(57)【要約】【課題】画像分解能を高める又は画像視野を拡大する目的で画像アレイの寸法を増大させつつ、同時に電気接続構造の寸法、複雑さ及び構成要素の数をさらに削減する。【解決手段】回路構造（１０、２０、３０、４０）が、各々主表面（１ａ）を含み、主表面は回路構造のもう一つのものの主表面に関して共面配向に配置されて、積層状構成を成す構造（１０−４０）の系列を提供する。電気接続（３４、４７）が、この系列の隣り合った回路構造の間に形成される。各々の回路構造のコネクタ領域（１ｂ又は１ｂ′）が、主表面（１ａ）から離隔しつつ延在する末梢部（１ｃ又は１ｃ′）を含んでおり、隣り合った構造のコネクタ領域の末梢部（１ｃ、１ｃ′）は互いから隔設されている。第一の結線パターン（４１、４５、４６）が、主表面からコネクタ領域の末梢部まで延在している。【選択図】図１
2008183402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の平面（Ｐ１）に沿って横列及び縦列を成して配列されており、画像処理のために最初の信号を送信すると共に反射した信号を受け取るトランスデューサ素子（５０）のアレイ（２）と、
複数の回路構造（１０、２０、３０、４０）と
を備えた超音波イメージング・システム（２００）であって、前記複数の回路構造（１０、２０、３０、４０）は各々、
（ａ）当該回路構造（１０、２０、３０、４０）のもう一つのものの主表面に関して共面配向に配置されており積層状構成を成す当該構造の系列を提供する主表面（１ａ）であって、電気接続（３４、４７）が前記系列の隣り合った回路構造の間に形成される、主表面（１ａ）と、
（ｂ）該主表面（１ａ）から離隔しつつ延在する末梢部（１ｃ又は１ｃ′）を有するコネクタ領域（１ｂ又は１ｂ′）であって、隣り合った構造のコネクタ領域の各末梢部（１ｃ、１ｃ′）は互いから隔設されている、コネクタ領域（１ｂ又は１ｂ′）と、
（ｃ）前記主表面から前記コネクタ領域の前記末梢部まで延在する第一の結線パターン（４１、４５、４６）と
を有し、
前記複数の回路構造は、当該回路構造同士の間に形成されている前記電気接続（３４、４７）の少なくとも幾つかを含み前記第一の結線パターンの１又は複数から前記トランスデューサ素子（５０）の多数まで延在する第二の結線パターン（３４、３５、３７、４５、４７）を設けるように構成されている、
超音波イメージング・システム（２００）。
【請求項２】
前記回路構造（１０、２０、３０、４０）の各々が軟質回路基板であり、隣り合った構造の各主表面が互いに結合されており、前記隔設されている末梢部（１ｃ，１ｃ′）に対して相対的に硬質の部分（１ａ）を前記系列において形成する、請求項１に記載のイメージング・システム（２００）。
【請求項３】
前記隣り合った回路構造（１０、２０、３０、４０）の二つの間の前記電気接続（３４、４７）は、前記構造の各々に形成されている伝導バイア（１５、２５、３５、４５）と、互いに対面している前記二つの構造の表面（３２、４３）に沿って形成されている接点パッド（３４、４７）とを含んでおり、前記対面している表面のパッドは互いに接続され、これにより前記異なる各構造に形成されたバイア（１５、２５、３５、４５）同士の間の接続を成立させている、請求項１に記載のイメージング・システム（２００）。
【請求項４】
回路構造（１０）の各々の主表面（１ａ）は、当該回路構造の中央部に沿って設けられており、各々の回路構造は、少なくとも２箇所のコネクタ領域（１ｂ、１ｂ′）を含んでおり、該コネクタ領域（１ｂ、１ｂ′）は各々、前記主表面から離隔しつつ延在する末梢部（１ｃ又は１ｃ′）を有し、該末梢部の第一のものは前記主表面から離隔しつつ第一の方向（Ｄ１）に沿って延在し、該末梢部の第二のものは前記主表面から離隔しつつ前記第一の方向とは異なる方向（Ｄ２）に延在し、
隣り合ったコネクタ領域（１ｂ、１ｂ′）の各末梢部（１ｃ、１ｃ′）は、前記主表面（１ａ）から離隔しつつ前記第一の方向（Ｄ１）に延在すると共に互いから隔設されており、隣り合ったコネクタ領域（１ｂ、１ｂ′）の各末梢部は、前記主表面から離隔しつつ前記第二の方向（Ｄ２）に延在すると共に互いから隔設されている、請求項１に記載の超音波イメージング・システム（２００）。
【請求項５】
前記構造（１０、２０、３０、４０）の第一のものは、前記構造の第二のものに対して前記アレイ（２）に最も近接して配置されており、
前記アレイの前記縦列（ｙｃ）の全てのトランスデューサ素子（５０）から電気信号を受け取り、
前記アレイの第一の複数の前記縦列のトランスデューサ素子（５０）から当該第一の構造の前記第一のコネクタ領域末梢部へ電気信号を供給し、
前記アレイの第二の複数の前記縦列のトランスデューサ素子（５０）から当該第一の構造の前記第二のコネクタ領域末梢部へ電気信号を供給し、
前記アレイの第三の複数の前記縦列のトランスデューサ素子（５０）から前記構造の前記第二のものへ電気信号を供給する
ように構成されている、請求項４に記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記構造の前記第二のものは、
前記第三の複数の縦列の前記トランスデューサ素子（５０）から電気信号を受け取り、
前記第三の複数の縦列の１又は複数の第一の縦列の前記トランスデューサ素子（５０）から当該第二の構造の少なくとも前記第一及び第二の末梢部へ電気信号を供給し、
前記第三の複数の縦列の１又は複数の第二の縦列の前記トランスデューサ素子（５０）から前記構造の第三のものへ電気信号を供給する
ように構成されている、請求項５に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記構造（１０、２０、３０、４０）の第一のものは、前記構造の第二のものに対して前記アレイ（２）に最も近接して配置されており、
前記アレイの前記縦列の全てのトランスデューサ素子（５０）から電気信号を受け取り、
第一の複数の前記縦列のトランスデューサ素子（５０）から当該第一の構造の前記コネクタ領域の前記末梢部（１ｃ又は１ｃ′）へ電気信号を供給し、
第二の複数の前記縦列のトランスデューサ素子（５０）から前記構造の前記第二のものへ電気信号を供給する
ように構成されている、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
前記構造（１０、２０、３０、４０）の前記第二のものは、
前記第二の複数の縦列のトランスデューサ素子（５０）から電気信号を受け取り、
前記第三の複数の縦列の１又は複数の第一の縦列のトランスデューサ素子（５０）から当該第二の構造の前記コネクタ領域の前記末梢部へ電気信号を供給し、
前記第三の複数の縦列の１又は複数の第二の縦列のトランスデューサ素子（５０）から前記構造の第三のものへ電気信号を供給する
ように構成されている、請求項７に記載のシステム（２００）。
【請求項９】
当該システム（２００）は、ビーム形成サーキットリ（２１４）を収容したシステム・コンソール（２１０）をさらに含んでおり、トランスデューサ素子（５０）の前記アレイ（２）及び前記複数の回路構造（１０、２０、３０、４０）はプローブ・ユニット（３１０）に収容されており、該プローブ・ユニット（３１０）はさらに、
プローブ電子回路ユニット（３４０）と、
前記回路構造の一つと前記プローブ電子回路ユニットとの間に電気接続を設ける回路基板（３３０）と、
該回路基板（３３０）とリモートのシステム・コンソール（２１０）の電子部品（２１４）との間に電気接続を設ける結線ケーブル（２５０）と
を含んでいる、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
当該システム（２００）は、ビーム形成サーキットリ（２１４）を収容したシステム・コンソール（２１０）をさらに含んでおり、トランスデューサ素子（５０）の前記アレイ（２）及び前記複数の回路構造（１０、２０、３０、４０）はプローブ・ユニット（３１０）に収容されており、該プローブ・ユニット（３１０）はさらに、
回路構造を介して信号を受け取るように各々電気的に結合されている複数のプローブ電子回路ユニット（３４０）と、
該プローブ電子回路ユニット（３４０）と前記システム・コンソール（２１０）の１又は複数の電子部品（２１２、２１４）との間に電気接続を設ける結線ケーブル（２５０）と
を含んでいる、請求項１に記載のシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像に関し、さらに具体的には、音響センサ用の電気的アセンブリの構造及び該アセンブリを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの超音波イメージング・システムでは、トランスデューサ素子信号がハンド・ヘルド型プローブ・ユニットにおいて発生されて、多チャネルのケーブル系統を介してシステム・コンソールへ送られる。これらのシステムの幾つかでは、プローブは、各々がケーブル系統を介してコンソールに接続されている１２８個又は２５６個のトランスデューサ素子から成る比較的小さいアレイを用いる場合がある。実時間３Ｄ超音波イメージング・システムは、トランスデューサの比較的大きい２Ｄアレイを用いる場合もある。大きい超音波アレイが数千個又は数万個のトランスデューサ素子を含んでいることが望ましいような応用が存在する。このように多数の素子を用いると、ハンド・ヘルド型プローブ・ユニットの素子とシステム・コンソールの電子回路との間で個別の接続を配線することが困難になる。
【０００３】
医用撮像応用では、この問題点は、処理サーキットリの限定された部分をコンソールではなくプローブ・ユニットに配置することにより、部分的に対処されている。幾つかの設計は、トランスデューサ素子の大きいアレイを、各々が場合によって１０個〜４０個の素子を含む小アレイ（サブ・アレイ）として形成し、各々の小アレイがビーム形成作用の一部を提供する専用の回路ユニットを有するようにしている。各々の小アレイ回路ユニットは、例えばアナログ・ビーム形成によって小アレイのトランスデューサ素子の全てから単一のチャネル又はワイヤへ信号を転送することができるため、小アレイの素子全ての信号を単一のケーブル線を介してコンソールの処理サーキットリへ転送することができる。このようにして、何千もの信号を、より制限された本数の線に流すことができ、管理し易いケーブル寸法とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波システムのトランスデューサ・アレイの寸法は大型化し続けているため、アセンブリ筐体にさらに多くの処理電子回路を配置することが望ましい。しかしながら、比較的小さい軽量のハンド・ヘルド型プローブ・ユニットを要求する医療応用では、寸法及び重量についての制約を満たしながらさらに高分解能の能力を備えたシステムを提供することは次第に困難になりつつある。
【０００５】
さらに多くの回路作用をハンド・ヘルド型プローブ・ユニットへ移動させることにより、プローブ・ユニットとケーブル・アセンブリとの間のインタフェイスでのワイヤ本数を削減することができる。このことは、トランスデューサ素子、及び多数の回路基板に配置され得る回路素子の間で膨大な数の付加的な接続及び配線を必要とする。トランスデューサ・アレイを主平面に沿って形成する場合には、多数の軟質回路基板が、トランスデューサ・アレイを形成した主平面に対して当該基板の主表面を直交する配向にした状態で各々配置される。かかる構成では、例えば６４列の素子を有するトランスデューサ・アレイは、６４個の個別のフレックス回路（軟質回路）による接続を必要とし得る。パルス発生及びビーム形成のような回路作用を提供する付加的な電子部品が、これら個別のフレックス回路の各々に接続されて、相対的に大型で複雑なアセンブリを生じ得る。このように、例えば画像分解能を高める又は画像視野を拡大する目的で画像アレイの寸法を増大させつつ、同時に電気接続構造の寸法、複雑さ及び構成要素の数をさらに削減する必要が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、超音波イメージング・システムが、トランスデューサ素子のアレイ及び複数の回路構造を含んでいる。トランスデューサ素子は、第一の平面に沿って横列及び縦列を成して配列されており、信号を送受する。各回路構造は、主表面と、該主表面から離隔しつつ延在するコネクタ領域とを各々含んでいる。主表面は、互いに関して共面配向に配置されており、積層状構成を成す構造の系列を提供している。電気接続が、この系列の隣り合った回路構造の間に形成される。各々の回路構造に沿って、第一の結線パターンが、各々の主表面からコネクタ領域の末梢部まで延在している。これら複数の回路構造は、第一の結線パターンの１又は複数からトランスデューサ素子の多数まで延在する第二の結線パターンを設けるように構成されている。
【０００７】
本発明のもう一つの実施形態によれば、超音波プローブが、第一の領域と、各々の第一の領域から離隔しつつ延在する１又は複数のコネクタ領域とを各々含む複数の軟質回路を含んでいる。異なる各回路の第一の領域は互いに成層されている。各々の第一の領域は、複数の貫通バイアを含んでいる。異なる各第一の領域の貫通バイアが、各軟質回路の間で電気的相互接続を設けるように接続される。アレイのトランスデューサ素子は、軟質回路の少なくとも１個への電気接続を各々有する。回路基板が、軟質回路の１又は複数に形成された電気トレースを介してトランスデューサ素子の１又は複数から信号を受け取るように接続されている。ケーブルが、回路基板と付設されているシステム・コンソールのビーム形成サーキットリとの間に電気接続を設けている。
【０００８】
また、超音波プローブの軟質多層相互接続アセンブリを製造する方法が提供される。一実施形態では、複数の軟質回路に、内部に形成された貫通バイアと、表面に形成された電気トレースとが設けられる。各回路の各部分は共に結合されており、結合部分同士の間に電気接続が形成される。各々の回路はさらに、結合部分から離隔しつつ延在する少なくとも一つの非結合部分を含んでいる。トランスデューサ素子のアレイが第一の平面に沿って設けられる。トランスデューサ素子のアレイは回路に取り付けられて、各回路は第一の平面に平行な平面に配向されるようになっている。電気トレースが、軟質回路の非結合部分に沿って形成されており、個々の軟質回路の電気トレースの何本かが、アレイの素子によって受信された信号を処理するプリント回路基板に接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下の詳細な説明からさらに明確に理解されよう。詳細な説明では、例示のみのために実施形態が添付図面に関して説明されている。
【００１０】
各図面を通して、類似の特徴を示すために類似の参照番号が用いられている。図面の個別の特徴は縮尺通りに描画されていない場合もある。
【００１１】
本発明の実施形態に従って、相互接続アセンブリを含むシステム及び相互接続アセンブリを形成する方法を本書に記載する。以下の詳細な説明では、本発明を実施し得る環境の完全な理解を可能にするために、多くの特定的な詳細が示されている。しかしながら、当業者は、本発明の実施形態が、これらの特定的な詳細を有さずとも実施され得ること、及び本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されよう。
【００１２】
図面について説明する。図１は、超音波イメージング・システム２００における多層軟質回路アセンブリ１及びトランスデューサ・アレイ２を含むトランスデューサ回路アセンブリ１００の一部の遠近図を掲げる。アレイ２は図２の断面図に示すもののような多数のトランスデューサ素子５０を含んで平面Ｐ１の周りに形成されており、素子５０が横列ｘｒ及び縦列ｙｃを成して配列されている。アレイ２の上面は平面Ｐ１と共面であるように図示されているが、アレイ２は平面Ｐ１の周りで局面形状となっていてもよい。素子５０の横列ｘｒは、本書ではｘ方向と称する平面Ｐ１に平行な第一の方向に沿って延在し、縦列ｙｃは、平面Ｐ１に平行であり且つｘ方向に直交する第二の方向に沿って延在する。実施形態の各例の特徴を説明する目的で、平面Ｐ１を含めた幾つかの平面及び特徴は水平配向を有すると称され、水平特徴に対して直交する配向を有する他の平面及び特徴は垂直配向を有すると記載される。
【００１３】
軟質回路アセンブリ１は、本書では「軟質部材（flex）」と称する多数の軟質回路基板を含んでいるが、説明を単純化するために、図１には４個のみの軟質部材から成る系列を示す。第一の軟質部材１０は一連の第一の軟質部材ボンド・パッド１１を含み、第二の軟質部材２０は一連の第二の軟質部材ボンド・パッド２１を含み、第三の軟質部材３０は一連の第三の軟質部材ボンド・パッド３１を含み、第四の軟質部材４０は一連の第四の軟質部材ボンド・パッド４１を含む。軟質部材の全てが、半硬質であって平面Ｐ１に沿って配置されている中央の主表面領域１ａに沿って互いに対して成層されている。第一及び第二の非成層領域１ｂ及び１ｂ′を本書ではコネクタ領域と称し、領域１ｂ及び１ｂ′は各々、領域１ａから離隔しつつ延在している。コネクタ領域１ｂ及び１ｂ′の各々が、末梢部１ｃ及び１ｃ′をそれぞれ含んでいる。各々の軟質部材の末梢部１ｃ及び１ｃ′は、ｘ方向に平行であり中央の主表面領域１ａから外向きに延びる相異なる方向Ｄ１及びＤ２にそれぞれ延在している。ボンド・パッド１１、２１、３１及び４１の各々の系列は、軟質部材の一つの両末梢部の対の端辺に沿って形成されている。例えば、軟質部材１０は第一のコネクタ領域１ｂの第一の末梢部１ｃのボンド・パッド１１と、第二のコネクタ領域１ｂ′の第二の末梢部１ｃ′のボンド・パッド１１とを含んでいる。末梢部１ｃ′のボンド・パッドは軟質部材の下面に形成されているので点線で描かれている。図１には示していないが、各々のボンド・パッドは、図２、図３及び図４に示すような伝導トレースによって中央の主表面領域に接続されている。図示していないが、第二のコネクタ領域１ｂ及び１ｂ′は、成層表面領域１ａから離隔しつつ他の方向、例えばｙ方向に延在していてもよい。
【００１４】
さらに他の実施形態では、非成層領域が各々の半硬質の成層表面領域１ａから全ての方向に延在するようにして、２よりも多いコネクタ領域を形成してもよい。軟質部材の各主表面領域１ａが平面Ｐ１に平行な水平配向を各々有する状態で、一連の実質的に垂直な電気接続路が各成層主表面領域１ａを貫通して延在し、トランスデューサ素子５０の各々と、一連の第一の軟質部材ボンド・パッド１１の１個のパッドのように軟質部材の１個に設けられた１個のボンド・パッドとの間で信号を導く。図１には示していないが、１個の軟質部材の異なる各端辺に沿って設けられている複数のボンド・パッドは、図６及び図７に示すもののようなプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続可能となっている。ＰＣＢに装着されているプローブ電子部品（図５及び図６に関して説明する）が、トランスデューサ・アレイ２の関係する各素子５０に関連してパルス発生作用及びビーム形成作用を提供する。他の実施形態では、一連の軟質部材ボンド・パッド１１、２１、３１及び４１の各々を、軟質部材の上面又は上下両面に形成することができる。
【００１５】
図２は、軟質部材ボンド・パッドを軟質部材の下面に形成した超音波イメージング・システム２００の多層軟質部材アセンブリ１００の部分断面図であり、ここでも、さらに大きい系列を成す軟質部材における例示的な４個の軟質部材１０、２０、３０及び４０を図示している。図２の像は、トランスデューサ素子５０の横列ｘｒの１列に沿って見たものであり、トランスデューサ素子５０と軟質部材１０、２０、３０及び４０の電気トレースとの間の例示的な接続構成を図示している。
【００１６】
トランスデューサ・アレイ２は、接着剤７０によって回路アセンブリ１に取り付けられている。回路アセンブリ１とトランスデューサ・アレイ２との間の電気伝導を成立させるために、接着剤は異方伝導形式のものでなければならず、或いは塗工された後に熱及び圧力を加えられて、金のような貴金属で形成された電気的表面が互いに接触するのに伴って接着剤が置き換えられるようにした非伝導性接着剤であってもよい。代替的には、回路アセンブリ１とトランスデューサ・アレイ２との間の電気接続は、はんだボール又は「軟質回路直装型チップ（chip on flex）」によって設けられてもよい。
【００１７】
上面５１及び下面５２を各々有するトランスデューサ素子５０は、上面５１に沿った第一のマッチング層５３、第一のマッチング層５３に隣接した第二のマッチング層５４、マッチング層５４と圧電材料層５６との間に配置されている前面接地電極５５、層５６と導電性マッチング解除（デマッチング）層５８との間に配置されている背面電極又は信号電極５７を含んでいる。信号電極５７は、圧電材料層５６に金属を堆積させた後に圧電材料層５６をマッチング解除層５８に積層することにより形成され得る。間隙又は切り溝を形成して、隣り合った横列及び縦列の圧電素子５０を互いから電気的に切り離す。例えば、切り溝６１が、層５６、５７及び５８を通した鋸切断によって水平面Ｐ１に対する垂直面に形成され得る。続いて、電極５５を素子５０の上に連続的な伝導性層として形成し、共通接地を設ける。電極５５は、電気めっき手法によって第二のマッチング層５４に形成され圧電層５６に積層される薄い金属層（例えば０．２５ミクロン〜４ミクロン）であってもよい。第一のマッチング層５３は第二のマッチング層５４に積層されることができ、圧電層が鋸切断されるときに両層５３及び５４が同じ垂直面に沿って鋸切断され、これにより切り溝６１に垂直に整列した切り溝６２を形成するようにする。マッチング層５４の鋸切断は、接地金属化部５５に達しない所で停止する。このようにして、各トランスデューサ素子５０は、互いから音響的には分離されるが、接地金属化部を介して電気的には接続される。
【００１８】
多層フレックス回路アセンブリ１は、隣り合った軟質部材、例えば軟質部材１０、２０、３０及び４０の中央の主表面領域１ａを、主表面領域１ａの長さ寸法及び幅寸法（ｘ方向及びｙ方向に沿った寸法）に近似的に合わせて切断した非伝導性接着シート８０に対して共面配向として互いに積層することにより形成される。各々のシート（例えば８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）は、２個の隣り合った軟質部材の間に配置され、隣り合った軟質部材の対を成す接点パッドが互いに対して整列されるようにする。各々の接点パッドは金のような貴金属で形成された接触表面を有する。接着シート８０の厚みは一般的には、０．０１０ｍｍ〜０．１００ｍｍの範囲にあり、対を成す接点パッドの対に損傷を与えることなく電気的接触を形成するのに十分なものとする。接着シート８０の平面Ｐ１の各方向に沿った寸法は、トランスデューサ・アレイの寸法と同じか又は僅かに小さくする。個別のフレックス回路において対を成す軟質部材接点パッドは、熱及び圧力が領域１ａに沿って垂直方向に加えられると、過剰なエポキシがこれらの区域から圧搾されるのに伴って互いに電気的に接続される。これにより、積層状構成を成す軟質部材の系列が生成され、系列において隣り合った軟質部材の間に電気接続が設けられる。２００６年１１月１７日に出願された米国特許出願第１１／５６０８６７号“Electronic System With Lead Free Interconnections and Method of Fabrication”を参照されたい。尚、この特許は本発明の出願と共通の譲受人に譲渡されており、参照により本出願に援用される。
【００１９】
上面１２及び下面１３を有する第一の軟質部材１０は、４個の上部接点パッド１４（本書では第一の軟質部材上部接点パッド１４と称する）と、主表面領域１ａに形成されている４個の貫通軟質部材伝導バイア１５（本書では第一の軟質部材バイア１５と称する）と、下面１３に形成されている４本の電気トレース１６（本書では第一の軟質部材トレース１６と称する）と、４個の第一の軟質部材ボンド・パッド１１とを含んでいる。４個のボンド・パッド１１の２個ずつが末梢領域１ｃ及び１ｃ′の各々に形成される。各々の第一の軟質部材トレース１６が、第一の軟質部材バイア１５と第一の軟質部材ボンド・パッド１１の対応する１個とを接続する。上面２２及び下面２３を有する第二の軟質部材２０は、８個の上部接点パッド２４（本書では第二の軟質部材上部接点パッド２４と称する）と、８個の貫通軟質部材伝導バイア２５（本書では第二の軟質部材バイア２５と称する）と、下面２３に形成されている４本の電気トレース２６（本書では第二の軟質部材トレース２６と称する）と、４個の第二の軟質部材ボンド・パッド２１（ボンド・パッド２１の２個ずつが各々の末梢領域１ｃ及び１ｃ′に形成されている）と、本書では第二の軟質部材下部接点パッド２７と称する４個の下部接点パッド２７とを含んでいる。各々の第二の軟質部材トレース２６が、第二の軟質部材バイア２５と、対応する第二の軟質部材ボンド・パッド２１とを接続する。
【００２０】
上面３２及び下面３３を有する第三の軟質部材３０は、１２個の上部接点パッド３４（本書では第三の軟質部材上部接点パッド３４と称する）と、１２個の貫通軟質部材伝導バイア３５（本書では第三の軟質部材バイア３５と称する）と、下面３３に形成された４本の電気トレース３６（本書では第三の軟質部材トレース３６と称する）と、４個の第三の軟質部材ボンド・パッド３１（ボンド・パッド３１の２個ずつが各々の末梢領域１ｃ及び１ｃ′に形成される）と、本書では第三の軟質部材下部接点パッド３７と称する８個の下部接点パッド３７とを含んでいる。各々の第三の軟質部材トレース３６が、第三の軟質部材バイア３５と、対応する第三の軟質部材ボンド・パッド３１とを接続する。上面４２及び下面４３を有する第四の軟質部材４０は、１６個の上部接点パッド４４（本書では第四の軟質部材上部接点パッド４４と称する）と、１６個の貫通軟質部材バイア４５（本書では第四の軟質部材バイア４５と称する）と、下面４３に形成された４本の電気トレース４６（本書では第四の軟質部材トレース４６と称する）、４個の第四の軟質部材ボンド・パッド４１（ボンド・パッド４１の２個ずつが各々の末梢領域１ｃ及び１ｃ′に形成される）と、１２個の第四の軟質部材下部接点パッド４７とを含んでいる。各々の第四の軟質部材トレース４６が、第四の軟質部材バイア４５と、対応する第四の軟質部材ボンド・パッド４１とを接続する。
【００２１】
接着剤層８０ａは、第一の軟質部材１０と第二の軟質部材２０との間に接着結合を設ける。接着剤層８０ｂは、第二の軟質部材２０と第三の軟質部材３０との間に接着結合を設ける。接着剤層８０ｃは、第三の軟質部材３０と第四の軟質部材４０との間に接着結合を設ける。他の実施形態では、軟質部材同士の間の電気接点は、異方伝導性接着剤を、熱及び圧縮、はんだ、バンプ形成、又は他の一般的な方法と共に用いて形成され得る。
【００２２】
図２の説明をさらに続けると、各々の横列ｘｒの各々のトランスデューサ素子が層５９（図２に存在しない）を介して第四の軟質部材バイア４５に接続される。代替的には、マッチング解除層５８が最上のフレックス回路４０に直接結合されて、最上の層４０のボンド・パッド及び上部の第四の軟質部材接点パッド４４への接続を設ける。第一の末梢部１ｃに最も近接した２列の縦列ｙｃにおいて素子５０に接続されている２個の軟質部材バイア４５及び第二の末梢部１ｃ′に最も近接した２列の縦列ｙｃにおいて素子５０に接続されている２個の軟質部材バイア４５は、第四の軟質部材トレース４６を介して末梢領域１ｃの第四の軟質部材４０の下面４３に沿って形成されている第四の軟質部材ボンド・パッド４１に接続される。４列の素子５０の縦列に関しては、関連する第四の軟質部材バイア４５の縦列及び関連する第四の軟質部材トレース４６が、第一の末梢部１ｃに対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させると共に第二の末梢部１ｃ′に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させて、第一の結線パターンを形成する。第四の軟質部材バイア４５の他の縦列ｙｃ（すなわち第四の軟質部材ボンド・パッド４１に接触するバイア以外のもの）は、第四の軟質部材下部接点パッド４７を介して第三の軟質部材上部接点パッド３４に接続される。第三の軟質部材上部接点パッド３４は、第四の軟質部材バイア４５のうちトレース４６を介して部分１ｃ及び１ｃ′に接続されていないものと、軟質部材３０の第三の軟質部材バイア３５との間に電気接続を設けて、第二の結線パターンを形成する。
【００２３】
軟質部材３０に関して述べると、第一の末梢部１ｃに最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続されている第三の軟質部材バイア３５は、第三の軟質部材トレース３６を介して、軟質部材３０の末梢部１ｃの下面３３に沿って形成されている第三の軟質部材ボンド・パッド３１に接続される。同様に、軟質部材３０の第二の末梢部１ｃ′に最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続されている第三の軟質部材バイア３５は、第三の軟質部材トレース３６を介して、軟質部材３０の第二の末梢部１ｃ′の下面３３に沿って形成されている第三の軟質部材ボンド・パッド３１に接続される。４列の素子５０の縦列に関して述べると、第三の軟質部材バイア３５の関連する縦列及び関連する第三の軟質部材トレース３６が、軟質部材３０の第一の末梢部１ｃのボンド・パッド３１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させると共に軟質部材３０の第二の末梢部１ｃ′のボンド・パッド３１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させる。軟質部材２０の上面２２に形成されている第二の軟質部材上部接点パッド２４は、第三の軟質部材バイア３５のうちトレース３６を介して軟質部材３０のボンド・パッド３１に接続されていないもののための電気接続を設ける。これらの接続は、第三の軟質部材下部接点パッド３７、軟質部材２０の第二の軟質部材上部接点パッド２４及び第二の軟質部材バイア２５を介して、第二の軟質部材ボンド・パッド２１及び第一の軟質部材ボンド・パッド１１まで形成される。
【００２４】
軟質部材２０に関して述べると、第一の末梢部１ｃに最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続されている第二の軟質部材バイア２５は、第二の軟質部材トレース２６を介して、軟質部材２０の末梢部１ｃの下面２３に沿って形成されている第二の軟質部材ボンド・パッド２１に接続される。軟質部材２０の第二の末梢部１ｃ′に最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続されている第二の軟質部材バイア２５も同様に、第二の軟質部材トレース２６を介して、軟質部材２０の第二の末梢部１ｃ′の第二の軟質部材ボンド・パッド２１に接続される。４列の素子５０の縦列に関して述べると、第二の軟質部材バイア２５の関連する縦列及び関連する第二の軟質部材トレース２６は、軟質部材２０の第一の末梢部１ｃのボンド・パッド２１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させると共に軟質部材２０の第二の末梢部１ｃ′のボンド・パッド２１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させる。第一の軟質部材上部接点パッド１４は、第二の軟質部材バイア２５のうちトレース２６を介して軟質部材２０の部分１ｃ及び１ｃ′に接続されていないもののための電気接続を設ける。これらの接続は、第二の軟質部材下部接点パッド２７、及び軟質部材１０の第一の軟質部材バイア１５を介して、第一の軟質部材ボンド・パッド１１まで形成される。
【００２５】
軟質部材１０に関して述べると、第一の末梢部１ｃに最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続されている第一の軟質部材バイア１５は、第一の軟質部材トレース１６を介して、軟質部材１０の末梢部１ｃの上面１２に沿って形成されている第一の軟質部材ボンド・パッド１１に接続される。同様に、第二の末梢部１ｃ′に最も近接した２列の縦列ｙｃの素子５０に接続される第一の軟質部材バイア１５は、第一の軟質部材トレース１６を介して、軟質部材１０の第二の末梢部１ｃ′の下面１３に沿って形成される第一の軟質部材ボンド・パッド１１に接続される。４列の素子５０の縦列に関して述べると、第一の軟質部材バイア１５の関連する縦列及び関連する第一の軟質部材トレース１６は、軟質部材１０の第一の末梢部１ｃのボンド・パッド１１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させると共に軟質部材１０の第二の末梢部１ｃ′のボンド・パッド１１に対する２列の素子５０の縦列の接続を成立させる。
【００２６】
アセンブリ１００が図示の４個の軟質部材よりも多数の軟質部材を含むことを理解すれば、軟質部材１０は、付加的な第一の軟質部材上部接点パッド（図示されていない）を含んで、ボンド・パッド１１に接続されていない付加的な軟質部材バイア１５（図示されていない）のための電気接続を設けることができる。これらの接続は、軟質部材１０の下面１３に形成された付加的な接点パッド（図示されていない）、軟質部材４０、３０、２０及び１０を含む系列に配置されているもう１個の軟質部材（図示されていない）の軟質部材バイアを介して、軟質部材１０に続いて形成される。上述の相互接続構成は、系列の他の軟質部材の末梢部１ｃ及び１ｃ′に沿ったボンド・パッドに対する縦列ｙｃの全てにおける接続を配線するために系列の付加的な軟質部材に継続していき、プリント回路基板のような他の回路構成要素へのさらなる接続を設ける。
【００２７】
各々の主表面領域１ａに形成される積み重ね型バイア、及び同じ軟質部材の末梢部へ延在する関連する電気トレースは、個別のトランスデューサ素子５０と軟質部材の対応するボンド・パッドとの間に電気接続を設ける。個別のトランスデューサ素子５０と対応する第四の軟質部材ボンド・パッド４１との間の電気接続は、第四の軟質部材バイア４５及び第四の軟質部材トレース４６によって設けられる。個別のトランスデューサ素子５０と対応する第三の軟質部材ボンド・パッド３１との間の電気接続は、第三の軟質部材バイア３５、第四の軟質部材バイア４５、及び第三の軟質部材トレース３６の間の垂直な整列及び相互接続によって設けられる。個別のトランスデューサ素子５０と対応する第二の軟質部材ボンド・パッド２１との間の電気接続は、第二の軟質部材バイア２５、第三の軟質部材バイア３５、第四の軟質部材バイア４５、及び第二の軟質部材トレース２６の間の垂直な整列及び相互接続によって設けられる。個別のトランスデューサ素子５０と対応する第一の軟質部材ボンド・パッド１１との間の電気接続は、第一の軟質部材バイア１５、第二の軟質部材バイア２５、第三の軟質部材バイア３５、第四の軟質部材バイア４５、及び第一の軟質部材トレース１６の間の垂直な整列及び相互接続によって設けられる。
【００２８】
図３及び図４では、第一の軟質部材１０及び第二の軟質部材２０における個別の軟質部材バイアと対応するボンド・パッドとの間の電気接続を平面図として描いている。図３は、第一の平面Ｐ１に平行な第二の平面Ｐ２（図２に示す）に沿って第一の軟質部材上部接点パッド１４の全体にわたって見た第一の軟質部材１０の部分平面図である。点線で示す構成要素は平面Ｐ２の上又は下に位置する。図３は、かかるバイアの第一の横列（ｘｒ方向に沿った）の数個の軟質部材バイア１５を１５−１１、１５−１２、１５−１３、１５−１４として示しており、各々が１６−１１、１６−１２、１６−１３及び１６−１４として示す第一の軟質部材トレース１６の１本１本に接続されて、第一の末梢領域１ｃでは１１−１１及び１１−１２として、また第二の末梢領域１ｃ′では１１−１３及び１１−１４として示す対応するボンド・パッド１１との接続を成立させている。例として述べると、上部の第一の軟質部材接点パッド１４−１１と対応する第一の軟質部材ボンド・パッド１１−１１との間の接続は、第一の軟質部材バイア１５−１１に接続されたパッド１４−１１を含み、第一の軟質部材トレース１６−１１に接続されて、第一の軟質部材ボンド・パッド１１−１１に接続される。
【００２９】
図４は、平面Ｐ１及びＰ２に平行な平面Ｐ３（図２に示す）に沿って第二の軟質部材上部接点パッド２４を通して見た第二の軟質部材２０の部分平面図である。点線で示す構成要素は平面Ｐ３の上又は下に位置する。図４では、第二の軟質部材バイア２５−１１及び２５−１２が、それぞれ第二の軟質部材トレース２６−１１及び２６−１２によって第一の末梢領域１ｂの対応する第二の軟質部材ボンド・パッド２１−１１及び２１−１２に接続されている。第二の軟質部材バイア２５−１７及び２５−１８は、それぞれ第一の軟質部材トレース２６−１７及び２６−１８によって第二の末梢領域１ｂ′の対応する第二の軟質部材ボンド・パッド２１−１７及び２１−１８に接続されている。さらに詳細に例示するために述べると、上部の第二の軟質部材接点パッド２４−１１と対応する第二の軟質部材ボンド・パッド２１−１１との間の接続は、第一の軟質部材バイア２５−１１に接続されたパッド２４−１１を含み、第二の軟質部材トレース２６−１１に接続されて、第二の軟質部材ボンド・パッド２１−１１に接続される。４個の第二の軟質部材バイア２５−１３、２５−１４、２５−１５及び２５−１６は、図３における上部の第一の軟質部材接点パッド１４−１１、１４−１２、１４−１３及び１４−１４に接続されている対応する下部の第二の軟質部材接点パッド２７−１３、２７−１４、２７−１５及び２７−１６に接続されており、図３に関して既に述べたように、第一の軟質部材トレース１６−１１、１６−１２、１６−１３及び１６−１４を介して第一の軟質部材ボンド・パッド１１−１１、１１−１２、１１−１３及び１１−１４への接続を設けている。
【００３０】
図５は、ケーブル・バンドル２５０によってプローブ・ユニット２２０に接続されているシステム・コンソール２１０、及び表示器２６０を含む超音波イメージング・システム２００の単純化したブロック図である。プローブ・ユニット２２０は、図１〜図４に示す例に従って構成されている多層軟質部材トランスデューサ・アセンブリ１００を含んでいる。アセンブリ１００の部分図が示されており、アセンブリ１００は、図２に示す軟質部材１０、２０、３０及び４０のような軟質部材２２４の積層体２２２、並びに図２に示すもののようなトランスデューサ素子５０のアレイ２を有している。この単純化された模式図には１個の例示的な軟質部材２２４及び４列のトランスデューサ素子５０の縦列が示されており、図は横列ｘｒの方向に沿って見たものである。尚、図１〜図４の実施形態については、積層体２２２は、素子５０の多数の縦列ｙｃに各々接続された多数の軟質部材２２４を含むことを理解されたい。各々の軟質部材２２４は、入力信号及び出力信号を何列かの縦列ｙｃ（図２〜図４を参照）の素子５０とプローブ電子回路ユニット２３５の多数ののものとの間で転送する。各々のユニット２３５が、信号処理作用及び制御作用をトランスデューサ素子５０の１列の縦列ｙｃに提供し、また送信器／受信器スイッチ２３６、送信器サーキットリ２３７、及び受信器サーキットリ２３８を含んでいる。最初の２列のトランスデューサ縦列ｙｃに接続された例示的な軟質部材２２４からの信号は、第一のプリント回路基板２３０−１に装着されている２台のプローブ電子回路ユニット２３５に転送され、最後の２列の縦列ｙｃに接続された例示的な軟質部材２２４からの信号は、第二のプリント回路基板２３０−２に装着されている２台のプローブ電子回路ユニットに転送される。多重化／多重化分解アルゴリズムをプローブ・ビーム形成サーキットリにおいて用いると、プローブ・ビーム形成と呼ばれるプローブ電子回路ユニット２３５において実行される信号処理によって、ケーブル・バンドル２５０に必要とされるケーブルの本数を削減することができる。
【００３１】
システム・コンソール２１０は、システム制御器２１２、主ビーム形成サーキットリ２１４、画像プロセッサ２１６、及びスキャン・コンバータ２１８を含んでいる。システム制御器２１２は、主ビームフォーマ２１４、画像プロセッサ２１６、及びＰＣＢ２３０に設けられているプローブ電子回路２３５の複数の送信器２３７に結合されて、所要のタイミング信号を様々な装置の各々に供給する。システム２００の動作について述べると、各々の送信器２３７が電子送信信号をトランスデューサ素子５０へ供給し、素子５０は電気信号を同図では超音波線２４２によって示されている超音波圧力波へ変換する。送信されたエネルギの一部は音響インピーダンスの急激な移行を有する特徴２４６の境界において相互作用した後に、反射２４４としてアレイへ戻ることができる。
【００３２】
図６は、図１〜図５に示す実施形態の適用例をさらに詳細に示す。超音波イメージング・システム２００のプローブ・ユニット３１０が多層軟質部材トランスデューサ・アセンブリ１００を収容していることが示されており、プローブ・ユニット３１０は、複数の軟質部材３２０と、複数のプローブ電子回路ユニット３４０を各々含む複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）３３０とを有している。軟質コネクタ３６１が、ＰＣＢ３３０とケーブル・コネクタ３５５との間で信号を運ぶ。コネクタ３５５は対を成すコネクタ３５６を受け入れ、対を成すコネクタ３５６においてはケーブル・バンドル２５０の個別のワイヤが終端して、システム・コンソール２１０のサーキットリ（図５に示す主ビームフォーマ２１４等）への接続を成立させている。
【００３３】
例示的なフレックス回路アセンブリ１は、主表面領域１ａ、並びに第一のコネクタ領域１ｂ及び第二のコネクタ領域１ｂ′を含んでいる。回路アセンブリ１の個別の軟質部材３２０のコネクタ領域１ｂ及び１ｂ′は、対応するプリント回路基板（ＰＣＢ）３３０に各々接続されている。他の実施形態では、軟質部材３２０は半硬質の軟質回路基板（ＦＣＢ）に取り付けられていてもよい。コネクタ領域１ｂ及び１ｂ′は、図６に示すようなクランプ３２５によってＰＣＢ３３０と接合され得る。電子部品３４０はフレックス回路に直接装着されることができ、回路の配線が軟質部材トレースを介して個別の電子部品まで設けられるようにしている。
【００３４】
図７は、プローブ・ユニット３１０用のもう一つの結線構成を示す。軟質部材３２０及びＰＣＢ３３０が、異方伝導性フィルム（ＡＣＦ）３７０によって共に結合されており、複数の軟質部材３２０及び複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）３３０を有する多層軟質部材トランスデューサ・アセンブリを提供している。上面３２１及び下面３２２を有する軟質部材３２０は、下面３２２に沿って形成される複数の軟質部材ボンド・パッド３２３を含んでいる。ＰＣＢ３３０は上部誘電層３３５を含み、上部誘電層３３５はレベル内誘電層３３７の上に形成され、レベル内誘電層３３７は下部誘電層３３８の上に形成されている。上部誘電層は上面３３１及び下面３３２を含んでおり、上面３３１に形成された複数のＰＣＢ接点パッド３３３を含んでいる。上レベル・バイア３３４が、上レベル誘電層３３５に形成されている。下層内部導体３３６が、レベル内誘電層３３７に形成されている。熱及び圧力が異方伝導性フィルム３７０に加えられると、電気導体３７２が、軟質部材ボンド・パッド３２３とＰＣＢ接点パッド３３３との間に形成される。他の実施形態では、軟質部材とＰＣＢとの間の電気接点が、はんだによって又は他の一般的な方法によって形成され得る。
【００３５】
電子部品をトランスデューサ素子のアレイに接続する構造について説明すると共に、この構造を製造する低経費の方法について説明した。従来は、トランスデューサ素子のアレイの接続は、単一の軟質部材を介してアレイの横列又は縦列の１列全体へ及び１列全体から信号を供給していた。軟質部材の経費はトレース・ピッチが小さくなるにつれて高くなり、軟質部材当たりの全体経費は１個の軟質部材に接続される素子の数が増大するほど高くなる。しかしながら、アレイ全体に関連する信号を処理するのに必要とされる軟質部材の本数の正味の削減に基づいて、全体経費の大幅な節減を実現することができる。
【００３６】
本発明の様々な実施形態を図示して説明したが、本発明を限定するものではない。当業者には、多数の改変、変形、置換及び均等構成が特許請求の範囲に記載された本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく想到されよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】多層軟質部材アセンブリの遠近図である。
【図２】図１の多層軟質部材アセンブリの部分概略断面図である。
【図３】図１のアセンブリの軟質部材の部分概略平面図である。
【図４】図１のアセンブリのもう１個の軟質部材の部分概略平面図である。
【図５】本発明の実施形態を組み入れた例示的なイメージング・システムを示す図である。
【図６】図５に示すプローブ・ハンドルの断面図である。
【図７】軟質部材とプリント回路基板との間の接続を示す部分概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  多層軟質回路アセンブリ
２  トランスデューサ・アレイ
１０  第一の軟質部材
１１  第一の軟質部材ボンド・パッド
１２  上面
１３  下面
１４  ４個の上部接点パッド
１５  ４個の貫通軟質部材伝導バイア
１６  ４本の電気トレース
２０  第二の軟質部材
２１  第二の軟質部材ボンド・パッド
２２  上面
２３  下面
２４  ８個の上部接点パッド
２５  ８個の貫通軟質部材伝導バイア
２６  ４本の電気トレース
２７  ４個の下部接点パッド
３０  第三の軟質部材
３１  第三の軟質部材ボンド・パッド
３２  上面
３３  下面
３４  １２個の上部接点パッド
３５  １２個の貫通軟質部材伝導バイア
３６  ４本の電気トレース
３７  ８個の下部接点パッド
４０  第四の軟質部材
４１  第四の軟質部材ボンド・パッド
４２  上面
４３  下面
４４  １６個の上部接点パッド
４５  １６個の貫通軟質部材バイア
４６  ４本の電気トレース
４７  １２個の第四の軟質部材下部接点パッド
５０  トランスデューサ素子
５１  上面
５２  下面
５３  第一のマッチング層
５４  第二のマッチング層
５５  前面接地電極
５６  圧電材料層
５７  背面電極又は信号電極
５８  導電性マッチング解除層
５９  層
６１  切り溝
６２  切り溝
７０  接着剤
８０  非伝導性接着シート
１００  トランスデューサ回路アセンブリ
２００  超音波イメージング・システム
２１０  システム・コンソール
２１２  システム制御器
２１４  主ビーム形成サーキットリ
２１６  画像プロセッサ
２１８  スキャン・コンバータ
２２０  プローブ・ユニット
２２２  積層体
２２４  軟質部材
２３０  ＰＣＢ
２３５  プローブ電子回路ユニット
２３６  送信器／受信器スイッチ
２３７  送信器サーキットリ
２３８  受信器サーキットリ
２４２  超音波線
２４４  反射
２４６  特徴
２５０  ケーブル・バンドル
２６０  表示器
３１０  プローブ・ユニット
３２０  複数の軟質部材
３２１  上面
３２２  下面
３２３  軟質部材ボンド・パッド
３２５  クランプ
３３０  複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）
３３１  上面
３３２  下面
３３３  ＰＣＢ接点パッド
３３４  上レベル・バイア
３３５  上部誘電層
３３６  下層内部導体
３３７  レベル内誘電層
３３８  下部誘電層
３４０  複数のプローブ電子回路ユニット
３５５  ケーブル・コネクタ
３５６  対を成すコネクタ
３６１  軟質コネクタ
３７０  異方伝導性フィルム（ＡＣＦ）
３７２  電気導体
【図１】
2008183402.tif 000003
【図２】
2008183402.tif 000004
【図３】
2008183402.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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