(57)【要約】第１および第２の主面（１４）を有する基板（１２）と、基板（１２）の第１の主面（１４）に配置され、そこから突出している複数の電極（１６）であって、表面と接触するために基板（１２）から離れた尖鋭接触端（３６）と基板（１２）に向かっている基部端（２６）とを含む各電極（１６）とを含む、表面、特に人間または動物の皮膚またはその他生物器官または組織、に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置。基板（１２）の第１または第２または両主面（１４）に、検出電気信号を評価し、かつ／または信号を電極（１６）に印加するための評価および／または駆動手段の接触エレメントを電気的接続させるための、電極（１６）に電気的に接続された複数の第１の接触パッド（２２）が配置されている。基板（１２）の第１の主面（１４）は、各電極（１６）について、第２の接触パッド（１８）と、第２の接触パッド（１８）に電気的および機械的に接続された電極の基部端（２６）とを有している。各電極（１８）は、基部端（２６）を含む電極の厚ソケット部（２４）を生成するために第２の接触パッド（１８）に導電性ボンディングワイヤをボンディングし、尖鋭接触端（３６）を含み、ソケット部（２４）から突出した電極（１６）の尖鋭部（３４）を生成するためにボンドされたボンディングワイヤをソケット部（２４）から引裂くことによって生成される。
2004512127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の主面（１４）を有する基板（１２）と、
前記基板（１２）の前記第１の主面（１４）に配置され、そこから突出した複数の電極（１６）であって、前記表面と接触させるために前記基板（１２）から離れた尖鋭接触端（３６）と前記基板（１２）に向かっている基部端（２６）とを含む各電極（１６）と、
検出電気信号を評価し、かつ／または信号を前記電極（１６）に印加するための評価および／または駆動手段の接触エレメントを電気的接続させるための、前記基板（１２）の前記第１または第２または両主面（１４）に配置された複数の第１の接触パッド（２２）であって、前記電極（１６）に電気的に接続されている第１の接触パッド（２２）とを含み、
前記基板（１２）の前記第１の主面（１４）が、各電極（１６）について、第２の接触パッド（１８）と、前記第２の接触パッド（１８）に電気的および機械的に接続されている前記電極の前記基部端（２６）とを含み、
各電極（１６）が、基部端（２６）を含む前記電極の厚ソケット部（２４）を生成するために第２の接触パッド（１８）に導電性ボンディングワイヤをボンディングし、尖鋭接触端（３６）を含み、前記ソケット部（２４）から突出した前記電極（１６）の尖鋭部（３４）を生成するために前記ボンドされたボンディングワイヤを前記ソケット部（２４）から引裂くことによって生成される、
表面、特に人間または動物の皮膚またはその他生物器官または組織、に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項２】
前記基板（１２）が可撓性である請求項１記載の電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項３】
前記基板（１２）が剛性である請求項１記載の電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項４】
前記第２の接触パッド（１８）が前記基板（１２）に配置された導電性トレース（２０）を介して前記基板（１２）の前記第１の接触パッド（１８）に電気的に接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項５】
前記第１の接触パッド（２２）が前記基板（１２）の前記第２の主面に配置され、前記第２の接触パッド（１８）と面一で、前記基板（１２）を通して伸張している導電体部により前記第２の接触パッド（１８）に電気的に接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項６】
前記電極（１６）の前記ソケット部（２４）が、熱ボンディングまたは超音波ボンディングまたはその両方によって前記電極接触パッド（１８）に接続されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気信号検出および／または信号印加装置。
【請求項７】
第１および第２の主面（１４）を有する基板（１２）を提供する工程と、
前記基板（１２）の前記第１または前記第２または両主面（１４）に第１および第２の接触パッド（２２、１８）を形成する工程と、
前記第１および第２の接触パッド（２２、１８）を電気的に接続するために前記基板（１２）に導電性トレース（２０）を提供する工程と、
前記第２の接触パッド（１８）にボンドされた各電極（１６）のソケット部（２４）を生成するために前記第２の接触パッド（１８）の各々にボンディングワイヤをボンディングし、前記ソケット部（２４）から突出した前記電極（１６）の尖鋭部（３４）を生成するために前記ボンドされたボンディングワイヤを前記各ソケット部（２４）から引裂くことによって前記第２の接触パッド（１８）に突出する電極（１６）を形成する工程とを含む、
表面、特に人間または動物の皮膚またはその他生物器官または組織に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置の製造方法。
【請求項８】
前記ボンディングワイヤが前記基板（１２）の前記第２の接触パッド（１８）にサーマルボンドまたは超音波ボンドまたはその両方がなされている請求項７記載の方法。
【請求項９】
生物医学用途、特に、皮膚診断、および生物組織または器官または細胞を検出および／または刺激するための請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置または請求項７または８に従って製造された装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、表面の電気信号を検出し、かつ／または電気信号を表面に印加する電気信号検出および／または信号印加装置に関する。かかる装置は、特に、人間または動物の皮膚の電気信号を検出したり、かつ／または電気を印加するために用いられ、最も好ましくは治療および診断法に用いられる。例えば、信号検出装置を用いて、組織およびその他構成要素または検出装置を電気的に取り付けることのできる対象物のインピーダンスやその他電気的画像を記録することができる。一方、この装置を用いて、組織またはその他構成要素または対象物を刺激するための電流または電圧をかけることができる。
【０００２】
さらに、本発明は上述の装置の製造方法に関する。最後に、本発明はまた、かかる装置を治療および診断方法に用いることにも関する。
【０００３】
発明の背景
医療診断は、人間および動物の画像を得るために、Ｘ線、コンピュータ断層撮影、核スピン共鳴および超音波のような様々なアプローチを用いている。人間や動物の皮膚部分の外観を記録するに過ぎないため、正面の写真はあまり重要ではない。特に体の内部の特定部分を見せる他の方法があり、これは診断により適している。
【０００４】
最近、インピーダンスおよびその他電気的画像の記録が開発された。一般的に時間の関数としてのインピーダンスのような電気的特性の記録のために数個の電極の独立した取扱いを含めた単一電極の使用は数十年にわたって、特に、電気心拍記録（ＥＣＧまたはＥＫＧ）および電気脳造影（ＥＥＧ）の分野においては知られている。これらの場合、一般的に個々の電極は、吸引装置や接着剤のような手段によって皮膚に付けられている。さらに、これらの電極は約１ｓｑ．ｃｍというオーダーの比較的広い表面を備えており、金属、導電性ゲルまたは導電性接着剤からなっている。一般的に電気的特性は、時間の関数として記録される。しかしながら、最近の開発によれば、これらの電極のアレイが利用されており、各々が、インピーダンスや導電性といった電気的特性を、これらの値全てを同時に記録し、例えば、モニターのようなディスプレイに表示するといったやり方で記録される。これによって、情報を与える画像が提供される。これは、上述した他の診断方法の画像とは大きく異なる。公知の特定の構成について以下により詳細に述べる。
【０００５】
特に注目されている領域は癌の診断であり、乳癌および皮膚癌に主に関連する皮膚の診察に注目が集まっている。「初期診療医のための皮膚癌検出と予防の概要」Ａ．Ｊ．Ｂｒｕｃｅら、Ｍａｙｏ　Ｃｌｉｎ．Ｐｒｏｃ．２０００；７５；４９１−５００、という記事には、特定の癌の検出に関する皮膚の一次評価についての診断の可能性が記載されている。この記事には、更なる調査が必要かどうかを判断するためには、医師による初期目視検査が有意の第１段階であると述べられている。しかしながら、即時の最初の目視検査後、癌であるかどうか診断するための別の単純な方法の開発が望まれている。
【０００６】
ＷＯ−Ａ−９７／４７２３５には、皮膚の発症部位の記録を通じたやや精巧なアプローチを可能にするデジタルカメラを用いた皮膚診断分析方法がある。
【０００７】
ＷＯ−Ａ−９８／０９１５５は、さらに、化学薬品を発症皮膚領域に適用し、数時間後、この領域に紫外線を照射し、写真化分光学により蛍光放射線を記録することができる。これによって、皮膚の癌部位を識別することができる。しかしながら、この方法は時間がかかり、扱い難く、たいていの場合、更なる診断方法が尚必要である。
【０００８】
皮膚の電気的特性の判断を利用する数多くの可能性が知られてきた。
【０００９】
米国特許第５，９２８，１５９号には、癌の疑いのある皮膚部位に適用し、その部分の電気的データを皮膚に隣接した通常の部位と比較して記録する、数個の電極を備えたプローブを利用する装置および方法が記載されている。
【００１０】
米国特許第５，１４３，０７９号には、組織中の腫瘍を検出する装置が記載されている。それは、固定配置の電極、例えば、８×８アレイで配置された６４個の素子を備えたプローブを利用している。これらの電極は六角形で、例えば、金めっき印刷銅である。六角形の辺は、一般に１０ｍｍである。これらの電極自身は、かなり少数をプローブに用いることができるようむしろ大きい。従って実際の画像は生成できない。
【００１１】
さらに開発されたものについては、米国特許第５，８１０，７４２号およびｗｗｗ．ｔｒａｎｓｓｃａｎ．ｃｏ．ｉｌ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ１．ｈｔｍｌによりインターネットでアクセス可能なＭ．Ａｓｓｅｎｈｅｉｍｅｒらによる記事「乳癌のための診断ツールとしてのＴ−ＳＣＡＮ（登録商標）」に記載されている。この記載されたシステムは、妥当な解像度を有する画像を生成することのできるかなり多数の別個の電極を有している。記載された電極は一般に、絶縁材料からなるディバイダにより分離された多数のウェルを備えた矩形アレイである。これらのウェルにはハイドロゲルまたは導電性ゲルが充填され、ウェル自身は、対応アレイの電極を有する印刷配線基板（ＰＣＢ）に全体の構成を適用することができるよう、電極より下の部分へ突出する金属電極を備えている。このやり方で、使い捨て物品が生成される。周知の理由から、これは重要なことであり、二人以上の患者に電極構成を用いることは勧められない。ＰＣＢ自体は導電性経路のアレイを有しており、これはマルチピンコネクタへと誘導されて、所望の画像をコンピュータに生成し、モニターに表示させることができるように、各電極の電気的特性を記録することのできる評価コンピュータへケーブルを通して接続されている。導電性ゲルの充填されたウェルを用いると製造が難しく高価になるという欠点があり、これはかかる使い捨て物品にとって重要なことである。さらに、これらのウェル間の間隔が限定されて、所望の画像の解像度が減じる。数ミリメートルという寸法しかない癌の恐れのある発症皮膚部位にとって、そして数十ミリメートルというオーダーでウェルの良好な解像度ピッチを得るには、これらは特に重要なことである。
【００１２】
多数の電極または電極アレイを用いることは周知であり、数多くの刊行物に記載されている。
【００１３】
米国特許第３，４９０，４３９号には、電気脳造影に用いられる電極アセンブリが記載されている。この電極それ自体は、導電性布片でコートされた小泡ボールである。
【００１４】
米国特許第５，４５２，７１８号には、先端を有する導電性材料がプラスチックフェルールに埋め込まれた電極構成が示されている。
【００１５】
米国特許第３，８９６，７９０号は、毛髪があっても良好な電気的接触を確保する、いくつかのプロングからなる単一電極を用いる脳波センサに関する。
【００１６】
上述した参考文献において、これら全ての電極は本質的に互いに分離されたままである。多数の電極が固定の相互構成で配列した構成も周知である。これについては、例えば、米国特許第５，１８４，６２０号、同第４，３５３，３７２号および同第６，０５５，４４８号に記載されている。これら全ての場合において、電極は共通のキャリアに埋め込まれているが、代表的なＥＣＧまたはＥＥＧ用途に尚使われている。すなわち、固定された空間的な関係にも係らず、独立して用いられ、通常、時間依存性のみが記録される。
【００１７】
全ての電極および電極アレイにおいて、電極自身が比較的広い表面積を有し、一般的に、皮膚の外側表面に直接印加される上述した構成が示されている。本質的に個々の針からなる電極を利用する代替の方法がある。これらの針はやや異なる方法で動作する。適切に印加されれば、皮膚の最外部分へ貫通して、電気特性のより有効な判断ができ、画像の記録に有利と考えられる。
【００１８】
針電極は米国特許第５，４８２，０３８号に記載されており、個々の鋭針が定義圧力を確立できる特別な保持装置へ挿入されている。このタイプの針は、例えば、電気筋運動記録器（ＥＭＧ）を用いた神経系検査に用いられる。
【００１９】
同様の構成は、いずれも電気筋運動記録器または電気心電計に用いられる参考文献米国特許第５，５０９，８２２号およびＥＰ−Ａ−０　５３３　４８７からも取ることができる。これらの針は、独立して扱われるが、共通のモニタリングシステムに接続されている多数のコンポーネントか、または一対の針を用いる構成のいずれかである。
【００２０】
ＥＰ−Ａ−０　５３８　７３９には、５０〜１５０個の数の針のアレイが記載されている。これらの針は共通のプラスチックホルダーに収まっている。針自身は、鍼療法に用いられるものと同様の比較的鋭いピンの固体構成を有している。各針は、全ての針にある圧力をかけることができるようスプリングを備えている。アレイは、全体に円形周囲を有する所定の幾何学的構成である。しかしながら、データは個々の電極から独立して集められ、ある種の統計的評価に用いられる。画像を記録する目的はない。さらに、この参考文献には、これらの針と電子的評価装置につながるケーブルとの間に電気的接触を確立することに関する記載がない。
【００２１】
ＤＥ−Ｕ−９２　１８　８７９は、患者の皮膚の電位分布を測定するための電極アレイに関する。上述の目的について多数の電極が示されており、この参考文献の目的は、この多数の電極を半導体層を有するホイルと交換することであり、例えば、レーザービームによりスキャンされて、ホイルの一部に一時的に導電性を与え、点毎にスキャンされるかかるホイルと多数の電極を交換することである。このタイプの電極構成を用いた参考文献は全くない。
【００２２】
ＤＥ−Ｕ−８５　０２　２９１には、各電極が独立してケーブルに接続されて、多数の信号を記録できる生物医学用途の針電極のアレイが記載されている。電気的画像を記録する可能性についての参考文献はない。
【００２３】
ＷＯ−Ａ−７８／０７８２５には、電極およびそれに関連の製造方法が記載されている。基部キャリアには、電極として作用する基部から生じた導電性突出部の配置が含まれている。これらの電極は、記録装置に信号を転送することのできる接触領域のアレイへと導く電気的経路に独立して接続されている。突出部または針は円錐形である。これらの円錐は、多層構造に成長し、一般的に２５ミクロンまでの寸法を有している。すなわち、これらは比較的小さく、主たる用途は神経学の領域である。針は診断する組織表面に侵入することができる。
【００２４】
米国特許第５，２１５，０８８号には、ニューロンインターフェースとして特に有用な３次元多電極装置が記載されている。電極は互いに電気的に分離されており、信号は一般的にマルチプレクサ回路を用いて送信される。針は通常、ケイ素ベースの半導体材料からなる。かかる材料のブロックにおいて、一連の切断はマイクロ電子業界で利用されている鋸を用いてなされる。これは二次元で行われ、矩形または正方形断面を有するピンのアレイが得られる。後のエッチングプロセスにおいて、材料はこれらのカラムの上部から除去されて針状の形状が得られる。これは、ニューロンタイプの用途、例えば、盲人用人工器官に、特に好適である。このプロセスはかなり複雑であるため高価であり、この構成の針アレイは、コストが高いことから、一回試料の使い捨て物品としては向いていないと考えられる。
【００２５】
電極としての針のアレイは、互いに同時に電気的に分離することによって、定義されたアレイに収める必要がある。例えば、これは、多数の接触ピンをプラスチック本体に、例えば、射出成型または鋳造法により収めることにより達成できる。しかしながら、これらの技術は扱い難く、あまりコスト有効度がない。このことは好ましくは使い捨てとすべき物品にとって重要なことである。狭い、例えば、１ｍｍより遥かに小さいピッチの方向に動かす場合には問題はより重大である。個々の針またはピンの取扱いがますます難しくなり、製造コストが高くなりすぎてしまう。
【００２６】
針または針状構成のアレイは、人間および動物の皮膚その他の器官および組織の医療診断および治療にとって重要である。しかしながら、電極のかかるアレイは、調査される構成要素との電気的接触を確立するのが可能な場合は常に、そしてインピーダンスの判断または電気的画像が有意な情報を与えるときは、その他の構成にとっても有用となるはずである。これは、一般的に、硬い外側表面を持たない構成要素に当てはまる。というのは、この場合、個々の電極のみが電気的接触を確立するためである。従って、当該の構成要素は、一般的にその表面がエラストマーのように柔らかく、同一の構成要素である。
【００２７】
発明の概要
従って、極小ピッチでコスト有効的なやり方で信頼性良く製造することのできる電極アレイを備えた、表面、特に人間または動物の皮膚またはその他器官または組織、に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置が必要とされている。
【００２８】
本発明の第１の態様において、
第１および第２の主面を有する基板と、
基板の第１の主面に配置され、そこから突出した複数の電極であって、表面と接触させるために基板から離れた尖鋭接触端と基板に向かっている基部端とを含む各電極と、
検出電気信号を評価し、かつ／または信号を電極に印加するための評価および／または駆動手段の接触エレメントを電気的接続させるための、基板の第１または第２または両主面に配置された複数の第１の接触パッドであって、電極に電気的に接続されている第１の接触パッドとを含み、
基板の第１の主面が、各電極について、第２の接触パッドと、第２の接触パッドに電気的および機械的に接続されている電極の基部端とを含み、
各電極が、基部端を含む電極の厚ソケット部を生成するために第２の接触パッドに導電性ボンディングワイヤをボンディングし、尖鋭接触端を含み、ソケット部から突出した電極の尖鋭部を生成するためにボンドされたボンディングワイヤをソケット部から引裂くことによって生成される、表面、特に人間または動物の皮膚またはその他生物器官または組織、に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置が提供される。
【００２９】
基板の第１または第２または両主面に、検出電気信号を評価し、かつ／または信号を電極に印加するための評価および／または駆動手段の接触エレメントを電気的接続させるための、電極に電気的に接続された複数の第１の接触パッドが配置されている。
【００３０】
基板の第１の主面は、各電極について、第２の接触パッド、第２の接触パッドに電気的および機械的に接続された電極の基部端とを有している。
【００３１】
各電極は、基部端を含む電極の厚ソケット部を生成するために第２の接触パッドに導電性ボンディングワイヤをボンディングし、尖鋭接触端を含み、ソケット部から突出した電極の尖鋭部を生成するためにボンドされたボンディングワイヤをソケット部から引裂くことによって生成される。
【００３２】
本発明によれば、電極について、電子業界に知られた技術を利用、すなわち、いわゆるボールバンプを用いることが提案されている。電子チップ、特にフリップチップには、ある手段によって、印刷配線基板（ＰＣＢ）に接続しなければならない外部接触領域があり、これを行う一つのやり方はボールバンプを利用するものである。直径が５０ミクロン未満、一般的には２５ミクロンの金または金合金からなる極薄のワイヤから生成される。特別な機器によって、これらのワイヤの末端を、チップの接触領域か、ＰＣＢの対応の接触領域のいずれかである、接続されるコンポーネントの一つにプレスする。薄ワイヤの末端を変形して、機械的および電気的接続を確立するのに電気的に十分な熱を加える。続いて、ワイヤを引裂いて、針状尖鋭構成を作製する。これらのボールバンプに全接触領域を与えた後、その他の構成要素、フリップチップかＰＣＢのいずれか、をバンプの配置の上にプレスする。電気的および機械的接続が確立されるよう、バンプの針状先端を変形するほどこの圧力は高い。針状構成が理想的であるとは考えられておらず、これらを避けたり、少なくとも平坦にしようとするアプローチがある。
【００３３】
ボールバンプを用いるのとは対照的に、電子業界においては、ボールバンプの針状尖鋭先端を利用することが提案されている。本発明において、これらのバンプは、電子業界における用途と全く同一のやり方で作製され、特に、可撓性または剛性基板の第２の接触パッドに熱的または超音波または両方によりボンドされる。この手順により、いわゆるボールバンプの形態の電極が基板の第２の接触パッドに生成される。ボールバンプ電極は、第２の接触パッドと、ソケット部分から突出している電極の尖鋭接触端を含む針状尖鋭部分とを電気的および機械的に接触させる基部端を含む厚ソケット部分を含む。本発明において、ボールバンプは、導電性経路またはトレースの所定のアレイを有する、例えば、（剛性）印刷回路基板または可撓性回路（例えば、基板）に適用される。しかしながら、基板またはキャリアはこれらの経路を含むその他の構成とすることができる。バンプはこれらの導電性経路の末端領域に取り付けられ、この場合に望ましい特徴である、平坦化を起こす変形なしに、尖鋭構成が確実に作製される。しかしながら、実際の用途に応じてボールバンプのサイズを大きくすると有利である。
【００３４】
導電性経路を備えた基板は機械的に比較的に不安定であってもよい。例えば、導電性トレースおよびパッドを有する可撓性層の可撓性回路から構成することができ、またある理由から電気または電子コンポーネントを含んでいてもよい。従って、更に機械的安定性を備えたシステムを提供するのが有利であり、例えば、ボールバンプを適用した導電性トレースの基板は適切に取り付けられた板により支持することができ、必要な機械的安定性を提供する。電気回路を刺激しないという条件で、板はプラスチックまたは金属から構成することができる。板の代わりに、好ましくはプラスチックからなる完全に固体のコンポーネントを用いることもできる。
【００３５】
基板は剛性（例えば、ＰＣＢ）、可撓性（例えば、可撓性回路層）またはセラミック材料とすることができる。導電性トレースまたは経路は基板の表面を覆って、または基板を貫いて、またはこの両方で伸張していてもよい。電極および基板を処理装置に接続するための接触パッドが基板の異なる主面にある場合には、接触パッドは、電極と位置合わせまたは面一であるのが最も好ましく、導電性経路が基板を貫いて直接伸張している。
【００３６】
他の構成において、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）とすることのできる電気接触アレイを遠心端に有するハンドルを含む手持形装置を用いることができる。他端のハンドルには、接触アレイに電気的に接続されたケーブルがあり、このケーブルは、コンピュータとディスプレイからなる評価装置に電気的情報を導くものである。
【００３７】
好ましくは、使い捨て装置を作製する。この装置は、十分な機械的安定性を提供する手段および電気的および機械的接続を処理装置に与える接触手段により、ボールバンプが取り付けられたＰＣＢのような導電性トレースを備えた構成を含む。一人の患者についてのみ、かかる電極アレイを用いるのが強く勧められる医療分野における代表的な用途についてこれは特に有用である。従って、使い捨て部分は、仕事を遂行するための絶対最低のコンポーネントのみを含んでいなければならない。
【００３８】
本発明の他の態様において、
第１および第２の主面を有する基板を提供する工程と、
基板の第１または第２または両主面に第１および第２の接触パッドを形成する工程と、
第１および第２の接触パッドを電気的に接続するために基板に導電性トレースを提供する工程と、
第２の接触パッドにボンドされた各電極のソケット部を生成するために第２の接触パッドの各々にボンディングワイヤをボンディングし、ソケット部から突出した電極の尖鋭部を生成するためにボンドされたボンディングワイヤを各ソケット部から引裂くことによって第２の接触パッドに突出する電極を形成する工程とを含む、
表面、特に人間または動物の皮膚またはその他生物器官または組織に電気信号を検出および／または印加するための電気信号検出および／または信号印加装置の製造方法が提供される。
【００３９】
本発明の第３の態様によれば、上述の装置は、生物医学用途、特に、皮膚診断、および生物組織または器官または細胞を検出および／または刺激するのに用いられる。
【００４０】
本発明によれば、互いに電気的に絶縁され、同時に、印刷配線基板や可撓性回路のような基板の導電性トレースに接続された尖鋭電極のアレイおよびこの製造方法が提供され、接続手段を含むかかる電極アレイはコスト有効的なやり方で製造することができる。
【００４１】
本発明を次の図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００４２】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１に、本発明による装置１０を示す。これは、固体印刷配線基板または可撓性回路とすることのできる回路基板１２の図を表している。基板１２の主面１４の一方において、基板１２の８×８の電極１６アレイと電極接触パッド１８は同一することができ、それぞれ、自身の導電性トレース２０と接続されている。８×８の電極アレイは一例に過ぎず、例えば、２５６個の個々の電極に対応する１６×１６まで電極の数を増やすのが有利かつ望ましい。これより多い数を用いることもできる。本発明において提案されている技術を用いると、これは可能であり、また低製造コストの点で現実的である。電極１６それ自体は、後述するようにいわゆるボールバンプとして提供され、フリップチップ技術を用いてチップを接続するマイクロ電子業界に用いられる。
【００４３】
図２に、電極アレイの一部の拡大斜視図を示す。各導電性トレース２０は、第１の接触パッド２２につながっており（図１参照）、個々の電極１６によって印加または検出される電気信号を生成および評価するためのいくつかの接続手段を電子装置に接続することが可能である。これらの電気信号は、インピーダンス、電流、電圧、電位、ＡＣまたはＤＣまたはインパルス信号を表す。接続手段は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）または接触ピン等を含むことができる。
【００４４】
図３および４に、ボールバンプ電極１６の設計および構造をより詳細に示す。この電極１６は、ソケット部２４を電極接触パッド１８に電気的および機械的に接続するための基部端２６を有する厚ソケット部２４を含む。ソケット部２４の形状は丸まった周囲２８を有する平坦化されたボールのように見える。ソケット部２４の下側３０は第２の接触パッド１８と接触するよう平坦である。中間において、ソケット部２４の上側３２から、尖鋭端３６を有する尖鋭部３４が突出している。この尖鋭部３４が、測定または調査すべき表面（人間または動物の皮膚または器官または組織または細胞）と接触する。
【００４５】
図３および４は、チップの構造化側を回路層と対面させてチップを回路層に接続するために尚フリップチップ技術に用いられるボールバンプの概略図である。特に、尖鋭部３４は、図示してあるよりも長くし、より針状としたり、あるいは鋭くしたり、あるいはこの両方とすることができる。かかるバンプを生成する関連技術および代表的な用途については、数多くの文献に記載されている。例えば、「メカニカルバンプを用いたフリップチップ取り付け」Ｊ．Ｅｌｄｒｉｎｇら、１９９４年、ＩＴＡＰ＆Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、７４〜８１ページ、「非導電性接着剤および金ボールバンプを用いたフリップチップ取り付け」Ｒ．Ａｓｃｈｅｎｂｒｅｎｎｅｒら、Ｔｅｃｈｎｉｓｈｃｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ　Ｂｅｒｌｉｎ、Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｓｃｈｗｅｒｐｕｎｋｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｎ　ｄｅｒ　Ｍｉｋｒｏｐｅｒｉｐｈｅｒｉｋ，　ＴＩＢ　４／２−１、または「単一チップバンピング」Ｍａｔｔｈｉａｓ　Ｋｌｅｉｎら、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｂｅｒｌｉｎ，　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｐｅｒｉｐｈｅｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ。後者の記事には代表的な技術がより詳細に記載されている。例えば、直径１８〜３３マイクロメートルのＡｕ９８Ｐｄの薄ワイヤを、ワイヤクランプにより掴み、接続する接触領域にプレスする。接触領域は、フリップチップか、ＰＣＢのような導電性経路を含むコンポーネントのいずれかに配置することができる。これは、通常のボールウェッジバンピングプロセス、例えば、Ｆ＆Ｋ　Ｄｅｌｖｏｔｅｃｈ　Ｂｏｎｄｔｅｃｈｎｉｋ　ＧｍｂＨ（ドイツ）より入手可能なワイヤボンダーを用いて行うことができる。ワイヤは毛細管を通過してワイヤクランプを形成し、放電させてボールを形成し、接続される接触領域との電気的および機械的接続を確立する。これは周知のワイヤボンディング技術と同一である。しかしながら、第２の工程において、ワイヤを引裂き、影響されない状態に比べてワイヤの粒状組織が粗くなる熱有効ゾーン内でこの断線が確実に生じるようにする。断線によって、断線するほど薄くなるまで、直径が同時に大きく減じて、ワイヤが長くなる。このようにして、電気的接続の意図する目的に実際には望ましくない尖鋭構成が得られる。
【００４６】
かかるプロセスの影響が、アルミニウムパッドに金スタッドバンプを機械的に適用した斜視図である図３から分かる。図４に、一般的な寸法の断面図を示す。ボールバンプの全体の直径Ｄは４０〜１０５ミクロンである。接触する接触パッド１８の実際の接触領域Ｂ（基部端２６）は一般的に寸法Ｄの８０パーセントである。図４に示すソケット部２４の高さｈは一般的に１２〜６５ミクロンである。高さＨは約１０ミクロン以上である。ボールバンプの全体の高さｈ’は、一般に、全ボールバンプの直径Ｄに対応している。この用途において、尖鋭部３４および尖鋭端３６を皮膚に最良の状態で貫通させるのに１００〜２００ミクロンの高さが有利である。すなわち、皮膚の最外部は、良好な電気的接触を確立するのに貫通させるべき約１００ミクロンの厚さを有している。実際の尖鋭端３８は上部、すなわち、Ｈを超える全体高さｈ’の部に生じる。寸法ｂは、ソケット部２４の高さｈの約半分から１／３である。上述の記事は、フリップチップ技術用途におけるボールバンプの詳細についてである。例えば、接触パッド１８への接続が十分に安定であることが示されている。４３〜６０ｃＮ／バンプの範囲の剪断値が観察された。代替合金はＰｂＳｎ２、ＰｂＳｎ６１およびＳｎＡｇ３および比較的純粋な金そのものである。
【００４７】
図５に、本発明による装置の他の実施形態を示す。この実施形態は図１および２のそれと類似している。これら実施形態の違いは、図５の実施形態においては、導電性トレース２０が、厚さ方向に基板１２を貫いて伸張していて、導電性トレース２０の端部表面が、基板１２の第１および第２の主面１４に配置されて、第２の接触パッド１８および第１の接触パッド２２を形成しているという事実において理解することができる。
【００４８】
図６に、図１および２に示したものと基本的に同一だが、平坦でない構成で配置された構成を有する変形実施形態を示す。ここでもボールバンプ電極１６が可撓性基板１２の接触パッドに適用されている。基板１２は、金属補強材３８から離れた基板１２の側部１４にあるために、導電性トレース２０が刺激されないように配置された金属３８により支持されている。接触パッド２２を備えた接触領域はゼブラストリップ、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）またはランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）４０とすることができる。
【００４９】
図７に、図６に示したものと全く同一の実施形態を示す。本質的な違いは、金属板を補強材として提供する代わりに、そのものが固体のプラスチック本体４２を適用したことである。しかしながら、全体のシステムは図６に示したものと本質的に同一である。
【００５０】
図８に、ボールバンプ電極１６を備えたコンポーネントが使い捨てできるように構成された変形実施形態を示す。ボールバンプ電極１６をＢＧＡまたはＬＧＡ接触領域４４を有する可撓性回路層基板１２に適用する。基板１２をプラスチックまたは金属支持部４６に固定する。使い捨てコンポーネント４８を手持形デバイス５０に取り付けることができる。従って、この装置５０は、使い捨てコンポーネント４８を手持形装置５０に固定して、患者の皮膚部分の電気またはインピーダンス画像の生成といった目的の評価にとって十分安定な位置に保つことを可能とする、スナップ手段等（図示せず）のような機械的特徴を有していなければならない。手持形装置５０は、ピストルタイプとすることのできるハンドル５２それ自体を有している。さらに、使い捨てコンポーネント４８のＢＧＡまたはＬＧＡ接触領域４４に接続するための手持形装置５０の接続手段５６に接続されたケーブル５４も含まれる。ケーブル５４の他端（図示せず）は、評価装置、一般的にはコンピュータおよびディスプレイ装置に接続されている、または接続可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるボールバンプ電極アレイを有する基板の平面図である。
【図２】図１によるボールバンプ電極アレイの一部斜視図である。
【図３】電極の全体の形状を示す、ボールバンプ状電極の拡大斜視図である。
【図４】図３の電極の平面立面図である。
【図５】本発明による装置の第２の実施形態である。
【図６】本発明による装置の変形実施形態である。
【図７】本発明による装置の更なる実施形態である。
【図８】本発明による装置の更に他の変形実施形態である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004512127.tif 000032
【国際調査報告】
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