用于多维换能器阵列的模块化组装制造技术

本发明专利技术涉及用于多维换能器阵列的模块化组装。提供了用于多维换能器阵列(12)的互连。适配器(32)提供导体(16)从与元件连接到与印刷电路板(34)连接的90度或其他非零角度的转变。适配器(32)被形成为可表面安装到印刷电路板(34)上并可以提供从元件间距到不同间距(诸如也安装到印刷电路板(34)的集成电路(36)的导体(16)的间距)的间距改变的组件。适配器(32)允许模块(24)的堆叠，其中每个模块(24)使用标准或常规的印刷电路板(34)连接。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本实施例涉及多维换能器阵列。特别地，多维换能器阵列与用于成像的电子设备互连。对于多维(矩阵)换能器而言，实现声学阵列与关联的发送和/或接收电子设备之间的互连是关键技术挑战。对于至少由其他元件包围的元件分布在两个维度(方位和高度)的成百上千的不同元件需要沿着Z轴(深度或范围)互连。由于元件很小(例如，250um)，因此用于到每个元件的单独的电连接的空间是有限的。在美国专利NO.8,754,574中，使用了模块化方法。对于每个模块，具有迹线的柔性电路被定位以连接到元件中的一些。为了适应其他模块以与其他元件连接，柔性电路在机械衬底或框架上方折叠。由于信号迹线被限制到柔性电路的一个或两个表面，因此迹线密度非常高，限制了能被实际组装的阵列尺寸并导致电气串扰。模块的层压组装的平整度必须被保持到非常高的容差(例如，角到角和沿着接缝+/-2um)。如果来自层压模块的表面超出容差，就不可能校正且分片被丢弃。由于用来允许其他模块定位的柔性电路曲率半径非常小，因此沿着层压线的所述组装尤其常遭受失败。柔性电路中断来自阵列的热传导。由于全部导体都在柔性电路表面上(垂直于所期望的热路径)，因此没有直的路径将热从阵列传导至模块的框架中。用于多维互连的其他方法遭受体积、寄生电容、串扰、热效率、制造和/或电子封装密度的问题。
技术实现思路
通过介绍，下面描述的优选的实施例包括用于多维换能器阵列互连的方法，系统以及组件。适配器提供导体从与元件连接到与印刷电路板连接的90度或其他非零角度的转变。适配器被形成为可以表面安装在印刷电路板上并可以提供从元件间距到不同间距(诸如也被安装到印刷电路板的集成电路的导体的间距)的间距改变的组件。适配器允许模块堆叠，其中每个模块使用标准的或常规的印刷电路板连接。在第一方面，提供了多维换能器阵列系统。第一和第二模块每个包括具有相对于彼此大约90度面向的第一和第二平面的适配器。第一平面与多维换能器阵列连接。所述模块还包括适配器中的导体。导体中的单独导体与多维换能器阵列中的单独元件电连接。模块具有其顶面与适配器的第二平面连接的印刷电路板，以使得导体与所述印刷电路板电连接。每个模块的集成电路与印刷电路板连接，以使得在集成电路处提供导体上的信号。第一模块与第二模块堆叠以使得适配器相互接触并与多维换能器阵列的不同部分接触。在第二方面，适配器被提供以用于与矩阵换能器阵列互连。第一表面具有以矩阵换能器阵列的元件的第一间距暴露的导体。第二表面具有以沿着两个维度不同于第一间距的第二间距暴露的导体。第一表面与第二表面呈大约90度。在第三方面，提供了一种用于在超声换能器中路由信号的方法。元件的电极沿着元件阵列的z轴连接到导体。电极以及电极处的导体以第一间距分布。导体从元件被路由至与电极隔开的表面。所述表面不与阵列平行，且表面处的导体具有沿着两维度不同于第一间距的第二间距。本专利技术由下列权利要求限定，且该部分中的任何内容不应被认为是对这些权利要求的限制。下面结合优选实施例讨论本专利技术其他方面和优点，并随后可单独或组合要求保护。不同的实施例可以实现或不能实现不同的目标或优点。附图说明组件和附图不必按比例绘制，而重点在于阐述本专利技术的原理。此外，在图中，相同的附图标记遍及不同视图指代相对应的部分。图1A是用于换能器阵列的互连系统的实施例的分解图，以及图1B是所述互连系统的装配图；图2是所述互连的模块的堆叠的一个实施例的透视图；图3是所述互连的模块的一个实施例的透视图；图4是图3的模块的剖面图；图5是用于适配器的导体的一个实施例的侧视图；图6是用于适配器的一个实施例的导体和绝缘体的分解图；图7是使用曲线的适配器的一个实施例的剖面图；图8是示出在图7的适配器中使用的两个板的透视图；图9是使用板结构的适配器的另一实施例的剖面图；图10A和B示出了图9的适配器的组装；图11是使用绕接的适配器的另一实施例的剖面图；图12是使用陶瓷印刷电路板的适配器的另一实施例的剖面图；图13是互连的模块堆叠的实施例的剖面图；图14是用于将有源电子设备与多维换能器阵列互连的方法的一个实施例的流程图。具体实施方式模块化组装将印刷电路板和包括适配器的关联的表面安装的组件组合以实现从印刷电路板到阵列表面的正确角度连接。结果得到的子模块随后被层压(堆叠并接合)以形成用于附连到矩阵声学阵列的完整的电子模块。模块化组装消除了来自印刷电路板的互连瓶颈，允许采用传统的处理技术。在模块的组装之后，互连结构(例如，立方体)提供阵列的电连接到电子设备并输出信号至其他电子设备。在由模块形成的互连中的电子设备生成具有期望输入/输出或其他终端特性的信号。互连系统很小，允许在手持换能器探头中使用。为了组装探头，可以使用标准的连接器来路由去往和来自线缆的信号。对于组件、模块以及组装互连可以执行测试。由于使用了到印刷电路板上的表面安装，所述互连允许表面安装的集成电路的重新使用(例如，专用集成电路)。如果模块没有通过测试，只要没有被层压其他模块就仍可以被使用。少数的每个具有高可靠性的已知良好的组件被针对每个模块集成。每个模块的适配器互连到阵列，并还可以提供一个维度或二个维度的间距改变。阵列的元件处于一个间距，并且集成电路的导体衬垫处在另一个间距。对于通过适配器的一个维度上的间距改变，另一维度的间距改变在印刷电路板上。在适配器在两维度均实现间距改变的情况下，印刷电路板可以不必实施间距改变。模块的层压堆叠(即，互连)可以包括子模块间用于除热的散热片。印刷电路板可以包括出于相同的目的内置在板中的热特征。图1A和图1B示出多维换能器阵列系统的一个实施例。系统包括元件的多维换能器阵列12、吸声衬板14、用于与阵列12的元件上的电极连接的导体16、互连18、用于与互连18连接的连接器20以及用于将互连18与成像系统或探头线缆连接的柔性电路22。可以提供额外的、不同的、或更少的组件。例如，不提供吸声衬板14或者将其并入互连18。作为另一个示例，使用具有线的线缆取代柔性电路22和/或连接器20。在另一个实施例中，柔性电路22通过接合将各向异性导电膜或者其他机制连接到互连18，而无需标准的连接器20。在又一实施例中，柔性电路“尾部”从每个其他刚性印刷电路板模块显露出来，以经由连接器、ACF、接合或其他机制与线缆或公共互连板接触。组装的互连系统是紧凑的，诸如完全在阵列12的阴影内。互连18不会在方位或高度上延伸超出阵列。为了提供来自元件阵列12的另一侧的公共回路或接地，提供一个或多个额外的连接。尽管信号连接驻留在元件阴影内，但公共回路连接可以在阴影外部。少量的额外线可以设置在具有宽松维度容差的适配器中。在可替代的实施例中，散热片、印刷电路板或者互连18的其他部分在方位和/或高度上延伸超出阵列12。在范围内，提供了用于具有期望电子设备和连接器的适配器32(参见图2)和印刷电路板34(参见图2)的足够范围(extent)。相对短的导体16从阵列12延伸到印刷电路板34。组装有阵列12的互连18适配在手持或其他换能器探头中，诸如，在经食道探头中。多维换能器阵列12是具有或不具有衬板块14的压电或微机电(电容膜)元件的阵列。元件沿着两个维度分布。阵列是平的、凹的或者凸的。提供完全或稀疏采样。元件沿着各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多维换能器阵列(12)系统，所述系统包括：第一和第二模块(24)，所述第一和第二模块(24)中的每个包括：具有相对于彼此大约90度朝向的第一和第二平面的适配器(32)，所述第一平面与所述多维换能器阵列(12)连接；适配器(32)中的导体(16)，导体(16)中的单独导体与所述多维换能器阵列(12)中的单独元件电连接；具有与所述适配器(32)的所述第二平面连接的顶面的印刷电路板(34)，所述导体(16)与所述印刷电路板(34)电连接；以及与所述印刷电路板(34)连接的集成电路(36)以使得所述导体(16)上的信号在所述集成电路(36)处被提供；第一模块(24)与所述第二模块(24)堆叠以使得所述适配器(32)与彼此以及所述多维换能器阵列(12)的不同部分接触。

【技术特征摘要】
2015.03.17 US 14/6604751.一种多维换能器阵列(12)系统，所述系统包括：第一和第二模块(24)，所述第一和第二模块(24)中的每个包括：具有相对于彼此大约90度朝向的第一和第二平面的适配器(32)，所述第一平面与所述多维换能器阵列(12)连接；适配器(32)中的导体(16)，导体(16)中的单独导体与所述多维换能器阵列(12)中的单独元件电连接；具有与所述适配器(32)的所述第二平面连接的顶面的印刷电路板(34)，所述导体(16)与所述印刷电路板(34)电连接；以及与所述印刷电路板(34)连接的集成电路(36)以使得所述导体(16)上的信号在所述集成电路(36)处被提供；第一模块(24)与所述第二模块(24)堆叠以使得所述适配器(32)与彼此以及所述多维换能器阵列(12)的不同部分接触。2.如权利要求1所述的系统，其中第一平面上的导体(16)具有第一间距以及第二平面上的导体(16)具有不同于第一间距的第二间距。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第二间距沿着两个维度不同于所述第一间距。4.如权利要求1所述的系统，其中所述适配器(32)采用流动焊接或具有导电粘合剂的柱形凸块表面安装到所述印刷电路板(34)以及其中所述集成电路(36)表面安装到与适配器(32)相比所述所述印刷电路板(34)的相对面，所述印刷电路板(34)包括平板。5.如权利要求1所述的系统，其中所述导体(16)包括线。6.如权利要求5所述的系统，其中所述适配器(32)包括具有凹槽的第一和第二组板，所述第一组和第二组板分别垂直于所述第一和第二平面，所述线延伸通过所述凹槽。7.如权利要求1所述的系统，其中所述导体(16)包括磁线以及所述适配器(32)包括吸声衬板材料。8.一种用于与矩阵换能器阵列(12)互...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·霍普勒，陆宣明，D·A·彼得森，W·彼得森，T·E·辛普森，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，
类型：发明
国别省市：美国;US