特許第6869983号(P6869983)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6869983モジュラー・デバイスおよびケーブル・アセンブリを含むプローブ・アセンブリおよびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6869983
(24)【登録日】2021年4月16日
(45)【発行日】2021年5月12日
(54)【発明の名称】モジュラー・デバイスおよびケーブル・アセンブリを含むプローブ・アセンブリおよびシステム
(51)【国際特許分類】
   H04R 1/06 20060101AFI20210426BHJP
   A61B 8/12 20060101ALI20210426BHJP
   H04R 19/00 20060101ALI20210426BHJP
   H04R 17/00 20060101ALI20210426BHJP
   H04R 31/00 20060101ALI20210426BHJP
【FI】
   H04R1/06 330
   A61B8/12
   H04R19/00 330
   H04R17/00 330H
   H04R31/00 330
【請求項の数】12
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2018-529520(P2018-529520)
(86)(22)【出願日】2016年8月26日
(65)【公表番号】特表2018-526946(P2018-526946A)
(43)【公表日】2018年9月13日
(86)【国際出願番号】US2016049068
(87)【国際公開番号】WO2017035496
(87)【国際公開日】20170302
【審査請求日】2018年4月25日
(31)【優先権主張番号】14/837,842
(32)【優先日】2015年8月27日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518066507
【氏名又は名称】クレガナ・アンリミテッド・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Creganna Unlimited Company
(74)【代理人】
【識別番号】100100158
【弁理士】
【氏名又は名称】鮫島 睦
(74)【代理人】
【識別番号】100132263
【弁理士】
【氏名又は名称】江間 晴彦
(72)【発明者】
【氏名】ライアン・ピーターソン
(72)【発明者】
【氏名】トーマス・ジェイ・メディナ
(72)【発明者】
【氏名】ジアン・ワン
(72)【発明者】
【氏名】ジビン・ソン
【審査官】 堀 洋介
(56)【参考文献】
【文献】 特開2006−194666(JP,A)
【文献】 特表2012−527964(JP,A)
【文献】 特開平07−023500(JP,A)
【文献】 特表2010−527167(JP,A)
【文献】 特開2011−223468(JP,A)
【文献】 特開2015−097734(JP,A)
【文献】 国際公開第2006/040962(WO,A1)
【文献】 米国特許第05957850(US,A)
【文献】 米国特許出願公開第2009/0124136(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04R 1/06
A61B 8/12
H04R 17/00
H04R 19/00
H04R 31/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プローブ・アセンブリ(650)であって、
モジュラー・デバイス(670)およびケーブル・アセンブリ(652)を有して成り、
モジュラー・デバイス(670)が、外部信号を検出またはエネルギーを放出するようになっており、
モジュラー・デバイス(670)が、電気コンタクトまたは光ファイバ端部の少なくとも1つを有するデバイス・アレイ(676)を含み、
ケーブル・アセンブリ(652)が、モジュラー・デバイス(670)をコンピューティング・システム(554)に通信可能に結合し、それを介してデータ信号を送信するようになっており、
ケーブル・アセンブリ(652)が、合せサイド(662)ならびに合せサイド(662)およびコネクタ本体(660)を通って延在するチャンネル(246)を含むコネクタ本体(660)を有するアレイ・コネクタ(654)を有して成り、
ケーブル・アセンブリ(652)が、コネクタ本体(660)の対応するチャンネル(246)内に設けられた複数の通信ライン(656)を含み、
通信ライン(656)が、ワイヤ導体または光ファイバの少なくとも1つを含み、端子アレイ(114)を形成すべく、合せサイド(662)に近接して位置付けられるそれぞれの端面(415)を有し、
端子アレイ(114)が、モジュラー・デバイス(670)のデバイス・アレイ(676)と整合して結合しており、コネクタ本体(660)が、複数の基板層(120)を含み、基板層(120)が横並びで積層され、合せサイド(662)を形成するそれぞれの合せエッジ(122)を有する、プローブ・アセンブリ(650)。
【請求項2】
モジュラー・デバイス(670)を囲み、体内へと挿入されるようになっているプローブ本体(602)をさらに有して成り、好ましくはモジュラー・デバイス(670)が、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)または圧電性マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)のうち少なくとも1つを含む超音波デバイスを含む、請求項1に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項3】
板層(120)が、複数の界面(249)を形成し、各界面が、隣接する基板層(120)間に規定され、隣接する基板層(120)が、それらの間にチャンネル(246)を規定する、請求項1に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項4】
通信ライン(656)が、ワイヤ導体およびワイヤ導体の対応する端面(415)に直接結合された伝導性バンプ(420)を含み、伝導性バンプ(420)が、端子アレイ(114)を形成すべく、対応する合せ端子(112)を形成し、合せサイド(662)に沿って存在しており、デバイス・アレイ(676)の対応する電気コンタクト(678)に電気的に結合され、好ましくは、伝導性バンプ(420)が、100μm以下の高さおよび±10μm以内の許容限界を有する、請求項に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項5】
チャンネル(246)が、エッチングされたチャンネル(246)またはモールディングされたチャンネル(246)のうちの少なくとも1つである、請求項3に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項6】
端子アレイ(114)が、100mmあたり少なくとも50の合せ端子(112)を含む、請求項1に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項7】
デバイス・アレイ(676)が、熱圧接合、はんだレス接合または異方性伝導フィルムもしくはゲルのうちの1つを介して、端子アレイ(114)に結合される、請求項1に記載のプローブ・アセンブリ(650)。
【請求項8】
システム(550)であって、
モジュラー・デバイス(670)、制御デバイス(554)およびケーブル・アセンブリ(652)を有して成り、
モジュラー・デバイス(670)が、外部信号を検出またはエネルギーを放出するようになっており、
モジュラー・デバイス(670)が、電気コンタクトまたは光ファイバ端部の少なくとも1つを有するデバイス・アレイ(676)を含み、
制御デバイス(554)が、外部信号に基づいてデータ信号を受信するように、またはエネルギーを放出するために、モジュラー・デバイス(670)にデータ信号を送信するようになっており、
ケーブル・アセンブリ(652)が、モジュラー・デバイス(670)を制御デバイス(554)に通信可能に結合し、それを介してデータ信号を送信するようになっており、
ケーブル・アセンブリ(652)が、合せサイド(662)ならびに合せサイド(662)およびコネクタ本体(660)を通って延在するチャンネル(246)を有するコネクタ本体(660)を有して成り、
ケーブル・アセンブリ(652)が、コネクタ本体(660)の対応するチャンネル(246)内に設けられた複数の通信ライン(656)を含み、
通信ライン(656)が、ワイヤ導体または光ファイバの少なくとも1つであり、端子アレイ(114)を形成すべく、合せサイド(662)に近接して位置付けられるそれぞれの端面(415)を含み、
端子アレイ(114)が、モジュラー・デバイス(670)のデバイス・アレイ(676)と整合して結合しており、コネクタ本体(660)が、複数の基板層(120)を含み、基板層(120)が横並びで積層され、合せサイド(662)を形成するそれぞれの合せエッジ(122)を有する、システム(550)。
【請求項9】
制御デバイス(554)が、データ信号に基づいて情報を表示するようになっているディスプレイ(556)を含む、請求項8に記載のシステム(550)。
【請求項10】
モジュラー・デバイス(670)を囲み、体内へと挿入されるようになっているプローブ本体(602)をさらに有して成る、請求項8に記載のシステム(550)。
【請求項11】
モジュラー・デバイス(670)が、超音波デバイス(606)を有して成り、好ましくは、超音波デバイス(606)が、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)または圧電性マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)を有して成る、請求項10に記載のシステム(550)。
【請求項12】
通信ライン(656)が、ワイヤ導体およびワイヤ導体の対応する端面(415)に直接結合された伝導性バンプ(420)を含み、伝導性バンプ(420)が、端子アレイ(114)を形成すべく、対応する合せ端子(112)を形成し、合せサイド(662)に沿って存在しており、デバイス・アレイ(676)の対応する電気コンタクトに電気的に結合される、請求項8に記載のシステム(550)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モジュラー・デバイスおよびケーブル・アセンブリを含むプローブ・アセンブリおよびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
電気技術産業および/または光学技術産業において、性能を改善または少なくとも維持しつつ、データ処理量を増加させるという一般的な市場要求がある。しかしながら、相殺的な市場要求として、電気技術および/または光学技術を使用するデバイスまたはシステムの小型化がある。これらの市場要求は、異なる構成要素が互いに電気的または光学的に通信する消費者電子産業および医療機器産業全体にわたって存在する。医療機器に関する一例として、カテーテルベースの2次元(2D)心臓内エコー(ICE)イメージング・システムをリアルタイムの3次元(3D)イメージング・システムに置き換えることが望まれている。これらのイメージング・システムの両方は、カテーテルの遠位端に結合されたプローブを有するカテーテルを利用し得る。カテーテルは、患者の身体(例えば、ヒトまたは動物)へと挿入するようになっていてもよい。カテーテルは、ケーブル・アセンブリ(cable assembly)を介してユーザー・デバイスに通信可能に結合される。ケーブル・アセンブリは、プローブからユーザー・デバイスにデータ信号を通信するようになっている。
【0003】
より高品質のイメージングおよび/または3Dイメージングを達成すべく、医療機器メーカーは、従来の圧電性トランスデューサ・プローブを、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(または、容量性微細加工超音波トランスデューサ、capacitive micromachined ultrasonic transducer、CMUT)・プローブまたは圧電性マイクロマシン超音波トランスデューサ(piezoelectric micromachined ultrasound transducer、PMUT)・プローブで置き換えることを追求してきた。CMUTプローブおよびPMUTプローブは、微小電気機械システム(microelectromechanical systems、MEMS)の製造技術を使用して製造することができる。
【0004】
CMUTプローブおよびPMUTプローブは、実現可能であると実証されているが、CMUTプローブおよびPMUTプローブは商業的には実用的でない場合がある。CMUTおよびPMUTは、典型的には、センシング素子(または要素、element)の高密度トランスデューサ・アレイを含む。例えば、トランスデューサ・アレイは、約1000個/cmのセンシング素子を有する場合がある。このトランスデューサ・アレイによって検出された外部信号に基づくデータ信号を伝達することは困難な場合がある。例えば、カテーテルおよび対応するケーブル・アセンブリが、患者の体内へと挿入することができる断面サイズを有することがしばしば望ましく、または必要である。これまで、減少させた断面サイズを維持しつつ、トランスデューサ・アレイとケーブル・アセンブリとを相互接続する商業的で合理的な方法は不足している。同様の問題は、ケーブル・アセンブリに結合された小型モジュラー・デバイスを利用する他の産業または技術にも存在し得る。
【発明の概要】
【0005】
一態様では、外部信号を検出またはエネルギーを放出するようになっている(または構成される、configure)モジュラー・デバイス(modular device)を含むプローブ・アセンブリ(probe assembly)が供される。モジュラー・デバイスは、電気コンタクト(electrical contacts)または光ファイバ端部(optical fiber ends)の少なくとも1つを含むデバイス・アレイ(device array)を有する。プローブ・アセンブリはまた、モジュラー・デバイスをコンピューティング・システム(computing system)に通信可能に結合し、それを介してデータ信号を送信するようになっているケーブル・アセンブリを含む。ケーブル・アセンブリは、合せサイド(または接合側面、もしくはメイティング・サイド、mating side)ならびに合せサイドおよびコネクタ本体(またはコネクタ機構、もしくはコネクタ・ボディ、connector body)を通って延在するチャンネル(channels)を含むコネクタ本体を有するアレイ・コネクタ(array connector)を含む。ケーブル・アセンブリは、コネクタ本体の対応するチャンネル内に設けられた複数の通信ライン(communication lines)を含む。通信ラインは、ワイヤ導体(wire conductors)または光ファイバの少なくとも1つを含む。通信ラインは、端子アレイ(terminal array)を形成するために、合せサイドに近接して位置付けられるそれぞれの端面(end faces)を有する。端子アレイは、モジュラー・デバイスのデバイス・アレイと整合され(または位置合わせされ、もしくは整列され、align)、結合される。
【0006】
オプションとして、プローブ・アセンブリは、モジュラー・デバイスを囲み、人体または動物の体のような個体に挿入されるようになっているプローブ本体(probe body)を含む。例えば、モジュラー・デバイスは、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)またはプローブ本体によって囲まれた圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)のうちの少なくとも1つを含んでもよい。
【0007】
ある態様では、コネクタ本体は、横並びで(または並べて、side-by-side)積層され(または積み重ねられ、stacked)、合せサイドを形成するそれぞれの合せエッジ(または接合エッジ、もしくはメイティング・エッジ、mating edges)を有する複数の基板層(substrate layers)を含む。基板層は、隣接する基板層の間に各界面(またはインターフェース、interfaces)が規定された複数の界面を形成することができ、隣接する基板層はそれらの間のチャンネルを規定する。オプションとして、通信ラインは、ワイヤ導体およびワイヤ導体の対応する端面に直接結合された伝導性バンプ(conductive bumps)を含む。伝導性バンプは、対応する合せ端子を形成し、端子アレイを形成するように、合せサイドに沿って設けられる。伝導性バンプは、デバイス・アレイの対応する電気コンタクトに電気的に結合される。ある態様では、デバイス・アレイは、熱圧接合(または熱圧着接合、もしくは熱圧縮接合、thermocompression bonding)、はんだレス接合、または異方性伝導フィルムもしくはゲルのうちの1つを介して端子アレイに結合される。
【0008】
一態様では、外部信号を検出またはエネルギーを放出するようになっているモジュラー・デバイスを含むシステムが供される。モジュラー・デバイスは、電気コンタクトまたは光ファイバ端部の少なくとも1つを有するデバイス・アレイを含む。システムはまた、外部信号に基づいてデータ信号を受信するか、またはエネルギーを放出するためにデータ信号をモジュラー・デバイスに送信するようになっている制御デバイスを含む。システムはまた、モジュラー・デバイスを制御デバイスに通信可能に結合し、それを介してデータ信号を送信するようになっているケーブル・アセンブリを含む。ケーブル・アセンブリは、合せサイドならびに合せサイドおよびコネクタ本体を通って延在するチャンネルを有するコネクタ本体を含む。ケーブル・アセンブリは、コネクタ本体の対応するチャンネル内に設けられた複数の通信ラインを含む。通信ラインは、ワイヤ導体または光ファイバの少なくとも1つである。通信ラインは、端子アレイを形成するために、合せサイドに近接して位置付けられたそれぞれの端面を有する。端子アレイは、モジュラー・デバイスのデバイス・アレイと整合され、結合される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、一態様に従って形成されたアレイ・コネクタの斜視図である。
図2図2は、図1のアレイ・コネクタの側面図である。
図3図3は、一態様によるアレイ・コネクタの製造方法のフローチャートである。
図4図4は、図3の方法の異なるステップをより詳細に示す。
図5図5は、一態様に従って形成されたワーキング層(または作業層、working layer)の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。
図6図6は、図5のワーキング層の別のSEM画像である。
図7図7は、一態様に従って形成されたワーキング層の前端面図である。
図8図8は、図7のワーキング層の平面図である。
図9図9は、一態様に従って形成されたワーキング層の平面図である。
図10A図10Aは、一態様による、アレイ・コネクタの基板層が積層されている場合のアレイ・コネクタの斜視図である。
図10B図10Bは、一態様による、通信ラインが結合層に固定されている基板層の平面図である。
図10C図10Cは、通信ラインの半分が第1結合層に固定され、通信ラインの半分が第1結合層の下に位置付けられる第2結合層に固定される基板層の平面図である。
図11図11は、一態様に従って形成されたアレイ・コネクタの側面断面図である。
図12図12は、アレイ・コネクタの合せサイドが修正された(または変更された、modified)後の図11のアレイ・コネクタの側面断面図である。
図13図13は、伝導性バンプが合せサイドに沿って堆積(deposited)または増大(grown)した後の図11のアレイ・コネクタの側面断面図である。
図14図14は、一態様に従って形成されたケーブル・アセンブリの端部の画像である。
図15図15は、ケーブル・アセンブリの合せサイドの拡大図である。
図16図16は、モジュラー・デバイスに結合されている一態様に従って形成されたアレイ・コネクタの側面断面図である。
図17図17は、モジュラー・デバイスに結合されている一態様に従って形成されたアレイ・コネクタの側面断面図である。
図18図18は、アレイ・コネクタを利用する一態様に従って形成されたシステムを示す図である。
図19図19は、アレイ・コネクタを利用する一態様に従って形成されたプローブ・アセンブリの遠位端の斜視図である。
図20図20は、ケーブル・アセンブリがモジュラー・デバイスに結合されるべく支えている態様によるプローブ・アセンブリの部分分解図である。
図21図21は、プローブ本体が除去された図20のプローブ・アセンブリの斜視図である。
図22図22は、一態様によるアレイ・コネクタの合せサイドを示す図である。
図23図23は、一態様によるアレイ・コネクタの合せサイドを示す図である。
図24図24は、種々の態様と共に使用され得る例示的な電極の側面断面図である。
図25図25は、種々の態様と共に使用され得る例示的な圧電性超音波素子の側面断面図である。
図26図26は、種々の態様と共に使用され得る例示的なCMUT素子の側面断面図である。
図27図27は、種々の態様と共に使用され得る例示的なPMUT素子の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本明細書に記載の態様は、アレイ・コネクタ、アレイ・コネクタを利用する装置またはデバイス(例えば、検出器アセンブリおよびシステム)、ならびにそれらを製造または二次加工(fabricating)する方法を含む。アレイ・コネクタは、装置(例えば、デバイスまたはシステム)を、別の構成要素に結合された端子のアレイに電気的および/または光学的に相互接続するようになっている。端子は、接触パッドなどの電気端子であってもよく、または端子は光ファイバの端部であってもよい。アレイ・コネクタは、複数の通信ラインを保持するコネクタ本体を含む。通信ラインは、電力またはデータ信号の形で電流を送信する(transmit)ことができるワイヤ導体を含んでもよい。通信ラインは、光または光信号を送信することができる光ファイバを含んでもよい。コネクタ本体は、典型的には、互いに対して固定位置にある通信ラインの部分またはセグメントを保持する剛性構造(rigid structure)を供する。通信ラインは、コネクタ本体の1またはそれよりも多いサイドに沿って合せ端子(または接合端末、もしくはメイティング・ターミナル、mating terminals)のアレイを形成してもよい。ある態様では、アレイ・コネクタは、モジュラー・デバイスおよび制御デバイスなどの2つの構成要素を相互接続するケーブル・アセンブリの一部であってもよい。特定の態様では、モジュラー・デバイスは、外部信号を検出またはエネルギーを放出するようになっている素子のアレイを含む。例えば、モジュラー・デバイスは、電極を有する固体デバイスであってもよい。
【0011】
ある態様では、アレイ・コネクタは、少なくとも部分的にコネクタ本体を形成するように、横並びで積層された複数の基板層を含む。通信ラインは、隣接する基板層の間の界面に沿って延在してもよい。本明細書で使用されるように、「基材層(substrate layer)」という用語は、別段の記載がない限り、材料の単一の連続体に限定されない。例えば、各基板層は、同じまたは異なる材料の複数のサブ層から形成されてもよい。さらに、各基板層は、基板層中に位置付けられた、または基板層を通って延在する異なる材料の1またはそれよりも多い特徴(features)を含み得る。異なる基板層は、フォトリソグラフィー、エッチング、スパッタリング、蒸着、キャスティング(例えば、スピン・コーティング)、化学蒸着、電着、エピタキシー、熱酸化、物理蒸着などの既知の層製造プロセスを用いて形成されてもよい。1またはそれよりも多い層は、マイクロ・モールディングまたはナノインプリントリソグラフィ(NIL)などのモールディング・プロセスを使用して形成することもできる。
【0012】
本明細書に記載するように、合せ端子は、別の構成要素の対応するアレイに結合するように構成された端子アレイを形成することができる。各合せ端子は、端子アレイにおける他の合せ端子に対して固定された位置またはアドレス(address)を有する。端子アレイは、一次元または少なくとも二次元であってもよい。より具体的には、合せ端子は、少なくとも2次元に沿って指定された方法で位置付けられてもよい。例えば、合せ端子は、通信ラインに垂直または直交して延在する平面と一致して(または重なって、もしくは交わって)もよい。または、1またはそれよりも多い合せ端子は、他の合せ端子に対して異なる深さまたはZ位置を有してもよい。従って、端子アレイは三次元であってもよい。
【0013】
少なくともある態様の技術的効果は、素子を高密度アレイにおよび/または高密度アレイから通信する能力を含んでもよい。態様は、ワイヤ導体(または伝導性バンプ)の断面端面を同様の端子に直接的に結合してもよい。同様に、態様は、光ファイバの端部を他の光学部品と直接整合させてもよい。アレイ・コネクタの合せサイドは、指定された特性を有するように修正された突出面(または盛り上がった面、proud surface)を含んでもよい。態様は、素子のあらゆる所望の組合せの2Dまたは3D構造を構築するために、層ごとに組み立ててもよい。少なくともある態様は、端子密度および製品スケーラビリティ(または拡張性、scalability)の向上を可能にし、アセンブリ・コスト(または組立費、assembly cost)および製品のばらつき(product variability)を低減することができる。
【0014】
本明細書で用いられるように、「複数の[素子(elements)]」および「[素子]のアレイ」などの語句は、詳細な説明および特許請求の範囲で使用される場合、構成要素が持ち得る各々の素子および全ての素子を必ずしも含まない。構成要素は、複数の構成要素と同様の他の構成要素を有してもよい。例えば、「[記載された特徴である/を有する]複数の基材層」という語句は、構成要素の各々の基材層および全ての基材層が記載された特徴を有することを必ずしも意味しない。他の基板層は記載された特徴を含まなくてもよい。従って、別途明示的に述べられていない限り(例えば、「各々の基材層および全ての基材層が[記載された特徴である/を有する]」)、態様は、記載された特徴を有さない類似の素子を含んでもよい。本明細書で用いられるように、用語「例示的(exemplary)」は、形容詞として使用される場合、一例としての供されることを意味する。この用語は、変更される対象が好ましいことを示すものではない。
【0015】
本明細書で用いられるように、用語「通信ライン(communication line)」は、1またはそれよりも多い電導体または1またはそれよりも多い光ファイバを含んでもよい。例えば、通信ラインは、単一の絶縁ワイヤ導体を含むことができ、または二軸(または双軸)ケーブルなどの2またはそれよりも多い絶縁ワイヤ導体を含んでもよい。通信ラインは、同軸ケーブルを含んでもよい。ある態様では、通信ラインは、電導体(例えば、ワイヤ導体プラス絶縁体または非絶縁ワイヤ導体)または光ファイバのみを含む。このような態様では、対応する導体/ファイバの端面は、アレイを形成するために使用される通信ラインの合せ端子を構成するか、またはその一部であってもよい。しかしながら、他の態様では、通信ラインは、導体/ファイバの端面に対して位置付けられた別個の(discrete)合せ端子を含んでもよい。例えば、合せ端子は、電導体の端面に取り付けられた伝導性バンプもしくはめっきまたは光ファイバに隣接して位置付けられたレンズであってもよい。従って、「合せ端子(mating terminal)」という用語は、電導体の端面に取り付けられた伝導性バンプ、または光信号をそれぞれの光ファイバ端部におよび/またはそれぞれの光ファイバ端部から送信するように位置付けられたレンズのような、導体/ファイバの端面または端面に動作可能に結合された別個の素子であってもよい。
【0016】
図1は、1の態様に従って形成されたアレイ・コネクタ100の斜視図であり、図2は、アレイ・コネクタ100の側面図である。アレイ・コネクタ100は、互いに垂直な軸に対して向いており、合せ軸(または接合軸、もしくはメイティング軸、mating axis)191、横軸(lateral axis)192、および仰角軸(elevation axis)193を含む。アレイ・コネクタ100は、複数の本体サイド(body side)104〜109を含むコネクタ本体102を有する。本体サイド107および108は図2には示されていない。図示された態様では、本体サイド104〜109の各々は平面サイドであり、軸191〜193のうちの2つによって規定される平面に平行に延在する。しかしながら、他の態様では、本体サイド104〜109の1またはそれよりも多くが平面ではなく、および/または軸191〜193の2つによって規定される平面に平行に延在しない。本体サイド104は、アレイ・コネクタ100および他の構成要素を通信可能に結合すべく、別の構成要素と界接するように構成される。このように、本体サイド104は、以下、合せサイド104を示す。
【0017】
アレイ・コネクタ100は、コネクタ本体102を通って延在する複数の通信ライン110を有する。通信ライン110は、1またはそれよりも多いワイヤ導体および/または1またはそれよりも多い光ファイバを含んでもよい。特定の態様では、通信ライン110はワイヤ導体である。図示するように、通信ライン110は、合せサイド104に沿って露出された合せ端子112を含む。合せ端子112は、対応するワイヤ導体もしくは光ファイバの端面を含んでもよく、対応するワイヤ導体もしくは光ファイバの端面であってもよく、または対応するワイヤ導体もしくは光ファイバの端面に対して位置付けられた別個の素子であってもよい。通信ライン110が、コネクタ本体102に触れずに通過する(またはクリアする、clear)か、または他の本体サイド105〜108のうちの1つに沿って露出する対応する合せ端子(図示せず)を有するように、合せサイド104からコネクタ本体102を通って延在する。特定の態様では、通信ライン110は、コネクタ本体102を完全に通って延在し、通信ライン110がコネクタ本体102から突出するようにコネクタ本体102に触れずに通過する。ある態様では、通信ライン110は、1またはそれよりも多いケーブルまたはケーブル・ハーネス(図示せず)を形成するように、集合してもよく、または結束してもよい。
【0018】
図示する態様では、コネクタ本体102は、各本体サイドが別の本体サイドに対向する実質的に長方形またはブロック状である。しかしながら、他の態様では、コネクタ本体102は、様々な形状のいずれか1つを有してもよい。例えば、コネクタ本体102は、合せサイド104が反対側108よりも小さい面積を有する台形状を有してもよい。このような態様では、通信ライン110は合せサイド104から本体サイド108に延在するため、通信ライン110は互いに離れて広がる(flare)。
【0019】
ある態様では、合せ端子112は、コネクタ本体102を通って延在する通信ライン110のセグメントの端部である。例えば、合せ端子112は、合せサイド104に近接して位置付けられる光ファイバの端部であってもよい。このような態様では、図2に示すように、合せ端子112は、合せサイド104から突出してもよい。あるいは、合せ端子112は、合せサイド104と同一平面にある端面であってもよく、またはコネクタ本体102内の小さい深さで位置付けられてもよい。しかしながら、特定の態様では、合せ端子112は、ワイヤ導体の端面に堆積または増大する材料から形成される。例えば、合せ端子112は、はんだディスペンシング(またははんだ塗布、solder dispensing)、はんだスクリーン印刷、電気めっき、無電解めっき、物理蒸着(PVD)などによって形成された金属バンプまたはめっきを構成し得る。図2に示すように、合せ端子112は、合せサイド104からバンプ距離(bump distance)115を突出させてもよい。あるいは、伝導性バンプは、合せサイド104と同一平面上にあってもよい。
【0020】
合せ端子112は、端子アレイ114を形成し、各合せ端子112は他の合せ端子112に対して指定された位置またはアドレスを有する。図示の態様では、端子アレイ114は、合せ端子112の複数の縦列および横列を含む。しかしながら、端子アレイ114における合せ端子112の位置は、アレイ・コネクタ100の用途に基づいて異なる方法で配置されてもよいことを理解されたい。
【0021】
特定の態様では、合せ端子112の端子アレイ114は、高密度アレイを形成する。本明細書で用いられるように、「高密度アレイ」は、100mm当たり少なくとも50の合せ端子または100mm当たり少なくとも75の合せ端子を含む。ある態様では、高密度アレイは、100mm当たり少なくとも100の合せ端子、100mm当たり少なくとも200の合せ端子、100mm当たり少なくとも300の合せ端子、または100mm当たり少なくとも400の合せ端子を有してもよい。特定の態様では、高密度アレイは、100mmあたり少なくとも500の合せ端子または100mm当たり少なくとも750の合せ端子を有してもよい。より特定の態様では、高密度アレイは、100mmあたり少なくとも1000の合せ端子を有してもよい。
【0022】
特定の態様では、合せ端子112が共通の平面に一致するように、端子アレイ114は、2次元アレイである。言い換えれば、合せ端子112は同一平面上にあってもよい。例えば、端子アレイ114は、仰角軸193および横軸192に平行に延在する平面と一致する。しかしながら、他の態様では、端子アレイ114は、共通の平面と一致しなくてもよい。例えば、合せ端子112の各横列は、合せ軸191に沿って交互の位置を有してもよい。
【0023】
本明細書に記載するように、コネクタ本体102は、横並びで積層された複数の基板層120を含んで成ってもよい。各基板層120は、複数の層エッジ122〜125を有してもよい。異なる層エッジを区別するために、層エッジ122は、先端エッジ(leading edge)または合せエッジと称される場合がある。層エッジ124(図1)は、後端エッジ(trailing edge)またはローディング・エッジ(loading edge)と称され、層エッジ123、125は、サイド・エッジ(side edge)と称され得る。図示するように、通信ライン110は、サイド・エッジ123、125に平行に延在し、先端エッジ122および後端エッジ124に垂直に延在する。
【0024】
基板層120が仰角軸193に沿って横並びで積層された場合、合せエッジ122が集合的に(または集まって、collectively)合せサイド104を形成する。図示の態様では、合せサイド104が、本質的に平面である合せ面(または接合面、もしくはメイティング面、mating surface)126を有するように、合せエッジ122は、互いに平ら(または均一、even)であるか、または互いに広がっている。合せ端子112は、合せ面126から離れるように突出する。しかしながら、他の態様では、基板層120の合せエッジ122は、互いに平らでなくてもよく、または互いに広がっていなくてもよい。例えば、合せエッジ122は、各合せエッジ122が合せ軸191に沿って異なる位置を有する階段状の構造を形成してもよい。
【0025】
従って、アレイ・コネクタ100は、別の構成要素の対応するアレイと相互接続することができる合せサイド104を示す。基板層120の各々は、隣接する基板層120間に延在するチャンネル(図示せず)を形成するような形状としてもよい。積層された基板層120は、通信ライン110のセグメントを互いに固定された位置に保持する、実質的なモノリシック体(monolithic body)を形成してもよい。例えば、合せ端子112が通信ライン110とは異なる材料を含んで成る場合、コネクタ本体120は、通信ライン110、基板層120および合せ端子112から本質的に構成されてもよい。
【0026】
図3は、一態様によるアレイ・コネクタの製造方法200のフローチャートである。アレイ・コネクタは、例えば、図1に示されるアレイ・コネクタ100と類似または同一であってもよい。方法200は、本明細書に記載の種々の態様の構造または形態を採用し得る。種々の態様では、特定のステップを省略または追加してもよく、特定のステップを組み合わせてよく、特定のステップを同時に実施してもよく、特定のステップを共に実施してもよく、特定のステップを複数のステップに分割してもよく、特定のステップを異なる順序で実施してもよく、または特定のステップもしくは一連のステップを反復的に再実施してもよい。
【0027】
方法200は、ワーキング層(またはその一部)が、ワーキング基板(working substrate)からそれぞれ追加または減ぜられる(subtract)、複数の追加するステップまたは減ずるステップを含んでもよい。「ワーキング層(working layer)」および「ワーキング基板(working substrate)」という用語は、アレイ・コネクタ100のようなアレイ・コネクタを形成するために使用される中間対象物を記載するように用いられる。より具体的には、「ワーキング層」という用語は、1またはそれよりも多い材料の層を含み、この層は、基板層を形成するために使用されてもよい。例えば、この用語は、単一のベース層およびそれに堆積されたフォトレジストを有するベース層を包含する。「ワーキング基板」という用語は、複数の積層された基板層を含み、基板層の少なくとも1つがアレイ・コネクタを形成するために使用されている。例えば、場合によっては、この用語は、合せサイドが修正される前のアレイ・コネクタを包含してもよい。
【0028】
アレイ・コネクタを製造する1の方法のみを以下に記載する。この方法を変更してもよいし、アレイ・コネクタを製造するために他の方法を使用してもよいことを理解されたい。基板層の少なくとも1つは、例えば、集積回路、半導体、および/または微小電気機械システム(MEMS)を製造するために使用されるプロセスと同様の1またはそれよりも多いプロセスを用いて形成してもよい。例えば、リソグラフィ(例えば、フォトリソグラフィ)は、本明細書で記載されるアレイ・コネクタを製造するために使用され得る技術またはプロセスの1つのカテゴリである。例示的なリソグラフィ技術またはプロセスは、マーク・J・マドゥーによる「マイクロファブリケーションとナノテクノロジーの基礎(Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology:Microfabrication and Nanotechnology)、Vol.II、第3版、パートI(pp.2-145)」に詳細記載されており、その全体は参照として本明細書に組み込まれる。
【0029】
基板層および/またはアレイ・コネクタを製造するための1またはそれよりも多いプロセスは、材料がワーキング基板から除去される、減ずる技術(subtractive techniques)を含んでもよい。リソグラフィに加えて、そのようなプロセスには、(1)ドライ化学エッチング、反応性イオン・エッチング(RIE)、気相エッチング、化学機械加工(CM)、異方性ウェット化学エッチング、ウェット・フォトエッチングなどの化学技術、(2)電気化学エッチング(ECM)、電気化学研削(ECG)、フォト電気化学エッチングなどの電気化学技術、(3)レーザ加工、電子ビーム加工、放電加工(EDM)などの熱技術、および(4)物理ドライ・エッチング、スパッタ・エッチング、イオン・ミリング、ウォーター・ジェット加工(WJM)、研磨ウォーター・ジェット加工(AWJM)、研磨ジェット加工(AJM)、研磨研削、電解インプロセスドレッシング(ELID)研削、超音波穿孔、集束イオンビーム(FIB)ミリングなどが含まれる。上記列挙は、限定することを意図するものではなく、他の減ずる技術またはプロセスを使用してもよい。例示的な減ずる技術またはプロセスは、マーク・J・マドゥーによる「マイクロファブリケーションとナノテクノロジーの基礎(Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology:Microfabrication and Nanotechnology)、Vol.II、第3版、パートII(pp.148-384)」に詳細記載されており、その全体は参照として本明細書に組み込まれる。
【0030】
基板層および/またはアレイ・コネクタを製造するための1またはそれよりも多いプロセスはまた、材料がワーキング基板に追加される、追加技術(additive techniques)を含んでもよい。このようなプロセスは、PVD、蒸発(例えば熱蒸発)、スパッタリング、イオンめっき、イオン・クラスタービーム堆積、パルスレーザー堆積、レーザ・アブレーション堆積、分子ビーム・エピタキシー、化学気相堆積(CVD)(例えば、大気圧CVD(APCVD)、低圧CVD(LPCVD)、超低圧CVD(VLPCVD)、超高真空CVD(UHVCVD)、有機金属CVD(MOCVD)、レーザ・アシスト化学蒸着(LACVD)、プラズマ強化CVD(PECVD)、原子層堆積(ALD)、エピタキシー(例えば、液相エピタキシー、固相エピタキシー)、陽極酸化、溶射堆積、電気メッキ、無電解メッキ、溶融、熱酸化、レーザ・スパッタ堆積、反応射出モールディング(RIM)、スピン・コーティング、ポリマー・スプレーイング、ポリマーのドライフィルム・ラミネート、キャスト、プラズマ重合、シルクスクリーン印刷、インクジェット印刷、機械マイクロ・スポッティング、マイクロ・コンタクト印刷、ステレオリソグラフィーまたはマイクロ・フォトフォーミング、ナノインプリント・リソグラフィ、電気化学形成プロセス、電気堆積、スプレー熱分解、電子ビーム蒸着、プラズマ・スプレー堆積、マイクロ・モールディング、LIGA(X線リソグラフィ、電気堆積、およびモールディングのドイツ語略語)、圧縮モールディングなどを含む。上記列挙は、限定することを意図するものではなく、他の追加技術またはプロセスを使用してもよい。例示的な追加技術またはプロセスは、マーク・J・マドゥーによる「マイクロファブリケーションとナノテクノロジーの基礎(Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology:Microfabrication and Nanotechnology)、Vol.II、第3版、パートIII(pp. 384-642)」に詳細記載されており、その全体は参照として本明細書に組み込まれる。
【0031】
場合によっては、1またはそれよりも多いプロセスが、識別可能な物理的特性をアレイ・コネクタに供してもよい。例えば、アレイ・コネクタ内に形成されたチャンネルは、アレイ・コネクタの検査に基づいて、エッチングされたチャンネルまたはモールディングされた(またはモールド化された、molded)チャンネルとして識別されてもよい。より具体的には、走査電子顕微鏡(SEM)または他のイメージング・システムは、アレイ・コネクタのスライスされた部分のようなアレイ・コネクタの画像を取り込むことができる。チャンネルは、エッチングまたはモールディングされた表面を示す性質または特性を有してもよい。
【0032】
方法200は、本出願の他の図を参照して記載される。方法200は、202において、ワーキング層220(図4に示す)を供すことを含む。ワーキング層220は、本明細書で記載されるアレイ・コネクタを製造するためのあらゆる適切な材料であってよい。例えば、ワーキング層220は、ベース層222およびベース層222に結合されたチャンネル層224を含む。チャンネル層224は、チャンネル層224の選択された部分を除去するのに適している。例えば、チャンネル層224は、エッチング可能な材料(例えば、有機材料)を含んで成ってもよい。
【0033】
あるケースでは、ベース層222は、チャンネル層224のベース層222への接着を向上させるために表面改質されてもよい。例えば、ベース層222の上面223は、シラン処理されてもよい。図示する態様では、ベース層222はガラス(例えばシリコンウエハ)を含み、チャンネル層224はネガティブ・フォトレジストのようなフォトレジストを含む。特定の態様では、フォトレジストはSU−8である。SU−8には、有機溶媒(処方に応じてγ−ブチロラクトンGBLまたはシクロペンタノン)および光酸発生剤として混合トリアリールスルホニウム/ヘキサフルオロアンチモネート塩を10重量%まで溶解したビスフェノールAノボラックエポキシが含まれる。照射すると、光酸発生剤は分解して、オリゴマー表面のエポキシドをプロトン化するヘキサフルオロアンチモン酸を形成する。プロトン化されたオキソニウムイオンは、熱の適用後に一連の架橋反応において中性エポキシドと反応するために利用できる。各モノマー分子は8つの反応性エポキシ部位を含み、それ故ネガティブ・トーン(negative tone)を与える光熱活性化の後に高度の架橋が得られる。これは、処理後のリソグラフィ構造の高い機械的安定性および熱的安定性をもたらす。しかしながら、SU−8以外の材料、例えば他のフォトレジストなどの代替の態様を使用してもよいことを理解されたい。
【0034】
204において、方法200は、チャンネル層224内にトレンチ(または溝、trenches)230を形成することを含んでもよい。例えば、マスク226をチャンネル層224に適用し、得られたワーキング層228に紫外線(UV)を指定された時間曝露してもよい。UV曝露は、チャンネル層224内にトレンチ230を形成することができる。別の態様では、トレンチは、追加技術によって形成してもよい。SU−8を扱い、パターニングする方法は、デル・カンポ、アランザズおよびクリスチャン・グライナーによる、「SU−8:高アスペクト比および3Dサブミクロン・リソグラフィのためのフォトレジスト(SU-8: a photoresist for high-aspect-ratio and 3D submicron lithography)/マイクロ・メカニックスとマイクロ・エンジニアリング(Journal of Micromechanics and Microengineering) 17.6 (2007) R81」、アブグラールおよびパトリックらによる「ラボ・オン・チップおよびマイクロ・エレクトロ・メカニカルシステムのための構造材料としてのSU−8(SU-8 as a structural material for labs-on-chips and microelectromechanical systems)/電気泳動(Electrophoresis) 28.24 (2007) 4539-4551)」、チョン・ボン・リー、チョ・ハク・チェ、ユ・コンキキによる「革新的なSU−8リソグラフィ技術とその応用(Innovative SU-8 Lithography Techniques and Their Applications)/マイクロマシン(Micromachines)6.1 (2014): 1-18」にも記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0035】
206において、方法200は、対応するトレンチ230内に通信ライン232を設けることを含んでもよい。図4に示すように、通信ライン232は、チャンネル層224の外面(または外側表面、outer surface)234を超える(または外面234をクリアする、clear)高さを有する。他の態様では、通信ライン232は、トレンチ230内の深さに位置するように、外面234と同一平面上にあるか、または外面234を超えない高さを有する。
【0036】
オプションとして、接着剤236をワーキング層238に適用(または塗布、applied)してもよい。接着剤236は、例えばエポキシであってもよい。接着剤236は、外面234に沿って、および/またはトレンチ230内に堆積させてもよい。接着剤236は、通信ライン232およびトレンチ230を規定する対応する表面との間に形成される空隙を少なくとも部分的に充填してもよい。接着剤236は、ワーキング層238の他の素子に対する本質的に固定された位置において通信ライン232を取り付けることを容易にし得る。特定の態様では、接着剤236は、ガラスまたはシリコンウエハをSU−8に結合するシラン接着促進剤である。例えば、接着剤236は、Gelest法を用いて適用してもよい。特定の態様では、接着剤236は、1,3−ビス(3−グリシドキシプロピル)テトラメチルジシロキサンである。
【化1】
【0037】
208において、ワーキング層を互いに積層してコネクタ本体を形成してもよい。図4は、ワーキング層を積層して対応するコネクタ本体を形成する2つの異なる態様を示す。より詳細には、コネクタ本体240およびコネクタ本体250を図4に示す。コネクタ本体240は、第2ワーキング層242を第1ワーキング層238へと積層することによって形成されてもよい。第2ワーキング層242は、第1ワーキング層238に面する1のサイドに沿ってトレンチ244を有してもよい。ある態様では、第2ワーキング層242は、第2ワーキング層242の両サイドにトレンチを有する。第2サイド(または第1ワーキング層238から離れて面するサイド)は、トレンチ内に設けられた通信ラインを有してもよい。このようなワーキング層の例を図7に示す。
【0038】
第2ワーキング層242が第1ワーキング層238へと下げられると、トレンチ244を規定する表面は、第1ワーキング層238のトレンチ230内に設けられた通信ライン232と係合し得る。ある態様では、通信ライン232は、コネクタ本体240を通って延在する複数のチャンネル246を形成するように、第2ワーキング層242を第1ワーキング層238に沿って整合させてもよい。従って、各チャンネル246は、トレンチ230の1つおよびトレンチ244の1つによって形成される。
【0039】
同様に、コネクタ本体250は、第2ワーキング層252を第1ワーキング層238へと積層することによって形成してもよい。しかしながら、第2ワーキング層252は、第1ワーキング層238に面する第2ワーキング層252の側面254に沿ったトレンチを欠いていてもよい。オプションとして、第2ワーキング層252は、側面254に対向する側面255に沿ってトレンチを含んでもよい。通信ライン232は、外面234と同一面であってもよいし、トレンチ230内の深さに位置してもよい。第2ワーキング層252は第1ワーキング層238へと下げられる場合、第2層252の側面254は、第1層238の外面234と係合し、トレンチ230を覆い、複数のチャンネル256を形成する。
【0040】
コネクタ本体240、250の両方において、第1ワーキング層および第2ワーキング層は、それらの間にそれぞれ界面249、259を規定する隣接する基板層である。各例において、各界面249、259の隣接する基板層は、それぞれチャンネル246、256を形成するような形状である。各例において、通信ライン232は、対応する界面に沿って延在するように、コネクタ本体の対応するチャンネル246、256内に設けられる。
【0041】
図4は、2つのワーキング層が互いに横並びで積層されていることのみを示しているが、方法200は、多数の層を横並びで繰り返し積層することを含んでもよい。本明細書に記載されるように、ワーキング層は、ワーキング層の片側または両側に沿って形成されたトレンチを有してもよい。通信ラインは、基板層の対応する合せエッジに近接する端部を有してもよい。端部は、端子アレイを形成してもよく、または端子アレイ114のような端子アレイを形成するように後で修正されてもよい。
【0042】
方法200(図3)のような、基板層を製造する方法の1つの特定の例を以下記載する。基板層は、対応するトレンチを規定する、対向する側面間を測定する75±5μmの最大トレンチ幅、および対応するトレンチの基板層の外面から底面までを測定する37.5±5μmの最大トレンチ深さを有する64個のトレンチを含む。トレンチは、240μmピッチの中心間間隔(center-to-center spacing)(またはピッチ)を有してもよい。基材層は、1つの外面から反対側の外面までを測定する480μmの総厚さを有してもよい。
【0043】
トレンチは、SU−8ベースのフォトレジストのフォトリソグラフィック・コーティングおよびエッチングを用いて形成してもよい。SU−8は、機械強度、耐薬品性および熱安定性を有することで構造材として直接使用されてきたネガティブ・フォトレジストである。SU−8は、UV曝露時に架橋することができる。
【0044】
基板層(またはワーキング層)の片側または両側は、トレンチを含むように加工してもよい。このプロセスは、トレンチを形成するためのワーキング基板を準備することを含んでいた。ワーキング基板を準備することは、シリコンウエハの表面を洗浄し、活性化するように、シリコンウエハを酸素プラズマ処理することを含んでいた(APE110プラズマチャンバ、150ワットRF電力、<0.30トール真空、2分間の滞留時間、2サイクル、125sccmのガス流量)。次いで、この活性化された表面を表面改質処理した。具体的には、表面を酸素プラズマ処理により活性化した後に、表面シラン化処理を行ってもよい。シラン化は、SU−8のシリコンウエハへの接着性を高める。シラン化プロセスには、希酸を用いて95%エタノール−5%DIH2O混合物のpHを〜5に調整すること、水性アルコールの混合物100ml中に2mlのシランを加えて撹拌すること、加水分解およびシラノール形成のために5分間放置すること、ウエハを2分間浸漬すること、エタノールですすいで、空気乾燥させること、ホットプレートにて110℃で10分間ウエハを硬化させることを含んでいた。接着性は、シランおよびSU−8の両方において存在するエポキシ環と結合したシリコンウエハを有するシラン官能基の結合により高められた。ある態様では、シラン接着促進剤を使用して、1つのワーキング層のSU−8を別のワーキング層のシリコンウエハに結合させてもよい。
【0045】
このプロセスはまた、4gのMicrochem SU−8−305を含むシリンジでクイック・インジェクションを介して動的ディスペンスし、続いて2000rpm−ランプ、300秒でスピン・コーティングすることを含むフィルム堆積を含んでいた。雰囲気が約21.7℃の場合、目標厚さ(75±1μm)が得られた。スピン−スピード・プログラムは、室温、デバイスおよびラボ条件によって異なる。
【0046】
この方法はまた、ソフトベークとも呼ばれるワーキング基板のベーキング(または焼き付け、baking)を含む。例えば、室温から95℃までのランプによる20分間の漸進的な加熱は、内因性応力を減少させるのに有益であり得る。
【0047】
ベーキング後、ワーキング基板に波長365nmのUV光を照射した。所定の曝露量は、〜75μmの厚さに達するように150〜250mJ/cmの範囲であってもよい。200mJ/cmの目標エネルギーレベルは、線量計を用いて決定してもよい。ワーキング基板を曝露した後、ワーキング基板を65℃で1分間、次に95℃で5分間ベーキングした。次いで、ワーキング基板を、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)に、ダブル・パドルで、各4分以上、中程度の撹拌下で浸漬し、次いでクリーンなPGMEAですすいだ。次いで、ワーキング基板を150℃で30分間焼成(すなわち、ハードベーク)し、恒久的な構造完全性を得た。次いで、ワーキング基板をダイシングして、トレンチが形成された複数のワーキング基板を生成した。
【0048】
図5および図6は、上記プロセスと同様のプロセスを使用して製造されたトレンチ284を有する例示的なワーキング基板275のSEM画像280、282をそれぞれ含む。図5および図6において、トレンチ284は、トレンチ幅286およびトレンチ深さまたは高さ288を有する。トレンチ幅286は約77.5μmであり、トレンチ深さ288は約105.0μmである。ワーキング基板の片面だけが、それに沿ったトレンチを有するが、ワーキング基板の両側に沿ってトレンチが形成されてもよい。あるいは、それぞれ片側にトレンチを有する2つの別個のワーキング基板を横並びで結合して、両側にトレンチを有する複合ワーキング基板を形成してもよい。
【0049】
別の例として、ワーキング基板(または層)は、光構造性ガラスセラミック(PSGC)を用いて形成してもよい。PSGCは、従来の穿孔プロセスまたは機械加工プロセスを用いることなく、トレンチなどの微細構造を形成することが可能となる。例えば、ウエハは、マスクを用いて所定の時間、指定されたUV光に曝されてもよい。露出した領域は、所定の時間、所定の温度で焼成することによってセラミック材料に変換することができる。より具体的には、PSGCは、メタケイ酸リチウム結晶相に変換し得る。変換された材料は、アモルファスガラスよりもフッ化水素酸(HF)との反応に対してより活性であり得る。このようにして、トレンチをワーキング層に形成し得る。
【0050】
図7および図8は、トレンチ302およびトレンチ304内に通信ラインが設けられる前の、トレンチ302、304を有するワーキング層300の一部の正面図および上面図をそれぞれ示している(図7)。ワーキング層300は、第1層サイド(layer side)306および第2層サイド308(図7)を有する。トレンチ302は、第1層サイド306に沿って位置付けられ、トレンチ304は、第2層サイド308に沿って位置付けられる。ある態様では、ワーキング層300は、単一のワーキング層から製造されてもよく、その両方の層サイドがトレンチ形成プロセス(例えば、エッチング)に付される。あるいは、ワーキング層300は、2つの別個のワーキング・サブ層から形成されてもよく、各ワーキング・サブ層が1つの平面サイドおよびそれに沿ったトレンチを有する反対側を有する。2つの平面サイドは、互いに結合されて、図7および図8に示されるワーキング層300を形成してもよい。
【0051】
トレンチ302、304は、ワーキング層300の全体の軸方向寸法310(図8)に延在する開いたサイドのトレンチまたはトレンチである。ワーキング層300は、合せエッジ312および後端エッジ314(図8)を含み、それらの間に軸方向寸法310が規定されている。トレンチ302、304は、先端エッジ312および後端エッジ314を通って延在するように、軸方向寸法310の全体にわたって延在する。
【0052】
図7に示すように、トレンチ302、304の各々は、トレンチ幅320およびトレンチ深さ322を有する。トレンチ302、304は、横方向の中心間間隔(またはピッチ)324および上昇させる(または高い、elevated)中心間間隔326を有する。トレンチ幅320、トレンチ深さ322、横方向の中心間間隔324、および上昇させる中心間間隔326は、ある範囲の値を有してもよい。例えば、トレンチ幅320およびトレンチ深さ322は、単一の通信ライン(例えば、単一ワイヤ導体または単一光ファイバ)のみを保持するように構成されてもよい。他の態様では、トレンチ幅320およびトレンチ深さ322は、複数の通信ラインを保持するように構成されてもよい。例えば、トレンチ幅320およびトレンチ深さ322は、異なる対のワイヤ導体を保持するように構成してもよい。通信ラインは、例えば、30アメリカン・ワイヤゲージ(AWG)から50AWGの間のAWGを有してもよい。通信ラインの直径は、約0.30mm〜約0.01mmであってもよい。
【0053】
単なる一例として、トレンチ幅320は、250μm以下、150μm以下、125μm以下、または100μm以下であってもよい。特定の態様では、トレンチ幅320は、90μm以下、80μm以下、または70μm以下であってもよい。より特定の態様では、トレンチ幅320は、60μm以下、50μm以下、または40μm以下であってもよい。単なる一例として、トレンチ深さ322は、200μm以下、175μm以下、または150μm以下であってもよい。特定の態様では、トレンチ深さ322は、130μm以下、110μm以下、または100μm以下であってもよい。より特定の態様では、トレンチ深さ322は、80μm以下、60μm以下、または40μm以下であってもよい。
【0054】
横方向の中心間間隔324は、1000μm以下、800μm以下、または600μm以下であってもよい。特定の態様では、横方向の中心間間隔324は、500μm以下、400μm以下、または300μm以下であってもよい。上昇させる中心間間隔326は、1000μm以下、800μm以下、または600μm以下であってもよい。特定の態様では、上昇させる中心間間隔326は、500μm以下、400μm以下、または300μm以下であってもよい。より特定の態様では、上昇させる中心間間隔326は、250μm以下、200μm以下、または150μm以下であってもよい。図7および図8に示す態様では、横方向の中心間間隔324は約240μmであり、上昇させる中心間間隔326は約480μmである。
【0055】
図示する態様では、トレンチ302、304は、同一の寸法(例えば、トレンチ深さ322およびトレンチ幅320)および互いに間隔を有する。寸法および間隔は同一である必要はないことを理解されたい。例えば、いくつかのトレンチ302は、32本のAWG通信ラインを受信するように構成されてもよいが、他のトレンチ302は、50本のAWG通信ラインを受信するように構成されてもよい。同様に、横方向の中心間間隔324および上昇させる中心間間隔326は同じである必要はない。
【0056】
図7および図8に示す態様では、トレンチ302、304は、合せ軸191(図1)などの合せ軸(図示せず)に平行に延在し、互いに平行に延在する線形経路(linear paths)を有する。しかしながら、他の態様は、非線形経路および/または互いに平行に延在しない経路を含んでもよいことを理解されたい。例えば、図9は、複数のトレンチ332を含むワーキング層330の上面図を示す。ワーキング層330は、合せ軸338に沿って反対方向に面する合せエッジ334およびローディング・エッジ336を有する。図示するように、トレンチ332は、互いに平行に延在しておらず、合せ軸338と平行ではない。トレンチ332が、合せサイド334からローディング・エッジ336まで延在するため、トレンチ332は、互いから延在するか、または互いから離れて広がってもよい。そのような態様は、コネクタ本体の一方のサイドのアレイの密度を効果的に変化させるために使用されてもよい。例えば、合せエッジ334は、他の合せエッジと共に、第1端子アレイ(図示せず)を有する合せサイド(図示せず)を集合的に形成されてもよい。ローディング・エッジ336は、他のローディング・エッジとともに、第2端子アレイ(図示せず)を有する本体サイド(図示せず)を集合的に形成してもよい。第1端子アレイは、第2端子アレイよりも大きな合せ端子密度を有してもよい。
【0057】
図10Aは、アレイ・コネクタ350の基板層352が互いに重なって積層されているときに、部分的に形成されたアレイ・コネクタ350の斜視図である。図示するように、基板層352の各々は、層本体354および複数の通信ライン356を含む。層本体354は、上記のように、基板層を形成するように共に積層され、処理された1またはそれよりも多いサブ層を含む。層本体354は、トレンチ358および整合ホール(alignment holes)360を含む。トレンチ358は、通信ライン356のセグメントを受ける。整合ホール360は、アセンブリ・ステージ(図示せず)の固定具362を受けるように構成される。整合ホール360および固定具362は、基板層352を互いに整合させる際に協働(cooperate)し得る。上記のように、基材層352を互いに積層するときに基材層352を互いに固定することを容易にするように、1またはそれよりも多い層本体354を接着剤でコーティングしてもよい。最終基板層364は、トレンチ358を有する残りの基板層の頂部に積層されてもよい。
【0058】
図10Bは、本明細書に記載される基板層と類似のまたは同一の特徴を有し得る基板層370の平面図である。基板層370は、合せエッジ372、ローディング・エッジ374およびそれらの間に延在する複数のトレンチまたはチャンネル376を含む。複数の通信ライン378は、対応するトレンチ376内に設けられる。図示のように、通信ライン378は、通信ライン378が対応するトレンチ376を通って延在する場合、中心間間隔380を有している。中心間間隔380は、基材層370全体にわたって均一である。
【0059】
通信ライン378は、ローディング・エッジ374に触れずに通過する。基板層370の外部では、通信ライン378は、結合層(coupling layer)382に固定されている。図示の態様では、結合層382は、接着性の外面384を有するテープのストリップである。通信ライン378は、接着性の外面384へと位置付けられ、接着性の外面384に圧入され、それによって、通信ライン378を結合層382に固定する。通信ライン378は、任意の指定された配置を有してもよい。例えば、通信ライン378は、同一平面上にあり、結合層382全体にわたって図10Bにおける同じ中心間間隔380を有する。他の態様では、結合層382は、通信ライン378を異なる中心間間隔380に保持してもよい。さらに他の態様では、通信ライン378が、結合層382に沿うよりも基板層370に沿って異なる相対位置を有するように、通信ライン378が互いに交差するように位置付けられてもよい。
【0060】
ある態様では、結合層382はテープのストリップであってもよいが、他の態様では結合層382もオーバーモールド(または外側被覆、overmold)であってもよい。例えば、通信ライン378は、モールディング・キャビティ内の互いに指定された位置に保持されてもよい。モールディング可能な材料(例えば、熱可塑性樹脂)をモールディング・キャビティ内に注入し、硬化させてオーバーモールドを形成してもよい。さらに他の態様では、結合層382は複数のサブ層を含んでもよい。例えば、第1サブ層は、ポリイミドなどのベース層を含んでもよい。通信ライン378がベース層へと位置付けられた後、接着剤材料をベース層へと適用(例えば、スプレー)し、硬化させて第2サブ層を形成し、通信ライン378を結合層378に固定する。
【0061】
図示の態様では、結合層382は、通信ライン378の長さの一部のみに沿って延在する長さ(またはサブ長さ)385を有する。ある態様では、1またはそれよりも多い他の結合層(図示せず)が、長さの異なる部分に沿って通信ライン378を固定してもよい。図10Bは、1の単一の基板層370および対応する結合層382のみを示しているが、追加の基板層370は、本明細書で記載するように互いに積層されてもよい。そのような態様では、対応する結合層382を互いに積層してもよい。
【0062】
図10Cは、複数の通信ライン388を有する基板層386の平面図である。図示するように、通信ライン388の第1部分390は、基板層386を通る第1中心間間隔391を有する。通信ライン388の第1部分390は、ローディング・エッジ392に触れずに通過し、第1結合層394に取り付けられる。第1結合層394は、結合層382と同様であってもよい。通信ライン388の第2部分396は、基材層386を通る第2中心間間隔397を有する。図示の態様では、第1中心間間隔391および第2中心間間隔397は等しいが、他の態様では異なっていてもよい。通信ライン388の第2部分396は、ローディング・エッジ392に触れずに通過し、第1結合層394の下方に位置する第2結合層(図示せず)に取り付ける。互いに積層される場合、第1結合層および第2結合層および対応する通信ライン388は、基板層386の厚さまたは高さと同じかまたはそれより小さい厚さまたは高さを有してもよい。図示するように、通信ライン388は、第1中心間間隔391よりも小さく、第2中心間間隔397よりも小さい、結合層394を通る第3の中心間間隔398を有する。しかしながら、通信ライン388は、それらの相対位置を維持する。そのような態様では、通信ライン388は、ケーブルの長さ分伸びるため、断面積が減少することがある。図10Cは、通信ライン388が2つの端点の間に延在する場合に断面積を減少する1の方法を示しているが、他の方法を実施してもよい。
【0063】
図11図13は、異なる製造段階におけるアレイ・コネクタ400の側面断面図を示す。方法200(図3)は、例えば、別の構成要素のアレイに結合するための合せサイドを準備するように、コネクタ本体の合せサイドを210で修正することを含んでもよい。図11図13は、合せサイドを修正する一例を示す。アレイ・コネクタ400は、本明細書で記載するように、複数の積層された基板層401から形成される。図11に示すように、アレイ・コネクタ400は、コネクタ本体402および複数の通信ライン404を含む。アレイ・コネクタ400はまた、対応する基板層401のエッジ面408から形成される合せサイド406を含む。アレイ・コネクタ400は、対応するエッジ面408から離れるように延在する通信ライン404の複数のセグメント突出部(segment projections)410を有する。セグメント突出部410は、対応する基板層401のエッジ面408を越えて離れるか、または突出する通信ライン404の部分を示す。セグメント突出部410は、例えば、配置プロセスの後および/または通信ライン404が切断された後に存在してもよい。
【0064】
各セグメント突出部410は、対応するセグメント突出部410の端面415と対応するエッジ面408との間で測定される長さ414を有する。セグメント突出部410の長さ414は、アレイ・コネクタ400の製造方法における許容範囲(tolerances)により異なってもよい。ある用途では、合せ端子に対して限定された平面性要件を有することが望ましい場合がある。より具体的には、通信ライン404の端面415が共通の長さ414を有することが望ましい場合がある。
【0065】
従って、210において、合せサイドを修正することは、通信ライン404のセグメント突出部410を除去するように、合せサイド406を研磨することを含んでもよい。研磨処理後のアレイ・コネクタ400を図12に示す。研磨処理は、粗い面を合せサイド406にわたって繰り返し動作させる機械的研磨を含んでもよい。機械的研磨に代えて、または機械的研磨に加えて、研磨処理は、化学的改質のような他の形態の表面改質を含んでもよい。
【0066】
研磨処理は、セグメント突出部410(図11)を除去するだけでなく、合せサイド406の側面416が平坦であるようにエッジ面408の小さな部分を除去してもよい。端面415は、側面416と同一平面にある。ある態様では、図12に示すアレイ・コネクタ400は、別の構成要素に結合される前にそれ以上の修正を受けない。そのような態様では、端面415は、アレイ・コネクタ400の対応する合せ端子を形成してもよい。しかしながら、他の態様では、アレイ・コネクタ400は、例えば、伝導性バンプを通信ラインに供すように、少なくとも1つの他の修正処理を受ける。
【0067】
図13は、伝導性バンプ420が通信ライン404に追加された後のアレイ・コネクタ400を示す。伝導性バンプ420は、アレイ・コネクタ400の合せ端子を構成してもよい。特定の態様では、伝導性バンプ420は、例えば、伝導性バンプ420は、はんだディスペンシング、はんだスクリーン印刷、電気めっき、無電解めっき、物理蒸着(PVD)などによって形成してもよい。伝導性バンプ420は、例えば、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、金(Au)、または他の貴金属のうちの少なくとも1つを含んで成ってもよい。伝導性バンプ420は、側面416に対して指定された高さまたは長さ422を達成するように制御された方法で形成されてもよい。
【0068】
例示的な態様では、高さ422は100μm以下であり、±10μmの許容限界(tolerance limit)を有する。しかしながら、高さ422は、異なる許容限界を有する他の値を有してもよい。例えば、高さ422は、200μm以下、150μm以下、または125μm以下であってもよい。特定の態様では、高さ422は、110μm以下、100μm以下、または90μm以下であってもよい。より特定の態様では、高さ422は、80μm以下、70μm以下、60μm以下、または50μm以下であってもよい。許容限界は、高さの±15%以内、高さの±12%以内、高さの±10%以内、または高さの±8%以内であってもよい。
【0069】
図14は、例示的な態様によって形成されたケーブル・アセンブリ450の斜視図であり、図15は、ケーブル・アセンブリ450の合せサイド460の拡大図である。ケーブル・アセンブリ450は、アレイ・コネクタ452およびアレイ・コネクタ452に通信可能に結合されたケーブル・ハーネス454(図14)を含む。アレイ・コネクタ452は、合せ端子462の2 X 64アレイを含む合せサイド460を有する。図15に示すように、合せ端子462は、伝導性バンプ464から形成される。
【0070】
ケーブル・ハーネス454は、複数の通信ライン466(図14)を共にグループ化または束ねるように構成されている。例えば、ケーブル・ハーネス454は、通信ライン466の各々を囲むジャケット456を含む。通信ライン466は、アレイ・コネクタ452の本体サイド(図示せず)を通って突出する。ジャケット456は、押出プロセス、モールディング・プロセスまたはラッピング・プロセスによって通信ライン466を覆って形成してもよい。ラッピング・プロセス中、テープを通信ライン466の束についてらせん状にラップしてもよい。オプションとして、ジャケット466は、通信ライン466を囲むシールド層を含んでもよい。別の態様では、ケーブル・ハーネス454は、複数のジャケット456を含んでもよい。
【0071】
方法200はまた、212(図3)において、合せサイドを別の構成要素に結合することを含んでもよい。より具体的には、端子アレイの合せ端子は、別のアレイの対応する端子と整合されてもよく、ある態様では、合せ端子および対応する端子が直接的に結合されてもよい。図16および図17は、アレイ・コネクタの端子アレイをモジュラー・デバイスのデバイス・アレイに結合するための2つの異なる方法を示す。図16は、合せサイド504を有するアレイ・コネクタ502を含むケーブル・アセンブリ500を有するシステムの一部を概略的に示す。端子アレイ506は、合せサイド504に沿って位置付けられ、合せ端子510の高密度アレイを含んでもよい。例示的な態様では、合せ端子510は、伝導性バンプである。システムはまた、合せ端子518のデバイス・アレイ516を含む取付けサイド(mounting side)514を有するモジュラー・デバイス512を含む。図示する態様では、合せ端子は、取付けサイド514に沿って形成された電気コンタクト(例えば、接触パッド)518である。図示する態様では、電気コンタクト518は、配線(またはトレース、traces)およびビア(vias)を介してモジュラー・デバイス512の他の素子に電気的に結合されてもよい。
【0072】
図示する態様では、デバイス・アレイ516および端子アレイ506は、熱圧フリップ−チップ接合または熱音波フリップ−チップ接合(はんだレス接合とも呼ばれる)によって通信可能に結合される。熱圧フリップ−チップ接合において、アレイ・コネクタ502の合せ端子510は、熱エネルギーおよび力の印加によってモジュラー・デバイス512の合せ端子518に接合される。接合材を軟化させ、拡散接合プロセスを促進させるために、接合温度は比較的高く、例えば300℃であってもよい。熱音波(またははんだレス)フリップ−チップ接合では、超音波エネルギーは、アレイ・コネクタ502を介して接合されるジョイントに伝達される。超音波エネルギーは、接合材を軟化させ、塑性変形しやすくさせてもよい。接合の方法は、検査によって特定する(または確認する、identify)ことができることを理解されたい。例えば、デバイスのSEM画像は、デバイス・アレイおよび端子アレイが熱圧接合または熱音波接合されていることを明らかにし得る。
【0073】
図17は、アレイ・コネクタ520がモジュラー・デバイス522に通信可能に結合された後のシステムの側面概略図である。結合処理の前に、伝導性材524をアレイ・コネクタ520の合せサイド526および/またはモジュラー・デバイス522の取付けサイド528に適用してもよい。伝導性材524は、その中に懸濁および/または分布した伝導性粒子532を有する接着材530を含む異方性伝導性フィルムまたはゲルであってもよい。結合処理中、アレイ・コネクタ520の合せ端子536は、モジュラー・デバイス522の対応する合せ端子540と界接してもよい。より具体的には、合せ端子536は、伝導性材524を介して対応する合せ端子540に電気的に結合されてもよい。図17に示すように、伝導性材524の伝導性粒子532に伝導性ブリッジ538が選択的に形成される。
【0074】
ファイバ端部の端子アレイは、ファイバ端部のデバイス・アレイに通信可能に結合されてもよいことを理解されたい。例えば、2つの光フェルール(optical ferrule)の合せサイドは、それぞれの、光ファイバ端部のアレイまたは光ファイバ端部に結合されたレンズを有してもよい。1つの光フェルールは、本明細書で記載するアレイ・コネクタであってもよい。もう一方の光フェルールは、マルチファイバMTフェルールと同様のものであってもよい。オプションとして、合せサイドは、2つのフェルールを整合させるために互いに係合する物理的整合機構を含んでもよい。合せサイドは、操作中に整合を維持するように互いに操作可能に結合されてもよい。例えば、2つのフェルールは、締結具または接着剤を用いて互いに固定されてもよい。
【0075】
図18は、互いに通信可能に結合されたプローブ・アセンブリ552および制御デバイス554を含む態様に従って形成されたシステム550を示す。図示する態様では、制御デバイス554は、ディスプレイ556を有するポータブルなユーザー・デバイスである。例えば、制御デバイス554は、スマートフォンまたは同様のハンドヘルド通信デバイスであってもよい。他の態様では、制御デバイス554は、タブレット・コンピュータまたはラップトップ・コンピュータであってもよい。さらに他の態様では、制御デバイス554は、ワークステーションなどのより大きな計算システムであってもよい。制御デバイス554(またはコンピューティング・システム)は、プログラム命令を実施するように構成された1またはそれよりも多いプロセッサ(または処理ユニット)を含んでもよい。例えば、制御デバイス554は、プローブ・アセンブリ552によって検出された外部信号に基づくデータ信号を受信し、データ信号を処理し、ユーザにとって有益な情報を生成し得る。制御デバイス554は、データ信号をディスプレイ556上に示される画像に変換し得る。ディスプレイ556は、ユーザがタッチスクリーンを介してシステム550の動作を制御できるように、ユーザ入力を受信するように構成されたタッチスクリーンを含んでもよい。タッチスクリーンの代わりに、またはタッチスクリーンに加えて、制御デバイス554は、ユーザ入力を受けるためのキーボードまたはタッチパッドなどの入力デバイスを含んでもよい。制御デバイス554は、マウスまたは外部キーボードなどの外部入力デバイスに通信可能に結合するように構成されてもよい。ある態様では、制御デバイス554は、プローブ・アセンブリ552のモジュラー・デバイス560からエネルギーを放出するための信号を送信してもよい。
【0076】
例示的な態様では、プローブ・アセンブリ552は、身体(例えば、ヒトまたは動物)に挿入されるように構成されたカテーテルである。例えば、プローブ・アセンブリ552は、リアルタイムの3次元(3D)超音波撮像のために構成されてもよい。超音波は、圧電効果、磁歪および光音響効果を含む多くの異なる方法によって励起させることができる。プローブ・アセンブリ552はまた、組織アブレーション(または切除、もしくは焼灼、ablation)などのデリバリング・セラピー(delivering therapy)のためにエネルギーを放出するように構成されてもよい。図示するように、プローブ・アセンブリ552は、ケーブル・アセンブリ558を含む。ケーブル・アセンブリ558は、本明細書に記載のアレイ・コネクタなどのアレイ・コネクタ(図示せず)およびアレイ・コネクタに通信可能に結合された複数の通信ライン(図示せず)を含んでもよい。
【0077】
プローブ・アセンブリ552は、ケーブル・アセンブリ558を通って制御デバイス554に通信可能に結合されたモジュラー・デバイス560を含んでもよい。特定の態様では、モジュラー・デバイス554は、相補型金属酸化膜半導体(complementary metal-oxide semiconductors、CMOSs)、電荷結合素子(charge-coupled devices、CCDs)などのような固体デバイスを含む。モジュラー・デバイス560は、例えば、患者の体内に挿入するためのサイズにしてもよい。ある態様では、モジュラー・デバイス560は、外部信号を検出または観察するように構成される。図示する態様では、モジュラー・デバイスは、超音波デバイスまたは超音波トランスデューサ560である。例えば、超音波デバイス560は、圧電性マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)または容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)であってもよく、または含んでもよい。他の態様では、モジュラー・デバイス560は、撮像センサ(例えば、CMOS)を含んでもよく、または構成されてもよい。モジュラー・デバイス560は、圧力または温度など、指定された空間内の状態を測定するように構成されてもよい。ある態様では、モジュラー・デバイス560は、組織切除などのセラピーを供するように構成されてもよい。アブレーションは、指定された領域を少なくとも実質的に損傷または破壊する試みにおいて、器官または組織の指定された領域に化学療法または熱療法を直接適用することを指す場合がある。例えば、モジュラー・デバイス560は、高強度集束超音波(high intensity focused ultrasound、HIFU)、高周波(radio-frequency、RF)、マイクロ波、レーザ、または熱制御(例えば、熱切除または凍結切除)によって組織をアブレーションするように構成されてもよい。モジュラー・デバイス560はまた、電気パルスを送ることによって刺激するように構成されてもよい。モジュラー・デバイス560は、ある態様では、検出およびセラピーの両方のために構成されてもよいことを理解されたい。
【0078】
ある態様では、システム500全体を患者の体内に挿入するように構成してもよい。例えば、プローブ・アセンブリ552は、刺激デバイス(例えば、神経刺激デバイスまたはペースメーカ)を含んでもよく、制御デバイス554は、デリバリング・セラピーのためのプローブ・アセンブリ552に、指定された一連の電気パルスを供するように構成されるパルス・ジェネレータであってもよい。モジュラー・デバイス560は、例えば、経皮リードまたはパドルリードであってもよい。制御デバイス554およびプローブ・アセンブリ552は、患者の体内に埋め込まれてもよい。
【0079】
しかしながら、プローブ・アセンブリ552は、医療用途以外の目的のために使用されてもよい。例えば、モジュラー・デバイス560は、外部信号を検出し、外部信号を制御デバイス554に直接的または間接的に通信する画像センサ(例えば、CMOS)または他のタイプの検出器/変換器を含んでもよい。
【0080】
図19は、一態様によるプローブ・アセンブリ600の遠位端の斜視図である。プローブ・アセンブリ600は、プローブ・アセンブリ552(図18)と類似または同一であってもよい。プローブ・アセンブリ600は、ケーブル604に結合されたプローブ本体602を含む。プローブ本体602は、内部構成要素が見えるように破線で示されている。プローブ本体602は、プローブ本体602の内部に設けられたモジュラー・デバイス606を囲んでもよく、または包封(またはカプセル化、encapsulate)してもよい。図示するように、モジュラー・デバイスは、素子610のアレイ608を含むPMUTまたはCMUTなどの超音波デバイス606である。アレイ608は、従来の超音波デバイスによって組み込まれた圧電素子のアレイと同様であってもよい。アレイ608は、素子610の高密度アレイであってもよい。例えば、アレイ608は、約1000素子/cmを有してもよい。素子610は、デバイス・アレイ516(図16)のような電気コンタクト(図示せず)のデバイス・アレイに通信可能に結合されている。
【0081】
素子610のアレイ608は、外部信号、より具体的には、患者の体内の領域などの関心領域(ROI)内からの超音波信号を検出するように構成されている。特定の態様では、ROIは血管内、より具体的には心臓血管内にある。モジュラー・デバイス606は、超音波信号に基づくデータ信号をコンピューティング・システムに通信するように構成される。データ信号は、検出された超音波信号と同一であってもよいし、モジュラー・デバイス606によって所定の方法で処理されてもよい。この目的のために、モジュラー・デバイス606は、本明細書に記載されるケーブル・アセンブリと類似または同一である、ケーブル・アセンブリ612に通信可能に結合される。例えば、ケーブル・アセンブリ612は、アレイ・コネクタ(図示せず)およびアレイ・コネクタに結合されたワイヤ導体(図示せず)を含んでもよい。アレイ・コネクタはモジュラー・デバイス606と通信可能なように結合される。代替の態様では、素子610は、他の外部信号を検出するように構成された素子および/またはエネルギーを放出するように構成された素子と置き換えることができる。例えば、素子610は、無線周波数(RF)エネルギーを指定された組織に送るための電極を含んでもよい。他の態様では、素子610は、電気パルスを指定された組織に印加するように構成された電極であってもよい。他の態様では、素子610は、HIFUを指定された組織に送るように構成される。
【0082】
デバイス・アレイ(図示せず)およびアレイ608に加えて、モジュラー・デバイス606は、他の構成要素を含んでもよい。例えば、モジュラー・デバイス606は、アレイ608から受信されるデータ信号を処理するように構成された回路および/または制御デバイスから受信されるデータ信号を処理するように構成された回路を含んでもよい。ある態様では、モジュラー・デバイス606は、ある信号形式(例えば光学式)と別の信号形式(例えば電気式)との間で信号を変換する信号変換器(または光学エンジン)を含んでもよい。信号変換器は、例えば、TE Connectivityによって開発され、Coolbitの商標で販売されているエンジンと同様であってもよい。従って、モジュラー・デバイス606は、(a)ケーブル・アセンブリから光信号および/または電気信号を受信するように、または(b)光信号および/または電気信号をケーブル・アセンブリに供するように構成されてもよい。
【0083】
図20および図21は、異なる組立段階におけるプローブ・アセンブリ650を示す。図20は、アレイ・コネクタ654およびアレイ・コネクタ654に結合された通信ライン656の束を有するケーブル・アセンブリ652の斜視図である。通信ライン656は、円形の断面を有するジャケット658によって共に囲まれ、グループ化される。他の態様では、ジャケット658は異なる断面寸法を有してもよい。例えば、ジャケット658はリボン形状を有してもよい。
【0084】
アレイ・コネクタ654は、本明細書に記載のアレイ・コネクタと類似または同一であってもよい。例えば、アレイ・コネクタ654は、合せサイド662およびローディング・サイド664を有するコネクタ本体660を含む。通信ライン656は、ローディング・サイド664を通って合せサイド662に向かって延在する。通信ライン656は、コネクタ本体660を通って形成されたチャンネルに沿って延在してもよい。通信ライン656は、ワイヤ導体もしくは光ファイバ(図示せず)の端面が合せサイド662に沿って露出するように、または伝導性バンプもしくはレンズ(図示せず)が、合せサイド662に沿った端面と整合するように、合せサイド662に沿ってアレイを形成してもよい。
【0085】
図示する態様では、ローディング・サイド664および合せサイド662は反対方向に面している。しかしながら、他の態様では、ローディング・サイド664および合せサイド662は、例えば互いに直交する異なる方向に面してもよい。そのような態様では、コネクタ本体660は、非線形なチャンネルを含んでもよい。光ファイバを有する態様では、光ファイバを曲げることで、光信号を通信するための曲げ半径を満たしてもよい。
【0086】
アレイ・コネクタ654は、モジュラー・デバイス670に通信可能に結合されるように構成される。モジュラー・デバイス670は、取付けサイド672およびアクティブ・サイド(active side)674を含む。モジュラー・デバイス670は、例えば、半導体または集積回路製造技術またはマイクロエレクトロメカニカル・システム(microelectromechanical systems、MEMS)製造技術を用いて製造されてもよい。モジュラー・デバイス670は、例えば、上記の減ずるプロセスまたは追加プロセスを使用して製造してもよい。アクティブ・サイド674は、外部信号を検出するように構成された素子のアレイ(図示せず)および/またはそこからエネルギーを放出する素子のアレイを含む。素子のアレイは、取付けサイド672に沿って位置付けられたデバイス・アレイ676に(例えば、ビア、伝導性トレース、光ファイバなどを介して)通信可能に結合される。デバイス・アレイ676は、端子アレイ678を含む。ある態様では、アレイ端子は電気コンタクト678を含む。電気コンタクト678は、例えば、取付けサイド672と実質的に同一平面上に位置付けられた接触パッドまたは取付けサイド672から離れて突出するフレキシブルな(または可撓性の、flexible)接触ビーム(beams)であってもよい。ある態様では、アレイ端子は、対応する光ファイバ端部と整合するために、取付けサイド672に沿って露出された光ファイバ端部678を含む。ある態様では、デバイス・アレイ676は、電気コンタクトおよび光ファイバ端部の両方を含む。デバイス・アレイ676は、アレイ・コネクタ670の合せサイド662に沿ってアレイ(図示せず)と一致するように構成される。
【0087】
図21は、モジュラー・デバイス670に取り付けられたアレイ・コネクタ654を示す。アレイ・コネクタ654およびモジュラー・デバイス670は、例えば、本明細書に記載の接合プロセスを使用して、互いに機械的および通信可能に結合されてもよい。他の態様では、アレイ・コネクタ654およびモジュラー・デバイス670は、合せサイド662と取付けサイド672との間に材料を設けることなく、互いに固定される。例えば、ファスナー(または留め具、fastener)は、アレイ・コネクタ654およびモジュラー・デバイス670を互いに対して固定位置に保持するように使用されてもよい。また、図21に示すように、ジャケット658は、シース682によって形成された通路680を通って延在してもよい。患者の体内に挿入される態様の場合、シース682は、所望の用途に認可された任意の適切な材料を含んで成ってもよい。図示されていないが、プローブ・アセンブリ650はまた、シース682に結合されたプローブ本体を含んでもよい。プローブ本体は、モジュラー・デバイス670およびアレイ・コネクタ654を囲み、保護し得る。プローブ本体は、シース682の端部に結合されたキャップと同様であってもよい。
【0088】
図22は、一態様に従って形成されたアレイ・コネクタ700の合せサイド702の平面図である。アレイ・コネクタ700は、アレイ・コネクタ100(図1)または本明細書に記載の他のアレイ・コネクタと同様であってもよい。例えば、アレイ・コネクタ700は、横並びで積層された複数の基板層704を含むコネクタ本体701を有する。基板層704は、複数の界面706を形成し、各界面706は、隣接する基板層704の間に規定される。隣接する基板層704は、対応する通信ライン708を受けるようにその間にチャンネルを形成するような形状である。通信ライン708は、合せサイド702に沿ってアレイを形成し得る端面を有する。あるいは、端面は、通信ラインの伝導性バンプまたはレンズに結合されてもよい。
【0089】
また、コネクタ本体701は、それを通るワーキング通路(working passage)またはチャンネル710を有してもよい。ワーキング通路710は、例えばモジュラー・デバイス(図示せず)の対応する通路と位置合わせされてもよい。ワーキング通路710およびモジュラー・デバイスのオプションとしての通路は、器具またはツールを受けるためのサイズおよび形状にしてもよい。例えば、ワーキング通路710およびデバイス通路は、チューブ712を受けるようなサイズおよび形状にしてもよい。流体は、例えばデブリ(または破片、debris)を除去するためにチューブ712を通って導かれてもよい。他の態様では、モジュラー・デバイスは、フレキシブルな容器またはブラダ内に設けられてもよい。チューブ712は、モジュラー・デバイスのアレイに沿って流体を供してもよい。
【0090】
図23は、一態様に従って形成されたアレイ・コネクタ720の合せサイド722の平面図である。アレイ・コネクタ720は、アレイ・コネクタ100(図1)または本明細書に記載の他のアレイ・コネクタと同様であってもよい。例えば、アレイ・コネクタ720は、横並びで積層された基板層724〜730の複数を含むコネクタ本体721を有する。基板層724〜730は、複数の界面732を形成し、各界面732は隣接する基板層724〜730の間に規定される。隣接する基板層724〜730は、それらの間にチャンネルを形成し、チャンネルは、対応する通信ライン734を受ける。通信ライン734は、合せサイド722に沿ってアレイ736を形成することができる端面を有する。あるいは、端面は、アレイ730を形成する通信ラインの伝導性バンプまたはレンズに結合されてもよい。また、アレイ・コネクタ720は、そこを通るワーキング通路740を含む。ワーキング通路740は、器具またはツールを受けるように構成されてもよい。あるいは、ワーキング通路740は、アレイ・コネクタ720を他の構成要素に結合するのを容易にするような形状にしてもよい。
【0091】
図23は、様々なアレイ736が形成され得ることを示す。図示のように、アレイ・コネクタ720の基板層724〜730は、様々な厚さを有する。例えば、基板層725および726は、実質的に平面であり、ワーキング通路740を規定する部分を除いて、実質的に等しい厚さを有する。基板層727は、他の基板層の厚さよりも小さい、実質的に均一な厚さを有する。基材層728は、2つの異なる厚さを有する非平面の本体を有する。そのような態様では、界面732は非平面輪郭を有してもよい。例えば、隣接する基板層728および729の間の界面732は、垂直断面によって接合された2つの水平断面を含む。複数の通信ライン734が水平セクションに沿って設けられ、1つの通信ライン734が垂直セクションに沿って設けられる。図23は、水平断面および垂直断面を有する界面732を示しているが、非直交断面もまた形成され得ることを理解されたい。例えば、傾斜セクションは、基板層728および729の間の界面732の2つの水平セクションの間に延在してもよい。
【0092】
図示の態様では、各通信ラインは、単一の通信経路のみを有する。しかしながら、他の態様では、通信ラインは、複数の通信経路を含んでもよい。あるいは、チャンネルは、2またはそれよりも多い通信ラインを受けるようなサイズおよび形状にすることができる。例えば、通信ラインは、2つのワイヤ導体が共通ジャケットを通って互いに平行に延在する2軸の通信ラインを含んでもよい。別の例として、通信ラインは同軸ラインを含んでもよい。
【0093】
図24〜27は、モジュラー・デバイスに沿ってアレイを形成し得る例示的な素子を供する。例えば、図24は、例えば印刷回路754を介して通信経路752に電気的に結合された電極750を示している。図25は、圧電超音波素子(piezoelectric ultrasonic element)760を示す。素子760は、高導電率電極層764および766の間に挟まれた圧電材762を含み、例えば、素子760は、金または白金を含んでもよい。電極層766は、支持層(またはバッキング層、backing layer)768によって支持される。電極層764、766は、それぞれ導体770、772に電気的に結合される。
【0094】
図26は、キャビティ778にわたって設けられた金属化された吊られた膜(metallized suspended membrane)776(例えば、窒化シリコン(Si))を含むCMUT素子774を示す。CMUT素子774はまた、剛性基板(rigid substrate)780を含む。DC電圧が2つの電極782および784の間で印加される場合、膜776は偏向され、静電力によって基板に向かって引き付けられる。膜776の剛性によって引き起こされる機械的復元力は、引力に抵抗する。結果として、AC電圧入力を有する膜776の振動から超音波を発生させることができる。
【0095】
図27は、電極層788および790の間に挟まれた膜786を含むPMUT素子784を示している。PMUT素子784における膜786の偏向は、膜786の圧電効果から生じる横方向の歪みによって引き起こされる。膜786は、少なくとも1つの圧電層792および受動弾性層(passive elastic layer)794を含む。動作中、PMUTの共振周波数は、圧電層792の厚さに直接依存しない。代わりに、屈曲モード共振周波数は、膜の形状、寸法、境界条件、固有応力および機械的剛性に密接に関連する。図25図27の素子は、Qiuら、「統合センシング、作動およびイメージングのための圧電性マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)アレイ、センサ(2015)」に記載されており、図25〜27の素子を理解するために、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0096】
一態様では、合せサイドを有するコネクタ本体を含むアレイ・コネクタが供される。コネクタ本体は、横並びで積層され、合せサイドを形成するそれぞれの合せエッジを有する複数の基板層を含む。基板層は複数の界面を形成し、各界面は隣接する基板層の間に規定される。各界面の隣接する基板層は、複数のチャンネルを形成するような形状である。アレイ・コネクタはまた、コネクタ本体の対応するチャンネル内に設けられる通信ラインを含み、通信ラインは界面に沿って延在する。通信ラインは、ワイヤ導体または光ファイバの少なくとも1つである。通信ラインは、合せサイドに近接して位置付けられ、少なくとも2次元の端子アレイを形成するそれぞれの合せ端子を有する。
【0097】
一態様では、アレイ・コネクタの製造方法が供される。この方法は、(a)ワーキング層に沿ってトレンチを形成することを含む。ワーキング層は、合せエッジ、ローディング・エッジおよびそれらの間に延びる層サイドを含む。トレンチは、層サイドに開いて、合せエッジおよびローディング・エッジを通って延在する。この方法はまた、(b)トレンチ内に通信ラインを設けて、それによって基板層を形成することを含む。通信ラインは、合せエッジに近接して位置付けられ、ローディング・エッジに少なくとも近接して延在するそれぞれの合せ端子を有する。この方法はまた、少なくとももう1つの基板層を形成するために(a)および(b)を繰り返すこと、ならびに(d)基板層を横並びで積み重ねることを含む。基板層の合せエッジは、集合的に合せサイド104を形成し、合せ端子は、少なくとも2次元の端子アレイを形成する。
【0098】
一態様では、(a)ワーキング層に沿ってトレンチを形成することを含むアレイ・コネクタの製造方法が供される。ワーキング層は、合せエッジ、ローディング・エッジおよびこれらの間に延在する対向する第1層サイドおよび第2層サイドを含む。トレンチは、第1層サイドおよび第2層サイドに開き、合せエッジおよびローディング・エッジを通って延在する。この方法はまた、(b)トレンチ内に通信ラインを設け、それによって基板層を形成することを含む。通信ラインは、合せエッジに近接して位置付けられ、ローディング・エッジに少なくとも近接して延在するそれぞれの合せ端子を有する。合せ端子は、少なくとも2次元の端子アレイを形成する。この方法はまた、(c)基板層の第1層サイドへと別のワーキング層を積層することを含む。第1層サイドのトレンチはチャンネルになり、他のワーキング層はカバー層またはトレンチを有する別の基板層である。
【0099】
上記記載は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。例えば、上記態様(および/またはその実施形態)は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、その範囲から逸脱することなく、種々の態様の教示に特定の状況または材料を適合させるために、多くの変更を行うことができる。本明細書に記載された寸法、材料のタイプ、様々な構成要素の向き、および様々な構成要素の数および位置は、特定の態様のパラメータを定義することを意図しており、決して限定するものではなく、単なる例示的な態様である。特許請求の範囲の主旨および範囲内の他の多くの態様および改変は、上記記載を検討することにより当業者には明らかであろう。従って、特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられている等価物の全範囲に沿って決定されるべきである。
【0100】
本明細書中で使用される場合、「例示的な態様において(in an exemplary embodiment)」などの語は、記載された態様が単なる一例に過ぎないことを意味する。この語句は、本発明の対象をその態様に限定するものではない。本発明の対象の他の態様は、列挙された特徴または構造を含まなくてもよい。添付の特許請求の範囲において、用語「含む(including)」および「それにおいて(in which)」は、それぞれの用語「有して成る、または含んで成る(comprising)」および「それにおいて(wherein)」の平易な英語の等価物として使用される。その上、以下の特許請求の範囲において、用語「第1(first)」、「第2(second)」および「第3(third)」等は単にラベルとして用いられ、それらの対象に数値的な要件を課すことを意図しない。さらに、以下の特許請求の範囲の制限は、ミーンズ・プラス・ファンクションの形式で書かれたものではなく、そのような特許請求の範囲の制限が、明示的に「ミーンズ(または手段、means for)」の後に続く構造の無効な機能に関する記載を使用する場合を除き、米国特許法第112条(f)項に基づいて解釈されることを意図するものではない。
(関連出願の相互参照)
【0101】
本出願は、本出願と同日に出願され、「アレイ・コネクタおよびその製造方法」と題される、米国特許出願第14/837,895号に記載されている対象と同様の対象を含み、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
図1
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