УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ СХЕМЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ELECTRONIC CIRCUIT DEVICE AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству электронной схемы (например, кремниевому чипу), содержащему подложку (например, кремниевую подложку) и электронную схему. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу производства такого устройства электронной схемы. Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству датчика и/или рабочего органа, содержащему такое устройство с электрической схемой и по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган (например, оптическую камеру или ультразвуковые преобразователи). Настоящее изобретение дополнительно относится к медицинскому инструменту, в частности, минимально инвазивному медицинскому инструменту (например, катетеру или направляющей проволоке катетера) с проксимальным концом и дистальным концом и содержащему такую схему с датчиком и/или рабочим органом.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует тенденция интегрировать функциональные возможности электроники в форме интеллектуальных датчиков и/или рабочих органов в наконечнике минимально инвазивного медицинского инструмента. Эти датчики и/или рабочие органы могут помочь врачу направлять медицинский инструмент через тело или могут позволить получить более точный диагноз. Датчики и/или рабочие органы, такие как оптическая камера или ультразвуковые преобразователи известны для наконечников эндоскопов. Однако такие функциональные возможности электроники также предполагаются для небольших медицинских инструментов, в частности, для минимально инвазивных медицинских инструментов, таких как катетеры или проволочные направители катетера.
Эти датчики и/или рабочие органы используются в комбинации с электронными схемами. Эти электронные схемы должны соединяться с электрическими проводами, которые проходят по всей длине от дистального конца или наконечника минимально инвазивного инструмента к проксимальному концу, где инструмент, например, соединяется с некоторым устройством считывания. Такие электрические провода могут иметь малый диаметр. Соединение электрических проводов с устройством электронной схемы (например, кремниевым чипом), содержащим подложку и электронную схему, становится все более важной задачей. Электрические провода обычно должны присоединяться к устройству электронной схемы (например, кремниевому чипу) в ручном процессе, то есть, вручную. Такой процесс ручной сборки очень труден и требует больших затрат времени. Например, электрические провода могут легко ослабнуть. Кроме того, выход собранных устройств электронной схемы может быть очень низким (например, таким низким, как 50%). Кроме того, сборочный процесс сборки и/или присоединения электрических проводов к электронной схеме составляет существенную, если не главную, часть общей стоимости медицинского инструмента. Таким образом, производство такого устройства электронной схемы или медицинского инструмента является трудным и дорогостоящим.
Документ US 5777391 А раскрывает полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковый чип, смонтированный на площадке для монтажа шарика основной поверхности базовой подложки, в которой первые контактные площадки электродов, расположенные на обратной стороне базовой подложки, электрически соединяются с контактными площадками, расположенными на основной поверхности полупроводникового чипа. Базовая подложка изготавливается из жесткой подложки и ее первые контактные площадки для электродов электрически соединяются со вторыми контактными площадками, расположенными на ее обратной стороне. Полупроводниковый чип монтируется на площадке для монтажа чипа основной поверхности базовой подложки с ее основной поверхностью, обращенной вниз, и его контактные площадки электрически соединяются со вторыми контактными площадками для электродов базовой подложки посредством соединительных проводов, проходящих через щели, образованные в базовой подложке.
Документ US 2007/0126091 А1 раскрывает полупроводниковый компонент, содержащий полупроводниковую подложку, имеющую контакт подложки и соединение сквозным проводом, присоединяемый к контакту подложки. Соединение сквозным проводом содержит прохождение через контакт подложки и подложку, провод, присоединенный к контакту подложки, и контакт на проводе.
Документ US 7364461 В1 раскрывает технологию крепления коаксиального кабеля к сборочному узлу.
Документ DE28 27 640 F1 раскрывает дополнительный способ крепления электрических проводов к печатной плате.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении улучшенного устройства электронной схемы и способа его производства, в частности, более легкого и более дешевого производства. Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в обеспечении соответствующего устройства датчика и/или рабочего органа и соответствующего медицинского инструмента.
В первом варианте настоящего изобретения представляется устройство электронной схемы, содержащее подложку, содержащую проводящий или полупроводящий основной участок и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, электронную схему, часть электрического подключения для обеспечения электрического соединения с электронной схемой и расположенной на первой поверхности, и по меньшей мере один электрический провод. Электрический провод содержит одиночную проводящую жилу и изоляцию, окружающую проводящую жилу, в которой конечный участок электрического провода является свободным от изоляции участком, чтобы предоставить доступ к проводящей жиле. Концевой участок электрического провода соединяется с электрической соединительной частью. В подложке обеспечивается по меньшей мере одно сквозное отверстие, проходящее от первой поверхности до второй поверхности, причем сквозное отверстие содержит первый участок, обращенный к первой поверхности и имеющий первый диаметр, и второй участок, обращенный ко второй поверхности и имеющий второй диаметр, больший первого диаметра, причем первый диаметр равен или больше диаметра проводящей жилы и меньше диаметра изоляции, и причем электрический провод пропущен через сквозное отверстие. Подложка содержит слой изоляции, покрывающий по меньшей мере боковые стенки первого участка сквозного отверстия.
В дополнительном варианте настоящего изобретения представляется устройство датчика и/или рабочего органа, содержащее электрическую схему, соответствующую изобретению, и по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган. Электрическая схема выполнена с возможностью передачи электрических сигналов по меньшей мере к одному рабочему органу и/или приема электрических сигналов по меньшей мере от одного датчика.
В дополнительном варианте изобретения представляется медицинский инструмент, в частности, минимально инвазивный медицинский инструмент, имеющий проксимальный конец и дистальный конец и содержащий устройство датчика и/или рабочего органа, соответствующее изобретению. Устройство датчика и/или рабочего органа располагается в дистальном конце медицинского устройства.
В дополнительном варианте изобретения представляется способ производства устройства электронной схемы, содержащего электрическую схему, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:
- обеспечивают подложку, содержащую проводящий или полупроводящий основной участок и имеющую первую поверхность и вторую поверхность,
- обеспечивают электрическую соединительную часть для обеспечения электрического соединения с электронной схемой и располагающуюся на первой поверхности,
- обеспечивают в подложке по меньшей мере одно сквозное отверстие, проходящее от первой поверхности до второй поверхности, причем сквозное отверстие содержит первый участок, обращенный к первой поверхности и имеющий первый диаметр, и второй участок, обращенный ко второй поверхности и имеющий второй диаметр, больший, чем первый диаметр,
- покрывают по меньшей мере боковые стенки первого участка сквозного отверстия слоем изоляции, и
- пропускают по меньшей мере один электрический провод через сквозное отверстие. Электрический провод содержит одиночную проводящую жилу и изоляцию, окружающую проводящую жилу, причем конечный участок электрического провода является участком без изоляции, чтобы позволить доступ к проводящей жиле. Первый диаметр первого участка сквозного отверстия равен или больше диаметра проводящей жилы и меньше диаметра изоляции. Способ дополнительно содержит присоединение конечного участка электрического провода к части электрического соединения.
Основная идея изобретения состоит в обеспечении (например, травлением) по меньшей мере одного сквозного отверстия, проходящего через всю толщину основания или подложки (в частности, кремниевого основания или кремниевой подложки), и пропускании или вставке электрического провода через сквозное отверстие. Свободный от изоляции конечный участок электрического провода присоединяется к части электрического соединения для обеспечения электрического подключения к электронной схеме. Электронная схема может быть интегрирована в подложку или расположена на подложке, в частности, на первой поверхности, или может быть расположена на другой (второй) подложке. Электрический провод пропускается или вставляется со стороны второй поверхности (или обратной стороны). Поэтому он не мешает электрической схеме, которая располагается, например, на первой поверхности (или передней стороне). Изготовление или сборка такого устройства с электрической схемой является простым и/или дешевым.
Устройство электрической схемы является, в частности, миниатюрным устройством с электрической схемой. Электрический провод является, в частности, миниатюрным электрическим проводом. Например, миниатюрный электрический провод может иметь внешний диаметр 150 мкм или меньше, в частности, 100 мкм или меньше, в частности 50 мкм или меньше, в частности 30 мкм или меньше. Внешний диаметр обычно является диаметром проводящей жилы плюс удвоенная толщина слоя изоляции. Например, слой изоляции может иметь толщину 20 мкм или меньше, в частности,10 мкм или меньше, в частности, между 5 и 10 мкм. Изобретение, в частности, полезно для устройства с датчиком и/или рабочим органом (например, электронного чипа датчика). Это устройство с датчиком и/или рабочим органом может быть, например, смонтировано или расположено на дистальном конце или на наконечнике медицинского инструмента, в частности, минимально инвазивного медицинского инструмента (например, катетера или проволочного направителя катетера).
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления в виде заявленного устройства электронной схемы и как оно определено в зависимых пунктах формулы изобретения. Дополнительно следует понимать, что заявленное устройство с датчиком и/или рабочим органом и заявленный медицинский инструмент имеют схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления в форме заявленного устройства электронной схемы.
В одном из вариантов осуществления в подложке обеспечивается множество сквозных отверстий, причем электрический провод или проводящая жила пропускается через каждое сквозное отверстие. Например, электрический провод может содержать множество (или жгут) проводящих жил и (единую) изоляцию, окружающую множество проводящих жил. Это также известно как "миниатюрный плоский кабель". Обеспечивая проходное отверстие, каждое из которых проходит через всю толщину подложки, подключение множества (или жгута) проводящих жил к устройству электронной схемы (например, кремниевому чипу) можно уменьшить до одной-двух операций, что позволяет значительно сократить стоимость. Например, изоляция миниатюрного плоского кабеля может быть очищена в одной операции (например, лазерным удалением). Например, в случае пайки провода или жилы могут все быть распаяны в одной операции (например, погружением в припой).
В другом варианте осуществления подложка содержит проводящий или полупроводниковый основной участок и слой изоляции, покрывающий, по меньшей мере, часть основного участка. Таким образом, используется стандартная полупроводниковая подложка или основание, которая предусматривает дешевое производство. Изолирующий слой может, в частности, покрывать боковые стенки сквозного отверстия. Например, часть изолирующего слоя может использоваться в качестве слоя ограничения травления в производственном процессе.
В разновидности этого варианта осуществления основной участок изготавливается из кремния. Таким образом, сквозное отверстие может легко обеспечиваться в кремнии, используя традиционные способы, в частности, травление. Кремний является очень удобным материалом для подложки, поскольку он очень легко травится, в частности, легко травятся сквозные отверстия через него.
В дальнейшем варианте осуществления концевой участок электрического провода соединяется с частью электрического соединения, используя соединение термокомпрессионной сварки клином или паяное соединение. Это обеспечивает легкий способ электрического соединения между частью электрического соединения и электрическим проводом.
В дополнительном варианте осуществления сквозное отверстие содержит первый участок, обращенный к первой поверхности и имеющий первый диаметр, и второй участок, обращенный ко второй поверхности и имеющий второй диаметр, больший, чем первый диаметр. Таким образом, проводящая жила не может легко сломаться. Электрический провод с его изоляцией и свободный от изоляции концевой участок отлично помещаются в сквозном отверстии.
В разновидности этого варианта осуществления первый диаметр равен или больше диаметра проводящей жилы и меньше диаметра изоляции. Таким образом, ободок формируется между первым участком и вторым участком. Изоляция может кончаться или блокироваться этим ободком, но это не относится к свободному от изоляции периферийному участку. Таким образом, проводящая жила может проходить через меньший первый участок, но ободок между большим вторым участком и меньшим первым участком не пропускает или блокирует изоляцию. Таким образом, сквозное отверстие подгоняется к форме и/или размерам электрического провода. Таким способом обеспечивается устойчивость электрического провода. В частности, сквозное отверстие может удерживать электрический провод на месте.
В дополнительном варианте осуществления слой изоляции покрывает первую поверхность и содержит толстый участок, окружающий сквозное отверстие. Толстый участок имеет толщину, по меньшей мере равную длине первого участка сквозного отверстия. Толстый участок обеспечивает электрическую изоляцию и механическую прочность, в частности, во время вставления электрического провода через сквозное отверстие.
В дополнительном варианте осуществления часть электрического соединения содержит по меньшей мере одну консольную пружину, контактирующую с концевым участком электрического провода. Таким образом, электрический провод должен быть только вставлен через сквозное отверстие и никакая дальнейшая операция не требуется, чтобы сформировать электрическое соединение между частью электрического соединения и электрическим проводом. В частности, могут обеспечиваться по меньшей мере две консольные пружины на противоположных сторонах электрического провода или концевого участка. Консольная пружина является, в частности, пружиной, имеющей первый конец и второй конец, где только один конец закреплен. Консольная пружина может, в частности, иметь первый конец, прикрепленный к подложке, и второй конец, контактирующий с концевым участком и изогнутый в направлении от первой поверхности. В частности, консольная пружина может быть изготовлена из металла, более конкретно, из множества металлических слоев. Консольная пружина может, в частности, быть пружиной растяжения, предназначенной работать с растягивающей нагрузкой, так чтобы пружина растягивалась по мере того, как к ней прикладывается нагрузка.
В дополнительном варианте осуществления подложка содержит по меньшей мере один участок консольной пружины, удерживающий электрический провод на месте. Таким образом, электрический провод может удерживаться прикрепленным к подложке. В частности, могут обеспечиваться по меньшей мере два участка консольной пружины на противоположных сторонах электрического провода. В частности, подложка может содержать отверстие рядом со сквозным отверстием для формирования консольного участка между сквозным отверстием и отверстием. Участок консольной пружины, в частности, имеет первый конец и второй конец, причем только один конец закрепляется. Участок консольной пружины может, в частности, иметь первый конец, закрепленный или прикрепленный к подложке, и второй конец, остающийся свободным. Участок консольной пружины, в частности, контактирует с изоляцией электрического провода. Например, первый конец участка консольной пружины может быть прикреплен к подложке в радиусе от центра сквозного отверстия, который меньше, чем радиус изоляции электрического провода. Дополнительно, первый конец может быть прикреплен к подложке в радиусе от центра, большем, чем радиус электрической жилы, так чтобы он не загораживал часть концевого участка провода без изоляции. Второй конец участка консольной пружины может быть, в частности, изогнут в направлении от электрического провода (или в направлении от центра сквозного отверстия). Участок консольной пружины может быть, в частности, участком пружины растяжения, предназначенной для работы с растягивающей нагрузкой, так чтобы участок пружины растягивался по мере того, как к нему прикладывается нагрузка.
В дополнительном варианте осуществления по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган является по меньшей мере одним устройством, выбранным из группы, содержащей оптическую камеру, ультразвуковой преобразователь и датчик температуры, давления и/или расхода. Эти датчики и/или рабочие органы особенно полезны при соединении с медицинским инструментом, в частности, с минимально инвазивным медицинским инструментом, таким как катетер или проволочный направитель катетера.
В одном из вариантов осуществления способ, обеспечивающий в подложке сквозное отверстие, содержит обеспечение множества сквозных отверстий в подложке, причем электрический провод или проводящая жила проходит через каждое сквозное отверстие.
В другом варианте осуществления способ, обеспечивающий подложку, содержит обеспечение проводящего или полупроводникового основного участка подложки и способ содержит покрытие по меньшей мере основного участка слоем изоляции.
В другом варианте осуществления способ, соединяющий концевой участок электрического провода с частью электрического соединения, содержит термокомпрессионную сварку клином или пайку.
В другом варианте осуществления способ обеспечивающий в подложке по меньшей мере одно сквозное отверстие, содержит обеспечение первого участка сквозного отверстия, который выходит на первую поверхность и имеет первый диаметр, и обеспечение второго участка сквозного отверстия, который выходит на вторую поверхность и имеет второй диаметр, больший, чем первый диаметр. В частности, первый диаметр может быть равен или быть больше диаметра проводящей жилы, и быть меньше диаметра изоляции.
В дополнительном варианте осуществления способ, покрывающий по меньшей мере часть основного участка слоем изоляции, содержит покрытие первой поверхности слоем изоляции и обеспечение толстого участка, окружающего сквозное отверстие. В частности, толстый участок может иметь толщину, равную по меньшей мере длине первого участка сквозного отверстия. Длина первого участка определяется в направлении толщины подложки или ортогонально к поверхностям подложки.
В дополнительном варианте осуществления способ, обеспечивающий часть электрического соединения, содержит обеспечение по меньшей мере одной консольной пружины для контакта конечного участка электрического провода. Это может, например, выполняться, используя вспомогательный слой (или слой разъединения). Консольная пружина может, в частности, иметь первый конец, прикрепленный к подложке, и второй конец, изогнутый в направлении от первой поверхности.
В дополнительном варианте осуществления способа, способ дополнительно содержит обеспечение в подложке по меньшей мере одного участка консольной пружины, удерживающей электрический провод на месте. Обеспечение в подложке участка консольной пружины может, например, быть выполнено травлением в подложке или основном участке структуры, подобном пружине. Такое травление может быть выполнено со стороны второй поверхности подложки, со стороны первой поверхности подложки или комбинации их обоих.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут объяснены со ссылкой на вариант(-ы) осуществления, описанный далее. В следующих чертежах:
Фиг. 1 - схематичное изображение поперечного сечения устройства электронной схемы, соответствующего первому варианту осуществления;
Фиг. 2 - схематичное изображение поперечного сечения устройства электронной схемы, соответствующего второму варианту осуществления;
Фиг. 3 - схематичное поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего третьему варианту осуществления;
Фиг. 4 - схематичное поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего четвертому варианту осуществления;
Фиг. 5 - схематичное поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего пятому варианту осуществления;
Фиг. 6 - схематичное поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего шестому варианту осуществления;
Фиг. 6a - схематичный вид снизу части устройства электронной схемы, показанного на фиг. 6;
Фиг. 7 - вид в перспективе части устройства электронной схемы, показанного на фиг. 5;
Фиг. 7a - вид в перспективе второго примера части устройства электронной схемы, показанного на фиг. 5;
Фиг. 8 - схематичный вид медицинского устройства, соответствующего варианту осуществления;
Фиг. 9 - часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, или второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2;
Фиг. 10 - часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 3;
Фиг. 11 - часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего четвертому варианту осуществления, показанному на фиг. 4;
Фиг. 12 - часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего пятому варианту осуществления, показанному на фиг. 5; и
Фиг. 13 - часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего шестому варианту осуществления, показанному на фиг. 6.
Описание предпочтительных вариантов изобретения
На каждом из фиг. 1-6 схематично показаны поперечные сечения устройства 10 электронной схемой, в частности, миниатюрного устройства с электронной схемы, соответствующего различным вариантам осуществления. На каждой из фиг. 1-6, устройство 10 электронной схемы содержит (первую) подложку 12, имеющую первую поверхность (или переднюю сторону) 12a и вторую поверхность (или обратную сторону) 12b, и электронную схему 14 (не показана на чертежах). Электронная схема 14 может быть, например, интегрирована в подложку или быть расположена на подложке, в частности, на первой поверхности 12a. Альтернативно, электронная схема 14 может быть расположена на другой (второй) подложке. Например, вторая подложка электронной схемы 14 может затем монтироваться (например, посредством обращенной сборки или встряхивания припоя) на первой подложке.
Устройство 10 электронной схемы дополнительно содержит часть 16 электрического соединения (например, контактные площадки или контактные столбики) для обеспечения электрического соединения электронной схемы 14 и располагается на первой поверхности 12a. Устройство 10 электронной схемы дополнительно содержит по меньшей мере один электрический провод 18. Электрический провод 18 содержит по меньшей мере одну проводящую жилу 20 (с диаметром D20) и изоляцию 22 (с диаметром D22), окружающую проводящую жилу 20. Изоляция 22 имеет форму кольцеобразного изолирующего слоя, полностью окружающего по окружности проводящую жилу 20. Конечный участок 18a электрического провода 18 является участком, свободным от изоляции, для предоставления доступа к проводящей жиле 20. Концевой участок 18a электрического провода 18 соединяется с частью 16 электрического соединения. Кроме того, в подложке 12 обеспечивается по меньшей мере одно сквозное отверстие 24, проходящее от первой поверхности 12a ко второй поверхности 12b. Электрический провод 18 пропускается через сквозное отверстие 24.
Таким образом, в подложке 12 обеспечивается по меньшей мере одно сквозное отверстие 24, проходящее через всю толщину t подложки 12 (или основания) (например, посредством травления). Сквозное отверстие 24 в показанных вариантах осуществления является цилиндрическим с диаметром D. Электрический провод 18 пропускается или вставляется со стороны второй поверхности (или с обратной стороны) 12b. Поэтому, электрический провод 18 не загораживает электрическую схему 14, расположенную, например, на первой поверхности (или передней стороне) 12a. Электрический провод 18 в показанных вариантах осуществления является, в частности, миниатюрным электрическим проводом, например, имеющим внешний диаметр D22, равный 150 мкм или меньше, в частности 100 мкм или меньше, в частности 50 мкм или меньше, в частности 30 мкм или меньше. Внешний диаметр D22 электрического провода равен внешнему диаметру D22 изоляции. Таким образом, внешний диаметр D22 равен диаметру проводящей жилы D20 плюс удвоенная толщина слоя изоляции. Например, слой изоляции может иметь толщину 20 мкм или меньше, в частности, 10 мкм или меньше, в частности, между 5 и 10 мкм. В конкретном примере, не предназначенном для создания ограничений, внешний диаметр D22 может быть таким малым, как 50 мкм с учетом толщины слоя изоляции 5-10 мкм.
В показанных вариантах осуществления подложка 12 содержит проводящий или полупроводниковый основной участок 26 и изолирующий слой 28, покрывающий по меньшей мере часть основного участка 26. Предпочтительно, основной участок 26 изготавливается из кремния. Однако, следует понимать, что может использоваться любой другой соответствующий проводящий или полупроводниковый материал. Слой 28 изоляции может быть изготовлен, например, из оксида, в частности, кремниевого оксида. Однако, следует понимать, что может использоваться и любой другой соответствующий изолирующий материал. В одном примере изолирующий слой 28 может быть изготовлен из диэлектрика (например, осаждением посредством LPCVD, PEVCD или осаждения атомарного слоя). В другом примере изолирующий слой может быть изготовлен из полимера (например, парилена, который осаждается очень конформно и дополнительно является биологически совместимым). В альтернативном варианте осуществления подложка 12 может быть полностью изготовлена из изолирующего материала (например, стекла, кварца или прессованной эпоксидной смолы). Часть 16 электрического соединения (например, контактные площадки или контактные столбики), изготавливается из проводящего материала, в частности, металла (например, алюминия или золота). Проводящий материал или металл могут соединяться. Например, часть 16 электрического соединения может быть изготовлена из золота, алюминия или их сплава. Например, титан (не соединяется) может использоваться в качестве адгезивного слоя под золотым и/или алюминиевым слоем.
В соответствующем способе производства устройства 10 электронной схемы, содержащего электрическую схему 14, в частности, соответствующего любому из вариантов осуществления, показанных на фиг. 1-6, способ сначала содержит этап, на котором обеспечивают подложку 12, имеющую первую поверхность 12a и вторую поверхность 12b. Затем, способ содержит этап, на котором обеспечивают часть 16 электрического соединения для электрического соединения электронной схемы 12 и расположенную на первой поверхности 12a. Дополнительно, способ содержит этап, на котором обеспечивают в подложке 12 по меньшей мере одно сквозное отверстие 24 от первой поверхности 12a ко второй поверхности 12b. Этап обеспечения сквозного отверстия 24 выполняется перед или после этапа обеспечения части 16 электрического соединения. В дальнейшем, способ содержит этап, на котором пропускают по меньшей мере один электрический провод 18 через сквозное отверстие 24, причем электрический провод 18 содержит проводящую жилу 20 и изоляцию 22, окружающую проводящую жилу 20, где концевой участок 18a электрического провода 18 свободен от изоляции для предоставления доступа к проводящей жиле 20. Наконец, способ содержит этап, на котором соединяют концевой участок 18a электрического провода 18 с частью 16 электрического соединения. Этап пропускания провода 18 в сквозное отверстие 24 и этап соединения концевой части 18a с частью 16 электрического соединения вместе формируют так называемый этап сборки или процесс сборки.
В показанных вариантах осуществления, обеспечение подложки 12 содержит обеспечение проводящего или полупроводникового основного участка 26 (например, изготовленного из кремния) подложки 12, и способ содержит дополнительный этап покрытия по меньшей мере части основного участка 26 слоем 28 изоляции. В одном примере этап покрытия выполняется после обеспечения сквозного отверстия 24. Таким образом, поверхность(-и) 12a, 12b подложки и боковые стены сквозного отверстия могут покрываться за один этап. В альтернативном примере этап покрытия выполняется сразу после того, как обеспечивается основной участок 26 подложки. Это может в частности, использоваться в вариантах осуществления, где боковые стены сквозного отверстия 24 не должны покрываться слоем 28 изоляции.
На фиг. 1 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего первому варианту осуществления, а на фиг. 2 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего второму варианту осуществления. В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 1, концевой участок 18a электрического провода 18 соединяется с частью 16 электрического соединения, используя соединение 30 термокомпрессионной сваркой клином. В этом варианте осуществления свободный от изоляции концевой участок 18a на стороне первой поверхности 12a изгибается в направлении части 16 электрического соединения. В этом варианте осуществления часть 16 электрического соединения располагается только на одной стороне сквозного отверстия 24. В альтернативном втором варианте осуществления, показанном на фиг. 2, концевой участок 18a электрического провода 18 соединяется с частью 16 электрического соединения, используя соединение 32 пайкой. В этом варианте осуществления свободный от изоляции концевой участок 18a на стороне первой поверхности 12a является прямым (в направлении, ортогональном первой поверхности) и соединение 32 пайкой имеет форму, получаемую соединением пайкой (или встряхиванием припоя), окружающим концевой участок 18a. В этом варианте осуществления часть 16 электрического соединения имеет кольцевую или кольцеобразную форму, окружающую сквозное отверстие 24.
В целом, сквозное отверстие 24 по диаметру равно или больше, чем диаметр D20 проводящей жилы 20, так чтобы проводящая жила 20 или концевой участок 18a могли достигнуть части 16 электрического соединения на первой поверхности 12a подложки. В одном примере сквозное отверстие 24 может быть даже больше, чем диаметр D22 изоляции 22 (или внешний диаметр D22 провода), в частности, вдоль всей его глубины или длины, или через всю толщину t подложки 12. В этом случае, глубина или длина, на которую электрический провод должен быть вставлен в сквозное отверстие, чтобы достигнуть части 16 электрического соединения, должна быть определена, например, визуально или с помощью точных измерительных приборов.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 или фиг. 2, диаметр D сквозного отверстия 24 равен или больше диаметра D20 проводящей жилы 20, и меньше диаметра D22 изоляции 22 (или внешний диаметр D22 провода). Таким образом, только проводящая жила 20 проходит через сквозное отверстие 24, но не изоляция 22. Изоляция 22 заканчивается в точке, где электрический провод 18 вставляется в подложку (или основание) 12 на второй поверхности 12b (или на обратной стороне). Таким образом, полагая, что концевой участок 18a достаточно длинный, чтобы достигнуть части 16 электрического соединения, электрический провод 18 или концевой участок 18a нужно только вставить в сквозное отверстие 24 со стороны второй поверхности 12b и изоляция 22 останавливается или упирается во вторую поверхность 12b.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 или фиг. 2, слой 28 изоляции покрывает (все) боковые стенки сквозного отверстия 24. Это является следствием того, что проводящая жила 20 или свободный от изоляции концевой участок 16 пропускается через все сквозное отверстие 24. Таким образом, электрическое соединение между проводящей жилой 20 и проводящим/полупроводниковым основным участком 26 подложки можно предотвратить. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 или фиг. 2, слой изоляции также покрывает первую поверхность 12a и вторую поверхность 12b.
На фиг. 9 показана часть примерного способа производства устройства 10 электронной схемы, соответствующего первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, или второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2. Как показано на фиг. 9a, способ сначала содержит этап обеспечения подложки 12 с первой поверхностью 12a и второй поверхностью 12b. В этом примере обеспечение подложки 12 содержит обеспечение проводящего или полупроводникового основного участка 26 и покрытия по меньшей мере части основного участка 26 слоем 28 изоляции. Затем, как показано на фиг. 9b, способ содержит этап обеспечения на подложке 12 сквозного отверстия 24, проходящего от первой поверхности 12a ко второй поверхности 12b. Например, удаляемый вспомогательный слой (например, изготовленный из полиимида) может наноситься на первую поверхность 12a подложки, прежде чем травить сквозное отверстие 24, и удаляться после травления сквозного отверстия 24. Вспомогательный слой дает подложке 12 механическую поддержку во время травления (например, глубокое травление активными ионами (DRIE)). В дальнейшем, как показано на фиг. 9c, способ содержит этап обеспечения части 16 электрического соединения для электрического присоединения к электронной схеме 12 и расположения ее на первой поверхности 12a. Теперь электрический провод 16 может быть присоединен к устройству, пропуская сначала электрический провод 18 с концевым участком 18a через сквозное отверстие 24 и затем присоединяя концевой участок 18a электрического провода 18 к части 16 электрического соединения. Этап соединения выполняется термокомпрессионной сваркой клином для варианта осуществления, показанного на фиг. 1, и пайкой для варианта осуществления, показанного на фиг. 2. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1 или фиг. 2, этап присоединения концевого участка 18a к части 16 электрического соединения содержит соединение термокомпрессионной сваркой клином (фиг. 1) или пайку (фиг. 2). Это дает в результате устройство электронной схемы, показанное на фиг. 1 или фиг. 2. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 или фиг. 2, в точке, где электрический провод 18 вставляется в подложку (или в основание) 12 на поверхности 12b (или на обратной стороне), проводящая жила 20 может быть хрупкой и может даже сломаться. Эта задача может решаться вариантом осуществления, который будет теперь объяснен со ссылкой на фиг. 3.
На фиг. 3 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего третьему варианту осуществления. В этом третьем варианте осуществления, показанном на фиг. 3, сквозное отверстие 24 содержит первый участок 24a, выходящий на первую поверхность 12a и имеющий первый диаметр D1, и второй участок 24b, выходящий на вторую поверхность 12b и имеющий второй диаметр D2, больший, чем первый диаметр D1. В конкретном примере, не предназначенном для создания ограничений, второй диаметр является приблизительно двойным диаметром первого диаметра D1 (то есть, удвоенным размером отверстия). Первый диаметр D1 равен или больше диаметра D20 проводящей жилы 20, и меньше диаметра D22 изоляции 22. Таким образом, формируется ободок между первым участком 24a и вторым участком 24b. Изоляция 22 останавливается или блокируется на этом ободке, но не свободным от изоляции концевым участком 16a. Таким образом, проводящая жила 20 может проходить через меньший первый участок 24a, но ободок между большим вторым участком 24b и меньшим первым участком 24b останавливает или блокирует изоляцию 22. Кроме того, второй диаметр D2 равен или лишь немного больше диаметра D22 изоляции 22. Таким образом, диаметр D2 большего второго участка 24b выбирается так, что он будет приспособлен только к изоляции 22. Таким образом, сквозное отверстие 24 приспосабливается к форме и/или размерам электрического провода 18. В частности, первый участок 24a приспосабливается к форме и/или размерам проводящей жилы 20 или свободного от изоляции концевого участка 18a, а второй участок приспосабливается к форме и/или размерам изоляции 22. Электрический провод 18 с его изоляцией 22 и свободным от изоляции концевым участком 18a отлично помещается в сквозном отверстии 24. Таким образом, проводящую жилу 20 нельзя легко сломать. Как можно видеть на фиг. 3, длина L24b (в направлении, ортогональном поверхностям 12a, 12b) второго участка 24b больше длины L24a первого участка 24a. Однако, следует понимать, что длина 24a и длина 24b приспосабливаются к электрическому проводу 18 и его свободному от изоляции концевому участку 18a или наоборот. Таким образом, длина L24b, например, может также быть равна или меньше длины L24a.
На фиг. 10 показана часть примерного способа производства устройства 10 электронной схемы, соответствующего третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 3. Как видно на фиг. 10a, способ сначала содержит этап обеспечения подложки 12 с первой поверхностью 12a и второй поверхностью 12b. Затем, как видно на фиг. 10b, способ содержит этап обеспечения в подложке 12 сквозного отверстия 24, проходящего от первой поверхности 12a ко второй поверхности 12b. В этом варианте осуществления обеспечение сквозного отверстия 24 содержит обеспечение первого участка 24a сквозного отверстия 24, который выходит на первую поверхность 12a и имеет первый диаметр D1, и обеспечение второго участка 24b сквозного отверстия 24, который выходит на вторую поверхность 12b и имеет второй диаметр D2, больший, чем первый диаметр D1. Это может быть выполнено, например, на этапе многочисленного процесса травления (например, два этапа процесса травления). Как показано на фиг. 10b, больший второй участок 24b сквозного отверстия 24 может быть протравлен, проходя от второй поверхности 12b (или обратной стороны) и заканчиваясь в меньшем первом участке 24a. В примере, показанном на фиг. 10, часть слоя 28 изоляции используется в качестве слоя остановки травления. В примере, показанном на фиг. 10, этап обеспечения сквозного отверстия 24 содержит сначала наложение удаляемого вспомогательного слоя 38 (например, изготовленного из полиимида) на первую поверхность 12a подложки для создания механической опоры подложки 12 во время травления, затем наложение ограничительной маски 39 травления на вторую поверхность 12b подложки, и после этого травление (например, глубокое травление активными ионами (DRIE)) сквозного отверстия 24 со стороны второй поверхности 12b подложки (например, этап процесса множественного травления). При том, что на фиг. 10 показано травление со стороны второй поверхности 12b подложки, следует понимать, что сквозное отверстие 24 может также быть протравлено со стороны первой поверхности 12a подложки. Затем, обращаясь к фиг. 10c, удаляемый вспомогательный слой 38 и маска 39 ограничения травления удаляются. Далее, как показано на фиг. 10d, способ содержит этап обеспечения части 16 электрического соединения для обеспечения электрического соединения электронной схемы 14 и расположения на первой поверхности 12a. Теперь электрический провод 16 может быть собран с устройством, как объяснено выше.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, слой 28 изоляции покрывает боковые стенки первого участка 24a и второго участка 24b и, таким образом, всего сквозного отверстия 24. Однако, слой 28 изоляции может альтернативно также покрывать только боковые стенки первого участка 24a, как это имеет место, когда нужно предотвратить электрическое соединение между проводящей жилой 20 и проводящим/полупроводниковым основным участком 26 подложки 12. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, слой 28 изоляции также покрывает первую поверхность 12a и вторую поверхность 12b.
Как объяснено выше, в каждом из вариантов осуществления, показанных на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, после обеспечения (например, травлением) сквозного отверстия, боковые стены сквозного отверстия изолируются слоем 28 изоляции, чтобы предотвратить электрический контакт между проводящей жилой 20 и проводящим/полупроводниковым основным участком 26 подложки 12. В частности, если основной участок 26 изготавливается из кремния, который является (даже если слегка легирован) проводником или, более конкретно, полупроводником, случайный электрический контакт между электрическим проводом 18 и кремниевым основным участком 26 может привести в результате к токам утечки, способным нарушать правильное функционирование электронной схемы или устройства. Предотвратить электрический контакт между проводящей жилой 20 и кремниевым основным участком 26 не всегда легко. Большинство способов, которые приводят в результате к конформному осаждению слоя 28 изоляции, требуют высокой температуры обработки. Например, тепловое оксидирование выполняется при температурах, начинающихся приблизительно с 900°C. Такие высокие температуры, вероятно, будут несовместимы с готовыми CMOS-электрическими схемами или CMOS-устройствами (например, датчиком и/или рабочим органом). Обеспечение (например, травление) сквозного отверстия и слоя изоляции поэтому должно быть выполнено перед тем, как изготавливаются такие CMOS-электрические схемы или CMOS-устройства (например, датчик и/или рабочий орган). Однако, обработка CMOS-электрических схем или CMOS-устройств на подложке (или основании) по меньшей мере с одним сквозным отверстием является непростой. Эта задача может быть решена вариантом осуществления, который будет теперь объяснен со ссылкой на фиг. 4.
На фиг. 4 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего четвертому варианту осуществления. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, слой 28 изоляции покрывает первую поверхность 12a и содержит толстый участок 29, окружающий сквозное отверстие 24. Толщина определяется в направлении, ортогональном поверхностям 12a, 12b подложки. Толстый участок 29 имеет толщину t29, равную по меньшей мере длине L24a первого участка 24a сквозного отверстия 24. Длина 24a первого участка определяется в направлении толщины t подложки 12 или ортогонально поверхностям 12a, 12b. Толстый участок может, в частности, быть изготовлен из оксида (например, кремниевого оксида). Такой толстый участок 29 обеспечивает не только электрическую изоляцию, но также и механическую прочность во время вставления электрического провода 18. В этом четвертом варианте осуществления, показанном на фиг. 4, электрическая жила 20 никогда не может войти в контакт с (проводящим) основным участком 26 подложки, в частности, с (проводящими) боковыми стенками второго участка 24b.
На фиг. 11 показана часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего четвертому варианту осуществления, показанному на фиг. 4. В целом, способ производства может быть основан на любом из способов, описанных выше, в частности, как описано в связи с фиг. 9 или фиг. 10. Однако, в этом варианте осуществления, этап покрытия, по меньшей мере, части основного участка 26 подложки 12 слоем 28 изоляции содержит покрытие первой поверхности 12a слоем 28 изоляции и обеспечение толстого участка 29, окружающего сквозное отверстие 24. В этом примере на фиг. 11, как показано на фиг. 11a, толстый участок 29 обеспечивается, выполняя, в частности, травление множества (или тонкой сетки) смежных каналов 27 от первой поверхности 12a в подложку 12 или основной участок 26. В дальнейшем, подложка 12 или основной участок 26 в области каналов 27 оксидируется, чтобы обеспечить толстый участок 29. Во время оксидирования подложка (например, кремний) расширяется так, что формируется закрытый окисный слой, который является толстым (оксидный участок) 29. Это наиболее простой способ обеспечения толстого (оксидного) участка 29.
В частности, первая поверхность 12a может быть покрыта слоем 28 изоляции перед тем, как изготавливать или обрабатывать CMOS-электрическое устройство или CMOS-устройство (например, датчик и/или рабочий орган). Если способ, показанный на фиг. 10, объединяется со способом, показанным на фиг. 11, чтобы сформировать толстый оксидный блок 29, этап обеспечения сквозного отверстия 24 в подложке 12 может тогда содержать прекращение на этом толстом участке 29 слоя 28 изоляции во время изготовления, в частности, травления, второго участка 24b сквозного отверстия 24. Другими словами, травление второго участка 24b сквозного отверстия 24 останавливается на толстом (оксидном) участке 29, но продолжается на первом участке 24a, пока наконец не будет достигнут слой 28 изоляции или остановки травления на первой поверхности 12a подложки. Таким образом, первый (меньший) участок 24a определяется травлением передней стороны, позволяя получить гораздо более лучшие определенные признаки.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, электрическое соединение между свободным от изоляции концевым участком 18a и частью 16 электрического соединения обеспечивается, используя соединение 32 пайкой. Однако, следует понимать, что может использоваться и любое другое соответствующее электрическое соединение, в частности, любое из других раскрытых здесь электрических соединений.
Другое электрическое соединение между свободным от изоляции концевым участком 18a и частью 16 электрического соединения будет теперь описано со ссылкой на фиг. 5. На фиг. 5 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего пятому варианту осуществления. В пятом варианте осуществления, показанном на фиг. 5, часть 16 электрического соединения содержит по меньшей мере одну консольную пружину 16ʹ, контактирующую с концевым участком 18a электрического провода 18. В частности, обеспечиваются по меньшей мере две консольные пружины 16ʹ на противоположных сторонах электрического провода 18 или концевого участка 18a. Консольная пружина 16ʹ является пружиной, имеющей первый конец 16a и второй конец 16b, причем только один конец закрепляется. Консольная пружина 16ʹ имеет первый конец 16a, прикрепленный к подложке 12, и второй конец 16b, контактирующий с концевым участком 18a и изогнутый в направлении от первой поверхности 12a. Консольная пружина является в частности, пружиной растяжения, предназначенной работать с растягивающей нагрузкой, так чтобы пружина растягивалась по мере приложения к ней нагрузки. Консольная пружина может изгибаться только в одном направлении. После вставления электрического провода 18 консольная пружина изгибается в этом направлении, таким образом захватывая (или закрепляя) электрический провод, а также обеспечивая электрический контакт. Консольную пружину также называют "китайской ловушкой для пальца". При использовании описанной консольной пружины (или "китайской ловушки для пальца"), после вставления электрического провода 18 нет необходимости ни в каких дальнейших операциях (например, никакой термокомпрессионной сварки клином или пайки). Таким способом обеспечивается автоматическое соединение. Электрический провод должен быть только вставлен через сквозное отверстие 24. Чтобы образовать электрическое соединение между частью 16 электрического соединения и электрическим проводом 18, никакое дальнейшее действие не требуется.
Консольная пружина является плоской или не витой пружиной. В этом варианте осуществления консольная пружина является плоским сформованным куском проводящего материала. Однако, следует понимать, что консольная пружина может иметь любую другую соответствующую форму, например, куском проводящего материала конической формы. В одном примере консольная пружина может быть изготовлена из металла, в частности, из множества металлических слоев. Металл может быть, например, жестким металлом, в частности, с высоким модулем Юнга (например, вольфрам). Консольная пружина может быть, например, реализована внимательным выбором слоев металла и условий обработки. Таким образом, консольная пружина может быть реализована в миниатюрном исполнении на подложке (например, изготовленной из кремния), используя такие технологии, как осаждение, литография и травление. В альтернативном примере консольная пружина может быть изготовлена из изолирующего материала, покрытого проводящим металлическим слоем. Изолирующий материал может быть, в частности, полимером. Однако, следует понимать, что может использоваться и любой другой соответствующий материал. В другом альтернативном примере консольная пружина может быть изготовлена из керамического материала, покрытого проводящим металлическим слоем. Керамический материал может быть, в частности, кремнием, поликристаллическим кремнием или кремниевым оксидом. Однако, следует понимать, что может использоваться и любой другой соответствующий керамический материал.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, сквозное отверстие 24 содержит первый участок 24a и второй участок 24b, как показано на фиг. 3. Однако, следует понимать, что может использоваться любое другое соответствующее сквозное отверстие, например, сквозное отверстие только одного диаметра, как на фиг. 1 или фиг. 2. Дополнительно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 5, слой 28 изоляции содержит толстый участок 29, как было объяснено со ссылкой на фиг. 4. Однако, следует понимать, что может использоваться и любой другой соответствующий слой изоляции.
Следует понимать, что часть 16 электрического соединения может содержать только одну единственную консольную пружину 16ʹ. Точно также, следует понимать, что часть 16 электрического соединения может содержать множество консольных пружин 16ʹ, в частности, по меньшей мере две консольные пружины 16ʹ. На фиг. 7 показан вид в перспективе первого примера устройства электронной схемы, показанной на фиг. 5. Как можно видеть на фиг. 7, часть 16 электрического соединения содержит множество консольных пружин 16ʹ, каждая из которых имеет первый конец 16a, прикрепленный к подложке 12, и второй конец 16b, изгибаемый в направлении, противоположном первой поверхности 12a. В этом примере на фиг. 7 консольные пружины 16ʹ изготовлены из проводящего листа 13 (например, изготовленного из металла), наложенного на первую поверхность 12a подложки. Консольные пружины 16ʹ располагаются вокруг центрального отверстия диаметром D16 в проводящем слое 13. Второй конец 16b каждой консольной пружины 16ʹ заканчивается в центральном отверстии диаметром D16. Диаметр D16 центрального отверстия здесь меньше, чем диаметр D сквозного отверстия 24 (или первый диаметр D1 первого участка 24a сквозного отверстия). Дополнительно, между каждой из двух консольных пружин 16ʹ в проводящем слое 13 формируется углубление 17. Таким образом, второй конец 16b каждой консольной пружины 16ʹ расположен консольно над сквозным отверстием диаметра D или D1. Даже при том, на фиг. 7 показаны шесть консольных пружин, следует понимать, что часть 16 электрического соединения может содержать любое соответствующее количество консольных пружин.
На фиг. 7a показан вид в перспективе второго примера части устройства электронной схемы, показанного на фиг. 5. Поскольку второй пример, показанный на фиг. 7a, основан на первом примере, показанном на фиг. 7, те же самые объяснения, которые были даны для фиг. 7, относятся также к фиг. 7a. На фиг. 7a часть 16 электрического соединения или проводящий слой 13, с консольными пружинами 16ʹ имеет круглую форму с рычагами 13а электрического соединения, проходящими от круглой формы наружу. Рычаги 13а электрического соединения затем обеспечивают подключение к электрической схеме.
На фиг. 12 показана часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего пятому варианту осуществления, показанному на фиг. 5. В целом, способ производства может основываться на любом из способов, описанных выше, в частности, в связи с фиг. 9, фиг. 10 или фиг. 11. Однако, в этом варианте осуществления, обеспечение части 16 электрического соединения содержит обеспечение по меньшей мере одной консольной пружины 16ʹ для контакта с концевой частью 18a электрического провода 18 (например, используя вспомогательный или разделительный слой 15). В примере на фиг. 12 это выполняется обеспечением сначала вспомогательного слоя 15 или разделительного слоя (например, изготовленного из алюминия) на первой поверхности 12a подложки, и затем наложением проводящего слоя 13 (например, изготовленного из металла), полностью покрывающего вспомогательный слой 15, и обеспечением центрального отверстия во вспомогательном слое 15 (например, литографией). Вспомогательный слой 15 может сначала копироваться для обеспечения малой контактной площадки в качестве вспомогательного слоя. Например, изменяя расстояние, на которое вспомогательный слой 15 проходит между металлическим слоем 13 и подложкой 12, механические свойства консольной пружины 16ʹ могут регулироваться. Затем, со ссылкой на фиг. 12b, выполняется этап обеспечения сквозного отверстия 24, как объяснено выше (например, используя удаляемый вспомогательный слой), в частности, протравливая сквозное отверстие 24, центрованное вокруг центрального отверстия проводящего слоя 13. Далее, вспомогательный слой 15 удаляется (например, травлением, в частности, влажным травлением). Таким образом, формируется консольная пружина 16ʹ. Первый конец 16a консольной пружины 16ʹ прикрепляется к подложке 12, а второй конец 16b консольной пружины 16ʹ является консольным над сквозным отверстием 24.
На фиг. 6 схематично показано поперечное сечение устройства электронной схемы, соответствующего шестому варианту осуществления, и на фиг. 6a схематично показан вид снизу части устройства электронной схемы, показанной на фиг. 6. В шестом варианте осуществления, показанном на фиг. 6, подложка 12 содержит по меньшей мере один участок 34 консольной пружины, удерживающей электрический провод 18 на месте. В частности, обеспечиваются по меньшей мере два участка 34 консольной пружины на противоположных сторонах электрического провода 18. Участок 34 консольной пружины имеет первый конец 34a и второй конец 34b, причем только один конец закреплен. В частности, подложка содержит отверстие 35 рядом со сквозным отверстием 24, так что участок 34 консоли формируется сквозным отверстием 24 и отверстием 35. Участок 34 консольной пружины имеет первый конец 34a, закрепленный или прикрепленный к подложке 12 (здесь толстый участок 29 слоя 28 изоляции), и второй конец 34b, остающийся свободным. Участок 34 консольной пружины контактирует с изоляцией электрического провода 18. Как можно видеть на фиг. 6 и фиг. 6a, первый конец 34a крепится к подложке 12 в радиусе от центра C сквозного отверстия 34, который меньше (или, самое большее, равен) радиусу D22/2 изоляции 22 электрического провода 18. Дополнительно, первый конец 34a крепится к подложке 12 с радиусом от центра C, большим, чем радиус D20/2 электрической жилы 20, так чтобы он не накладывался на свободный от изоляции концевой участок 18a провода. Второй конец 34b участка 34 консольной пружины изгибается в направлении, обращенном от электрического провода 18 (или в направлении от центра C сквозного отверстия 24). Участок 34 консольной пружины является, в частности, участком пружины растяжения, предназначенной для работы с растягивающей нагрузкой, так чтобы участок пружины растягивался по мере приложения к нему нагрузки. Участок 34 консольной пружины может изгибаться только в одном направлении. После вставления электрического провода 18, участок 34 консольной пружины 34 изгибается в этом одном направлении, захватывая (или закрепляя), таким образом, электрический провод 18. Таким образом, электрический провод может удерживаться прикрепленным к подложке.
Следует понимать, что подложка 12 может также содержать множество участков 34 консольных пружин. На виде снизу, показанном на фиг. 6a, видно множество участков 34 консольных пружин. Даже притом, что на фиг. 6а показаны четыре участка 34 консольных пружин, следует понимать, что подложка 12 может иметь любое соответствующее количество участков 34 консольных пружин. В этом примере участки 34 консольных пружин располагаются по кругу вокруг электрического провода 18.
На фиг. 13 показана часть примерного способа производства устройства электронной схемы, соответствующего шестому варианту осуществления, показанному на фиг. 6. В целом, способ производства может быть основан на любом из способов, описанных выше, в частности, в связи с фиг. 9, фиг. 10 или фиг. 11. Однако в этом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап обеспечения в подложке 12 по меньшей мере одного участка 34 консольной пружины, удерживающего на месте электрический провод 18. Как показано на фиг. 13, обеспечение участка 34 консольной пружины может выполняться травлением в подложке 12 или основном участке 26 (например, кремния) структуры, подобной консольной пружине. В конкретном примере, показанном на фиг. 13, сначала в слое 28 изоляции или остановки травления на второй поверхности 12b подложки обеспечивается отверстие 28a для травления сквозного отверстия и рядом с отверстием 28a обеспечивается отверстие 28b для травления участка 34 консольной пружины, как показано на фиг. 13a. Затем, как показано на фиг. 13b, выполняется этап обеспечения или травления сквозного отверстия 24, как объяснено выше (например, используя удаляемый вспомогательный слой), в частности, протравливая сквозное отверстие 24 в области отверстия 28a. На том же самом или последующем этапе обеспечивается участок 34 консольной пружины, протравливая со стороны второй поверхности 12b подложки отверстие 35 рядом со сквозным отверстием 34, в частности, в области отверстия 28b. Таким образом, участок 34 консоли обеспечивается между сквозным отверстием 24 и отверстием 35. Если травление отверстия 35 выполняется на том же самом этапе, что и травление сквозного отверстия 24, никакие дополнительные этапы обработки не требуются. Необходима только модификация используемой маски травления. Притом, что в примере на фиг. 13, травление выполняется со стороны второй поверхности 12b (или обратной сторона) подложки 12 (или основания), следует понимать, что травление может также выполняться со стороны первой поверхности 12a (или передней стороны) подложки 12 (или основания), или с обеих сторон. Например, также вытравливая структуру, подобную консольной пружине, со стороны первой поверхности 12a подложки, могут быть реализованы гораздо более сложные структуры консольной пружины. Участок 34 консольной пружины особенно полезен, если электрическое соединение между свободным от изоляции концевым участком 18a и частью 16 электрического соединения выполняется пайкой (используя паяное соединение 32). В этом случае, этап сборки состоит только из двух фаз, на которых сначала электрический провод 18 располагается или вставляется в сквозное отверстие, и далее концевой участок 18a провода соединяется с электрической контактной площадкой, погружая устройство 10 и электрический провод в ванну с припоем. Таким образом, устройство 10 должно транспортироваться от точки, где вставляется провод 18, к ванне с припоем. В этом случае участок 34 консольной пружины может помочь в удержании устройства 10 (например, кремниевого чипа) прикрепленным к электрическому проводу. Участок 34 консольной пружины действует как механический зажим. Таким образом, нет никакого риска, что электрический провод 18 отделится, когда устройство 10 опустят в ванну с припоем.
Даже притом, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 6, электрическое соединение между свободным от изоляции концевым участком 18a и частью 16 электрического соединения обеспечивается и особенное хорошо при этом использовать паяное соединение 32, следует понимать, что может использоваться любое другое соответствующее электрическое соединение, в частности, любое из других раскрытых здесь электрических соединений. Дополнительно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 6, слой 28 изоляции содержит толстый участок 29, как объяснялось со ссылкой на фиг. 4. Однако, следует понимать, что может использоваться и любой другой соответствующий слой изоляции.
В упомянутых выше вариантах осуществления, показанных на фиг. 1-6, на чертеже показано только одно сквозное отверстие 24. Однако, следует понимать, что для любого из описанных выше вариантов осуществления в подложке 12 может быть обеспечено множество сквозных отверстий 24. Один электрический провод 18 или проводящая жила 20 затем пропускается через каждое сквозное отверстие 24. В соответствующем способе обеспечение в подложке 12 сквозного отверстия 24 затем содержит этап обеспечения множества 24 сквозных отверстий в подложке 12, причем электрический провод 18 или проводящая жила 20 пропускается через каждое сквозное отверстие 24. Например, электрический провод 18 может содержать множество (или жгут) проводящих жил 20 и (одну) изоляцию 20, окружающую множество проводящих жил 20. Это также известно как "миниатюрный плоский кабель". Обеспечивая каждое сквозное отверстие, проходящее через всю толщину t подложки 12, присоединение множества (или жгута) таких миниатюрных электрических проводов или проводящих жил 20 к устройству 14 электронной схемы (например, кремниевому чипу) можно уменьшить до одной или двух операций, что позволяет значительно сократить стоимость. Например, изоляция 22 миниатюрного плоского кабеля может зачищаться в одной операции (например, лазерным удалением). Например, в случае пайки, все провода или жилы могут паяться в одной операции (например, погружением в припой).
Устройство 10 электронной схемы, раскрытое здесь, является особенно полезным в устройстве с датчиком и/или рабочим органом (например, чип электронного датчика). Устройство с датчиком и/или рабочим органом содержит устройство 10 с электрической схемой, раскрытое здесь, в частности, в соответствии с любым из вариантов осуществления, показанных на фиг. 1-6, и по меньшей мере одним датчиком и/или рабочим органом 40. Электрическую схему 14 выполняют с возможностью передачи электрических сигналов по меньшей мере к одному рабочему органу и/или приема электрических сигналов по меньшей мере от одного датчика. Электрический провод 18 может, например, электрически соединять по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган 40 с электрической схемой 14. В одном примере, по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган 40 является оптической камерой. В другом примере, по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган 40 является ультразвуковым преобразователем, в частности, для получения ультразвуковых изображений. В дополнительном примере, по меньшей мере один датчик и/или рабочий орган 40 является датчиком температуры, давления и/или расхода.
Это устройство с датчиком и/или рабочим органом может, например, быть вмонтировано или расположено на дистальном конце или наконечнике медицинского инструмента, в частности, минимально инвазивного медицинского инструмента (например, катетера или проволочного направителя катетера). На фиг. 8 схематично показано медицинское устройство 100, соответствующее варианту осуществления. Медицинский инструмент 100, в частности, минимально инвазивный медицинский инструмент, имеет проксимальный конец 100a и дистальный конец 100b. Медицинский инструмент 100 содержит раскрытое здесь устройство с датчиком и/или рабочим органом, в котором устройство с датчиком и/или рабочим органом располагается на дистальном конце 100b медицинского устройства 100. В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, электрический провод 18 проходит от дистального конца 100b медицинского устройства 100 к устройству 120 считывания сигнала и/или управления на проксимальном конце 100a медицинского устройства 100. Устройство 120 считывания сигнала и/или управления может быть выполнено с возможностью считывания электрических сигналов, принятых от устройства с датчиком и/или рабочим органом. Альтернативно или кумулятивно, устройство 120 считывания сигнала и/или управления может быть выполнено с возможностью управления работой датчика и/или рабочего органа 40, посылая управляющий сигнал на устройство с датчиком и/или рабочим органом. Например, в случае лечения, устройство 120 считывание сигнала и/или управления может быть выполнено с возможностью управления работой рабочего органа абляции (то есть, управления процессом абляции) или может управлять работой рабочего органа стимуляции (то есть, обеспечивать подачу управляющих сигналов для стимуляции, например, клеток или нервов).
Даже притом, что устройство с электрической схемой и устройство с датчиком и/или рабочим органом были описаны здесь в связи с медицинским инструментом, следует понимать, что устройство с электрической схемой или устройство с датчиком и/или рабочим органом, раскрытые здесь, могут также использоваться в связи с любым другим соответствующим устройством или инструментом.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрация и описание следует считать иллюстративными или примерными и не создающими ограничений; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть понятны и реализованы специалистами в данной области техники при практическом осуществлении заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множественное число. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких пунктов, описанных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые критерии используются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничение объема изобретения.