專利名稱：小型化超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及一種超聲換能器，其具有足夠小的尺寸以便使得它們能夠在小型醫(yī)療器械中使用，尤其是在經(jīng)食道的檢查裝置、內(nèi)窺鏡(laproscopic)檢查裝置以及心內(nèi)檢查裝置中使用，尤其涉及這種具有安裝于集成電路上的聲學(xué)元件的超聲換能器。
本發(fā)明還涉及用于制造超聲換能器的方法，這種超聲換能器具有足夠小的尺寸從而使得它們能夠在醫(yī)療器械中使用，尤其是在經(jīng)食道的檢查裝置、內(nèi)窺鏡檢查裝置以及心內(nèi)檢查裝置中使用。
典型的超聲換能器在用于身體部分成像的醫(yī)療器械中用來產(chǎn)生三維圖像，這種換能器的各種部件具有復(fù)雜互連關(guān)系。因此，已經(jīng)證明構(gòu)造這種換能器需要高成本。而且，這種換能器的缺點(diǎn)在于由于部件具有復(fù)雜互連關(guān)系，所以它們需要較大的空間從而不能在需要極小的或微型超聲換能器的設(shè)備中使用，這些設(shè)備例如用于檢查食道、心臟以及其它較小的身體部分的設(shè)備。
因此，盡管這種換能器可以用作超聲換能器，但是由于尺寸太大所以它們不能用作經(jīng)食道的換能器、內(nèi)窺鏡換能器和心內(nèi)換能器。
本發(fā)明的目的是提供一種具有極小的、微型尺寸的新的、改進(jìn)型超聲換能器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新的、改進(jìn)型超聲換能器，這種超聲換能器具有足夠小的尺寸從而使得其能夠在小型醫(yī)療器械中使用，尤其是在經(jīng)食道的檢查裝置、內(nèi)窺鏡檢查裝置以及心內(nèi)檢查裝置中使用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種新的、改進(jìn)型超聲換能器，其包括柔性電路從而能夠使得換能器的尺寸與現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器相比減小。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用于制造超聲換能器的新的、改進(jìn)型方法，其中超聲換能器具有足夠小的尺寸從而使得它們能夠在小型醫(yī)療器械中使用，尤其是在經(jīng)食道的檢查裝置、內(nèi)窺鏡檢查裝置以及心內(nèi)檢查裝置中使用。
為實(shí)現(xiàn)這些及其它目的，根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器包括導(dǎo)熱主體、至少部分繞著主體彎曲的柔性電路、連接于柔性電路上的聲學(xué)組件以及用于控制聲學(xué)組件傳輸與接收超聲波的電子部件。信號(hào)傳輸線路或管路，如同軸導(dǎo)線、扁平帶狀纜線或長(zhǎng)柔性電路均連接于柔性電路上，以便使得電子部件、聲學(xué)組件以及信號(hào)傳輸線路連接于通過柔性電路部分限定的電路中。電子部件、聲學(xué)組件任選地設(shè)置于柔性電路上。通過使得柔性電路與設(shè)置于其上的電子部件和聲學(xué)組件繞著主體彎曲，就將它們放置成容許實(shí)現(xiàn)緊湊型換能器的垂直構(gòu)型，這種換能器與現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器相比具有小型乃至微型尺寸。
更特別而言，柔性電路繞著主體彎曲以便使得具有設(shè)置于其上的聲學(xué)組件的那部分位于主體的第一側(cè)上，而使得具有設(shè)置于其上的電子部件的第二部分位于第二、相對(duì)側(cè)上。繞著主體的腿部的180°彎曲就使得柔性電路分成兩部分。其它的彎曲提供用于使得柔性電路的終端部分可以通過其它的柔性電路與主體結(jié)構(gòu)設(shè)置沿垂直方向分開，其中單個(gè)傳輸線路連接于終端部分上。
優(yōu)選地，電子部件設(shè)置于由主體所限定的腔中。安裝著電子部件的那部分柔性電路也可以放置于這個(gè)腔中。
在一個(gè)實(shí)施例中，聲學(xué)組件包括聲學(xué)元件和電連接于聲學(xué)元件上的集成電路。集成電路還電連接于柔性電路上。具體而言，柔性電路與集成電路各自具有連接點(diǎn)或連接器墊，其中導(dǎo)線結(jié)合提供用于連接集成電路與柔性電路的連接點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的另一個(gè)實(shí)施例包括外殼、設(shè)置于外殼中的聲學(xué)元件以及集成電路，該集成電路在外殼中鄰近聲學(xué)元件設(shè)置并且連接于聲學(xué)元件上。集成電路連接于電傳輸線路上。用于連接于集成電路上的連接點(diǎn)設(shè)置于其共用平面上。更具體而言，集成電路可以利用金屬隆起、焊料隆起、聚合物隆起、細(xì)線接合、z軸導(dǎo)電彈性連接器、z軸導(dǎo)電粘合劑、z軸導(dǎo)電薄膜和/或回流焊料而連接于聲學(xué)元件和信號(hào)傳輸線路上。另外，集成電路可以使用導(dǎo)線結(jié)合、導(dǎo)線附連裝置和/或引線的接頭結(jié)合而聯(lián)接于中間互連襯底如至少為部分的柔性電路上?；ミB襯底還可以是薄膜電路或陶瓷電路并且/或者使用層壓電路技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的又一個(gè)實(shí)施例包括具有連接點(diǎn)的柔性電路、安裝于柔性電路和集成電路上的聲學(xué)組件以及電子部件，其中該集成電路具有電聯(lián)接于集成電路上的連接點(diǎn)和聲學(xué)元件，電子部件用于控制聲學(xué)組件從而使得聲學(xué)組件傳輸與接收超聲波。所形成的導(dǎo)線結(jié)合用于連接集成電路的連接點(diǎn)與柔性電路的連接點(diǎn)。于是，聲學(xué)組件與電子部件連接于由柔性電路部分限定的電路中。導(dǎo)線結(jié)合可以只沿著集成電路的周邊的一部分來形成。在一個(gè)實(shí)施例中，兩行導(dǎo)線結(jié)合都沿著集成電路的一對(duì)相對(duì)邊緣中的每一個(gè)來形成。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，用于制造微型超聲換能器的方法包括以下步驟在柔性電路上設(shè)置聲學(xué)組件，如在柔性電路為扁平時(shí)，將用于控制聲學(xué)組件的電子部件聯(lián)接于聲學(xué)組件電路上，將信號(hào)傳輸線路聯(lián)接于柔性電路上以便使得電子部件、聲學(xué)組件與信號(hào)傳輸線路連接于由柔性電路部分限定的電路中，以及令柔性電路至少部分的繞著導(dǎo)熱主體彎曲從而形成至少一個(gè)繞著主體的180°彎曲。當(dāng)電子部件也安裝于柔性電路上時(shí)，在將柔性電路繞著主體彎曲之后，聲學(xué)組件將與電子部件沿垂直方向分開。按照這種方式，聲學(xué)組件與電子部件以一個(gè)基本上在另一個(gè)上方的方式處于垂直結(jié)構(gòu)設(shè)置中以便提供緊湊型換能器，這種換能器具有足夠小的尺寸以便使得它們能夠在經(jīng)食道的檢查裝置、內(nèi)窺鏡檢查裝置以及心內(nèi)檢查裝置中使用。
參看下圖，下面將對(duì)本發(fā)明的這些及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的換能器的剖視圖，其示于經(jīng)食道的檢查探測(cè)器的尖端的草圖中；圖2是聲學(xué)組件的示意圖，其中聲學(xué)元件安裝于集成電路上；圖3是圖2中表示為3的段的第一實(shí)施例的放大視圖；圖4是圖2中表示為3的段的第二實(shí)施例的放大視圖；圖5是根據(jù)圖1中所示的本發(fā)明實(shí)施例的換能器的俯視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的換能器的另一實(shí)施例的剖視圖，其示于經(jīng)食道的檢查探測(cè)器的尖端的草圖中；圖7是根據(jù)本發(fā)明的換能器的另一實(shí)施例的剖視圖，其示于經(jīng)食道的檢查探測(cè)器的尖端的草圖中；圖8是沿圖7中的線8-8剖開的剖視圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的換能器的另一實(shí)施例的剖視圖，其示于經(jīng)食道的檢查探測(cè)器的尖端的草圖中。
參看附圖，其中相同的參考數(shù)字是指相同或類似的元件。圖1示出了通常表示為10的根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的第一實(shí)施例。這種超聲換能器足夠小以便安裝于由線12代表的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的經(jīng)食道的檢查探測(cè)器的尖端內(nèi)，或者安裝于另一個(gè)類似尺寸或較小的探測(cè)器外殼內(nèi)。以前，不能夠使得超聲換能器小型化以便安裝于這種裝置的尖端內(nèi)。
為了實(shí)現(xiàn)這種小型化，換能器10包括導(dǎo)熱主體14和繞著主體14彎曲的柔性電路16。通過提供柔性電路16并將換能器10工作所必須的部件聯(lián)接于柔性電路16上，可以將柔性電路16彎曲成所需形狀以便使得其能夠安裝于檢查裝置的尖端12內(nèi)。柔性電路16為層壓制品，該層壓制品包括導(dǎo)電路徑和使得能夠與電部件建立電連接的連接點(diǎn)。如下面所述，其使用中間互連襯底來將集成電路連接于信號(hào)傳輸線路上。
柔性電路16繞著主體14彎曲，主體14在柔性電路16所繞著的部分處具有大致為U形的橫截面并因而確定了腔18。主體14具有中央支承部分14a和各位于支承部分14a兩端的腿部14b、14c，其中柔性電路16由支承部分14a支承并在腿部14b、14c上面彎曲。
柔性電路16并不需要在其整個(gè)長(zhǎng)度上都具有柔性來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，盡管可能如此。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)滿足柔性電路16被彎曲的那些部分，例如在腿部14b、14c上彎曲的那些部分具有柔性。柔性電路16未被彎曲的其它部分，例如支承著下面所述的換能器10的部件的那些平面部分可以具有剛性。這樣，柔性電路16可以由一個(gè)或多個(gè)柔性電路板與一個(gè)或多個(gè)剛性電路板例如PCB(印刷電路板)或陶瓷電路板組合形成。
如圖1中所示，腔18形成于主體14的下側(cè)。柔性電路16具有位于主體14上方的第一平面部分16a、位于腔18中的第二平面部分16b、通過一百八十度(180°)彎曲16d與第一平面部分16a隔開的終端16c和通過一百八十度(180°)彎曲16f與第二平面部分16b隔開的第二終端16e。在圖1所示的實(shí)施例中，終端16c和16e基本為平面并且至少部分彼此相對(duì)地位于主體14的下方。柔性電路16還包括與腔18中的部分16b相鄰的彎曲部分16g和位于主體14上的部分16a與彎曲部分16g之間的一百八十度(180°)彎曲16h。
一百八十度(180°)彎曲16d、16f與16h可以包括通過如圖1中所示的直形部分隔開的一對(duì)九十度(90°)彎曲或者整個(gè)為弓形。彎曲的形式取決于主體14的形狀?？傊?，柔性電路16彎曲以便提供一個(gè)位于主體14上面的部分和一個(gè)位于主體14下面的部分。
聲學(xué)組件20安裝于柔性電路16的第一平面部分16a的上表面上。盡管聲學(xué)組件20可以是用于傳輸和接收超聲波的任何已知類型的，但是在優(yōu)選的實(shí)施例中，聲學(xué)組件20包括許多連接于連接器墊上的聲學(xué)元件22或者利用倒裝互連技術(shù)位于集成電路24的上表面上，這些具體的細(xì)節(jié)對(duì)本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是眾所周知。聲學(xué)元件22與集成電路24之間的互連的數(shù)量可以根據(jù)聲學(xué)元件22的數(shù)量和聲學(xué)元件22及集成電路24的尺寸與形狀而變，并且甚至可以大約高達(dá)3000。聲學(xué)元件22可以設(shè)置于線性陣列中，即設(shè)置于聲學(xué)元件的直線中以便提供一維換能器，或者設(shè)置于多維陣列中，例如設(shè)置于聲學(xué)元件的兩維矩陣中以便提供二維換能器。聲學(xué)組件20可以是平面式或彎曲式。
用于將聲學(xué)元件22連接于集成電路24上的其它方法包括使用金屬、焊料或聚合物隆起26(如圖3和4中所示)、細(xì)線接合、z軸導(dǎo)電彈性連接器、z軸導(dǎo)電粘合劑、z軸導(dǎo)電薄膜和回流焊料。在圖3中，隆起26形成于集成電路24上，而在圖4中，隆起26形成于聲學(xué)元件22上，開口28形成于集成電路24的上表面中以便能夠與集成電路24中的導(dǎo)電層接觸。還可以使用反向倒裝互連技術(shù)。
如圖5中所示，集成電路24通過導(dǎo)線結(jié)合連接于柔性電路16上，即柔性電路16上的連接點(diǎn)或連接器墊30通過短導(dǎo)線34(也稱作導(dǎo)線結(jié)合)連接于在集成電路24上表面的連接點(diǎn)或連接器墊32上。因此，電連接裝置，即用于聲學(xué)元件22和柔性電路16的連接器墊或連接點(diǎn)均設(shè)置于集成電路24的上表面上。盡管如此，但是在其它實(shí)施例中連接裝置可以設(shè)置于不同表面上。
柔性電路16與集成電路24之間的導(dǎo)線結(jié)合可以全部繞著集成電路24的周邊來提供，或如圖5所示，只是沿著周邊的一個(gè)或多個(gè)離散部分來提供。更具體而言，如圖5所示，在集成電路24的一對(duì)相對(duì)側(cè)上具有兩行導(dǎo)線結(jié)合(也稱作雙行)。通過只在集成電路24的一對(duì)相對(duì)側(cè)上具有多行導(dǎo)線結(jié)合，就為換能器10提供了更符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)，即更窄的換能器。
代替導(dǎo)線結(jié)合，導(dǎo)線附連裝置或引線的接頭結(jié)合可以提供于連接器墊30與連接器墊32之間。
優(yōu)選地，集成電路24的位置盡可能靠近主體14以便提供至主體14的短傳熱路徑。在在集成電路24與主體14之間的短傳熱路徑使得由集成電路24所產(chǎn)生的熱能夠被傳輸至主體14從而消散。因此，主體14用作散熱器，并因此由具有良好導(dǎo)熱性的材料如銅、鋁、黃銅、石墨及其混合物或其它導(dǎo)熱材料制成。
在圖6所示的一個(gè)實(shí)施例中，集成電路24與主體14直接接觸，從而提供可能最短的傳熱路徑。這樣就使得繞著集成電路24形成柔性電路16成為可能。
用于操作與控制換能器10所需的電子操作部件36按照本領(lǐng)域的任何已知方式例如通過表面安裝來安裝于柔性電路16的第二平面部分16b上，從而使得部件36位于腔18中。通常，可能具有十個(gè)或更多個(gè)這種部件。因此，部件36位于腔18中并且不會(huì)伸出主體14的下表面。應(yīng)當(dāng)指出，由于柔性電路16繞著主體14彎曲，所以在換能器10的制造過程中(以下所述)聲學(xué)組件20與部件36安裝于柔性電路16的同一側(cè)上。
當(dāng)柔性電路16彎曲時(shí)，就減少了換能器10的垂直尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，柔性電路16可以彎曲直至柔性電路16(繞著主體14彎曲)、聲學(xué)元件22和集成電路24的組合的垂直尺寸小于集成電路24的水平長(zhǎng)度的百分之七十五，乃至小于百分之五十。
為了將柔性電路16連接于從檢查裝置通往相關(guān)聯(lián)設(shè)備如監(jiān)控與記錄裝置的多條同軸導(dǎo)線38上，就使用了一對(duì)附加柔性電路40、42，其中每個(gè)附加柔性電路都具有用于同軸導(dǎo)線38的適當(dāng)連接裝置，例如連接點(diǎn)或連接器墊44。同軸導(dǎo)線38的數(shù)量可以根據(jù)換能器10的應(yīng)用情況而不同，但是可以高達(dá)160乃至200。每個(gè)柔性電路40、42通過將同軸導(dǎo)線38的裸露傳導(dǎo)部分38a結(jié)合至柔性電路40、42的連接點(diǎn)上而連接于同軸導(dǎo)線38的一部分上，例如使用已知的結(jié)合法來實(shí)現(xiàn)。柔性電路40、42可以整體都具有柔性或者具有柔性部分和剛性部分，甚至可以整體都具有剛性。
將同軸導(dǎo)線38連接于柔性電路40、42上的操作可以與帶有聲學(xué)組件20和任選電子部件36的柔性電路16的制造分開進(jìn)行?？紤]到具有許多同軸導(dǎo)線38，這樣就提供了明顯的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠淠軌蚴沟萌嵝噪娐?6及相關(guān)元件部分的制造，與用于將柔性電路16連接于外部裝置(同軸導(dǎo)線38和柔性電路40、42)上的連接機(jī)構(gòu)的制造分開。
柔性電路40、42使用電互連如z軸導(dǎo)電薄膜或?qū)щ娬澈蟿?6而連接于柔性電路16上。按照這種方式，通過柔性電路40、42與粘合劑46就提供了柔性電路16與同軸導(dǎo)線38之間的電連接。代替z軸導(dǎo)電薄膜或粘合劑，還可以使用z軸導(dǎo)電彈性連接器或回流焊料。
代替將電子部件36安裝于柔性電路16上，用于控制聲學(xué)組件20的電子部件或電子裝置可以安裝于柔性電路40、42上或同軸導(dǎo)線38遠(yuǎn)離換能器10的端部上。電子部件還可以被集成入集成電路24中。
為了制造換能器10，就形成主體14并形成柔性電路16，然后將柔性電路16切制成所需尺寸以便使得其能夠繞著主體14彎曲。在形成柔性電路16的同時(shí)或之后，將聲學(xué)組件20和電子部件36安裝于柔性電路16的同一側(cè)。為了使得聲學(xué)組件20能夠安裝于柔性電路16上，將粘合劑應(yīng)用于集成電路24的下側(cè)。對(duì)聲學(xué)組件20與電子部件36的安裝位置進(jìn)行選擇以便將聲學(xué)組件20放置于腔18上并將電子部件36放置于腔18中，如圖1所示。然后，通過導(dǎo)線結(jié)合34將聲學(xué)部件20的連接點(diǎn)32連接于柔性電路16的連接點(diǎn)30上。聲學(xué)組件20可以通過將這組聲學(xué)元件22安裝于集成電路24上并使用倒裝互連技術(shù)將它們連接而預(yù)形成。
柔性電路40、42與用于柔性電路16和同軸導(dǎo)線38電連接所需的連接點(diǎn)一起形成，然后例如通過焊接而附連于同軸導(dǎo)線38上。柔性電路40、42還利用z軸導(dǎo)電薄膜或?qū)щ娬澈蟿?6來附連于柔性電路16的終端16c、16e上。柔性電路40、42可以先附連于同軸導(dǎo)線38上而后再附連于柔性電路16上，反之亦然。
一旦聲學(xué)組件20、電子部件36和柔性電路40、42(優(yōu)選地帶有附連于其上的同軸導(dǎo)線38)附連于柔性電路16上，就將粘合劑應(yīng)用于柔性電路16將與主體14接觸的那部分上(并且/或者應(yīng)用于柔性電路16將靠著主體14的那部分上)，而后柔性電路16繞著主體14彎曲以便使得具有安裝于其上的聲學(xué)組件20的柔性電路的平面部分16a位于主體14的支承部分14a上，使得具有安裝于其上的電子部件36的平面部分16b位于主體14的腔18中，并使得具有附連于其上的柔性電路40、42的終端部分16c、16e位于主體14的下面。此外，柔性電路16在主體14上進(jìn)行彎曲以便使得柔性電路16的彎曲16d部分地位于主體14的腿部14b上，使得彎曲16f部分地位于主體14的腔18內(nèi)，使得弓形部分16g位于腔18中并使得彎曲16h位于主體14的腿部14c上。因此，聲學(xué)組件20、電子部件36與將柔性電路16連接于同軸導(dǎo)線38上的連接機(jī)構(gòu)都沿垂直方向彼此分開地位于垂直結(jié)構(gòu)設(shè)置中，從而就減少了換能器的水平尺寸。實(shí)際上，可以從圖5中看出，換能器10的尺寸并不大于集成電路24的尺寸。于是就提供了可以裝配于經(jīng)食道的檢查裝置的頂端(如圖1中所示的線12)中的緊湊型換能器。
圖7和8示出了根據(jù)本發(fā)明的換能器的另一實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，所提供的另一個(gè)柔性電路48具有用于同軸導(dǎo)線38的適當(dāng)連接如連接點(diǎn)或連接器墊。柔性電路48通過將同軸導(dǎo)線38的裸露傳導(dǎo)部分結(jié)合至柔性電路48的連接點(diǎn)上而連接于同軸導(dǎo)線38的一部分上，例如使用已知的結(jié)合法來實(shí)現(xiàn)。柔性電路48可以整體都具有柔性或者具有柔性部分和剛性部分，甚至可以整體都具有剛性。將同軸導(dǎo)線38連接于柔性電路48上的操作可以與帶有聲學(xué)組件20和任選電子部件36的柔性電路48的制造分開進(jìn)行。
由于具有三個(gè)柔性電路40、42、48，所以在每個(gè)電路40、42、48上的同軸導(dǎo)線38的數(shù)量小于只提供兩個(gè)柔性電路40、42時(shí)的數(shù)量(假定同軸導(dǎo)線38的總量相同)，從而就進(jìn)一步減少了換能器10的厚度。
柔性電路48使用電互連如z軸導(dǎo)電薄膜或?qū)щ娬澈蟿?6而連接于柔性電路16上。更具體而言，柔性電路48連接于柔性電路16的側(cè)翼部分16k，該側(cè)翼部分16k通過180°彎曲16j與柔性電路的第二平面部分16b的一個(gè)側(cè)緣隔開。為了進(jìn)一步減少了換能器10的厚度，可以提供從柔性電路16的第二平面部分16b的另一個(gè)側(cè)緣延伸的另一個(gè)側(cè)翼。還可以設(shè)想所使用的柔性電路16可以只從柔性電路16的一個(gè)或兩個(gè)平面部分的側(cè)緣延伸。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的換能器的另一實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，換能器50包括導(dǎo)熱主體52和繞著主體52彎曲的柔性電路54。通過提供柔性電路54并將換能器50工作所必須的部件聯(lián)接于柔性電路54上，可以將柔性電路54彎曲成所需形狀以便使得其能夠安裝于檢查裝置的尖端12內(nèi)。
主體52具有中央支承部分52a和各位于支承部分52a兩端的腿部52b、52c，其中柔性電路54由支承部分52a支承并在腿部52b、52c上面彎曲。腔58形成于在支承部分52a下面的主體52的下側(cè)。
柔性電路54具有面向腔58的第一終端平面部分54a、位于主體52的支承部分52a上的第二平面部分54b、通過一百八十度(180°)彎曲54d與第二平面部分54b隔開的終端54c和將第一終端平面部分54a與第二平面部分54b隔開的一百八十度(180°)彎曲54e。終端54c基本為平面并且位于主體52的下方。一百八十度(180°)彎曲54d、54e可以包括通過如圖9中所示的直形部分隔開的一對(duì)九十度(90°)彎曲或者整個(gè)為弓形。彎曲的形式可以部分取決于主體52的形狀。
柔性電路54并不需要在其整個(gè)長(zhǎng)度上都具有柔性來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但是當(dāng)然應(yīng)當(dāng)滿足至少被彎曲的那些部分具有柔性。柔性電路54未被彎曲的其它部分，例如支承著下面所述的換能器50的部件的那些平面部分可以具有剛性。聲學(xué)組件20安裝于柔性電路54的第二平面部分54b的上表面上，并且在所示的優(yōu)選實(shí)施例中，聲學(xué)組件20包括一陣列聲學(xué)元件22和集成電路24。聲學(xué)組件20安裝于柔性電路54上的操作可以與聲學(xué)組件20安裝于上述柔性電路16上的操作相同，即通過導(dǎo)線結(jié)合34將柔性電路54的連接點(diǎn)30連接于集成電路24的連接點(diǎn)32上來完成。柔性電路54可以具有開口以便能夠使得集成電路24與主體52直接接觸。
用于操作與控制換能器50所需的電子部件36安裝于第一平面部分54a上，從而使得部件36位于腔58中。于是，所形成的腔58具有設(shè)計(jì)成用于容放電子部件36的形狀。應(yīng)當(dāng)指出，由于柔性電路54繞著主體52彎曲，所以在換能器50的制造過程中(以下所述)聲學(xué)組件20與部件36安裝于柔性電路54的相對(duì)側(cè)上。
為了將柔性電路54連接于從檢查裝置通往相關(guān)聯(lián)設(shè)備如監(jiān)控與記錄裝置的多條同軸導(dǎo)線38上，就使用了附加柔性路60，其中附加柔性電路具有用于同軸導(dǎo)線38的適當(dāng)連接裝置，例如連接點(diǎn)或連接器墊。柔性電路60具有U形部分60a和具有兩個(gè)平面段的V形部分60b，其中U形部分的一條腿與柔性電路54的終端54c相對(duì)，而另一條腿與柔性電路54的第一平面部分54a相對(duì)。V形部分60的平面段通過將同軸導(dǎo)線38的裸露傳導(dǎo)部分38a結(jié)合至柔性電路60的連接點(diǎn)上而連接于同軸導(dǎo)線38上，例如使用已知的結(jié)合法來實(shí)現(xiàn)。柔性電路60可以整體都具有柔性或者具有一個(gè)或多個(gè)柔性部分和一個(gè)或多個(gè)剛性部分。
柔性電路60使用電互連如z軸導(dǎo)電薄膜或?qū)щ娬澈蟿?2而連接于柔性電路54上(柔性電路54的終端54c連接于柔性電路60的U形部分60a的對(duì)應(yīng)腿上)。按照這種方式，通過柔性電路60與粘合劑62就提供了柔性電路54與同軸導(dǎo)線38之間的電連接。代替z軸導(dǎo)電薄膜或粘合劑，還可以使用z軸導(dǎo)電彈性連接器或回流焊料。
代替將電子部件36安裝于柔性電路54上，用于控制聲學(xué)組件20的電子部件或電子裝置可以安裝于柔性電路60上或同軸導(dǎo)線38遠(yuǎn)離換能器10的端部上。電子部件還可以被集成入集成電路24中。
為了制造換能器50，就形成主體52并形成柔性電路54，然后將柔性電路54切制成所需尺寸以便使得其能夠繞著主體52彎曲。在形成柔性電路54的同時(shí)或之后，將聲學(xué)組件20和電子部件36安裝于柔性電路54的相對(duì)側(cè)。為了使得聲學(xué)組件20能夠安裝于柔性電路54上，將粘合劑應(yīng)用于集成電路24的下側(cè)。對(duì)聲學(xué)部件20與電子部件36的安裝位置進(jìn)行選擇以便將聲學(xué)組件20放置于腔58上并將電子部件36放置于腔58中，如圖9所示。利用導(dǎo)線結(jié)合34可將聲學(xué)組件20的連接點(diǎn)連接于柔性電路54的連接點(diǎn)上。聲學(xué)組件20可以通過將一組聲學(xué)元件22安裝于集成電路24上并使用倒裝互連技術(shù)將它們連接而預(yù)形成。
柔性電路60與用于柔性電路54和同軸導(dǎo)線38電連接所需的連接點(diǎn)一起形成，然后附連于同軸導(dǎo)線38上。柔性電路60還利用z軸導(dǎo)電薄膜或?qū)щ娬澈蟿?2來附連于柔性電路54的終端54c上。柔性電路70可以先附連于同軸導(dǎo)線38上而后再附連于柔性電路54上，反之亦然。
一旦聲學(xué)組件20、電子部件36和柔性電路60(優(yōu)選地帶有附連于其上的同軸導(dǎo)線38)附連于柔性電路54上，就將粘合劑應(yīng)用于柔性電路54將與主體52接觸的那部分上(并且/或者應(yīng)用于柔性電路54將靠著主體52的那部分上)，而后柔性電路54繞著主體52彎曲以便使得具有安裝于其上的聲學(xué)組件20的柔性電路54的平面部分54b位于主體52的支承部分52a上，使得具有安裝于其上的電子部件36的平面部分54a位于主體52的腔58下面，并使得具有附連于其上的柔性電路60的終端部分54c位于主體52的下面，其中電子部件36位于腔58中。此外，柔性電路54在主體52上進(jìn)行彎曲以便使得柔性電路54的彎曲54d部分地位于主體52的腿部52b上并且使得彎曲54e位于主體52的腿部52c上。因此，聲學(xué)組件20、電子部件36與將柔性電路54連接于同軸導(dǎo)線38上的連接機(jī)構(gòu)都位于垂直結(jié)構(gòu)設(shè)置中，從而就減少了換能器的水平尺寸。于是就提供了可以裝配于經(jīng)食道的檢查裝置的頂端(如圖9中所示的線12)中的緊湊型換能器。
附圖中所示的這些實(shí)施例都使用同軸導(dǎo)線38。然而，本發(fā)明還設(shè)想使用其它類型的信號(hào)傳輸線路，包括但是并不限于扁平帶狀纜線或長(zhǎng)柔性電路。用于本發(fā)明的信號(hào)傳輸線路包括將會(huì)電聯(lián)接于柔性電路的連接點(diǎn)上的導(dǎo)電元件。
盡管本文中已經(jīng)參看附圖對(duì)本發(fā)明的所示實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于這些的準(zhǔn)確實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的范圍及精神實(shí)質(zhì)的情況下，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明可以做出多種其它變動(dòng)與變型。
權(quán)利要求
1.一種超聲換能器，包括外殼；設(shè)置于外殼中的聲學(xué)元件；在所述外殼中鄰近所述聲學(xué)元件設(shè)置的集成電路；用于將所述該聲學(xué)元件連接于所述集成電路上的第一連接裝置；以及用于將所述集成電路連接于電傳輸線路上的第二連接裝置，其中所述第一、第二連接裝置的連接點(diǎn)設(shè)置于所述集成電路的共用平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中所述第一、第二連接裝置中每一個(gè)都包括金屬隆起、焊料隆起、聚合物隆起、細(xì)線接合、z軸導(dǎo)電彈性連接器、z軸導(dǎo)電粘合劑、z軸導(dǎo)電薄膜和回流焊料中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中所述第一連接裝置包括金屬隆起、焊料隆起、聚合物隆起、細(xì)線接合、z軸導(dǎo)電彈性連接器、z軸導(dǎo)電粘合劑、z軸導(dǎo)電薄膜和回流焊料中的至少一個(gè)，而所述第二連接裝置不同于所述第一連接裝置并且包括導(dǎo)線結(jié)合、導(dǎo)線附連裝置和引線的接頭結(jié)合中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中所述第二連接裝置包括中間互連襯底，所述中間互連襯底包括薄膜電路、陶瓷電路、層壓電路技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中所述第二連接裝置包括中間互連襯底，所述中間互連襯底包括柔性電路、半剛性電路或剛性電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲換能器，其中所述互連襯底彎曲以便使得所述聲學(xué)元件、所述集成電路與所述互連襯底的組合的垂直尺寸小于集成電路的水平長(zhǎng)度的百分之七十五。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲換能器，其中所述互連襯底彎曲以便使得所述聲學(xué)元件、所述集成電路與所述互連襯底的組合的垂直尺寸小于集成電路的水平長(zhǎng)度的百分之五十。
8.一種超聲換能器，包括導(dǎo)熱主體；至少部分繞著所述主體彎曲的柔性電路；連接于所述柔性電路上的聲學(xué)組件；用于控制所述聲學(xué)組件的電子部件；以及用于將信號(hào)傳輸線路連接于所述柔性電路上的連接裝置，所述聲學(xué)組件、所述電子部件和信號(hào)傳輸線路連接于通過所述柔性電路部分限定的電路中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路繞著所述主體彎曲以便使得所述柔性電路的第一部分位于所述主體的第一側(cè)上，而使得所述柔性電路的第二部分位于與所述主體的所述第一側(cè)相對(duì)的所述主體的第二側(cè)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲換能器，其中所述聲學(xué)組件設(shè)置于所述柔性電路的所述第一部分上，所述電子部件設(shè)置于所述柔性電路的所述第二部分上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述聲學(xué)組件設(shè)置成與所述主體接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述主體限定一腔，所述電子部件設(shè)置于所述柔性電路上并設(shè)置于所述腔中。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有繞著所述主體的180°彎曲，以便使得所述柔性電路的第一部分設(shè)置于所述主體的第一側(cè)上，而使得所述柔性電路的第二部分設(shè)置于與所述主體的所述第一側(cè)相對(duì)的所述主體的第二側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述聲學(xué)組件包括聲學(xué)元件和電連接于所述聲學(xué)元件上的集成電路，所述柔性電路具有連接點(diǎn)而所述集成電路具有連接點(diǎn)，還包括用于連接所述集成電路的連接點(diǎn)與所述柔性電路的連接點(diǎn)的導(dǎo)線結(jié)合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲換能器，其中兩行所述導(dǎo)線結(jié)合沿著所述集成電路的一對(duì)相對(duì)邊緣中的每一個(gè)來形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有繞著所述主體的多個(gè)彎曲。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有通過180°彎曲互相隔開的位于所述主體相對(duì)側(cè)上的第一、第二平面部分，第一、第二終端部分各自通過180°彎曲而與所述第一、第二平面部分中的相應(yīng)一個(gè)隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超聲換能器，其中所述連接裝置包括兩個(gè)附加柔性電路和導(dǎo)電薄膜粘合劑，其中每個(gè)附加柔性電路都具有用于信號(hào)傳輸線路的連接裝置，導(dǎo)電薄膜粘合劑使得每個(gè)所述附加柔性電路附連于所述柔性電路的所述第一、第二終端部分中的相應(yīng)一個(gè)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有通過180°彎曲而與所述柔性電路的所述第一平面部分隔開的翼部分，所述連接裝置還包括一個(gè)具有用于信號(hào)傳輸線路的連接裝置的附加柔性電路和使得所述附加柔性電路附連于所述柔性電路的所述翼部分的導(dǎo)電薄膜或粘合劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有位于所述主體一側(cè)上的平面部分和通過180°彎曲而與所述平面部分隔開的翼部分，所述連接裝置還包括具有用于信號(hào)傳輸線路的連接裝置的附加柔性電路和使得所述附加柔性電路附連于所述柔性電路的所述翼部分的導(dǎo)電薄膜或粘合劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲換能器，其中所述柔性電路具有通過180°彎曲互相隔開的位于所述主體相對(duì)側(cè)上的第一、第二平面部分，第一終端部分通過180°彎曲與所述第一平面部分隔開，所述柔性電路的第二平面部分為所述柔性電路的終端部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的超聲換能器，其中所述連接裝置包括具有用于信號(hào)傳輸線路的連接裝置的附加柔性電路和使得所述附加柔性電路附連于所述柔性電路上的導(dǎo)電薄膜粘合劑。
23.一種超聲換能器，包括具有連接點(diǎn)的柔性電路；安裝于柔性電路上并且包括集成電路的聲學(xué)組件，其中所述集成電路具有電聯(lián)接于所述集成電路上的連接點(diǎn)和聲學(xué)元件；用于控制所述聲學(xué)組件以便傳輸與接收超聲波的電子部件，所述聲學(xué)組件與所述電子部件連接于由柔性電路部分限定的電路中；以及用于連接所述集成電路的連接點(diǎn)與所述柔性電路的連接點(diǎn)的導(dǎo)線結(jié)合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超聲換能器，其中所述導(dǎo)線結(jié)合只沿著所述集成電路的周邊的一部分來形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超聲換能器，其中兩行所述導(dǎo)線結(jié)合沿著所述集成電路的一對(duì)相對(duì)邊緣中的每一個(gè)來形成。
26.一種用于制造超聲換能器的方法，包括以下步驟在柔性電路上設(shè)置聲學(xué)組件；通過柔性電路將用于控制聲學(xué)組件的電子部件聯(lián)接于聲學(xué)組件上；將信號(hào)傳輸線路聯(lián)接于柔性電路上以便使得電子部件、聲學(xué)組件與信號(hào)傳輸線路連接于由柔性電路部分限定的電路中；以及令柔性電路至少部分地繞著導(dǎo)熱主體彎曲從而形成至少一個(gè)繞著主體的180°彎曲，其中聲學(xué)組件與電子部件沿垂直方向分開。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中在柔性電路為扁平形式并且主體具有腔時(shí)，聲學(xué)組件與電子部件設(shè)置于柔性電路上，柔性電路彎曲以便將電子部件放置于腔中。
全文摘要
一種超聲換能器，其與現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器相比尺寸減小并且包括導(dǎo)熱主體、至少部分地繞著主體彎曲的柔性電路、設(shè)置于柔性電路上的聲學(xué)組件和用于控制所述聲學(xué)組件來傳輸并接收超聲波的電子部件。信號(hào)傳輸線路如同軸導(dǎo)線聯(lián)接于柔性電路上以便使得電子部件、聲學(xué)組件和信號(hào)傳輸線路連接于由柔性電路部分限定的電路中。通過繞著主體彎曲柔性電路及設(shè)置于其上的聲學(xué)組件，其中柔性電路任選地帶有電子部件，它們被放置成容許實(shí)現(xiàn)緊湊型換能器的垂直構(gòu)型，這種換能器與現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器相比具有小型乃至微型尺寸。
文檔編號(hào)A61B8/12GK1725982SQ200380105987
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
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