CN105983531B - 用于多维换能器阵列的模块化组装 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于多维换能器阵列的模块化组装

背景技术

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。

发明内容

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。

本发明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发明其他方面和优点，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，而重点在于阐述本发明的原理。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。元件沿着各种间距中的任一个分布，诸如每200、208、250、400或者500微米，在沿着两个维度的完全采样间隔中(例如，N×M矩形网格，其中N和M是大于1的整数，诸如200×200)。阵列的每个元素包括至少两个电极。元件在电能和声能之间转换能量。衬板块14位于阵列的一侧上用于限制来自在不期望方向上发送的能量的声学反射。可以包括匹配层、透镜、窗口或者其他现在已知或者随后开发的多维换能器阵列组件。

在另一个实施例中，阵列12是一维的。模块化组装10沿着阵列12的水平或方位维度连接不同元件用于操作。

为了与发送和接收波束形成器或其他电路连接，多个z-轴的电连接被提供给多维换能器阵列12。z-轴电连接按照阵列分布。例如，多个电导体16通过衬板块14连接每个元件的一个或多个电极。导体16是互连18的一部分。z-轴电连接以与阵列的元件相同的间距和分布而分布。z-轴与阵列元件的分布的表面是垂直多于非平行的(即，z-轴对应深度或范围维度)。

如图2中所示，模块化组装或模块24位于多维换能器阵列12附近。虽然示出了8个模块24，但可以使用其他数量。模块24形成表面30用于靠在阵列12上或与阵列12电连接。具有暴露的电导体16的表面30位于多维换能器阵列12附近，诸如临近衬板块14的暴露的z-轴连接或者临近元件的电极。模块24中的每个形成表面30的一部分，以便与元件的子集连接。如示出的那样，每个子集包括整个的方位行(X维度)，但仅包括在高度(Y维度)上的元件的列的部分。在替代的实施例中，模块24对应具有更小的方位和/或高度范围、更大的高度范围或更小的方位范围的区域。多维换能器阵列12的其他区域邻近其他模块24。

模块化方法堆叠模块24以形成用于与阵列12连接的表面30。表面30是平的，但也可以是曲的。沿着一个或两个维度，表面30可以等于或大于阵列12的范围。在表面上，导体16被暴露以用于与阵列12的元件的电极或者与来自阵列12的其他z-轴连接物理和电气接触。电导体16的暴露图案是多维的。例如，导体16在表面30上的两个维度上方分布。表面30上的多维暴露图案或电导体16的阵列对应阵列12的元件的多维区域。暴露的电导体16沿着两个维度(例如，方位和高度)与到多维换能器阵列12的元件的间距或分布相匹配。

可为阵列12的每个元件提供单个电导体16，但也可以为阵列12的每个元件提供两个导体16。在单独接地面与换能器阵列一起使用的情况下，提供单个接触。在发送电子设备被连接到元件的一个电极且接收电子设备被连接到相同元件的另一个电极的情况下，每个元件可以使用双向(biplex)或两个接触。

暴露的电导体16允许z-轴直接互连到多维换能器阵列12的表面，但在其他的实施例中也可以间接连接。一旦邻近多维换能器阵列12组装，表面30和暴露的电导体16就与阵列12的电极或换能器阵列12的其他z-轴电连接相接触。可以使用凸块连接、引线接合或其他连接技术用于将暴露的电导体16连接到电极。可以将阵列12以各种方式中的任何一种(例如柱形凸块(stud bumping))连接到互连上以在阵列和互连间提供某种维度顺应性。柱形凸块连接可适应更大的表面30不规则。柱形凸块将丝焊“柱”沉积到与所述线切断的一个表面。这会在表面仅留下一个金球。当压在一起时，这些柱开始处理并行中的错误。可替代地，表面30被制成平的。

图3示出了模块24的一个实施例的示例。模块24包括适配器32、印刷电路板34以及集成电路36。可以提供额外的、不同的或者更少的组件。例如，添加保温块或散热片，诸如在印刷电路板34下面邻近于集成电路36处。

适配器32与表面30上以阵列12的元件间距暴露的导体16一起形成了表面30的一部分。一旦组装，适配器32就与阵列12相连接。

适配器32是陶瓷、环氧树脂、其他衬板材料、塑料、玻璃纤维、印刷电路板材料、其他材料或者它们的组合。适配器32的材料电绝缘或者不电绝缘。在导体16绝缘的情况下，适配器32的材料可以不是绝缘的。类似地，适配器32的材料可以是声衰减的或也可以不是声衰减的。在一个实施例中，适配器32用作衬板块。适配器32的部分或者全部由衬板材料形成。图4示出了衬板材料14作为适配器32的内部部分，其中其他材料被用于其他部分。图1A和图1B示出了在表面30上形成的衬板14，诸如通过围绕导体16切割表面并用吸声衬板填充结果得到的通道。在其他实施例中，提供了单独的衬板，且适配器32不包括衬板材料。

适配器32包括导体16。导体16的端部与阵列16的元件的电极和印刷电路板34的衬垫或通孔电连接。导体16是迹线，例如通过沉积和/或蚀刻形成的迹线。可替代地，导体16是线。线可以是绝缘的或不绝缘的。在一个实施例中，线是磁线，因此是自绝缘的。该线可以相互接触而无须电连接。线可以包括其他材料，诸如涂有热粘合剂。当受热时，线接合在该线放置的衬底上。

参考图3和4，适配器32包括多个表面，诸如，阵列接触面30和安装面42。安装面42被塑造成形以及调整尺寸用于安装印刷电路板34，诸如用于边缘安装。例如，安装面42是平的具有允许导体16和印刷电路板34连接的范围。在一个实施例中，适配器32被焊接安装到印刷电路板34。在另一个实施例中，适配器32被接合到具有导电粘合剂的印刷电路板34。该范围可以遍于阵列12的整个宽度之上(例如，方位)或更多，其中导体16的深度以印刷电路板34的衬垫和或通孔的间距或者集成电路34的衬垫的间距分布在或暴露在安装面42上。可以使用阶梯表面、非平面表面和/或其他范围。

阵列接触面30上的导体16的间距与安装面42上的导体16的间距不同。该差别沿着一个或两个维度。在一个实施例中，在适配器32内路由导体16以便在两个维度实现从阵列间距到集成电路间距的间距转换。例如，元件间距在方位和高度中的0.2mm或0.208mm的常规网格上。导体16在两维度将间距从0.2mm或0.208mm改变成0.25mm。胜于从较小阵列间距到更大的印刷电路板间距的转变，导体16可以从更大阵列间距改变成更小的电路板间距。在另一个实施例中，间距在一个维度改变且印刷电路板中的通孔和/或迹线的路由在另一个维度改变间距。

其上暴露有导体16的两个表面30，42并不平行。胜于在阵列12和到下一个组件的连接之间提供z-轴互连与阵列12垂直的导体16，导体16是有角度的、弯曲的或者二者均有。两个表面30，42相对于彼此处于非零角度。图4示出了角度大约为90度。大约用于解释制造公差。也可以提供其他角度，例如30、45、60或者80度。

提供并且布置其他表面以允许模块24的堆叠。例如，垂直于表面30的平行面是平的并允许堆叠。在一个实施例中，适配器32被形成为两个立方体，当被组合时，具有如图3和4中所示出的“L”形横截面。适配器16可以具有该形状但是为一体化结构。“L”形的横截面允许该印刷电路板34和集成电路36在表面30后侧适配，尽管允许堆叠模块24以与阵列12的全部元件连接。可以使用其他形状，诸如“U”形，其中表面30在“U”的底部并且安装面42是上部“U”臂内部部分中的一个或二者。给定模块上的一些组件不必直接位于模块元件阴影中，只要这些特征用相邻的模块“筑巢”。

安装面42被塑造成形以及调整尺寸成表面安装到印刷电路板34。例如，流动焊接被用于将适配器32安装到印刷电路板34。图4示出此类安装的示例。可以使用其他安装，诸如如图3中示出的基于焊球的安装。可以提供额外的结构连接，诸如一个或多个螺钉、路牌、螺栓、夹子或其他结构。

图5-12示出了用于创建适配器32的不同方法。适配器32被创建以易于使用标准的印刷电路板处理安装(例如，表面安装)到印刷电路板34，同时也将导体16暴露在阵列12的一个表面30上和印刷电路板34的另一个表面42上。可以使用其他方法。

图5和6示出使用多个导体板或者图案50和电绝缘衬底52的一种方法。冲压、蚀刻或者沉积形成导体16。导体16的图案50被形成为单片或者在衬底52上形成。衬底52是电绝缘的。

图案50包括终端连接器48以将导体16的图案50保持在一起。终端连接器48可以包括一个或多个导向孔或间隙孔46用于组装或堆叠。

如图6中所示，图案50和衬底52的层被堆叠并层压以形成适配器32。预制的板或图案50可替代的与绝缘衬底52层压以在方位方向上构建该结构。胶水或其他粘合剂被用于层压。一旦被层压，可以填充或不填充导向孔46。为了完成适配器32，终端连接器48被机器加工(例如，打磨、磨削或者切割)成分开以分离导体16。

图案50可以提供用于沿着一个方向或维度的间距改变。堆叠处理引起适配器16提供一个维度的间距改变，而非两个维度。在可替代的实施例中，提供两个维度的间距改变。图案50在衬底52上形成。衬底52和图案50足够薄从而十分柔韧。提供导向装置以沿着Y维弯曲或折弯衬底。对于不同的衬底52，可以提供不同的曲率或变化量。因此，图案提供在X维度的间距改变，并且衬底中的弯曲提供Y维度的间距改变。一旦在导向装置中堆叠，间隙就被环氧树脂或者其他材料(例如，吸声衬板材料)填充。

图7和8示出了用于形成适配器32的不同方法。通过作为导体16的绝缘线，提供一个或两个维度的间距改变。例如，磁线可被用于最小化绝缘所需的间隔。提供了两个板58和56。一个板58具有以阵列12的间距分布的孔，以及另一个板56具有以印刷电路板34的间距分布的孔。

为了组装，板56，58彼此保持平行。导体16被一次一个或者成组通过孔插入到板56，58。例如，导体16被插入通过板56，58二者，其中板56，58被布置成对齐给定导体16的孔。尽管间距不同，但一个板随后相对另一个板移位以对齐所述孔。按行和列重复所述对齐和插入过程。一旦导体16被插入，就按照适配器所期望的定位板，诸如将板56旋转90度并将相对另一个板58移动。按照定位，板56，58以及导体16被定位在注塑模具模中。添加环氧树脂或其他回填材料54以使导体16和板56，58保持恰当位置。在脱模后，适配器32可以被磨削或机器加工成规定尺寸。

一旦组装，板56，58相对于彼此定位以形成适配器32。图7示出了板56、58相对于彼此以90度布置，但其中印刷电路板34延伸超出表面30的范围。同时在模块24的堆叠的底端这是可以接受的，如在图4中示出了其他模块24的布置。

图9、图10A以及图10B示出用于形成适配器32的又一种方法。适配器32通过堆叠板构建。在图9和10A中，用于形成阵列接触面30的板被标记AB1-AB6。可以使用额外的或更少的板。用于形成安装面42的板被标记图9中的CD1-6。没有、有一个或多个额外的盖板或端板也可以被使用，诸如顶盖板和底盖板。

每个板由塑料形成，但可以是陶瓷、吸声衬板(例如，固化环氧树脂)或其他材料。电成形、蚀刻、模塑、3D打印或者其他处理形成板AB1-6和CD1-6。

对于给定表面的板的尺寸相同，但一些可以更大或更小，诸如AB1比AB2-6更深，或者CD1-6中的每个具有不同的深度(如图9中示出的垂直)。高度或厚度(对于板AB1-6图9中的垂直以及对于板CD1-6图9中的水平)基于一个维度的期望间距。例如，用于形成表面30的每个板AB1-6具有以沿着一个维度的元件的间距的高度。其他板CD1-6的厚度与AB1-6的不同以实现间距改变。

板AB 1-6和CD1-6包括凹槽或通道62。切割或模塑形成任意数量的通道62。通道62以沿着另一个维度的间距分布。板AB1-6中的通道62与板CD1-6中的通道62处于不同的间距。

图10B示出相对于具有以不同间距的通道的板CD1-6以90度朝向(垂直的)的板AB1-6。在高度也不同时，堆叠的板AB1-6(参见图10A的顶部)创建表面30，具有在阵列间距中的暴露的通道62，并且堆叠的板CD1-6创建表面42，具有在不同的间距(例如，集成电路间距)中的暴露的通道62。通道62在板AB1-6中与针对板CD1-6的空间密度相比处于不同的空间密度。

为了创建适配器32，板AB1和CD1相对于彼此保持恰当位置。线端被附连，诸如附连到板AB1的底部。板AB1和CD1被旋转。线圈，诸如磁线，在每个通道中以连续的方式沉积单条绞合线。旋转可以增加，诸如旋转90度以将线瞄准板CD1的角。通过旋转另一个90度，线开始被放置在CD1通道中。手指或电枢在该位置中将线压入AB1通道，但在用于衬板14的区域留下线的成角度的区域用于间距转换。进一步的90度旋转将线放置在CD1通道的剩余部分中。最后的90度的旋转将线定位在板AB1底部上用于定位在下一个通道中。重复该旋转过程以填充板AB1和CD1的全部通道。

缠绕之后，每个通道都具有线的单个实例，其中线以基于间距中差别的角度在板AB1和CD1之间延伸，如图10B中所示。添加(例如，堆叠)额外的板AB2和CD2以及线缠绕在这些板AB2和CD2的通道中。对于板的每层重复该处理。在设置任何盖板之后，任何剩余的间隙都可被填充，诸如采用吸声衬板14填充。使用填充物或其他粘合剂将板AB1-6层压一起、将板CD1-6层压一起、将盖板层压到堆叠和/或将板AB1-6，CD1-6的堆叠相互层压。结果得到的结构在图9中示出。该结构是适配器32。可替代地，该结构按照虚线60被机器加工(例如，被切割、打磨、蚀刻或者以其他方式去除)。这种机器加工去除了过剩的材料，留下适配器32。

图11示出了用于形成适配器32的又一方法。衬底52具有用于引脚70的孔。形成导体16的线卷绕引脚70。该线包括热固型粘合剂。可替代地，衬底52包括粘合剂。线是电绝缘的，诸如磁线，允许导体16的物理接触同时防止电接触。绕线之后，该线接合到衬底52。在移除引脚或者保留引脚后，具有导体16的多个此类衬底52被堆叠。结果得到的堆叠的部分通过机器加工移除，对每一层将所述线分离到多个单独的导体16中。结果得到的适配器32基于引脚70的位置在一个维度提供间距变化。衬底52是平的。为了在另一个维度改变间距，衬底52被设置在导向装置中以使衬底52相对于彼此弯曲或相对于彼此成角度。

图12示出了用于形成适配器32的另一种方法。适配器32被构造成陶瓷印刷电路板。导体16由迹线80(例如，银或钨迹线)和通孔82(填充有金属胶的冲孔)形成。迹线80连接通孔82以形成导体16。使用多层处理构建陶瓷或其他材料。水平的虚线描绘用于构建适配器32的内部分层结构。通过陶瓷层中的路由，导体16提供表面30、42的期望的间距调整以及90度的相对位置。表面30，42上的导体16端接接触垫或者金属化接触区。迹线80和通孔82被图案化以提供一个或两个维度的间距变化。

在又一方法中，使用柔性电路材料。具有迹线的柔性电路在一或两侧连接一或两行元件。该迹线被路由以改变间距。通过堆叠柔性电路，元件的不同的行连接到迹线。所述材料的柔性性质被用于在另一个维度改变间距。可以将隔片连接到每个柔性电路材料层的一端(例如，以形成用于连接到印刷电路板34的表面42)或者连接到每个柔性电路材料层的每端。隔片随后被堆叠并接合以将柔性电路材料层保持恰当位置。为了形成阵列的表面30，所述隔片由衬板材料和/或衬板块中的被插入到切割槽中的柔性电路材料制成。适配器随后被封装或填充衬板材料并固化。表面30、42通过磨削过剩材料形成。应用仅示出柔性迹线的掩膜以及随后喷涂电极。

回到图3和4，印刷电路板34由FR4、聚四氟乙烯、陶瓷或使用挤压、层压、烧结或其他技术的材料的顺序组合形成。可以使用任意现在已知的或随后开发的电路板材料或者其他电绝缘材料。印刷电路板34是平板，诸如具有由短侧连接的顶部和底部最大面的板。形成立方体。可以提供其他更复杂的形状。印刷电路板34也可以是具有刚性层和柔性层混合的“刚性柔性”板。在一个实施例中，使用具有两个刚性外层和两个柔性内层的4层板。所有的组件安装到刚性层。柔性层从阵列12的相对侧显露出来作为“尾部”。这将允许物理上大于单个模块横截面的商业可用的连接器得以使用。大多数换能器具有在阵列端部处逐渐变细但其他位置处更大的把手。

印刷电路板34包括迹线、通孔35、衬垫或其他导电结构。额外的无源的和/或有源电子设备可以被连接到印刷电路板34，在顶面或者底面上。例如，电容安装到顶面(例如，与适配器32相同的表面)和/或底面(例如，与集成电路36相同的表面)。适配器32表面安装到的顶面或底面的一部分，诸如如图4所示边缘安装在终端附近。适配器32的平面42在印刷电路板34的表面安装或与之紧密配合。可以使用在沿着印刷电路板34的边缘的其他位置处的表面安装。

迹线和/或通孔35将适配器32的导体16电连接到集成电路36。在一个实施例中，适配器32中的导体16将间距从阵列间距改变成集成电路36的间距。集成电路36的衬垫或导体处于在一个或两个维度与阵列12的间距不同的间距。在安装面42上的导体16与集成电路36的间距匹配的情况下，导电通孔35与集成电路36处于相同的间距且安装面42上的导体16电连接导体16和集成电路36，如图4中所示。

导体16被定位成路由去往和来自多维换能器阵列12的信号到印刷电路板34。印刷电路板34被配置成将来自导体16的信号路由至集成电路36。这些互连可将阵列12的元件的电极电连接到集成电路36的有源电子设备而无需任何柔性电路。没有柔性电路承载多维阵列换能器阵列12和集成电路36之间的信号。在可替代的实施例中，提供柔性电路或其他路由作为中间组件。在4层刚性-柔性印刷电路板34的情况下，柔性电路仅用作通过层，作为当连接阵列到集成电路36时的通孔结构的一部分。出于这一目的无需柔性电路上的迹线。柔性内层实现从互连到系统的连接。

在其他实施例中，安装面42上的导体16的间距与用于集成电路36的衬垫的间距不同。例如，适配器32仅在一个维度提供间距改变和/或在一个或两个维度中仅提供部分的间距改变。印刷电路板34使用迹线和/或通孔以实现进一步的间距改变以与集成电路紧密配合。顶面上的间距与适配器32的安装面42的导体16的间距相匹配，以及底面上的间距与集成电路36的衬垫的间距相匹配。在印刷电路板34上或在该印刷电路板34中的通孔和/或迹线被用于在两个间距之间改变。

在一个实施例中，集成电路36在从安装面42沿着印刷电路板34的最大的相对面的位置偏移处，连接到印刷电路板34。该偏移允许使用迹线来改变间距。在其他实施例中，如图4中所示，集成电路36在与适配器32的安装面42相同的水平区中连接。可以提供或多或少的重叠。印刷电路板34的额外的层可被用于路由迹线和通孔以在由于重叠导致的更有限的水平空间中实现间距改变。这可以使沿着从阵列12到集成电路36的每个导电路径的通孔和迹线的长度最小化，导致更少的串扰和/或更小的寄生电容。

集成电路36是具有一个或多个有源电气组件的芯片或半导体，诸如晶体管。“有源”电气组件被用于表达一类设备而不是设备的操作。基于晶体管或基于开关的设备是有源的，而电阻器、电容器或电感器是无源设备。在一个实施例中，集成电路36是专用集成电路。可以提供现场可编程门阵列、存储器、处理器、数字电路、开关、复用器、控制器或其他集成电路。为每个模块24提供一个集成电路，但是多于一个的集成电路36可以连接到印刷电路板34的相同或不同侧面。

集成电路36通过指令(例如，软件)、硬件或者固件加以配置用以在超声中执行发送和/或接收操作。例如，集成电路36包括发送波束形成器的高压组件用于生成发送波形、发送/接收开关、低噪声放大和/或部分接收波束形成。可以实现其他超声处理。

集成电路36采用焊球、流动焊接或其他表面安装技术与印刷电路板34连接。集成电路36的衬垫中的一些与印刷电路板34的导体连接以用于与阵列12的元件进行通信，诸如通过如图4中所示的通孔35。集成电路36的其他衬垫与印刷电路板34的导体连接(如图3中所示)用于印刷电路板34上的其他安装组件(例如，电容器)和/或用于到柔性电路或其他安装到印刷电路板34的连接器的通信以用于与连接器20紧密配合。

在图4的示例中，集成电路36安装到适配器32的安装面42相对的一侧(例如，底面)。相对侧连接可以最小化互连长度。可替代地，适配器32和集成电路36安装在印刷电路板34的相同侧但在不同的水平位置处。集成电路36可以被安装到与适配器32相同的表面，其中印刷电路板迹线将它们互连，而非在相对侧上。

在模块24中，印刷电路板34和集成电路36完全在由与阵列12紧密配合的表面30的空间范围和如图2所示的任意深度z所限定的体积内。虽然印刷电路板34和/或集成电路可以沿着方位或X维度进一步延伸，沿着Y维度的范围被限制为允许用于与阵列12紧密配合的模块24的堆叠。当堆叠时，表面30上的导体16的间距与阵列12的元件的间距匹配。印刷电路板34和集成电路36相对于适配器32被定位以允许堆叠。

参考图13，每个模块24还可以包括热导体块38。热导体块38是金属翅片或者其他热传导和/或辐射结构。热导体块38被定位靠在集成电路36上或与其非常接近，以允许集成电路36的冷却。可以提供其他的热传导组件，诸如通过或穿过热导体块38的循环流体(例如，气体、空气或液体)。可以提供热沉用于无源和/或有源冷却。由于用于与连接器20紧密配合的印刷电路板34上的连接器可以被安装在印刷电路板而非集成电路的顶面或相对面上，所以热导体块38不会阻碍互连18与成像系统的连接。

可以提供额外的或不同的除热设备。例如，印刷电路板34的接地面或平面被用于传导走来自集成电路的热。作为另一个示例，使用一个或多个热管。热管可以被用在热传导块38内或附连到该热传导块38以帮助去除来自互连组装的热。

一旦组装，就堆叠模块24。可以堆叠任意数量的模块24，诸如六个模块或八个模块。模块24被堆叠以使得适配器32相互接触，从而提供用于与阵列12紧密配合的表面30。堆叠足够的模块24以使得提供导体16用于与阵列12的全部元件电连接。

一旦被堆叠或作为堆叠的一部分，就层压模块24。适配器32之间的粘合剂被固化用于将模块24接合到一起。可以使用箝位、螺栓连接、缠绕或者其他连接。如图13中所示，提供隔片84以保持与适配器32间隔的模块24的部分在恰当位置。可以代替或者与隔片84一起使用引脚86和螺栓螺母，沿着引脚可以有或没有隔片。可以使用其他支撑结构。

一旦组装，互连18就可以被机器加工。例如，磨削过剩材料形成表面30。由于磨削使表面30平坦，这可以允许在堆叠和层压模块24中的更大的容差。

结果得到的互连18包括具有对应阵列12的元件图案的暴露的电导体16的表面30。电导体16与阵列12的元件连接。通过凸块接合、粗糙接触、引线结合、流动焊接或者其他现在已知或随后被开发的技术连接阵列12。

可以使用接合、层压、机械连接(例如，螺栓、螺钉或闩锁)或压力定位并保持模块24相对于彼此和/或互连18相对阵列12。可以使用舌榫，延伸和孔或其他结构以帮助对齐或定位。

参考图1A，互连18与具有其他电子设备的超声成像系统或扫描仪连接，以用于波束形成、波束形成器控制、检测、估计、图像处理和/或扫描转换。模块24中的每个电连接到成像系统。所述连接使用安装到印刷电路板34的标准的或现成的连接器，诸如边缘连接器到通用接口板连接器。连接器20在物理上和电气上与印刷电路板上的连接器紧密配合。可替代地，使用各向异性导电膜或其他连接器，柔性电路22被连接到印刷电路板34上的迹线或衬垫。

图14示出了用于在超声换能器中路由信号的方法的一个实施例。通过使用标准的印刷电路板和表面安装组件，矩阵换能器的制造可被降为少量的高产生产动作。印刷电路板技术是现成的。适配器可以以各种方式之一被制造并以标准的方式安装到印刷电路板。

使用上面讨论的适配器中的一个或者不同的适配器实现该方法。可以使用上述讨论的一个或多个模块和/或互连或者不同的模块和/或互连实现该方法。

可以提供额外的、不同的或更少的动作。例如，提供用于路由从印刷电路板到集成电路的信号的动作。作为另一个示例，提供了其他组装动作以创建模块和/或来自模块的互连。该动作以示出的顺序或不同的顺序被执行。

在动作90中，元件的电极沿着元件的阵列的z轴被连接到导体。电极和电极处的导体以相同的间距分布用于连接。为了以期望的间距创建导体，提供了适配器。适配器是模块的一部分，该模块还包括诸如以上所述的印刷电路板和集成电路。被层压以形成互连的模块堆叠在阵列的期望的间距处提供导体。

来自适配器的导体与多维换能器阵列的子区域连接。例如，多维换能器阵列被分成两个或更多区域。具有暴露导体的两个或更多不同的模块与两个或更多不同的区域连接。该区域可以是任何形状或尺寸或其他分布。暴露的导体被邻近于多维阵列的电极设置，诸如定位用于z轴连接。暴露导体的每个区域(例如，模块)对应所述多维换能器阵列的元件的子集。

通过粗糙接触、引线接合、焊接、流动焊接、接合或者其他电连接技术，提供了换能器阵列和暴露的导体之间的电连接。也可以提供机械连接，诸如通过接合、机械设备(例如，闩锁或螺栓)，或其组合。

可以实现其他连接。例如，适配器被表面安装到印刷电路板。使用边缘安装，诸如采用焊球、粗糙接触或流动焊接或具有导电的或绝缘粘合剂的柱形凸块。印刷电路板包括其他安装组件或者其他组件与适配器同时或在其后被安装。采用焊球、流动焊接或其他技术安装的其他组件中的一个是具有有源电子设备的一个或多个芯片，诸如用于执行阵列的发送和/或接收操作的晶体管。

在动作92中，导体从阵列的元件被路由到与元件的电极隔开的表面。导体连接到适配器中的一端上的元件并连接到另一端上的不同表面，以用于在阵列和电子设备之间互连。该表面不与阵列平行。被路由的导体也沿着一个或两个维度将间距改变成从阵列到安装到印刷电路板的表面。

印刷电路板从适配器到电子设备互连导体。去往和来自阵列的信号被路由通过印刷电路板和适配器。

虽然已参考各种实施例描述了本发明，但应该理解的是在不脱离本发明范围的情况下可以进行许多改变和修改。因此，意在将以上详细描述认为是说明性的而不是限制性的，并且应当理解，以下权利要求包括所有等效物意在限定本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种多维换能器阵列（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）互连的适配器（32），所述适配器（32）包括：

具有以所述矩阵换能器阵列（12）的元件的第一间距暴露的导体（16）的第一表面（30）；以及

具有以沿着两个维度不同于所述第一间距的第二间距暴露的导体（16）的第二表面（42）；

其中所述第一表面（30）与所述第二表面（42）呈大约90度。

9.如权利要求8所述的适配器（32），其中所述第二表面（42）表面安装到印刷电路板（34）。

10.如权利要求8所述的适配器（32），其中所述第一表面（30）在第一立方体上以及所述第二表面（42）在第二立方体上，所述第一立方体与所述第二立方体连接以得到“L”形的横截面。

11.如权利要求8所述的适配器（32），其中所述第一和第二表面（42）在陶瓷印刷电路板（34）材料上形成，所述导体（16）包括陶瓷印刷电路板（34）材料中的迹线和通孔。

12.如权利要求8所述的适配器（32），其中所述第一表面（30）由具有支撑所述导体（16）的通道的第一多个堆叠板形成，所述第二表面（42）由具有支撑所述导体（16）的通道的第二多个堆叠板形成，所述第一多个堆叠板的通道具有不同于所述第二多个堆叠板的通道的间距，并且所述第一多个堆叠板具有不同于所述第二多个堆叠板的厚度。

13.如权利要求8所述的适配器（32），其中所述导体（16）包括之间缠绕并分离以形成第一和第二表面（30，42）的线。

14.如权利要求8所述的适配器，其中所述导体（16）包括在柔性电路材料上的迹线。

15.一种用于在超声换能器中路由信号的方法，所述方法包括：

沿着元件的阵列（12）的z轴将元件的电极连接（90）到导体（16），所述电极和电极处的导体（16）以第一间距分布；以及

从元件到与电极隔开的表面路由（92）所述导体（16），所述表面不与所述阵列（12）平行，其中在表面处的导体（16）具有沿着两个维度不同于第一间距的第二间距；

其中所述导体连接到权利要求8的适配器中的一端上的元件并连接到另一端上的不同表面，以用于在阵列和电子设备之间互连，所述表面不与所述阵列平行。