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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Z-Achsen Verbindung und Verfahren
für eine
elektrische Verbindung in Ultraschalltransducern. Insbesondere enthalten
Stützblöcke, die
im Folgenden auch als Backingblöcke
bezeichnet werden, elektrische Zwischenverbindungen mit Transducerarrayelementen sowie
schalldämmendes
Material.
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Für lineare
Transducerarrays wird eine flexible Leiterplatte (Flex Circuit)
mit einer Anzahl von Leiterbahnen (Traces), die gleich der Anzahl
an Elementen in dem Array ist, mit dem Array verbunden. Elektrische
Signale werden über
die Leiterbahnen der flexiblen Leiterplatte an das Array gesendet
und von diesem empfangen. Die flexible Leiterplatte ist zwischen
dem Transducerarray und dem Backingblock aus einem schalldämpfenden
Material positioniert. Typischerweise ist der Bereich der flexiblen
Leiterplatte, der mit dem Transducerarray in Kontakt ist, flach
ausgebildet oder liegt in der gleichen Ebene oder Krümmungsraum
(Kurviplanarraum), wie die Bodenfläche des Transducerarrays. Die
US 5,617,865 , deren Offenbarung
durch Bezugnahme hiermit Bestandteil dieser Anmeldung wird, offenbart die
Verwendung einer einzelnen flexiblen Leiterplatte, die über den
oberen Bereich eines Backingblocks gesteckt ist, um jedes Element
zu verbinden. Für
ein mehrdimensionales Array, das eine geringe Anzahl an Elementen
aufweist, beispielsweise 1,5D, 1,25D und 1,75D Transducer, kann
die gleiche flexible Leiterplattenkonfiguration verwendet werden.
Die Dichte der elektrischen Leiter auf der flexiblen Leiterplatte kann
aufgrund einer Erhöhung
der Anzahl an Elementen zunehmen. Je mehr Elemente in dem Transducerarray
enthalten sind, desto kleiner ist jedoch der Leiterbahnenabstand.
Als Ergebnis kann eine ausreichende Anzahl an Leiterbahnen nicht
auf einer einzelnen flexiblen Leiterplatte möglich sein. Für mehrdimensionale
Arrays kann der Schritt des Würfelns (Dicing)
oder des Trennens individueller Elemente in zwei Dimensionen ein
Durchschneiden der elektrischen Leiter auf der flexiblen Leiterplatte
zur Folge haben.
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Eine
Alternative zur Erhöhung
der Anzahl an möglichen
elektrischen Verbindungen mit dem Transducerarray ist eine sog.
Z-Achsen Verbindung. Die Z-Achse entspricht einer Bereichsdimension
oder einer Dimension im Wesentlichen orthogonal zu dem Transducerarray.
Die Elemente eines mehrdimensionalen Arrays sind entlang der Elevationsdimension und
der Azi mutdimension beabstandet, können jedoch aufgrund einer
Wölbung
in dem Array Z-Achsen Versetzungen (Offsets) aufweisen. Die elektrischen Verbindungen
verlaufen für
eine Verbindung mit den Elementen durch das schalldämpfende
Material oder den Backingblock. Beispielsweise erstreckt sich eine Mehrzahl
von flexiblen Leiterplatten entlang einer Z-Achse, um mit unterschiedlichen
Gruppen von Elementen eine Verbindung einzugehen. Das schalldämpfende
Material wird dann um die flexiblen Leiterplatten geformt. Das Mischen
und Aushärten
des schalldämpfenden
Materials ist jedoch zeitintensiv und schmutzig, insbesondere in
Bezug auf die flexiblen Leiterplatten. Gemäß einem anderen Ansatz werden
leitfähige
Streifen oder individuelle elektrische Verbindungen mit Schichten
des schalldämmenden Materials
laminiert (beschichtet). Mehrere dünne elektrische Leiterbahnen,
die mit Blöcken
aus schalldämpfendem
Material beschichtet sind, sind jedoch unhandlich, und es ist schwierig,
eine Beschädigung der
elektrischen Streifen zu verhindern. Wenn Hunderte oder sogar Tausende
von Elementen bereitgestellt werden, ist es mit zunehmender Anzahl
an elektrischen Streifen schwierig, eine Verbindung mit den Leitern
herzustellen, und die alternierenden Schichten miteinander zu laminieren.
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Die
im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele enthalten Verfahren
und Systeme zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung mit
einem Transducerstapel oder durch einen Backingblock. Eine flexible
Leiterplatte ist sandwichartig zwischen Teilen eines schalldämmenden Materials
eingebettet. Beispielsweise sind zwei bis zweihundert oder mehr
flexible Schaltungen abwechselnd mit Teilen des schalldämmenden
Materials in Schichten gestapelt. Die alternierenden Schichten werden
dann miteinander verbunden, um einen Backingblock mit einer elektrischen
Z-Achsen Verbindung zu bilden. Die obere Oberfläche des verbundenen Backingblocks
enthält
eine Mehrzahl von freigelegten elektrischen Leiterbahnen von den
flexiblen Schaltungen. Da die flexiblen Schaltungen verwendet werden,
sind die elektrischen Leiterbahnen präzise entlang einer Dimension
ausgerichtet. Da vorgeformte schalldämmende Materialteile verwendet
werden, erfolgt eine präzise
Ausrichtung entlang einer zweiten oder orthogonalen Dimension. Das
Substrat, das die elektrischen Leiterbahnen in den flexiblen Leiterplatten
hält, liefert
mehr Stabilität
und erlaubt ein einfacheres Verbinden mit den Leiterplatten, verglichen
mit individuellen Streifen aus Metall.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Transducerstapel für eine elektrische
Verbindung geschaffen. Ein Backingblock enthält abwechselnd Schichten aus
einem schalldämmenden
Material und einem eine elektrische Leiterbahn tragenden Material,
die sich entlang einer Z-Achse erstrecken. Der Backingblock ist
benachbart zu einem Transducerarray aus Elementen positioniert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Backingblocks geschaffen. Mehrere Teile des schalldämmenden
Materials werden mit einem Material für die flexible Leiterplatte
gestapelt. Die gestapelten Materialien werden miteinander verbunden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird ein Backingblock für eine elektrische
Z-Achsen Verbindung
bereitgestellt. Eine Mehrzahl von flexiblen Leiterplatten hat jeweils
eine Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen. Eine Mehrzahl von Schichten aus
einem schalldämmenden
Material ist abwechselnd mit den flexiblen Leiterplatten gebildet.
Die elektrischen Leiterbahnen sind auf einer ersten Oberfläche zwischen
den Schichten aus dem schalldämmenden
Material freigelegt. Die flexiblen Leiterplatten erstrecken sich
von dem schalldämmenden
Material auf einer Seite, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt.
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Die
Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert und nichts in
diesem Abschnitt soll eine Beschränkung dieser Ansprüche darstellen. Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung
mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Die oben genannten oder im Folgenden diskutierten Aspekte können unabhängig voneinander
oder in Kombination miteinander verwendet werden.
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Die
Komponenten und die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu,
sondern heben stattdessen die erfindungsgemäßen Prinzipien hervor. Darüber hinaus
werden gleiche Bezugszeichen für
gleiche oder entsprechende Komponenten in den verschiedenen Ansichten
verwendet. Es zeigen:
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1 eine
graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels alternierender
Schichten in einem Backingblock;
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2 eine
graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bereichs
eines Transducerstapels;
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3 eine
graphische Darstellung eines Bereichs einer flexiblen Leiterplatte
gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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4 eine
graphische Darstellung eines Teils eines schalldämmenden Materials gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
und
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5 ein
Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Herstellen eines Backingblocks und eines Transducerstapels
mit einer elektrischen Z-Achsen Konnektivität.
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1 zeigt
einen Backingblock (Stützblock) für eine elektrische
Z-Achsen Verbindung gemäß einem
Ausführungsbeispiel. 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Backingblocks, der in einem Transducerstapel 10 zur
elektrischen Verbindung verwendet wird. Der Backingblock 12 gemäß 1 ist
in einer Draufsicht eines Bereichs des Backingblocks 12 gezeigt,
und die 2 zeigt eine Seitenansicht.
X, Y und Z Dimensionen sind in den 1 und 2 gezeigt.
Die Z Dimension entspricht einer Bereichsdimension in der Ultraschall-
oder Phased Array Bildgebung. Die X und Y Dimensionen entsprechen
jeweils der Elevationsdimension und der Azimutdimension oder umgekehrt.
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Der
Transducerstapel 10, wie in 2 gezeigt,
enthält
ein Transducerarray 14 aus Elementen 16 und den
Backingblock 12. Weitere, andere oder weniger Komponenten
können
vorgesehen werden, beispielsweise Abgleichschichten oder eine Linsenschicht
in dem Transducerstapel 10.
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Die
Elemente 16 sind aus einem Transducermaterial, beispielsweise
PZT, Keramik, Silizium, Halbleiter oder Membrane, andere Materialien
oder Strukturen können
jedoch verwendet werden, um zwischen Schallenergie und elektrischer
Energie umzuwandeln. Jedes der Elemente 16 ist von anderen Elementen 16 elektrisch
und akustisch isoliert. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist eine gemeinsame Grundebene für
alle Elemente 16 mit separaten Elektroden und in Zusammenhang
stehenden Eingängen
für jedes
der Elemente 16 bereitgestellt. Die separaten Elektroden
sind auf einer Bodenfläche 20 jedes
Elements 16 gebildet, können
jedoch auf einer oberen Oberfläche
gebildet werden. Die Bodenfläche 20 liegt
auf einer Ebene, sie kann jedoch auch entlang einer gekrümmten Oberfläche verlaufen.
Die Bodenfläche 20 ist
benachbart zu dem Backingblock 12 positioniert. Schallenergie
wird im Allgemeinen entlang der Z-Achse durch jedes der Elemente 16 übertragen.
Unerwünschte
Schallenergie wird durch den Backingblock 12 gedämpft. Die
gewünschte Schallenergie
wird von dem Backingblock weg in einen Patienten übertragen.
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Die
Elemente 16 des Transducerarrays 14 sind als ein
eindimensionales Array oder ein mehrdimensionales Array verteilt
ausgebildet. Mehrdimensionale Arrays sind entlang quadratischer,
rechteckiger, hexagonaler, dreieckiger oder zukünftig entwickelter Gittermuster
beabstandet. Die Elemente 16 sind voll abgetastet, ein
Sparse-Sampling kann jedoch verwendet werden. Für quadratische oder rechteckige
Gittermuster enthält
das mehrdimensionale Array 14 M×N Elemente, wobei sich M entlang der
X Dimension und N entlang der Y Dimension erstreckt. Der Backingblock 12 ist
hinter allen oder hinter den meisten der Elemente 16 innerhalb
der M×N Erstreckung
des Arrays 14 positioniert.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, enthält der Backingblock 12 abwechselnd
Schichten aus einem schalldämpfenden
Material 22 und einem Leiterbahnenträgermaterial 24. Das
schalldämmende
Material 22 dämpft,
absorbiert oder reduziert Reflexionen der Schallenergie. Das Leiterbahnenträgermaterial 24 enthält eine
Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen 26 für eine elektrische
Verbindung mit den Elementen 16. Die elektrischen Verbindungen
sind voneinander isoliert. Durch Ausrichten des Leiterbahnenträgermaterials 24 und
der in Zusammenhang stehenden elektrischen Leiter 26 entlang
der Z-Achse wird eine Dichte von Elementen 16 und in Zusammenhang
stehenden elektrischen Verbindungen geschaffen für die Implementierung eines
mehrdimensionalen oder zweidimensionalen Transducerarrays.
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Das
Leiterbahnenträgermaterial 24 ist
eine flexible Leiterplatte gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Beispielsweise ist das Leiterbahnenträgermaterial 24 aus
Kapton oder einem anderen elektrisch nicht leitenden flexiblen Material.
Eine flexible Leiterplatte enthält
beispielsweise nur Leiterbahnen oder kann andere aktive oder passive
Schaltungsvorrichtungen enthalten. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen
ist das Leiterbahnenträgermaterial 24 starr
oder nur halbflexibel. Irgendein bekanntes oder zukünftig entwickeltes
Trägermaterial
kann verwendet werden. Für
das Ausführungsbeispiel
mit der flexiblen Leiterplatte kann eine einseitige oder doppelseitige
flexible Leiterplatte verwendet werden. Wie in 1 gezeigt,
ist das Leiterbah nenträgermaterial 24 ein
Blatt aus einem Material mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen 26.
Die Leiterbahnen 26 sind Leiter, beispielsweise aus Kupfer,
Gold oder einem anderen leitenden Material (beispielsweise Polymer
oder Metall). Innerhalb des Backingblocks 12 ist eine Mehrzahl
von Blättern
oder von flexiblen Schaltungen vorgesehen, die jeweils eine Mehrzahl
von Leiterbahnen 26 aufweisen. Die Blätter aus Leiterbahnenträgermaterial 24 tragen
die Leiterbahnen 26 und können einen Kontakt unterschiedlicher
Leiterbahnen untereinander innerhalb eines Blatts verhindern.
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Das
Leiterbahnenträgermaterial 24 hat
irgendeine von verschiedenen Formen. Blöcke, Platten, Röhren oder
andere Strukturen von Material können
verwendet werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
wie in 3 gezeigt, wird ein dünnes Blatt eines flexiblen
Leiterplattenmaterials bereitgestellt mit Einrichtungslöchern 28,
die von den Leiterbahnen 26 beabstandet sind. Das Leiterbahnenträgermaterial 24 kann
ohne die Einrichtungslöcher 28 gemäß anderen
Ausführungsbeispielen
gebildet sein.
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Wenn
der Backingblock 12 zusammengebaut ist, erstrecken sich
die Leiterbahnen 26 im Wesentlichen orthogonal zu einer
Bodenfläche
des Transducerarrays 14. Im Wesentlichen orthogonal wird
hier verwendet, um auch eine schräge Verbindung zu umfassen,
bei der sich die flexiblen Leiterplatten unter einem Winkel durch
den Backingblock erstrecken, oder einige flexible Schaltungen unterschiedliche
Winkel aufweisen zu einem gewölbten Array. 2 zeigt
die flexiblen Leiterplatten oder ein anderes Leiterbahnenträgermaterial 24,
orthogonal zu dem Array 14. Die Blätter sind parallel über der
Y Dimension gebildet. Jedes Blatt ist innerhalb einer Ebene entlang
der Z und X Dimensionen, wie in 2 gezeigt.
Durch Verlegen der Bahnen vertikal oder entlang der Z Dimension
wird die elektrische Verbindung für jedes individuelle Element 16 geschaffen,
selbst nach einem Kerbschneiden zum Bilden des Elements 16.
Die Verwendung einer flexiblen Leiterplatte oder eines anderen Leiterbahnenträgermaterials 24 erlaubt
Abweichungen bezüglich
des Abstands und der Größe der Bahnen 26,
um der Anzahl und dem Abstand der Elemente zu entsprechen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
divergieren die Leiterbahnen 26 von der Z Achse innerhalb des
Backingblocks (weichen also von der Z-Achse ab). Beispielsweise
divergieren die Leiterbahnen 26 unterschiedlich stark von
orthogonal zu den Elementen des Arrays 14. Durch das unterschiedlich
starke Divergieren spreizen sich die Leiterbahnen stärker auseinander,
als der Abstand der Elemente. Die flexiblen Leiterplatten oder Leiterbahnen 26 haben
einen ersten Abstand benachbart zu den Elementen, beispielsweise
ein gleicher Abstand, wie die Elemente. Durch Divergieren von orthogonal
oder entlang der Z-Achse ist der Abstand auf einer Seite des Backingblocks
den Elementen gegenüberliegend
größer, wodurch
eine einfachere Verbindung möglich wird
durch Bump Bonding oder flexible Leiterplattenverbinder. Eine elektrische
Z-Achsen Verbindung wird durch Bahnen 26 bereitgestellt,
die sich im Wesentlichen entlang der Z-Achse in dem Backingblock an
den Elementen erstrecken, jedoch auch von der Z-Achse divergieren
(abweichen). Gemäß einem Ausführungsbeispiel
sind die Blöcke
aus schalldämpfendem
Material beispielsweise trapezförmig
geformt oder haben eine gekrümmte
Oberfläche,
um die Divergenz bereitzustellen. Die Leiterbahnen 26 können auf
einer Seite und/oder am Boden des Backingblocks aufgrund der Abweichung
freigelegt sein.
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Für eine Verbindung
mit den Elementen 16 ist jede der Leiterbahnen 26 an
einem Bereich benachbart zu dem jeweiligen Element 16 plattiert.
Beispielsweise sind die Bahnen 26 plattiert für eine Verbindung
mit einer Elektrode jedes Elements 16. In alternativen
Ausführungsbeispielen
ist keine Plattierung vorgesehen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen
sind die Elektroden zur Verwendung mit jedem der Elemente 16 an
einem freigelegten Ende der Leiterbahnen 26 zur Verbindung
mit dem entsprechenden Element 16 gebildet.
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Die
Mehrzahl von Schichten aus schalldämmendem Material 22 wechseln
sich mit den flexiblen Leiterplatten oder dem Leiterbahnenträgermaterial 24 innerhalb
des Backingblocks 12 ab. Die separaten Teile aus schalldämmenden
Materialien 22 sind irgendwelche allgemein bekannten oder
zukünftig
entwickelten Materialien zum Dämpfen
einer Schallenergie bei 1 bis 10 MHz. Beispielsweise ist das Schalldämpfungsmaterial 22 ausgehärtetes Epoxydharz mit
Füllstoffen.
Jede Schicht des schalldämmenden Materials 22 ist
eine Materialplatte, beispielsweise eine Materialplatte, die sich
in einer Ebene parallel zu den flexiblen Leiterplatten erstreckt. 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Scheibe, Platte oder eines Stücks aus schalldämpfendem
Material 22. Die Höhe des
Teils aus schalldämpfendem
Material 22 wird ausgewählt,
um eine gewünschte
Schalldämpfung
zu erhalten. Die Dicke wird ausgewählt, um einen gewünschten
Abstand zwischen den Bahnen 26 über den Schichten zu erhalten.
Die Breite wird ausgewählt,
um sich über
das gesamte Array 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel
plus einer zusätzlichen Breite
zur Platzierung der Einrichtungslöcher 28 zu erstrecken.
Gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
können
irgendwelche Abmessungen (Dimensionen) verwendet werden, beispielsweise
die Bereitstellung mehrerer Teile aus schalldämmendem Material 22 für eine ausreichende
Breite, Dicke oder Höhe. Andere
Ausrichtungsmechanismen als die Einrichtungslöcher 28, die bekannt
sind oder zukünftig
entwickelt werden, können
verwendet werden. Gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
haben die Teile aus schalldämpfendem
Material 22 unterschiedliche Formen, unregelmäßige Formen
oder weichen in der Form zwischen unterschiedlichen Teilen ab.
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Wie
in 1 gezeigt, ist jede der Schichten aus dem Leiterbahnenträgermaterial 24 zumindest teilweise
sandwichartig zwischen zwei Schichten aus schalldämmendem
Material 22 oder einem anderen Trägermaterial gebildet. Das zumindest
teilweise dazwischen eingeschlossen sein erlaubt dem Leiterbahnenträgermaterial 24 sich
jenseits des schalldämmenden
Materials 22 zu erstrecken, wie in 2 gezeigt. 1 zeigt,
zur leichteren Bezeichnung jede der Schichten 22, 24 mit
einem Abstand dazwischen, wenn die Schichten jedoch miteinander
verbunden sind, sind sie in Kontakt miteinander oder durch ein Klebemittel
getrennt.
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Der
Abstand der alternierenden Schichten 22, 24 entspricht
im Wesentlichen dem Abstand zwischen den Elementen 16 entlang
mindestens einer Dimension. Der Abstand zwischen den Bahnen 26 ist im
Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Elementen 16 entlang
einer anderen Dimension. Durch Berücksichtigung der Dicke der
Bahnen 26, des Leiterbahnenträgermaterials 24 und
des Schalldämpfungsmaterials 22 wird
der Abstand zwischen den Bahnen 26 über die alternierenden Schichten (beispielsweise
entlang der Y Dimension) eingestellt, um die Bahnen 26 entlang
benachbarter jedoch unterschiedlicher Elemente 16 zu positionieren.
Die Elementgröße in Azimutdimension
ist gleich der Dicke dieser Materialien plus einer zusätzlichen
Dicke aufgrund eines Klebemittels oder eines Laminierungsmittels.
Die Elementgröße in Elevationsdimension
ist im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Bahnen 26 entlang
einer flexiblen Leiterplatte. Im Wesentlichen heißt, dass
Abweichungen berücksichtigt
werden, die es den Bahnen 26 erlauben andere Stellen der
Elemente 16 zu verbinden und irgendein Sparse-Sampling
des Arrays zu berücksichtigen.
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Die
alternierenden Schichten 22, 24 sind gemäß einem
Ausführungsbeispiel
miteinander gebonded. Ein Epoxyd oder ein anderes Bindemittel wird zur
Laminierung der Schichten 22, 24 verwendet. Gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
wird eine Sinterungsstruktur, eine chemische Struktur oder eine
mechanische Struktur verwendet, um die Schichten 22, 24 zusammenzuhalten.
Die Leiterbahnen 26 sind mindestens an einer ersten Oberfläche zwischen
den Schichten des schalldämmenden
Materials 22 freigelegt. Die Freilegung auf der Oberfläche erlaubt
eine Verbindung der Leiterbahnen 26 mit den Elementen 16 des
Transducerarrays 14. Die flexiblen Leiterplatten oder ein
anderes Leiterbahnenträgermaterial 24 erstreckt
sich von dem Rücken
des schalldämpfenden
Materials 22 und dem Backingblock 12 zur elektrischen
Verbindung mit Kabeln oder anderen Schaltungen. Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
enden die flexiblen Leiterplatten oder ein anderes Leiterbahnenträgermaterial 24 an der
Oberfläche
des Backingblocks für
ein Bump Bonden oder eine andere nachfolgende elektrische Terminierung
oder Verbindung.
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Die
Anzahl an Schichten aus Leiterbahnenträgermaterial 24 ist
ungefähr
gleich der Anzahl der Elemente, die sich entlang einer Dimension
erstrecken. Die Anzahl der Leiterbahnen 26 auf jeder Schicht
des Leiterbahnenträgermaterials 24 ist
ungefähr
gleich der Anzahl an Elementen 16, die sich entlang einer
anderen Dimension erstrecken. In einem M×N Array sind beispielsweise
die M Schichten des Leiterbahnenträgermaterials 24 mit
N Leiterbahnen 26 für
jede der Schichten 24 vorgesehen. Eine Leiterbahn 26 ist
für jedes
der Elemente 16 in dem mehrdimensionalen Array vorgesehen.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen
ist ein Blatt oder sind mehrere Blätter aus Leiterbahnenträgermaterial 24 gefaltet, um
mit mehr als einer Reihe oder einer Spalte von Elementen 16 zu
verbinden. Eine Schicht des Leiterbahnenträgermaterials 24 enthält Bahnen 26 für mehrere
Reihen von Elementen 16. Als Ergebnis werden weniger als
M Schichten des Leiterbahnenträgermaterials 24 vorgesehen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl der Schichten aus schalldämmendem Material 24 ungefähr gleich
der Anzahl an Schichten aus Leiterbahnenträgermaterial 24 plus
1. Das schalldämmende
Material 22 wechselt sich mit Schichten aus Leiterbahnenträgermaterial 24 ab,
so dass ein „Sandwich" aus schalldämmendem
Material 22 für jede
der Schichten aus Leiterbahnenträgermaterial 24 bereitgestellt
wird. Gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
können
weniger oder mehr Schichten aus schalldämmendem Material 22 vorgesehen werden.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind die Schichten aus schalldämmendem
Material 22 an den Extremitäten des Backingblocks 12 dicker
als andere Schichten.
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Der
oben verwendete Begriff „ungefähr" für die Anzahl
an Schichten gilt für
Sparse-Sampling, das
Kurzschließen
von Elementen, oder andere Aperturprozesse, die eine nicht exakte
Bezugnahme auf die Anzahl an Bahnen 26 entlang einer Dimension
erlauben, verglichen mit der Anzahl an Elementen 16.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel ist
das Leiterbahnenträgermaterial
der Backingblock bzw. Teile davon. Beispielsweise werden Bahnen
auf den Schalldämpfungsmaterialteilen
gebildet. Rillen werden in die Teile geschnitten oder geformt. Leiter werden
auf den Teilen gebildet. Die Oberfläche wird dann grundiert oder
geätzt,
so dass die Leiter in den Rillen zurückbleiben, oder Leiter außerhalb
der Rillen entfernt werden. Nach dem Stapeln sind die Leiterbahnen 26 auf
der Oberfläche
benachbart zu dem Array bereitgestellt für eine Verbindung mit den Elementen,
und auf anderen Oberflächen
zur Verbindung mit Systemkanälen.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Herstellen eines Backingblocks und eines in
Zusammenhang stehenden Transducerstapels. Das Verfahren gemäß 5 wird
verwendet, um den in 1 gezeigten Backingblock zu
bilden, indem die in den 3 und 4 gezeigten
Materialien verwendet werden, und um den in 2 gezeigten
Transducerstapel zu bilden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen
können
andere Materialien verwendet werden, andere Backingblocks oder andere
Transducerstapel, die bekannt sind oder zukünftig entwickelt werden. Andere,
mehr oder weniger Schritte als in 5 gezeigt,
können
vorgesehen werden. Beispielsweise können die Schritte 42 und 44 vorgesehen
werden, ohne irgendeinen der folgenden Schritte. Gemäß einem
anderen Beispiel können die
Schritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
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In
Schritt 42 werden mehrere Teile aus schalldämmendem
Material mit flexiblem Leiterplattenmaterial gestapelt. Irgendeine
Anzahl an Schichten aus dem Material kann verwendet werden. Beispielsweise
werden mindestens zwei Schichten aus dem flexiblen Leiterplattenmaterial
abwechselnd mit Teilen aus dem schalldämmendem Material gestapelt.
Gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
wird eine einzelne Schicht aus dem flexiblen Leiterplattenmaterial
mit zwei oder mit mehreren Teilen Schalldämpfungsmaterial gestapelt.
Zur Verwendung in einem mehrdimensionalen Array mit M Elementen
entlang einer Dimension, werden M Schichten aus flexiblem Leiterplattenmaterial
abwechselnd mit M+1 Schichten Schalldämpfüngsmaterial gestapelt. Eine größere Anzahl
oder eine kleinere Anzahl an Schichten an flexiblem Leiterplattenmaterial
und/oder Schalldämpfungsmaterial
können
verwendet werden. Ein Teflonband oder ein anderer Schutz können verwendet
werden, um einen Kontakt zwischen den flexiblen Leiterplatten oder
Leiterbahnen zu verhindern.
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Die
Teile aus Schalldämpfungsmaterial
und die Blätter
aus flexiblem Leiterplattenmaterial werden für eine Stapelung ausgerichtet,
um eine gewünschte Verteilung
der Leiterbahnen innerhalb des Backingblocks zu erhalten. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
werden die Teile aus Schalldämpfungsmaterial und
flexiblem Leiterplattenmaterial mit mindestens einem Einrichtungsloch
ausgerichtet. Beispielsweise zeigen die 3 und 4 das
flexible Leiterplattenmaterial und Schalldämpfungsmaterial mit Einrichtungslöchern 28 auf
jeder Seite der Platte oder des Materialblatts. Eine Einrichtungsform
wird verwendet, um die relative Position der Materialschichten durch
Ausrichtung mit den Einrichtungslöchern 28 aufrecht
zu erhalten. Weitere oder weniger Einrichtungslöcher oder andere Ausrichtungsmerkmale (Vorrichtungen)
können
gemäß anderen
Ausführungsbeispielen
verwendet werden. Verschiedene Ausrichtungstechniken können gemäß anderen
Ausführungsbeispielen
verwendet werden, beispielsweise ein Stapeln in einer Form ohne
Einrichtungslöcher. Für eine Dimension
werden die Bahnen beispielsweise durch Platzierung entlang des flexiblen
Leiterplattenmaterials ausgerichtet. Die Bahnen werden für eine orthogonale
Richtung durch Stapeln der Schichten mit einem Abstand im Wesentlichen
gleich den Elementen ausgerichtet. Wenn die Elemente unterschiedliche
Größen aufweisen,
kann ein anderer Abstand innerhalb des Backingblocks der Bahnen
vorgesehen werden, um den Elementen zu entsprechen. Andere Variationen
aufgrund eines Sparse-Sampling
oder eines Elementenkurzschlusses kann eine Abstandsabweichung der
Bahnen entlang einer oder entlang mehrerer Dimensionen innerhalb des
Backingblocks zur Folge haben. Alternativ haben die Bahnen einen
gleichen oder konstanten Abstand, werden jedoch entweder nicht benutzt
oder sind für einen
Betrieb mit einem gleichen Element zusammengeschlossen.
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In
Schritt 44 werden die gestapelten Materialien miteinander
verbunden. Beispielsweise wird ein Klebemittel, etwa Epoxyd, zwischen
jeder Materialschicht aufgebracht, um die Materialien miteinander zu
verkleben. Druck und/oder Wärme
werden verwendet, um die alternierenden Schichten miteinander zu
verbinden. Das Epoxyd oder ein anderes Klebemittel füllt jeden
Spalt, beispielsweise Spalten, die durch Abstände zwischen den Bahnen verursacht werden.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird das Klebemittel als ein schalldämpfendes Material ausgewählt, beispielsweise
Epoxyd, für
eine wirkungsvollere Schalldämpfung
durch den Backingblock. Andere Laminierungs- oder Verbindungstechniken,
die jetzt bekannt sind oder zukünftig
entwickelt werden für
eine Verbindung mehrerer Schichten aus einem gleichen oder aus anderen
Materialien, können
verwendet werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel wird
das Schalldämpfungsmaterial
gereinigt, beispielsweise durch Verwendung eines Plasmaätzens, einer
Ultraschallbehandlung mit einem Lösungsmittel oder eine andere
bekannte oder zukünftig
entwickelte Reinigung oder Vorbereitung für ein Kleben (Bonden). Das
flexible Leiterplattenmaterial kann auch behandelt werden, um die
Verklebung oder die Verbindung zu verstärken.
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In
Schritt 46 wird die Oberfläche eines Backingblocks vorbereitet
für ein
Stapeln mit dem Transducer. Beispielsweise wird eine Oberfläche des verbundenen
Materials abgeflacht. Die Oberfläche zur
Verbindung mit dem Transducerarray ist abgeflacht oder anderweitig
geformt, um mit einer Bodenfläche
des Transducerarrays zusammenzupassen. Die Oberfläche, die
abzuflachen ist, hat sowohl freigelegtes Schalldämpfungsmaterial als auch flexibles Leiterplattenmaterial.
Die Oberfläche
kann ein flexibles Leiterplattenmaterial oder Schalldämpfungsmaterial
aufweisen, die sich weiter erstrecken, als erwünscht. Durch Schleifen, Ätzen oder
eine andere Oberflächenbehandlung
wird die Oberfläche
beispielsweise abgeflacht, geglättet
oder anderweitig vorbereitet, um das Metall der Leiterbahnen freizulegen.
Die Oberflächenvorbereitung
kann ungewolltes Klebemittel beseitigen.
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Andere
Oberflächenbearbeitungen
können ein
Plattieren umfassen, um die metallischen Leiterbahnen des flexiblen
Leiterplattenmaterials freizulegen. Beispielsweise werden die Bahnen
miteinander kurzgeschlossen und ein Strom in einem Bad angelegt,
um eine Goldplattierung auf den freigelegten Enden der Bahnen zu
erzeugen. Die Goldplattierung kann einen besseren Kontakt mit den
Elektroden der Elemente bilden. Die Goldplattierung oder eine andere
Plattierung kann auch das freigelegte leitfähige Material leicht über die
Oberfläche
des Backingblocks 12 anheben. Als eine Alternative zum
Plattieren der Enden der Bahnen kann die gesamte Oberfläche plattiert
werden, oder ein Metallleiter anderweitig auf der gesamten Oberfläche gebildet werden. Der
Leiter wird gemustert, beispielsweise durch Verwendung herkömmlicher
Fotoli thografietechniken oder bleibt ohne ein Muster. Die Metallisierung
wird beispielsweise als untere Elektrode für die Transducerelemente verwendet.
Schnittkerben zur akustischen Trennung der Transducerelemente können sich
tief genug erstrecken, um die Metallisierungsschicht in bestimmte
Elektroden für
jedes Element zu trennen. Gemäß einem
noch anderen alternativen Ausführungsbeispiel
folgt keine Plattierung oder weitere Metallisierung.
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In
Schritt 48 wird das Transducermaterial mit dem Backingblock
aus verbundenen Materialien gestapelt. Das Transducermaterial ist
gemäß einem Ausführungsbeispiel
ein „Stab", kann jedoch auch
ein Verbundmaterial gemäß anderen
Ausführungsbeispielen
sein. Zum Stapeln werden die Elemente vorher definiert oder innerhalb
des Transducermaterials noch nicht definiert. Das Transducermaterial
wird auf einer Oberfläche
des Backingblocks positioniert, wo mindestens ein Bereich des flexiblen
Leiterplattenmaterials, das zwischen dem Schalldämpfungsmaterial ist, im Wesentlichen
senkrecht zu einer Bodenfläche
des Transducermaterials ist. Das flexible Leiterplattenmaterial
und die in Zusammenhang stehenden Bahnen erstrecken sich im Wesentlichen
entlang der Z-Achse, wie in 2 gezeigt.
Die Leiterbahnen erstrecken sich durch den Backingblock zur Verbindung
mit einem Kabel oder einer anderen Schaltungsanordnung. Das Transducermaterial
enthält eine
Elektrode, die auf der Bodenfläche
gebildet ist, kann jedoch frei von Elektroden auf der Bodenfläche sein.
Das Transducermaterial ist im Allgemeinen mit dem Backingblock durch
Verwendung von Einrichtungslöchern,
einer Form oder durch eine allgemeine Positionierung ausgerichtet.
Wenn das Transducermaterial eine Elektrode auf der Bodenfläche enthält, wird
das Transducermaterial derart gestapelt, dass die freigelegten Bahnen
des Backingblocks einen elektrischen Kontakt mit dem Transducermaterial
bilden.
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In
Schritt 50 werden die verbundenen Materialien des Backingblocks
mit der Transducermaterialschicht gebonded. Durch Verwendung des
gleichen Klebemittels oder eines anderen Klebemittels, beispielsweise
Epoxyd, wird der Backingblock mit dem Transducermaterial verbunden.
Andere bekannte oder zukünftig
entwickelte Laminierungstechniken zur Verbindung des Backingblocks
mit dem Transducermaterial können
verwendet werden.
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In
Schritt 52 werden die Elemente in dem Transducermaterial
gebildet. Beispielsweise wird die Transducermaterialschicht in ein
mehrdimensionales Array von Elementen geschnitten (durch Dicen), nach
dem Stapeln oder Bonden des Transducermaterials mit dem Backingblock.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen
erfolgt das Schneiden (Dicen) entlang einer Richtung, um ein lineares
Array von Elementen zu bilden. Die Würfelschnitte erstrecken sich
durch das Transducermaterial und teilweise in den Backingblock.
Da die Leiterbahnen sich im Wesentlichen orthogonal zu der Bodenfläche des Transducermaterials
erstrecken, erhält
das Dicen in das Backingblockmaterial den elektrischen Pfad, der durch
die Bahnen bereitgestellt wird. Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel
wird das Transducermaterial geschnitten oder die Elemente anderweitig
geformt, bevor sie auf den Backingblock gestapelt werden. Beispielsweise
werden die Elektroden geätzt,
gemustert oder anderweitig auf einem Verbundmaterial definiert,
um die Elemente vor dem Stapeln zu definieren. Gemäß einem
anderen Beispiel wird eine Platte oder ein „Stab" aus PZT Material gewürfelt und
die resultierenden Kerben mit Epoxyd gefüllt, um die relativen Positionen
aufrecht zu erhalten. Das gewürfelte
Transducermaterial wird dann auf den Backingblock gestapelt.
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Obwohl
die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf verschiedene
Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass viele Änderungen
und Modifikationen möglich
sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise
kann die Achse für
das Stapeln der alternierenden Schichten des Backingblocks einen
nicht orthogonalen Winkel (beispielsweise 45 °), zu einer Achse entlang der
die Elemente angeordnet werden, haben. Gemäß einem anderen Beispiel erstrecken
sich die Bahnen durch den Backingblock und in das Trägermaterial,
beispielsweise ein starreres oder größeres Material zum Tragen des Arraystapels.
Die gestapelten Teile enthalten beispielsweise beides, das Schalldämpfungsmaterial und
das Trägermaterial.
Alternativ erstrecken sich die flexiblen Leiterplatten oder Bahnen
durch das Dämpfungsmaterial,
jedoch nicht durch das Trägermaterial.
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Es
ist folglich beabsichtigt, dass die oben gegebene detaillierte Beschreibung
lediglich beispielhaft ist und nicht einschränkend.