフレームは、図１２に示すように、導伝性トレース２２に垂直に配置された、絶縁交差補強部材７４が組み合わせられたスタック固定具６０に、スタックすることも可能である。絶縁交差補強部材７４は、アライメント・ピン５８によって加えられる引っ張り力にもかかわらず、導電性トレース２２の中間部がたるむのを防止する。絶縁交差補強部材７４は、隣接する導電性トレース２２間における伝導を防ぐため、電気的に絶縁性の材料で構成される。次に、絶縁交差補強部材７４を所定位置につけたスタックに、液化支持材料が注がれる。代替案として、トレース・リードフレーム２０に絶縁コーティングを施して、望ましくない電気伝導をさらに阻止することも可能である。
【００３３】
次に、図１１に７０で示す、冷却され、固化した支持層構造が、スタック固定具６０から取り外され、最終形状をなすように機械加工が施される。上部表面７２を研削して、平坦にすることによって、圧電層１４との良好な結合が確保される。個々のリードフレームの外側フレーム部材２８を含む支持構造７０のサイド・エッジも取り外されて、図１１にドット・ラインで示す最終形状が得られる。結果得られた構造は、縦方向に延びているが、他の点では、互いに別個の導電性トレース２２を備えている。さらに、支持材料によって形成された絶縁コーティングが、支持構造７０の外部表面全体に残っている。図１４には、導電性トレース２２が埋め込まれた、完成した支持層１６の構造が示されている。
【００３４】
機械加工ステップが完了すると、支持層１６の上部表面７２に圧電層１４及び整合層１２を結合することが可能になる。ダイシング・ソーを利用して、圧電層１４、整合層１２、及び、支持層１６の上部にダイシングを施しすことにより、図１５に示すように、独立した圧電変換素子が形成される。独立した変換素子は、それぞれ、導電性トレース２２のうち関連するトレースに電気的に接続され、ダイシング・ソーによって形成されるひき目ライン７８によって、隣接変換素子から音響的に分離される。
【００３５】
代替案として、図１３の側面図に示すように、上部表面７２に機械加工を施すことによって、外側フレーム部材２８の一部はそのままにして残し、圧電層１４との自己アライメント構造が得られるようにすることも可能である。外側フレーム部材２８は、それぞれ、互いに、物理的に接触しおり、従って、互いに、電気的に接続されている。圧電層１４と整合層１２の結合が済むと、これらの層には、外側フレーム部材２８の残りの部分を通って、支持層内に達する、ダイシングが施される。これによって、導電性トレース２２と圧電層１４の間に良好な電気接続が確保され、ダイシング・ソーと埋め込まれた導電性トレースとの完全なアライメントをとる必要がなくなる。
【００３６】
本発明のもう１つの実施例では、導線性トレース２２を支持層の端部から外側に延長させて、回路基板のような外部回路素子に電気的に接続可能なタブを形成することが可能である。リードフレームをスタック固定具６０にスタックした後、図１６に示すように、スタックを横に向けて、液化支持材料がスタックに注ぎ込まれる。支持材料は、スタックを完全にはカバーせず、それどころか、スタックの端部が、支持材料の表面から突き出すことになる（７５で虚線によって図示）。支持層は、上述のように、硬化すると、機械加工が施され、スタックの突出部の外側フレーム部材２８を取り除くと、タブ７６が残される。図１７に示すように、支持層１６の突出したタブ７６とは反対側の端部に、圧電層１４及び整合層１２を結合し、前述のように、これらの層にダイシングを施すことによって、個々の変換素子が形成される。タブ７６によって、導電性トレース２２と個々の変換素子の電気接続が可能になる。
【００３７】
埋め込まれる導電性トレース２２の断面積に比べて大きい音響変換素子の場合、導電性トレースの存在によって、変換素子の音響的な支持環境における摂動が最小限に抑えられる。しかし、変換素子が小さくなると、圧電層１４の下部表面１５に近いトレースの端部における、導電性トレースの断面積を縮小することが必要になる可能性がある。
【００３８】
図１８ないし２４には、断面積を縮小した導電性トレース２２の代替実施例が開示されている。図１８及び１９には、フレーム部材２８と接続される幅の狭い部分８２までテーパ状になった導電性トレース２２が示されている。この導電性トレース２２のテーパ状部分８４は、通常の幅部分と幅の狭い部分８２の間に位置することになる。ＢｅＣｕリーフレーム材料に修正パターンのエッチングを施すことによって、上述のやり方と同様のやり方で、代替トレース・リードフレーム２０が製造される。
【００３９】
リードフレームには、２次元以上における狭窄化が施されるように、修正を加えることが可能である。図２０には、リードフレームの幅寸法８６と厚さ寸法８８の両方において、テーパ状部分を有する導線性トレース２２が示されている。当該技術において周知のように、厚さ８８は、イメージングとエッチング液のタイミングを制御することによって、狭めることができる。図２１には、狭められて十字形状部分９２をなす、導線性トレース２２の実施例が示されている。
【００４０】
導電性トレース２２のもう１つの代替幾何学形状では、トレースの接触領域が減少し、この接触領域は、圧電素子の中心から取り除かれる。図２２及び２３に示すように、各導電性トレースは、音響変位及びエネルギ密度が最低である、圧電素子の外側エッジにおいて、圧電素子を背にして配置された、より小さい基板９４、９６をなすようにパターン化される。
【００４１】
図２４において、導電性トレース２２は、トレースの全長にわたって、幅寸法がテーパ状になっている。幅の最も狭い部分１０２は、圧電素子と接触する導電性トレース２２の端部に位置している。第１のテーパ状部分１０４は、最も狭い部分１０２から中間幅の部分１０６へと太くなっている。第２のテーパ状部分１０８は、さらに、中間幅の部分１０６から全幅部分１１０まで幅を増している。もちろん、もっと多い、あるいは、もっと少ないテーパ状部分を利用することによって、導電性トレース２２の幅が第１の端部から第２の端部へと変化する率を有効に変化させることも可能である。また、当然明らかなように、導電性トレース２２は、図２０及び２１に関して上述のように、幅寸法だけでなく、厚さ寸法においても、テーパ状とすることが可能である。
【００４２】
最後に、図２５には、「寸法的ファン・アウト」とも呼ばれる、ピッチの拡大を利用したトレース・リードフレーム２０の代替実施例が示されている。この実施例の場合、個々の導電性トレース２２間におけるスペーシングは、トレースの一方の端部がもう一方の端部よりも広くなる。一方の端部におけるスペーシングのほうが狭いのは、個々の圧電変換器のピッチを一致させる意図によるものであり、もう一方の端部におけるスペーシングのほうが広いのは、回路素子に対する接続を容易にするためである。導電性トレースには、リードフレームを直接横切って延びる、中央に配置されたトレース１１２と、中央に配置されたトレースに対するオフセットの度合いが異なる角度付きトレース１１４、１１６を含めることが可能である。寸法的ファン・アウトは、図２５に示すように、リードフレームの幅全体にわたって均等な間隔をあけることもできるし、あるいは、独立した導電性トレースをリードフレームの左または右にオフセットさせることも可能である。
【００４３】
エッチングを施されたリードフレームを利用する音響変換器の支持層に関する望ましい実施例について、ここまで解説してきたが、当業者には明らかなように、この装置の範囲内でいくつかの利点が得られた。本発明については、特許請求の範囲において、さらに定義される。
【００４４】
以上、本発明の各実施例について詳述したが、ここで各実施例の理解を容易にするために、各実施例ごとに要約して以下に列挙する。
【００４５】
１．  マトリックスをなすようにアライメントがとられた複数の変換素子（１８）から成る音響変換器（１０）に用いられる、支持層（１６）を製造するための方法であって、
それぞれ、外側フレーム部材（２８）を備えた複数のリードフレーム（２０）と、前記外側フレーム部材の両端に終端がくる、前記リードフレームを横切って延びる導体（２２）を設けるステップと、
前記複数のリードフレーム（２０）をスタックして、前記リードフレームの隣接するリードフレームにおけるそれぞれの導体（２２）が、前記それぞれの導体間にスペースが形成される位置につくようにするステップと、
前記スタックされた複数のリードフレームに、電気的に絶縁性の吸音支持材料を注いで、導体間の前記スペースを完全に充填するステップと、
スタックされ、吸音支持材料を注がれた複数のリードフレームから、前記外側フレーム部材（２８）及び過剰な吸音支持材料を除去するステップから構成される、
音響変換器用支持層製造方法である。
【００４６】
２．  前記複数のリードフレーム（２０）を設けるステップに、さらに、
リードフレーム材料のシート（５０）に、フォトレジスト材料を塗布するステップと、
フォトレジスト材料に、前記複数のリードフレーム（２０）を含むトレース・パターンのイメージングを施すステップと、
前記リードフレーム材料のシート（５０）に選択的にエッチングを施すステップと、
前記エッチングを施されたリードフレーム材料にパッシベーションを施すステップと、
前記リードフレームを個々に分離するステップが含まれることを特徴とする、上記１に記載の音響変換器用支持層（１６）製造方法である。
【００４７】
３．  前記注ぐステップに、さらに、
前記スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレーム（２０）を第１の時間期間にわたって真空にするステップと、
前記スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレーム（２０）に所定量の圧力を負荷するステップと、
前記スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレーム（２０）を第２の時間期間にわたって所定の温度まで加熱するステップが含まれることを特徴とする、
上記１または２に記載の音響変換器用支持層（１６）製造方法である。
【００４８】
４．  前記除去ステップに、さらに、前記スタックされ、支持材料を注がれた複数のリードフレーム（２０）のエッジを研削して、所望の寸法及び平坦性を得るステップが含まれることを特徴とする、上記１乃至３に記載の音響変換器用支持層（１６）製造方法である。
【００４９】
５．  前記スタックするステップに、さらに、前記外側フレーム部材（２８）のコーナに外側へ力を加えることによって、前記複数のリードフレームを引き伸ばすステップが含まれることを特徴とする、先行の１乃至４に記載の音響変換器用支持層（１６）製造方法である。
【００５０】
６．  前記スタックするステップに、さらに、前記導体（２２）に垂直な前記スペースに絶縁交差補強部材（７４）を挿入するステップが含まれることを特徴とする、先行の１乃至５に記載の音響変換器用支持層（１６）製造方法である。
【００５１】
７．  正面と背面（１３、１５）を備えた変換素子（１８）のアレイと、
前記変換素子（１８）の前記背面（１５）に結合され、リードフレーム材料から成る複数の導体（２２）がそれに通って延びている支持層（１６）から構成され、前記導体の第１の端部（２４）が、前記変換素子のそれぞれに結合され、前記導体の第２の端部（２６）が、前記支持層の前記変換素子と向かい合った側に位置し、前記支持層が、前記背面からの音波エネルギを減衰させる音響インピーダンスを有していることを特徴とする、
音響変換器（１０）である。
【００５２】
８．  前記複数の導体（２２）は、その間に形成されるスペーシングが、前記第１の端部（２４）において、前記変換素子（１８）のうち隣接する素子間のピッチと同等であり、前記第２の端部（２６）において、大幅に異なることを特徴とする、上記７に記載の音響変換器である。
【００５３】
９．  前記導体（２２）に、さらに、その全長にわたって、テーパ状の断面が備わっていることを特徴とする、上記７または８に記載の音響変換器である。
【００５４】
１０．  前記導体（２２）には、さらに、前記第１の端部が細くなった断面部分が備わっているということを特徴とする、上記７、８または９に記載の音響変換器である。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、変換素子をマトリックス状に配列した音響変換器の支持層を形成する際に、外部フレーム部材を有する複数のリードフレームを横切って延びる導体を設けて、このリードフレームをスタックし、隣接するリードフレームの導体間にそれぞれスペースを形成し、この導体間のスペースに電気的に絶縁性の吸音支持材を充填し、外側フレーム部材と過剰な吸音支持部材を除去するようにしたので、変換素子の背面から出力される音響エネルギが十分に減衰しながらこの音響エネルギの内部反射が変換素子に戻るのを防止でき、支持層が音響変換アレイと電気回路素子の対応する接点との間の電気的相互接続が可能となり、しかも、コストを低減でき、かつ比較的ピッチの狭い多数の圧電素子からなる大型変換器アレイに簡単に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響変換器アレイの斜視図である。
【図２】図１の２−２線でで切断して描かれた、音響変換器アレイの平面断面図である。
【図３】複数の導電性トレース素子を備えるパターン化リードフレームを示す平面図である。
【図４】スペーサ素子を備えるパターン化リードフレームを示す平面図である。
【図５】エンド素子を備えるパターン化リードフレームを示す平面図である。
【図６】複数のパターン化リードフレームを含む単一基板を示す平面図である。
【図７】パターン化リードフレームのスタックの断面平面図である。
【図８】アセンブリ固定具に取り付けられるリードフレームのスタックを示す断面図である。
【図９】アセンブリ固定具の平面図である。
【図１０】音響減衰材料の硬化時におけるアセンブリ固定具に取り付けられたリードフレームのスタックを示す断面図である。
【図１１】硬化した支持層アセンブリの断面平面図である。
【図１２】絶縁スペーサ・バーを備える硬化支持層アセンブリの断面側面図である。
【図１３】圧電変換器層を取り付けるためにアライメントがとられた、硬化支持層の断面側面図である。
【図１４】支持層内に配置された複数の導体の等角図である。
【図１５】圧電素子を備える完成した支持層と、それに取り付けられた整合層の断面側面図である。
【図１６】リードフレームの導電素子が音響減衰材料の外側に延びる支持層の代替実施例を示す斜視図である。
【図１７】音響減衰材料の外側に延びる導電体を示す、支持層の代替実施例の断面側面図である。
【図１８】狭まった端部を備えるリードフレームの代替実施例の要部を示す平面図である。
【図１９】図１８の１９−１９線で切断して描かれた、代替リードフレームの断面端面図である。
【図２０】図１８の１９−１９線で切断して描かれた、第２の代替リードフレームの断面端面図である。
【図２１】図１８の１９−１９線で切断して描かれた、第３の代替リードフレームの断面端面図である。
【図２２】リードフレームの第４の代替実施例の要部を示す平面図である。
【図２３】図２２の２３−２３線で切断して描かれた、リードフレームの第４の代替実施例の断面端面図である。
【図２４】テーパ状断面を備えたリードフレームの第５の代替実施例の平面図である。
【図２５】ピッチを拡大したリードフレームの第６の代替実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
５        音波
１０      音響変換器フェーズド・アレイ
１２      整合層
１３、７２      上部平面
１４      圧電層
１５      下部平面
１６      支持層
１８      圧電素子
２０      トレース・リードフレーム
２２      導電性トレース
２３      スロット
２８      外側フレーム部材
３０      スペーサ・リードフレーム
３２      アライメント・ホール
３４      内側エッジ
３５      開放スペース
４０      エンド・リードフレーム
５０      シート
５２      外部フレーム
５４      支持タブ
５６      ベース・プレート
５８      アライメント・プレート
６０      スタック固定具
６２      スタック・プレート
６４      エキスパンション・ネジ
６６      中心支持体
６８      上部スタック・プレート
７０      支持層構造
７２      上部表面
７４      絶縁交差補強部材
７６      タブ
７８      ひき目
９２      十字形状部分
９４、９６      基板
１０２      幅の最も狭い部分
１０４      第１のテーパ状部分
１０６      中間幅の部分
１０８      第２のテーパ状部分
１１２      中央トレース
１１４，１１６      角度付きトレース
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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