(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子を有する超音波プローブと、
それぞれ第１の端及び第２の端を有する少なくとも２つの線を含む信号経路と、
超音波システム内に取り付けられるよう構成され且つ取り付けられるような寸法にされ、ボンドパッドを有する少なくとも１つの接続部分と、
前記超音波システム内に配置され、第１のリードパッド及び第２のリードパッドを有する少なくとも１つの集積回路と、
を含み、
前記ボンドパッドは、前記少なくとも２つの線の各第１の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされ、
前記第１のリードパッドは、前記少なくとも２つの線のうちの第１の線の第２の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされ、前記第２のリードパッドは、前記少なくとも２つの線のうちの第２の線の第２の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされる、超音波システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの集積回路は、前記超音波プローブ内に配置される請求項１記載の超音波システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの接続部分は、剛性基板材料から形成される請求項１記載の超音波システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの接続部分は、弾性基板材料から形成される請求項１記載の超音波システム。
【請求項５】
超音波振動子信頼性を増加する方法であって、
超音波振動子を有する超音波プローブを与える段階と、
それぞれ第１の端及び第２の端を有する少なくとも２つの線を含む信号経路を与える段階と、
超音波システム内に取り付けられるよう構成され且つ取り付けられるような寸法にされ、ボンドパッドを有する少なくとも１つの接続部分を与える段階であって、前記ボンドパッドは、前記少なくとも２つの線の各第１の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされる段階と、
前記超音波システム内に配置され、第１のリードパッド及び第２のリードパッドを有する少なくとも１つの集積回路を与える段階であって、前記第１のリードパッドは、前記少なくとも２つの線のうちの第１の線の第２の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされ、前記第２のリードパッドは、前記少なくとも２つの線のうちの第２の線の第２の端を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされる段階と、
前記第１の線の前記第２の端を、前記第２の線の前記第２の端に接続する段階と、
前記少なくとも２つの線の前記第１の端を、前記ボンドパッドに接続する段階と、
を有する方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの接続部分は、剛性基板材料から形成される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの接続部分は、弾性基板材料から形成される請求項５記載の方法。
【請求項８】
超音波振動子を有する超音波プローブと、
前記超音波プローブ内に取り付けられるよう構成され且つ取り付けられるような寸法にされ、ボンドパッドを有する少なくとも１つの接続部分と、
超音波プローブ内に配置され、第１のリードパッド及び第２のリードパッドを有する少なくとも１つの集積回路と、
少なくとも２つの線によって形成される少なくとも１つの信号経路と、
を含み、
前記少なくとも２つの線の第１の端は前記ボンドパッドへ接続され、前記少なくとも２つの線のうちの第１の線の第２の端は前記第１のリードパッドへ接続され、前記少なくとも２つの線のうちの第２の線の第２の端は前記第２のリードパッドへ接続される、超音波システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの接続部分は、剛性基板材料から形成される請求項８記載の超音波システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの接続部分は、弾性基板材料から形成される請求項８記載の超音波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に振動子に係る。より具体的には、本発明は、振動子の信頼性を増加するために冗長ワイヤボンドを使用する方法及びシステムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
別個の構成要素間の接続は一般的に、シングル接続を用いる。一般的に、この接続は、銅、金、又はアルミニウムから形成される単線である。
【０００３】
例えば、動作電力循環又は動作電力貯蔵における熱循環状況の影響を受けるシステムでは、ワイヤは、疲れ破損する傾向がある。多くのシステムでは、熱循環状況から生じる変形は、ワイヤの軸に沿って方向付けられる成分を有し、これは、システム構成要素間での熱膨張係数（「ＣＴＥ」）の不一致か又は容積全体における空間温度傾斜から生じる。システム構成要素への熱応力は、システムの電源がオンにされると開始する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明は、超音波システムにおける構成要素間の接続の平均故障率を低下することによって超音波振動子の信頼性を増加するシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に、増加された振動子信頼性を有する超音波システムを開示する。特に、このシステムは、少なくとも１つの超音波振動子と少なくとも１つの集積回路組立体を有する超音波プローブを有する。各集積回路組立体は、集積回路と、信号経路と、接続部分とを有する。各信号経路は、少なくとも２つの接続線を含む。少なくとも１つのボンドパッドを含む少なくとも１つのボンド点は、接続部分の少なくとも１つの面上に配置され、各ボンド点は、少なくとも２つの線端を受容するよう構成される。集積回路は、少なくとも１つのリードパッドを含む少なくとも１つのリード点を有し、各リード点は、少なくとも２つの線端を受容するよう構成される。複数の接続線の各線は、導電性材料から形成され、各リード点を対応するボンド点に接続するための第１の端及び第２の端を有する。超音波プローブは、少なくとも１つの超音波振動子と、少なくとも１つの集積回路組立体を受容するよう構成且つ適応される。
【０００６】
更に、本願にて超音波振動子信頼性を増加する方法を開示する。この方法では、集積回路組立体と超音波プローブが与えられる。集積回路組立体は、集積回路と、接続部分と、複数の接続線とを有する。集積回路は、少なくとも１つのリード点を有し、各リード点は少なくとも１つのリードパッドを含み、各リード点は少なくとも２つの線端を受容するよう構成且つ適応される。接続部分は、少なくとも１つのボンド点を有し、各ボンド点は、少なくとも１つのボンドパッドを含み、少なくとも２つの線端を受容するよう構成且つ適応される。超音波プローブは、少なくとも１つの超音波振動子を有する。超音波プローブは、少なくとも１つの超音波振動子と、少なくとも１つの集積回路組立体を受容するよう構成且つ適応される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の上述した目的及び利点は、添付図面と共に本発明の好適な実施例の以下の詳細な説明を参照して当業者にはより容易に理解されるであろう。
【０００８】
本発明の幾つかの実施例を図面と共に付随する説明において開示する。本発明の好適な実施例は、図面を参照しながら詳細に説明する。図面中、同様の参照番号は、同様の又は同一の素子を示す。本願において使用するように、「遠位」という用語は、ユーザからより遠いツールの一部又はツールの構成要素を意味し、「近位」という用語は、ユーザにより近いツールの一部又はツールの構成要素を意味する。
【０００９】
図１に示すような一般的な従来技術のシステムでは、集積回路１０が、支持体１５上に配置され、単線１４を受容するような寸法にされるリードパッド１２を有する。各線１４は、第１の端と第２の端を有し、第１の端は、リードパッド１２に接続され、第２の端は、ボンドパッド１６に接続される。印刷回路基板１８は、構成要素を印刷回路基板１８に接続するための複数のボンドパッド１６を有する。これらの単線システムは一般的に、比較的高い平均システム故障率を有する。
【００１０】
この解決策の派生は、原因となるメカニズムを理解するために「故障の物理学」を使用することと、信頼性エンジニアリング原理を想起することを必要とする。上述したように、線に平行な軸において、正の温度膨張係数（「ＴＣＥ」）による変位が一般的に最大である。プローブ組立体が加熱する、即ち、システムの電源がオンにされると、集積回路のリードパッドから印刷回路基板上のボンドパッドへの線ループは、循環的に伸長され、それにより、多数の循環的な繰り返しを経て増加し、信号線又は接合部を破損する疲れを誘発する負荷が加えられてしまう。
【００１１】
単線システムの信頼性は、Ｒ１と示す。信頼性エンジニアリングでは、２線冗長システムの信頼性は、式１−（１−Ｒ１）２によって決定され、また、この信頼性はしばしば、単線システムの信頼性より非常に大きい。例示に過ぎないが、単線システムが、Ｒ＝０．５の信頼性を有する場合、同様に構成された２線システムは、Ｒ＝０．７５の信頼性を有する。
【００１２】
本発明の１つの実施例にて、超音波振動子の信頼性、従って、システム全体の信頼性を増加する超音波システムを、以下に開示する。図２を参照するに、支持体３２の対応するセクション上に配置される集積回路２０のセクションを示す。図２には、集積回路の一部しか示さないが、「裸の」集積回路（即ち、デュアルインラインパッケージといったパッケージ内に配置されずに、基板材料上に配置される集積回路）全体を使用することも本発明の範囲内である。本発明の集積回路組立体４０は、支持体３２と、集積回路２０と、少なくとも１つの信号経路３４と、接続部分２８を有する。各信号経路３４は、少なくとも２つの接続線２４、２６を有することが好適である。集積回路２０は、少なくとも１つのリード点３６に電気的に結合され、各リード点３６は、支持体３２上に位置付けられる集積回路２０の外周付近に配置される複数の拡大されたリードパッド２２を有する。少なくとも１つのボンド点３８は、接続部分２８上に配置され、各ボンド点３８は少なくとも１つのボンドパッド３０を有する。信号経路３４は、各リード点３６を、接続部分２８上の対応するボンド点３８と電気的に結合する。各ボンド点３８及びリード点３６は、信号経路３４を受容するよう構成され且つ受容するような寸法にされる。信号経路３４の数は、リード点３６及びボンド点３８の数に対応することが好適である。
【００１３】
集積回路組立体４０は更に、制御線、クロック信号、電源、及びデータ線といった複数の振動子信号を有する。各振動子信号は、接続部分２８、即ち、ボンド点３８上と、集積回路２０、即ち、リード点３６上に電気接続を有する。振動子信号は、そのボンド点３８と対応するリード点３６との間を信号経路３４によって通信される。各リード点３６、及びその中の少なくとも１つのリードパッド２２は、振動子信号の第１の端子端として構成され、一方で、各ボンド点３８、従ってその中の少なくとも１つのボンドパッド３０は、振動子信号の第２の端子端として構成される。線２４、２６は、リード点３６をその対応するボンド点３８に電気接続して信号経路３４を形成し、それにより、各信号経路３４は、集積回路組立体４０内にある複数の振動子信号のうちの１つを表す。
【００１４】
接続部分２８は、集積回路２０のリード点３６に対応する複数のボンド点３８を有する好適に構成された印刷回路基板であることが有利である。超音波システム内に配置されるボンド点のクラスタ又は配置を含む接続部分２８の他の構成が考えられる。各接続部分２８は、セラミックといった剛性材料か、又は、ポリマーといった弾性材料から形成可能であることが考えられる。
【００１５】
各線２４、２６は、銅、金、又はアルミニウムといった好適な導電性材料から形成され、第１の端２４Ａ、２６Ａ、及び第２の端２４Ｂ、２６Ｂを有する。リードパッド２２を拡大することによって、第１の線端２４Ａ、２６Ａは、各リードパッド２２に接続される。各ボンドパッド３０は、各リードパッド２２に対応し、各ボンドパッド３０は、少なくとも２つの第２の線端２４Ｂ、２６Ｂを受容するような寸法にされる。第２の線端２４Ｂ、２６Ｂは、各ボンドパッド３０に接続され、それにより、リード点３６と対応するボンド点３８との間の電気経路を完成する。信号データは、集積回路２０と接続部分２８の間を、接続線２４、２６によって転送される。線端２４Ａ、２６Ａ、２４Ｂ、２６Ｂは、リードパッド２２及び／又はボンドパッド３０に、ワイヤボンディング又ははんだ付けといった従来の方法で接続される。
【００１６】
代案として、本発明の別の実施例を図２Ａに示す。この実施例では、集積回路組立体４０’は、支持体３２上に配置される集積回路２０’の一部を有する。図２Ａには集積回路２０’の一部のみを示すが、「裸の」集積回路２０’全体を使用することは本発明の範囲内である（即ち、集積回路は、デュアルインラインパッケージといったパッケージ内に配置されないが、基板材料上に配置される）。集積回路組立体４０’は更に、少なくとも１つの信号経路３４、少なくとも１つのリード点３６’、及び少なくとも１つのボンド点３８’を有する。各信号経路３４は、少なくとも２つの接続線２４、２６を有し、各線２４、２６は、第１の端２４Ａ、２６Ａと、第２の端２４Ｂ、２６Ｂを有する。前の実施例において説明したように、各リード点３６’は、少なくとも１つのリードパッド２２を有し、また、信号経路３４内に含まれる線２４、２６の数に対応するリードパッド２２の数を有することが好適である。対応して、少なくとも１つのボンド点３８’は、少なくとも１つのボンドパッド２２を有する支持体２８’上に配置される。各ボンド点３８’におけるボンドパッド２２の数は、各信号経路３４における線２４、２６の数に対応することが好適である。支持体２８’上に配置されるボンド点３８’の数は、信号経路３４と、集積回路組立体４０’内に含まれるリード点３６’の数に対応する。
【００１７】
集積回路組立体４０’は更に、制御線、クロック信号、電源、及びデータ線といった複数の振動子信号を有する。各振動子信号は、接続部分２８’、即ち、ボンド点３８’上と、集積回路２０’、即ち、リード点３６’上に電気接続を有する。振動子信号は、そのボンド点３８’と対応するリード点３６’との間を信号経路３４によって通信される。各リード点３６’、及びその中の少なくとも１つのリードパッド２２は、振動子信号の第１の端子端として構成され、一方で、各ボンド点３８’、従ってその中の少なくとも１つのボンドパッド３０は、振動子信号の第２の端子端として構成される。線２４、２６は、リード点３６’をその対応するボンド点３８’に電気接続して信号経路３４を形成し、それにより、各信号経路３４は、集積回路組立体４０’内にある複数の振動子信号のうちの１つを表す。
【００１８】
接続部分２８’は、集積回路２０’のリード点３６’に対応する複数のボンド点３８’を有する好適に構成された印刷回路基板であることが有利である。超音波システム内に配置されるボンド点のクラスタ又は配置を含む接続部分２８’の他の構成が考えられる。各接続部分２８’は、セラミックといった剛性材料か、又は、ポリマーといった弾性材料から形成可能であることが考えられる。
【００１９】
各線２４、２６は、銅、金、又はアルミニウムといった好適な導電性材料から形成され、第１の端２４Ａ、２６Ａ、及び第２の端２４Ｂ、２６Ｂを有する。信号経路３４の第１の線端２４Ａ、２６Ａは、リード点３６’における各リードパッド２２に接続される。信号経路３４の第２の線端２４Ｂ、２６Ｂは、対応するボンド点３８’における各ボンドパッド３０に接続され、それにより、リード点３６’とボンド点３８’との間の電気接続が完成される。信号データは、集積回路２０と接続部分２８の間を、信号経路３４の接続線２４、２６によって転送される。線端２４Ａ、２６Ａ、２４Ｂ、２６Ｂは、リードパッド２２及び／又はボンドパッド３０に、ワイヤボンディング又ははんだ付けといった従来の方法で接続される。
【００２０】
本発明のもう１つの実施例を図２Ｂに示す。この実施例では、集積回路組立体４０’’は、支持体３２上に配置される集積回路２０’の一部を有する。図２Ｂには集積回路２０’の一部のみを示すが、「裸の」集積回路２０’全体を使用することは本発明の範囲内である（即ち、集積回路は、デュアルインラインパッケージといったパッケージ内に配置されないが、基板材料上に配置される）。集積回路組立体４０’’は更に、少なくとも１つの信号経路３４、少なくとも１つのリード点３６’、及び少なくとも１つのボンド点３８’’を有する。各信号経路３４は、少なくとも２つの接続線２４、２６を有し、各線２４、２６は、第１の端２４Ａ、２６Ａと、第２の端２４Ｂ、２６Ｂを有する。前の実施例において説明したように、各リード点３６’は、少なくとも１つのリードパッド２２を有し、また、信号経路３４内に含まれる線２４、２６の数に対応するリードパッド２２の数を有することが好適である。対応して、少なくとも１つのボンド点３８’’は、少なくとも１つのボンドパッド２２を有する支持体２８’’上に配置される。各ボンド点３８’’は、各信号経路３４における線２４、２６の数を受容するよう拡大された少なくとも１つのボンドパッド２２を有することが好適である。支持体２８’’上に配置されるボンド点３８’’の数は、信号経路３４と、集積回路組立体４０’’内に含まれるリード点３６’の数に対応する。
【００２１】
集積回路組立体４０’’は更に、制御線、クロック信号、電源、及びデータ線といった複数の振動子信号を有する。各振動子信号は、接続部分２８’’、即ち、ボンド点３８’’上と、集積回路２０’、即ち、リード点３６’上に電気接続を有する。振動子信号は、そのボンド点３８’’と対応するリード点３６’との間を信号経路３４によって通信されることが好適である。各リード点３６’、及びその中の少なくとも１つのリードパッド２２は、振動子信号の第１の端子端として構成され、一方で、各ボンド点３８’’、従ってその中の少なくとも１つのボンドパッド３０は、振動子信号の第２の端子端として構成される。線２４、２６は、リード点３６’をその対応するボンド点３８’’に電気接続して信号経路３４を形成し、それにより、各信号経路３４は、集積回路組立体４０’’内にある複数の振動子信号のうちの１つを表す。
【００２２】
接続部分２８’’は、集積回路２０’のリード点３６’に対応する複数のボンド点３８’’を有する好適に構成された印刷回路基板であることが有利である。超音波システム内に配置されるボンド点のクラスタ又は配置を含む接続部分２８’’の他の構成が考えられる。各接続部分２８’’は、セラミックといった剛性材料か、又は、ポリマーといった弾性材料から形成可能であることが考えられる。
【００２３】
各線２４、２６は、銅、金、又はアルミニウムといった好適な導電性材料から形成され、第１の端２４Ａ、２６Ａ、及び第２の端２４Ｂ、２６Ｂを有する。信号経路３４の第１の線端２４Ａ、２６Ａは、リード点３６’における各リードパッド２２に接続される。信号経路３４の第２の線端２４Ｂ、２６Ｂは、対応するボンド点３８’’における各ボンドパッド３０に接続され、それにより、リード点３６’とボンド点３８’との間の電気接続が完成される。各ボンド点３８’’は、信号線路３４の第２の線端２４Ｂ、２６Ｂを受容するよう構成され且つそのような寸法にされる少なくとも１つのボンドパッド３０を有することが好適である。信号データは、集積回路２０’と接続部分２８’’の間を、信号経路３４の接続線２４、２６によって転送される。線端２４Ａ、２６Ａ、２４Ｂ、２６Ｂは、リードパッド２２及び／又はボンドパッド３０に、ワイヤボンディング又ははんだ付けといった従来の方法で接続される。
【００２４】
図３を参照するに、超音波システムの好適な実施例を示す。超音波プローブ筐体６０は、キャビティ５０と、少なくとも１つの超音波振動子４５と、少なくとも１つの集積回路組立体４０、４０’、又は４０’’（以下に単純にするために４０と示す）を有する。少なくとも１つの超音波振動子４５は、超音波プローブ筐体６０の遠位領域内に配置される。キャビティ５０は、超音波プローブ筐体６０の長手軸に沿って配置され、少なくとも１つの超音波振動子４５に隣接してまた振動子の後方に位置付けられる。少なくとも１つの集積回路組立体４０は、キャビティ５０内に取り付けられるよう構成され且つ取り付けられるような寸法にされる。超音波プローブ筐体６０は、複数の超音波振動子４５と、対応する数の集積回路組立体４０と有するよう構成且つ適応されることが考えられる。複数の超音波振動子４５は、１次元又は２次元マトリクスアレイといった様々なアレイ構成で構成され得る。更に、超音波プローブ筐体６０は、集積回路組立体４０及び／又は超音波振動子４５と通信するための回路を有する。
【００２５】
超音波振動子の少なくとも重要な信号は、本発明に従って冗長ワイヤボンドを有することが好適である。これらの重要な信号は、クロック信号、データライン、制御ライン、及び電力供給を有する。他の振動子信号は、本発明の冗長ワイヤボンドを含むか又は従来の配線構成を使用しうる。
【００２６】
別の実施例では、増加された信頼性を有する超音波システムが開示され、このシステムでは、少なくとも１つの集積回路が複数の拡大されたリードパッドを有する。各リードパッドは、少なくとも２つの接続線の第１の端を受容するよう構成され且つそのような寸法にされる。超音波プローブ筐体は、対応する数のボンドパッドを有し、各ボンドパッドは、少なくとも２つの接続線の第２の端を受容するよう構成され且つそのような寸法にされる。ボンドパッドは、超音波プローブ筐体内に配置される。接続線は、集積回路へ又は集積回路から信号を転送するよう超音波プローブ筐体内に配置される。信号経路が、リードパッドと各ボンドパッド間の接続線の対によって形成される。更に、接続線の数は、超音波システムに含まれるリードパッド及びボンドパッドの数に対応する。
【００２７】
超音波振動子組立体の信頼性を増加する方法を以下に開示する。本発明の１つの実施例では、少なくとも１つの超音波振動子を有する超音波プローブ筐体が与えられる。超音波プローブ筐体は、拡大されたリードパッドを有する少なくとも１つの集積回路を受容するよう構成され且つそのような寸法にされる。複数の接続線が更に含まれ、接続線の数は、集積回路のリードパッド及び超音波組立体のボンドパッドの数に対応する。接続線は、第１の端と第２の端を有する。集積回路の各リードパッドは、少なくとも２つの接続線の第１の端を受容するような寸法にされる。対応して、超音波組立体のボンドパッドは、少なくとも２つの接続線の第２の端を受容するよう構成される。リードパッドと対応するボンドパッドとの間の信号経路は、少なくとも２つの線によって形成される。信号経路の第１の端は、リードパッドに接続される。信号経路の第２の端は、ボンドパッドに接続される。信号経路の端は、ワイヤボンディング又ははんだ付けといった従来の方法で各リードパッド及び／又はボンドパッドに接合され得る。
【００２８】
本発明の説明した実施例は、制限的ではなく例示的であり、また、本発明の全ての実施例を表すものではない。請求項に記載する文言通りの又は法律において等価と認識される発明の精神又は範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】集積回路と接続部分間の従来技術の接続を示す斜視図である。
【図２】本発明による集積回路組立体の実施例を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２の集積回路組立体のもう１つの実施例を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２の集積回路組立体の別の実施例を示す斜視図である。
【図３】超音波プローブにおける図２の集積回路組立体の位置を示す超音波プローブを示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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