特表 2022-521306 集積回路付きの高密度超音波マトリックスアレイトランスデューサとして動作するインターフェース用フレキシブルプリント回路基板デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-06

(54)【発明の名称】集積回路付きの高密度超音波マトリックスアレイトランスデューサとして動作するインターフェース用フレキシブルプリント回路基板デバイス

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20220330BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20220330BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20220330BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 B

H05K1/03 670

B06B1/06 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021549345

(86)(22)【出願日】2020-02-21

(85)【翻訳文提出日】2021-10-15

(86)【国際出願番号】 IB2020051481

(87)【国際公開番号】W WO2020170210

(87)【国際公開日】2020-08-27

(31)【優先権主張番号】62/809,193

(32)【優先日】2019-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518312493

【氏名又は名称】ヴァーモン エス．エー．

【氏名又は名称原語表記】ＶＥＲＭＯＮ Ｓ．Ａ．

【住所又は居所原語表記】１８０ Ｒｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｎａｕｌｔ， ＢＰ ３８１３， Ｆ－３７０３８ Ｔｏｕｒｓ Ｃｅｄｅｘ １， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100065248

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100159385

【弁理士】

【氏名又は名称】甲斐 伸二

(74)【代理人】

【識別番号】100163407

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 裕輔

(74)【代理人】

【識別番号】100166936

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100174883

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 雅己

(74)【代理人】

【識別番号】100189429

【弁理士】

【氏名又は名称】保田 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100213849

【弁理士】

【氏名又は名称】澄川 広司

(72)【発明者】

【氏名】フェリン，ギヨーム

(72)【発明者】

【氏名】ヴィンス，フィリップ

【テーマコード（参考）】

5D107

5E338

【Ｆターム（参考）】

5D107BB07

5D107CC01

5D107CD01

5E338AA05

5E338AA12

5E338BB52

5E338BB56

5E338BB75

5E338CD02

5E338CD33

5E338EE22

(57)【要約】

中央部と、前記中央部から延びる１以上のタブとを含むフレキシブルプリント回路基板。１以上のタブは、前記中央部に対して折り畳み可能である。複数のパッドは、中央部に配置されており、トランスデューサと電気的に接続するように構成されている。ランドが、１以上のタブに配置されており、電気配線が複数のパッドとランドを接続する。電子回路アセンブリの製造方法は、複数の中央部を有するフレキシブルプリント回路基板を提供すること、隣接する中央部が垂直に積層され、かつ、隣接する中央部のパッドが電気的に接続されるように基板を折り畳むことを含む。基板を折り畳む前に、トランスデューサが複数のパッドに付けられ、１以上の電気部品がランドに付けられてもよい。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央部と、
前記中央部から延び前記中央部に対して折り畳み可能な１以上のタブと、
前記中央部に配置されてトランスデューサに電気的に接続するように構成された複数のパッドと、
１以上の前記タブに配置されたランドと、
前記複数のパッドと前記ランドをつなぐ電気配線と、
を備えるフレキシブルプリント回路基板。

【請求項2】

前記ランドに付けられたコネクタをさらに備え、
前記コネクタは、画像機器と電子的に通信するように構成されている請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項3】

前記ランドに付けられた集積回路をさらに備え、
前記集積回路は、前記トランスデューサの１以上の要素を制御するように構成されている請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項4】

前記１以上のタブは、前記中央部の周縁から延びている請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項5】

前記中央部の前記複数のパッドと反対側に位置し、別のフレキシブルプリント回路基板に電気的に接続するように構成された複数の第２面パッドと、
中央部の中に延びる複数のビアであってそれぞれが前記複数のパッドの１つと前記複数の第２面パッドの１つとを電気的に接続するビアと
をさらに備える請求項１のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項6】

前記１以上のタブが、タブの中に延びるアライメント孔を規定する請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項7】

複数の中央部と、隣接する中央部と中央部の間に延びるヒンジ部とを含み、各ヒンジ部はそのヒンジ部でフレキシブルプリント回路基板を折り畳む際に、隣接する中央部が垂直に積み重なるように折り畳み可能である請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項8】

前記ヒンジ部は、そのヒンジ部の中に延びるアライメント孔を規定する請求項５に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項9】

前記フレキシブルプリント回路基板は、複数の中央部を含み、前記１以上のタブは、隣接する中央部と中央部の間に延び、前記１以上のタブの各々は、前記フレキシブルプリント回路基板をタブのところで折り畳む際に、隣接する中央部が同一平面内で互いに間近に隣接して配置されるように折り畳み可能であり、
隣接する中央部の前記パッドが集合的に高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサに接続されている請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項10】

前記複数のパッドは、略２０μｍから略５００μｍのピッチを有する請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項11】

少なくとも１０２４個のパッドが中央部内に配置されている請求項１に記載のフレキシブルプリント回路基板。

【請求項12】

第１面および前記第１面と反対側の第２面を有する柔軟な折り畳み式の基板であって、
複数の中央部と、
隣接する中央部と中央部の間に延びるヒンジ部と、
それぞれの中央部から延びる１以上のタブと、
前記基板の第１面および前記基板の第２面に配置された複数のパッドであって、それぞれが前記基板の前記複数の中央部のうちの１つに配置されているパッドと、
前記基板の中に延び、前記基板の第１面上の複数のパッドの１つを前記基板の第２面上の複数のパッドの１つと電気的に接続するビアと、
前記基板の第１面に配置される複数のランドであって、それぞれが前記基板の前記１以上のタブの中に配置されるランドと、
前記複数のパッドと前記ランドとをつなぐ電気配線とを含む基板を提供するステップと、
隣接する中央部と中央部が垂直に積層され、隣接する中央部の前記パッドが電気的に接続されるように各ヒンジ部で基板を折り畳むステップと、
各タブを前記中央部に対して折り畳むステップと、
を備える電子回路アセンブリの製造方法。

【請求項13】

前記基板が各ヒンジ部で折り畳まれた後に、トランスデューサが最上の中央部に付けられるように、前記基板の第１面に配置された複数のパッドに前記トランスデューサを付けるステップを含さらに備える請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記基板を折り畳む前に、前記トランスデューサが複数のパッドに付けられる請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記トランスデューサを付けるステップが、高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサの各要素を、前記最上の中央部に位置する前記基板の第１面に配置された複数のパッドの対応する１つに電気的に接続することを含む請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

１以上の集積回路を前記ランドに付けるステップをさらに備える請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記１以上の集積回路が、前記基板を折り畳む前にランドに付けられる請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記ヒンジ部が、前記基板の中に延びるアライメント孔を規定し、
各ヒンジ部で前記基板を折り畳むステップが、各アライメント孔の位置を整列させることを含む請求項１２に記載の方法。

【請求項19】

前記１以上のタブが、前記基板の中に延びるアライメント孔を規定し、
各タブを折り畳むステップが、各アライメント孔を整列させることを含む請求項１２に記載の方法。

【請求項20】

前記基板を折り畳む前に導電性接続材料を前記パッドに塗布するステップをさらに備える請求項１２に記載の方法。

【請求項21】

前記導電性接続材料がハンダであり、ハンダをリフローさせるために柔軟な折り畳み基板を加熱するステップをさらに備える請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記導電性接続材料が異方性導電性フィルムであり、垂直に積層された中央部に圧力を加えるステップをさらに備える請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

隣接する中央部の前記パッドが電気的に接続された後に、前記中央部から前記ヒンジ部を切り離すステップをさらに備える請求項１２に記載の方法。

【請求項24】

高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサと、
第１面および前記第１面の反対側の第２面を有し、中央部およびその中央部から延びる１以上のタブを含み、前記中央部に対して折り畳み可能な基板と、
前記基板の第１面に配置された複数の第１面パッドであってそれぞれが前記基板の中央部に配置された第１面パッドと、
前記基板の第２面に配置された複数の第２面パッドであってそれぞれが前記基板の中央部に配置された複数の第２面パッドと、
複数のビアであってそれぞれが複数の第１面パッドの１つと複数の第２面パッドの１つを電気的に接続するビアと、
基板の第１面に配置された複数のランドであってそれぞれが基板の１以上のタブの１つに配置されているランドと、
前記ランドを、複数の第１面パッドの１以上、複数の第２面パッドの１以上、または複数の第１面パッドの１以上および複数の第２面パッドの１以上の両方に電気的に接続する複数の電気配線とをそれぞれが含む複数の積層回路基板と、
前記複数の積層回路基板の少なくとも１つのランドに付けられた１以上の集積回路と、を備え、
上側の回路基板の複数の第１面パッドが、高密度超音波マトリックスアレイトランスデューサの１つのトランスデューサにそれぞれ電気的に接続されており、
前記複数の積層回路基板が前記複数の第１面パッドおよび前記複数の第２面パッドを介して電気的に接続されることにより、前記高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサの各トランスデューサが前記１以上の集積回路の少なくとも１つに電気的に接続される超音波プローブ。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

この出願は、２０１９年２月２２日に出願された米国仮出願第６２／８０９，１９３号の利益を主張するものであり、その開示内容全体がこの参照によりこの明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

現在開示されている主題は、医療画像および治療および超音波非破壊検査（ＮＤＴ）分野において、ケーブル数の削減、システムの簡素化、およびデジタルシステムのために組込み集積回路（ＩＣ）付の超音波マトリックスアレイトランスデューサに関する。

【背景技術】

【0003】

現在の超音波マトリクスアレイは、体積測定のイメージングを実現するために、数千個の非常に小さな個別素子が使用されている。これらの素子はそれぞれ、電子回路（例えば、アナログフロントエンド（ＡＦＥ））によってアナログ的に駆動される必要がある。しかし、このような超音波マトリクスアレイのイメージングシステムは、あまりにも高価であり、システムが複雑すぎるといえる。さらに、そのようなシステムのためのケーブル配線は、数千本のワイヤーを必要とするため、実用化するには大きすぎ、重すぎる。

【0004】

そのため、イメージングシステムのメーカーは、独立した電子回路のチャネル数を減らすためのいくつかの戦略を開発した。幾つかの戦略は、マイクロビーム形成、時間領域多重化、多重化などを含むものである。これらの戦略は、１：９から１：６４、あるいはそれ以上の削減率を示す。これらの技術はすべて、アクティブな超音波マトリックス・アレイの近く（例えば、超音波マトリックス・アレイを収容するプローブ内）にＩＣを集積することに依存している。超音波マトリクスアレイは、大量の圧電部品、または容量性または圧電性のシリコンベースのマイクロマシン化されたトランスデューサ（ＣＭＵＴまたはＰＭＵＴ）のいずれかである。接続数や独立したチャンネル数を劇的に減らすためには、１以上のＩＣが必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

既存の解決法の１つは、１以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を互いに取り付け、ワイヤーボンディング技術で接続し、最終的に音響モジュールを最上位のＩＣにフリップチップ実装するといった垂直構造を用いて、マトリックストランスデューサにＩＣを直接取り付ける手法に基づくものである。この相互接続モジュールは、ＩＣが音響モジュールと同じ占有面積を必要とせず、また同じ素子配置を必要としないので、いくつかの利点をもたらす。そのため、プローブの配列ごとにＡＳＩＣを開発することを要さずに、１つまたは数個のＩＣが使用できる。しかし、現在の技術では、何層もの導体トラックを追加しない限り微細ピッチ（２００μｍ以下）での接続や大きなアレイ（６０×６０以上）の接続ができないために、その類のプリント回路の柔軟性が大幅に低下するという制限がある。この第１の戦略については、トランスデューサ（すなわち音響モジュール）の構成（すなわち素子の配列とピッチ）ごとに、異なる特定のＩＣが必要になることに留意されたい。このＩＣの開発には非常にコストがかかり、全く再構成が不可能である。

【0006】

別の既存の解決法は、折り畳み可能で柔軟性のあるプリント回路または音響モジュールの各要素と遠ざけられたＩＣとを仲立ちする硬質のインターポーザーなどの相互接続モジュールを使用するものである。ただし、この第２の解決法は、やはり垂直統合である。この第２の戦略のインターポーザーについては、インターポーザーの材料を挿入することで前記構成可能性の問題の解決を試みている面もあるが、相互接続モジュール複雑さが代償になる。

【0007】

最後に、屈曲の限界を克服するために、複数の音響モジュールを並べて組み立てるモジュラーアプローチを提案しているチームもある。システム全体は機械的に整列させられるが、並進や回転の際に素子の位置が不確定になる可能性があり、ビーム形成に関しては受け入れられない。これは水平方向の統合であるがアドレス可能なエレメントの数が少なく、通常のピッチであれば機能する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

現在開示されている主題は、医療画像および治療、超音波非破壊検査（ＮＤＴ）分野において、ケーブル数の削減、システムの簡素化、およびデジタルシステムのための組込み集積回路（ＩＣ）付きの超音波マトリックスアレイトランスデューサに関する。

【0009】

この発明のある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、中央部と、その中央部から延びる１以上のタブとを含む。１以上のタブは、中央部に対して折り畳み可能である。いくつかの実施形態によれば、１以上のタブは、中央部の周縁部から延びている。複数のパッドが中央部内に配置されており、その複数のパッドは、トランスデューサに電気的に接続するように構成されている。ランドが、前記１以上のタブのうち少なくとも１つのタブ内に配置されており、電気配線が、複数のパッドとランドとを接続している。

【0010】

ある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、ランドに付けられたコネクタをさらに含む。コネクタは、例えば、画像処理装置、ディスプレイ、ユーザーコントロールなどを備えた外部システムを含む画像処理装置と電子的に通信するように構成されている。

【0011】

ある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、ランドに付けられた集積回路をさらに含む。集積回路は、トランスデューサの１以上の要素を制御するように構成されている。したがって、集積回路を含むことで、外部システムとの接続数が大幅に減少する。

【0012】

ある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、中央部で複数のパッドと反対側の表面に位置する複数の第２面パッドをさらに含み、複数の第２面パッドは別のフレキシブルプリント回路基板に電気的に接続するように構成されている。複数のビアが中央部をの中に延び、各ビアは、複数のパッドの１つと複数の第２面パッドの１つとを電気的に接続している。すなわち、ビアは、第１面のパッド（すなわち第１面パッド）と第２面のパッド（すなわち第２面パッド）とを接続する。

【0013】

フレキシブルプリント回路のある実施形態において、１以上のタブが、タブの中に延びるアライメント孔を規定する。

【0014】

ある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、複数の中央部と、隣接する中央部の間に延びるヒンジ部とを含む。本実施形態によれば、各ヒンジ部は、ヒンジ部でフレキシブルプリント回路基板を折り畳む際に、隣接する中央部が垂直に積み重なるように、折り畳み可能である。ヒンジ部を含むフレキシブルプリント回路のある実施形態において、ヒンジ部は、ヒンジ部の中に延びるアライメント孔を規定する。ヒンジ部内で規定されたアライメント孔は、中央部の適切な整列を確保するために用いられる。

【0015】

ある実施形態において、フレキシブルプリント回路基板は、複数の中央部を含み、１以上のタブは、隣接する中央部の間に延びている。本実施形態によれば、１以上のタブのそれぞれは、タブの箇所でフレキシブルプリント回路基板を折り畳む際に、隣接する中央部が同一平面内でお互いにすぐ隣に配置されるように、折り畳み可能である。隣接する中央部の前記パッドは、高密度超音波マトリックスアレイトランスデューサにまとめて接続される。

【0016】

フレキシブルプリント回路のある実施形態では、複数のパッドが、約２０μｍから約５００μｍのピッチを有している。

【0017】

フレキシブルプリント回路のある実施形態では、少なくとも１０２４個のパッドが中央部に配置されている。

【0018】

この発明の異なる実施形態において、超音波プローブは、高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサと、複数の積層回路基板とを含む。各回路基板は、第１面および第１面と反対側の第２面を有する基板を含む。基板は、中央部と、中央部から延びる１以上のタブとを含み、１以上のタブは中央部に対して折り畳み可能である。複数の第１面パッドが基板の第１面上に配置され、各第１面パッドは基板の中央部内に位置する。複数の第２面パッドは、基板の第２面上に配置され、各第２面パッドは基板の中央部内に配置される。各ビアは、複数の第１面パッドの１つと複数の第２面パッドの１つとを電気的に接続し、基板の中に延びている。ランドは、基板の第１面に配置されており、各ランドは、基板の１以上のタブの中に配置されている。電気配線が、ランドを複数の第１面パッドの１以上と接続するか、複数の第２面パッドの１以上と接続するか、あるいは複数の第１面パッドと複数の第２面パッドの両方を電気的に接続する。１以上の集積回路もまた、複数の積層回路基板のうち少なくとも１つのランドに付けられている。上部回路基板の複数の第１面パッドは、それぞれ高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサの１つのトランスデューサに電気的に接続されており、複数の積層回路基板は、高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサの各トランスデューサが１以上の集積回路の少なくとも１つに電気的に接続されるように、複数の第１面パッドおよび複数の第２面パッドを介して電気的に接続されている。

【0019】

この発明は、電子回路アセンブリを製造する方法にも向けられている。前記方法のいくつかの例示的な実装では、まず第１面および第１面と反対側の第２面を有する可撓性折り畳み基板が提供される。基板は、複数の中央部と、隣接する中央部の間に延在するヒンジ部と、中央部のそれぞれから延在する１以上のタブとを含む。複数のパッドは、基板の第１面および基板の第２面に配置され、各パッドは、基板の複数の中央部の１つ内に配置されている。複数のビアが基板の中に延びており、基板の第１面上の複数のパッドのうちの１つと、基板の第２面上の複数のパッドのうちの１つとを電気的に接続している。ランドは基板の第１面に配置されており、各ランドは基板の１以上のタブのうちの１つに配置されている。電気配線は、複数のパッドとランドを接続する。前記方法のいくつかの例示的な実施態様によれば、基板は、隣接する中央部が垂直に積層され、隣接する中央部のパッドが電気的に接続されるように、各ヒンジ部で折り畳まれる。各タブも中央部に対して折り畳まれる。

【0020】

前記方法のいくつかの例示的な実施態様によれば、トランスデューサも、基板が各ヒンジ部で折り畳まれた後にトランスデューサが最上部の中央部に付けられるように、基板の第１面に配置された複数のパッドに付けられる。いくつかの例示的な実施態様によれば、トランスデューサは、基板を折り畳む前に複数のパッドに付けられる。ある具体的な実施態様では、トランスデューサを付けるステップは、高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサの各要素を、最上部の中央部に位置する基板の第１面上に配置された複数のパッドの対応する１つに電気的に接続することを含む。

【0021】

前記方法のいくつかの例示的な実施例によれば、１以上の集積回路もランドに付けられる。いくつかの例示的な実施例によれば、１以上の集積回路は、基板を折り畳む前にランドに付けられる。

【0022】

前記方法のいくつかの例示的な実施例によれば、ヒンジ部は、基板の中に延びるアライメント孔を規定し、各ヒンジ部で基板を折り畳むステップは、アライメント孔のそれぞれを整列させることを含む。

【0023】

前記方法のいくつかの例示的な実施例によれば、１以上のタブは、基板の中に延びるアライメント孔を規定し、タブの各々を折り畳むステップは、アライメント孔の各々を整列させることを含む。

【0024】

前記方法のいくつかの例示的な実施例によれば、基板を折り畳む前に、導電性接続材料がパッドに塗布される。いくつかの例示的な実施態様によれば、導電性接続材料はハンダであり、前記方法は、ハンダをリフローするために折り曲げ基板を加熱するステップをさらに含む。他のいくつかの例示的な実施例では、導電性接続材料は異方性導電フィルムであり、この方法は、垂直に積み重ねられた中央部に圧力を加えるステップをさらに含む。

【0025】

前記方法のいくつかの例示的な実施例によれば、隣接する中央部のパッドが電気的に接続された後、ヒンジ部は中央部から切り離される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

以下、この明細書の実施形態を、添付の図面と併せて説明する。それらの図面は、特許請求の範囲を限定するものではなく、説明のために提供される。

【0027】

図１は、この発明の第１の実施の形態に基づいて製造されたフレキシブル基板の平面図である。

【0028】

図２は、図１のフレキシブル基板の２つのユニットの詳細図である。

【0029】

図２Ｂは、図１および図２のフレキシブル基板の第１ユニットの中央部に形成されたパッドの詳細図である。

【0030】

図３は、図１のフレキシブル基板の斜視図で、基板に付けられたトランスデューサと追加の電子部品を示している。

【0031】

図４は、図３のフレキシブル基板を、その中央部が垂直に積層されるように初めに折り畳む様子を示している。

【0032】

図５は、この発明の第１の実施形態に基づいて作られた電子回路アセンブリの断面図である。

【0033】

図６は、図５の垂直方向に積層された回路基板の詳細図である。

【0034】

図７は、図５の電子回路アセンブリの斜視図の一部を切り取ったものである。

【0035】

図８は、この発明の第２の実施形態に基づいて製造されたフレキシブル基板の平面図である。

【0036】

図９は、図８に示したフレキシブル基板の４つのユニットの詳細図である。

【0037】

図１０は、図９のフレキシブル基板の４つのユニットが、トランスデューサや追加の電子部品を基板に付けた後、どのように折り畳まれるかを示したものである。

【0038】

図１１は、この発明の第２の実施形態に基づいて作られた電子回路アセンブリの斜視図の一部を切り取ったものである。

【発明を実施するための形態】

【0039】

この発明は、高密度超音波マトリクスアレイと集積回路（ＩＣ）とのインターフェースを可能にするフレキシブルプリント回路基板に関するものである。

【0040】

最初に図５～７を参照すると、この発明に従って作られ、超音波プローブのハウジング内に封入されるように構成された多層電子回路アセンブリ１０２は、高密度超音波マトリックスアレイントランスデューサ（トランスデューサ２００）を撮像装置に動作可能に接続する多層積層の回路基板１１０ａ～１１０ｅを含む。積層された回路基板１１０ａ～１１０ｅは、回路基板１１０ａ～１１０ｅのそれぞれの中央部１２０が垂直に積層され、周辺タブ１３０，１３２がそれぞれの中央部１２０に対して折り畳まれるように折り畳めるように構成されたフレキシブル回路基板から形成されている。トランスデューサ２００は、最上部の回路基板１１０ａの中央部１２０に電気的に接続されているが、おそらく図６に最もよく示され、以下でさらに議論されるように、すべての中央部１２０はパッド１５２、１５４、ビア１５６、およびハンダボール１５８の組み合わせを介して互いに電気的に接続されている。おそらく図５に最もよく示され、さらに後述されるように、電気配線１８２は、続く回路基板１１０ｂ～１１０ｅの各中央部１２０からそれぞれのタブ１３０、１３２に沿って延びており、タブで追加の電子部品３００、４００が、ランド１３６によって回路基板１１０ｂ～１１０ｅに付けられる。それによって、電子回路アセンブリ１０２の構造は、トランスデューサ２００の大きさに比べると全体的に小さな電子回路アセンブリ１０２の占有面積を維持しながら、集積回路、または他の電子部品が接続されるための複数の場所を提供する。本システムのさらなる詳細および利点について説明する。

【0041】

ここで図１を参照すると、この発明のある例示的な実施形態において、フレキシブルプリント回路基板（基板１００）は、互いに接続される複数のユニット１１０ａ～１１０ｅを含む。これらのユニット１１０ａ～１１０ｅの各々は、後に、図５～７に示す積層回路基板１１０ａ～１１０ｅの１つを形成する。特に、以下で詳細に説明するように、この発明の方法の例示的な実施例に従って、様々な電子部品がまずこのフレキシブルな基板１００に取り付けられ、その後、基板１００が折り畳まれて、図５に示す電子回路アセンブリ１０２に到達する。

【0042】

図１に示す例示的な基板１００において、５つのユニット１１０ａ～１１０ｅがあるが、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、それ以外の数のユニットも意図に含まれている。しかしながら、ユニットの数にかかわらず、各ユニットは、以下でさらに説明するように、ヒンジ部１４０、１４２によって連結された中央部１２０をそれぞれ含む。さらに、２次ユニット１１０ｂ～１１０ｅ（すなわち、第１ユニット１１０ａ以外のすべて）はそれぞれ、中央部１２０の周縁から互いに反対方向へ、中央部１２０から離れて延びるタブ１３０，１３２を含むが、他の構成も可能である。例えば、それに代わる実施形態において、第１のユニットが１以上のタブを含み、第２のユニットのそれぞれがゼロ、１つ、または２つのタブを含んでもよい。タブの特定の数および配置は、結果として得られる多層電子回路アセンブリの所望の構成に基づいて選択される。

【0043】

ここで図２および図２Ｂを参照すると、第１ユニット１１０ａの中央部１２０は、アレイ状に配置され、高密度超音波マトリクスアレイトランスデューサに接続するように構成された複数のパッド１５２を含む。ある実施形態によれば、複数のパッド１５２は、３０×３０（すなわち、合計１０２４個のパッドがある）の正方形のアレイに配置されているが、パッドのアレイの特定のサイズおよび形状は、関連するトランスデューサアレイのサイズおよび形状によって決定される。例えば、ある実施形態において、最小の範囲で少なくとも５０個のパッドがある。同様に、パッドの長方形、円形、およびランダムな配置も考えに含まれている。

【0044】

ここで、特に図２Ｂを参照すると、パッド１５２自体も、約１５０μｍの幅ｗと長さｌを有する正方形であるが、パッド１５２の特定のサイズおよび形状も限定されない。例えば、図７に示すパッド１５２は、実質的に円形として図示されている。

【0045】

さらに図２Ｂを参照すると、パッド１５２の間隔、すなわちピッチも変化し得るが、ある実施形態において、パッド１５２のピッチは、各方向に約２０μｍから約５００μｍの間である。すなわち、図２Ｂに示す距離ｄ１および距離ｄ２は、それぞれ約２０μｍから約５００μｍの間である。いくつかの好ましい実施形態において、図２Ｂに示す距離ｄ１および距離ｄ２はそれぞれ、約１００μｍから約４００μｍの間、約２００μｍから約３００μｍの間、または約２００μｍから約２５０μｍの間である。ある特定の例示的な実施形態において、図２Ｂに示す距離ｄ１および距離ｄ２は、それぞれ約２４０μｍである。もちろん、図２Ｂに示す距離ｄ１と距離ｄ２は同じ距離である必要はなく、アポダイゼーションの目的でピッチが変わってもよい。

【0046】

特に図２をもう一度参照すると、第２ユニット１１０ｂ～１１０ｅのそれぞれを代表する第２ユニット１１０ｂを参照すると、第２ユニット１１０ｂの中央部１２０は、第１ユニット１１０ａと同様の複数のパッド１５２をまた含んでいる。図１および図２は、基板１００の第１の面のみを示しているが、さらに後述するように、また図５～７に示すように、第１の面と反対側の基板１００の第２の面が、第１の面のパッド１５２（すなわち、第１の面のパッド１５２）と第２の面のパッド１５４（すなわち、第２の面のパッド１５４）とを接続するビア１５６を備えた、ユニット１１０ａ～１１０ｅのそれぞれの中央部１２０に位置する対応するパッド１５４を含む。

【0047】

さらに図２を参照すると、第２ユニット１１０ｂのタブ１３０，１３２のそれぞれには、図５に示す追加の電子部品３００，４００を付けるための実装領域である複数のランド１３６が設けられており、図２には図示されていないが図５に示されている電気配線１８２は、さらに後述するように、特定のパッド１５２，１５４をランド１３６に電気的に接続している。タブ１３０，１３２の各々は、アライメント孔１３４をさらに規定し、同様に、ヒンジ部１４０，１４２の各々は、２つのアライメント孔１４４を規定し、その目的については後述する。

【0048】

ここで、図３を参照すると、第１ユニット１１０ａの中央部１２０のパッド１５２にトランスデューサ２００が付けられ、続くユニット１１０ｂ～１１０ｅのタブ１３０，１３２のそれぞれのランド１３６には追加の電子部品が付けられている。より具体的には、続くユニット１１０ｂ～１１０ｅのタブ１３０，１３２のそれぞれには、コネクタ３００と集積回路４００が付けられており、その目的と動作についてはさらに後述する。図示するように、すべての電子部品（例えば、トランスデューサ２００、コネクタ３００、および集積回路４００）が基板１００を折り畳む前に、基板１００に付けられることが好ましい。このため、トランスデューサ２００を付ける前に、第１ユニット１１０ａの中央部１２０上のパッド１５２のそれぞれが、ハンダペースト、ハンダボール、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電接着剤（ＡＣＡ）、または当技術分野で知られている他のそのような導電性接続材料を用いて覆われる。コネクタ３００および集積回路４００のそれぞれは、同様に、当技術分野で知られている手段によって関連するランド１３６に付けられる。さらに、続く各ユニット１１０ｂ～１１０ｅの中央部１２０に設けられたパッド１５２の少なくとも一部も同様に、後述するように、導電性接続材料で覆われる。

【0049】

電子部品を基板１００に配置して付ける特定の手段は限定されないが、いくつかの好ましい実施形態において、高速かつ正確に行うためにピック・アンド・プレース・マシンが利用される。例示的な実施形態において、電子部品のそれぞれが基板１００の同じ側に付けられているが、基板の両側への配置も可能であることが考えに含まれている。このような実施形態において、基板の一方の面での第１のピック・アンド・プレース工程が実行された後、基板を上下反転させて、基板の第２の面で第２のピック・アンド・プレース工程を行ってもよい。基板の第１面に既に配置されている電子部品を補正するために、既に取り付けられている電子部品を受け入れるためのくぼみを含むチャックが用意されており、第２のピック・アンド・プレースのために基板が平らに保たれるようになっている。このような２回目のピック・アンド・プレースの際、装着された電子部品は、１回目のピック・アンド・プレースの際に装着された電子部品と対向する位置には配置されないことが好ましい。

【0050】

次に図４を参照すると、このようにしてトランスデューサ２００、コネクタ３００、および集積回路４００のそれぞれを付け、後続するユニット１１０ｂ～１１０ｅのそれぞれの中央部１２０上のパッド１５２に適切な導電性接続材料を塗布した後、まず、すべてのユニット１１０ａ～１１０ｅの中央部１２０が垂直に積層されるように、基板１００が隣接するヒンジ部１４０，１４２の間で折り畳まれる。

【0051】

図４に示す前後の折り返しにより、基板１００は、同じ面が交互に向かい合うように折り返される。即ち、特に図６を参照すると、第１ユニット１１０ａの第１面は、最上部、すなわち第１の回路基板１１０ａの上面１１２ａとなり、第１ユニット１１０ａの第２面は、第１の回路基板１１０ａの下面１１４ａとなり、第２ユニット１１０ｂの第２面は、第２の回路基板１１０ｂの上面１１２ｂとなり、第２ユニット１１０ｂの第１面は、第２の回路基板１１０ｂの下面１１４ｂとなる。第３ユニット１１０ｃの第１面は、第３の回路基板１１０ｃの上面１１２ｃとなり、第３ユニット１１０ｃの第２面は、第３の回路基板１１０ｃの下面１１４ｃとなり、第４ユニット１１０ｄの第２面は、第４の回路基板１１０ｄの上面１１２ｄとなり、第４ユニット１１０ｄの第１面は、第４の回路基板１１０ｄの下面１１４ｄとなる。そして、第５ユニット１１０ｅの第１面は、第５の回路基板１１０ｅの上面１１２ｅとなり、第５ユニット１１０ｅの第２面は、第５の回路基板１１０ｅの下面１１４ｅとなる。

【0052】

したがって、第１ユニット１１０ａの第２面パッド１５４は、ハンダボール１５８の上に位置してハンダボール１５８によって第２ユニット１１０ｂの第２面パッド１５４に直接接続され、第２ユニット１１０ｂの第１面パッド１５２は、ハンダボール１５８の上方に位置してハンダボール１５８によって第３ユニット１１０ｃの第１面パッド１５２に直接接続されている。第３ユニット１１０ｃの第２面パッド１５４は、ハンダボール１５８の上方に位置し、ハンダボール１５８によって第４ユニット１１０ｄの第２面パッド１５４に直接接続されており、第４ユニット１１０ｄの第１面パッド１５２は、ハンダボール１５８の上方に位置してハンダボール１５８によって第５ユニット１１０ｅの第１面パッド１５２と直接接続されている。もちろん、ハンダボールではなく、他の導電性接続材料（例えば、ハンダペーストＡＣＦ、またはＡＣＡ）を使用して、関連するパッドを接続することができる。さらに、いくつかの実施形態では、パッドの周囲に非導電性の接着剤を塗布して、パッドとパッドを直接接触させる。それらの実施形態において、接着剤は表面全体に塗布され、接着剤の硬化中に積層に圧力をかけることにより、パッドの表面から接着剤を押し流すことも考えに含まれている。

【0053】

この折り畳みプロセスの間、ヒンジ部１４０、１４２内に規定されたアライメント孔１４４が、中央部１２０の適切な整列を確保するために使用される。一旦折り畳まれると、ユニット１１０ａ～１００ｅの全ての中央部１２０が、使用される相互接続媒体（すなわち、ハンダのリフロー、ＡＣＦまたはＡＣＡのホットバープロセス）に応じて、多層積層の回路基板として相互接続される。

【0054】

次に、タブ１３０、１３２のそれぞれが中央部１２０に対して折り畳まれ、図５に示す電子回路アセンブリ１０２が得られる。この折り畳みプロセスの間、タブ１３０、１３２内に規定されたアライメント孔１３４は、タブ１３０、１３２の適切な整列を確保するために使用される。図５に示すように、基板１００がこのように折り畳まれると、隣接するタブ１３０，１３２のコネクタ３００は互いに向き合う。したがって、いくつかの好ましい実施形態において、基板は、最初のユニットがタブを含まず、続く各ユニットがタブを含む奇数個のユニットを含む。このようにして、基板を折り畳む際に、互いに向き合う各組のユニットのコネクタが、後述するように、他の機器との電子通信のためのプリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）の両面に容易に付けられる。

【0055】

電子回路アセンブリ１０２の横方向の寸法を小さくするために、タブ１３０，１３２が約９０°の角度で折り畳まれることが好ましい。このため、いくつかの好ましい実施形態において、ユニット１１０ａ～１１０ｅのそれぞれの中央部１２０は、タブ１３０，１３２が折り畳まれたときに、図５に示すように、折り畳まれたタブ１３０，１３２の間に配置された関連電子部品（例えば、コネクタ３００および／または集積回路４００）を収容するために、タブ１３０，１３２の間に十分なスペースがあるように形成することも考えに含まれている。

【0056】

次に、図５～７を参照すると、電気配線１８２は、各ユニット１１０ｂ～１１０ｅの中央部１２０に配置された複数のパッド１５２，１５４を、ユニット１１０ｂ～１１０ｅのそれぞれのタブ１３０，１３２に配置されたランド１３６に接続している。このようにして、配線の柔軟性が高まり、トランスデューサ２００のより多くの要素がコネクタ３００や集積回路４００と電気的に通信できるようになる。もちろん、最終的にすべての配線をランド１３６に導くためには、タブ１３０，１３２を介して形成される追加のビア１８４（図５に示す）が必要である。なお、信頼性の観点から、何れのビア１５６，１８４も折り返し領域の近くに配置されないことが好ましいと考えられる。

【0057】

ここで図５～６を参照すると、前述したように、積層された中央部１２０のそれぞれのパッド１５２，１５４は相互に接続されている。しかしながら、各ユニットについて、第１面パッド１５２のうちの特定のものだけが、ビア１５６によって第２面パッド１５４に接続されている。さらに、配線１８２は、ユニット１１０ｂ～１１０ｅのそれぞれの第１面パッド１５２および／または第２面パッド１５４のうちの特定のものだけから出て、それぞれのランド１３６まで延びている。例えば、次に図７を参照すると、第２ユニット１１０ｂ上では、パッド１５２の２つの最外列のみが、パッド１５２から出て延びる配線１８２を有する。第３ユニット１１０ｃでは、パッド１５２の次の２列が、パッド１５２から離れて延びる配線１８２を有する。中央の２列のパッド１５２は、第２ユニット１１０ｂまたは第３のユニット１１０ｃ上に配線を持たず、代わりに第１のユニット１１０ａおよび第２ユニット１１０ｂのそれぞれの中に延びるビア１５６を含む。前述したように、そしておそらく図５および図６に最もよく示されているように、ビア１５６は、特定のトランスデューサ要素の信号を、より低い積層層および付属の配線に通すことが望まれる場合にのみ使用される。このようにして、トランスデューサの要素の各々は、特定の集積回路４００に接続され、集積回路４００の各々は、それによって、トランスデューサ２００の要素の特定のグループと電気的に通信する。そして、各コネクタ３００は、特定の集積回路４００と通信することで、集積回路４００と外部システムとの間でワイヤーなど（図示せず）を介して電気信号を通過させることができる。

【0058】

さらに図７を参照すると、いくつかの例では、スペーサー１６０が、基板の一方の側から他方の側への電気的接続がないパッドの代わりに使用される。スペーサー１６０は、中央部１２０の他の場所に配置されたパッド１５２，１５４の高さと一致するように構成されている。この高さ補償がないと、スタックの高さが中央部１２０全体で異なることになり、接続プロセス中に圧力が使用された場合（例えば、接着剤硬化中にスタックに圧力を加える）、圧力がスタックの中央部１２０全体で同じにならないため、問題が発生する可能性がある。

【0059】

スタックが形成されて相互に接続されると、ヒンジ部１４０、１４２は、図７に示す切断線Ｌに沿って中央部１２０から切り離すことができる。

【0060】

次に、基板１００に付けられた電子部品について具体的に説明すると、図３～７に示すトランスデューサ２００は単一のユニットとして図示されているが、この発明のいくつかの実施形態によれば、トランスデューサ２００の配置後に、トランスデューサ材料の全高または部分的な深さ上で、トランスデューサ要素を分離するためのダイシング工程が実行される。しかし、この工程は任意であり、ＣＭＵＴまたはＰＭＵＴトランスデューサと比べて圧電トランスデューサにのみ必要と考えられる。ただし、ダイシング工程を行う場合は、他の電子部品（コネクタ３００や集積回路４００など）を配置して付ける前に、この工程を行うことが望ましいと考えられる。したがって、ダイシング工程が失敗した場合、追加の電子部品が機能しないトランスデューサに追加されることはない。

【0061】

コネクタ３００に関しては、上述したように電子回路アセンブリ１０２を作成する際に、この電子回路アセンブリ１０２を、コネクタ３００を介して、（余分な電子部品を搭載した）ＰＣＢに付けたり、ワイヤーに付けたりする。注目すべきは、ワイヤーはタブ１３０，１３２に付けられたコネクタ３００に直接挿入される必要がなく、それに代えて小型のＰＣＢに実装された第２のコネクタがタブ１３０，１３２に付けられたコネクタ３００に嵌合し、前記ワイヤーがハンダ付けされるＰＣＢ上のパッドに信号がリルートされる。これにより、電子回路アセンブリ１０２が、超音波プローブにまとめられ、これらのワイヤーは、例えば、撮像装置、ディスプレイ、ユーザーコントロールなどを含む外部システムとの通信を提供する。

【0062】

集積回路４００に関して、コネクタ３００を介した外部システムとトランスデューサ２００の各要素との間の直接的な通信に依存するのではなく、各集積回路４００が、トランスデューサ２００の要素のグループをローカルに制御することを可能にする。そして、外部システムと各集積回路４００との間の通信は、コネクタ３００によって行われる。したがって、集積回路４００を含めることで、外部システムとの接続数が大幅に減少する。

【0063】

上述した実施形態において、コネクタ３００と集積回路４００の両方がタブ１３０，１３２のそれぞれに付けられているが、ある実施形態において、トランスデューサの各要素と外部システムとの間で電気信号を直接渡すために、コネクタだけが用いられる。もちろん、コネクタと集積回路の任意の組み合わせが可能である。さらに、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、この発明の電子回路アセンブリに他の電子部品を含めることも可能である。

【0064】

上述したように、電子回路パッケージ１０２を形成する際に使用される例示的な基板１００では、複数のユニット１１０ａ～１１０ｅの中央部１２０は、ヒンジ部１４２、１４４の折り畳みが単一の方向に沿って発生するように直線的に整列している。しかし、この発明の他の実施形態において、そして今、図８～１１を参照すると、多方向の折り畳みが意図されている。

【0065】

ここで特に図８を参照すると、グリッド配置で互いに接続されている複数のユニットを含むフレキシブル基板１１００が提供される。より具体的には、フレキシブル基板１１００内のすべてのユニットを代表するような４つのユニット１１１０ａ～１１１０ｄを図示する図９に示されるように、各ユニット１１１０ａ～１１１０ｄは、中央部１１２０から出て延びる４つのタブ１１３０、１１３１、１１３２、１１３３を有する中央部１１２０を含み、図１０に示されるように、これらは中央部１１２０に対して折り畳むように構成されている。第２の実施形態の中央部１１２０は、第１の実施形態の中央部１２０と実質的に類似しており、タブ１１３０、１１３１、１１３２、１１３３は、別段の記載がある場合を除き、第１の実施形態のタブ１３０、１３２と実質的に類似することが意図に含まれている。すなわち、図８～１１に関して明示的に説明していないが、通常の技術者であれば、後述するように、トランスデューサを追加の電子部品に電気的に接続するために、第１の実施形態と同様の方法で動作するように、フレキシブル基板１１００上にパッド、ビア、配線、およびランドを形成する方法を容易に理解するであろう。同様に、折り畳みプロセスを容易にするために、アライメント孔を含めることができる。

【0066】

第１の実施形態と同様に、図１０に示すように、フレキシブル基板１１００を折り畳む前に、トランスデューサ１２００が中央部１１２０に付けられ、追加の電子部品（例えば、コネクタ１３００）がタブ１１３０、１１３１、１１３２、１１３３の１以上に付けられる。第２の実施形態において、コネクタ１３００のみが図示されているが、第１の実施形態に関して上述したように、集積回路または任意の他の電子部品がまた含まれてもよい。

【0067】

次に図１１を参照すると、第１の実施形態とは異なり、ヒンジ部がないため、折り畳みはタブ１１３０、１１３１、１１３２、１１３３のそれぞれと中央部１１２０との間で行われる。このようにして、第２の実施形態のタブ１１３０，１１３１，１１３２，１１３３は、第１の実施形態のヒンジ部１４２，１４４と同様に作用する。

【0068】

折りたたみが完了すると、４つのトランスデューサ１２００が間近に隣接して配置される。これらの隣接するトランスデューサ１２００が、集合的に複合音響コンポーネントとして動作できるようにすることも意図に含まれている。

【0069】

さらに図１１を参照すると、中央部１１２０は垂直に積層されておらず、代わりに、同一平面内で隣接して配置されている。そのため、特定のトランスデューサ要素の信号を下位の積層された層にルーティングすることはできない。しかしながら、第２の実施形態において、各中央部１１２０を囲む４つのタブ１１３０、１１３１、１１３２、１１３３が含まれることにより、電子回路（例えば、コネクタ１３００）を含むことができる追加の場所が提供される。このような点で、電子回路アセンブリの全体的なコンパクトさにおいて、なお改善がもたらされる。

【0070】

図８～１１に示す第２の実施形態において、正方形の構造が採用されているが、三角形やらせん状の折り方など、対応する折り方で他の配置も可能であることが考えに含まれている。

【0071】

さらに、図９～１１では４つの中央部のみが一緒に折り畳まれて図示されているが、フレキシブル基板１１００は、任意の数の中央部が互いに隣接して配置されるように折り畳まれることも意図に含まれている。したがって、折り畳み後に形成されて得られる複合音響コンポーネントの全体的なサイズおよび形状は、４つのトランスデューサの２×２の正方形に限定されない。結果として得たい構造体に望まれる特定のサイズおよび形状に応じて、必要なユニットが折り畳み前に基板１１００から切断される。

【0072】

当業者であれば、この発明の教示から逸脱することなく、追加の実施形態が可能であることを認識するであろう。この詳細な説明、特にそこに開示されている例示的な実施形態の具体的な詳細は、主に理解を明確にするために与えられたものであり、そこから不必要な制限が理解されるべきでなく、この開示を読めば当業者には修正が明らかになるように与えられたものであり、この発明の精神または範囲から逸脱することなく修正できるように与えられたものである。

【図1】

【図2】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】