DE3623520A1 - Phase-controlled ultrasonic array-type transducer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von phasengesteuerten Ultrall-Gruppenwandlern, insbesondere zum Erzeugen von diagnostischen Abbildungen in der Medizin, sowie insbesondere in der Medizin einsetzbare Ultraschall- Wandler.The invention relates to a method for producing phase controlled ultrall group converters, in particular for generating diagnostic images in medicine, as well as ultrasound Converter.
In der diagnostischen Medizintechnik sind Ultraschall- Bildwandler bekannt, mit denen die innere Struktur abge tastet und wiedergegeben werden kann. Dabei handelt es sich um mechanische Abtastgeräte, wie rotierende und oszillie rende Abtastgeräte, sowie elektronische Abtastgeräte, wie linear arbeitende und phasengesteuerte Gruppenanordnungen. Ultraschall-Wandler bestehen üblicherweise aus piezoelek trischem Keramikmaterial, wie aus einer Blei-Zirconat-Tita nat (PZT)- Keramik, die durch Anlegen eines elektrischen Signals in Schwingungen versetzt wird.In diagnostic medical technology, ultrasound Image converter known with which the internal structure abge gropes and can be played. It is about mechanical scanning devices such as rotating and oscillating rende scanning devices, as well as electronic scanning devices, such as linear working and phase controlled group arrangements. Ultrasonic transducers usually consist of piezoelek ceramic ceramic material, such as from a lead zirconate tita nat (PZT) - ceramics made by applying an electrical Signal is vibrated.
Phasengesteuerte Gruppenwandler bestehen üblicherweise aus einer kleinen Platte aus piezoelektrischem Material, das in mehrere unabhängige Elemente zerschnitten ist, die nach einander mit geeigneten Verzögerungen gepulst angesteuert werden, so daß sie elektronisch gesteuerte oder gelenkte Wellenfronten von Ultraschall-Energie abgeben. Die Abmes sungen der phasengesteuerten Gruppenwandler sind in der Re gel klein, so daß ihre Herstellung relativ schwierig ist und die Hauptkosten bei der Herstellung des phasengesteuer ten Gruppen-Abtastkopfes bei der Herstellung des Wandlers selbst anfallen.Phase-controlled group converters usually consist of a small plate made of piezoelectric material that is cut into several independent elements, which according to pulsed each other with suitable delays be so that they are electronically controlled or steered Deliver wave fronts of ultrasound energy. The dimensions Solutions of the phase-controlled group converters are in the Re gel small, so that their production is relatively difficult and the main cost of manufacturing the phased th group scanning head in the manufacture of the transducer yourself.
Zusätzliche Kosten bei der Herstellung der phasengesteuer ten Gruppen-Abtastköpfe ergeben sich aus der Tatsache, daß getrennte Signalkanäle für jedes der Elemente in der Gruppe erforderlich sind. Jeder Kanal erfordert ein getrenntes Draht- oder Koaxialkabel, das, z. B. durch Verlöten, an der "Gruppenanordnung" selbst und an dem "Anschlußende" ange schlossen werden muß. Darüber hinaus sind häufig zusätzliche aktive und/oder passive elektrische Bauelemente bei jedem Kanal erforderlich, die sich innerhalb des Abtastkopfes befinden. Häufig weist ein phasengesteuerter Gruppenwandler mindestens 32 Kanäle auf. Daher sind die Arbeitskosten bei der Herstellung der Lötverbindungen zwischen diesen Anschlüs sen, Kabeln und Bauelementen für jeden Kanal relativ groß. Die Herstellungskosten eines phasengesteuerten Gruppen-Abtastknopfes sind daher relativ hoch und darüber hinaus kann es sich nach der Herstellung ergeben, daß aus irgendeinem Grund das eine und/oder das andere Wandlerelement nicht betriebsfähig ist.Additional costs in manufacturing the phased Group scan heads result from the fact that separate signal channels for each of the elements in the group required are. Each channel requires a separate one Wire or coaxial cable, e.g. B. by soldering to the "Group arrangement" itself and at the "connection end" must be closed. In addition, there are often additional ones active and / or passive electrical components in each Channel required, which is within the readhead are located. Often, a phase-controlled group converter at least 32 channels. Therefore, labor costs are at the production of the solder connections between these connections sen, cables and components for each channel relatively large. The manufacturing cost of a phased group scan button are therefore relatively high and beyond that it can look the manufacture shows that for some reason the one and / or the other converter element is not operational.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ein fache und preisgünstige Lösung zum Entfernen eines defekten phasengesteuerten Gruppenwandlers aus einem Abtastkopf und zum Ersetzen durch eine funktionsfähige Gruppe anzugeben, ohne daß eine große Anzahl von Lötverbindungen aufgetrennt und wieder hergestellt werden muß.Therefore, the invention has for its object a fold and inexpensive solution to remove a defective one phase-controlled group converter from a scanning head and specify to be replaced by a functional group, without breaking a large number of solder connections and must be restored.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wird ein einfaches Herstellungsver fahren für einen phasengesteuerten Gruppenwandler angegeben, wobei der phasengesteuerte Gruppenwandler seitliche Stecker aufweist, die einen kompakten, integralen Bestandteil des Gruppenwandlers bilden. Bei der Herstellung wird erfindungs gemäß der Wandler in einen seitlichen Stecker an einer Pla tine eingesteckt, die die Elektronik für den Abtastkopf enthält. Daher kann nach der Herstellung der phasengesteu erte Gruppenwandler getrennt von der zugehörigen Elektronik getestet werden. Daher werden nur Betriebseinheiten einge kapselt oder vergossen, so daß dann, wenn ein Wandler feh lerhaft ist, vor dem Einkapseln und weiterem Testen eine Betriebseinheit ersetzt werden kann. Dadurch ergeben sich keine Kosten zum Auftrennen und Wiederherstellen von Löt verbindungen der Wandler, die nach der Herstellung nicht betriebsfähig sind oder nach dem Einkapseln nicht betriebs fähig werden.This object is achieved with the features of the claims solved. According to the invention is a simple manufacturing drive specified for a phase controlled group converter the phased group converter side connector has a compact, integral part of the Form group converter. In the manufacture is fiction according to the converter into a side connector on a pla tine inserted, which is the electronics for the readhead contains. Therefore, after manufacturing the phased Group converters separately from the associated electronics be tested. Therefore only operating units are used encapsulates or encapsulates, so that when a converter fails is learnable before encapsulation and further testing Operating unit can be replaced. This results in no cost to cut and restore solder connections of the transducers that are not after manufacture are operational or not operational after encapsulation become capable.
Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung eines phasenge steuerten Ultraschall-Gruppenwandlers eine piezoelektrische Keramikplatte an die Seiten einer flexiblen Schaltungspla tine angelötet, auf die Spuren oder Leiterbahnen aufgedruckt sind. Dann wird Füllmaterial zum Befestigen der piezoelek trischen Keramikplatte auf die flexible Schaltungsplatine gegossen, und mit Hilfe einer Säge werden die Elemente des Wandlers festgelegt.According to the invention in the manufacture of a phase controlled ultrasonic group transducer a piezoelectric Ceramic plate on the sides of a flexible circuit board tine soldered, printed on the tracks or conductor tracks are. Then filler material for attaching the piezoelek ceramic plate on the flexible circuit board poured, and with the help of a saw, the elements of the Transducer set.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention will now be described with reference to the accompanying Drawing explained in more detail. It shows:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäß hergestellten, phasengesteuerten Gruppen-Tastkopfs,Prepared Fig. 1 is an exploded view of the invention, phased array-probe,
Fig. 2 eine Aufsicht einer erfindungsgemäß verwendeten flexiblen Schaltungsplatine, Fig. 2 is a plan of a flexible circuit board according to the invention,
Fig. 3 eine Aufsicht der flexiblen Schaltungsplatine gemäß Fig. 2 mit darauf befestigtem piezoelektrischem Ele ment,Ment Fig. 3 is a plan view of the flexible circuit board of FIG. 2 with attached thereon piezoelectric Ele,
Fig. 4 eine Unteransicht der in Fig. 3 dargestellten Struk tur, Fig. 4 is a bottom view of the structural illustrated in Fig. 3 structure,
Fig. 5 eine Vorderansicht des erfindungsgemäß verwendeten Aufnahmekastens für das Füllmaterial, Fig. 5 is a front view of the receiving box used in the invention for the filling material,
Fig. 6 eine Seitenansicht des Kastens gemäß Fig. 5, Fig. 6 is a side view of the box according to Fig. 5,
Fig. 7 eine Aufsicht des Kastens gemäß Fig. 5, Fig. 7 is a plan view of the box according to Fig. 5,
Fig. 8 eine Ansicht der Schaltungsplatine gemäß Fig. 3, die an dem Kasten gemäß Fig. 5 befestigt ist, und Fig. 8 is a view of the circuit board shown in FIG. 3, the box according to the Fig. 5 is fixed, and
Fig. 9 eine Seitenansicht des fertigen phasengesteuerten Gruppenwandlers gemäß der Erfindung. Fig. 9 is a side view of the finished phase controlled group converter according to the invention.
Gemäß Fig. 1 weist der phasengesteuerte Gruppen-Tastkopf 10 einen phasengesteuerten Gruppenwandler 12 mit einer gekap selten Wandlergruppe 14 auf, die auf einer flexiblen Schal tungsplatine 50 angeordnet ist; diese Schaltungsplatine endet in bekannten Steckverbindern 16, 18. Diese Steckver binder 16 und 18 sind im Abstand zueinander angeordnet und stellen eine Verbindung zu einem Paar entsprechend beabstan deter Kantensteckverbinder 20 bzw. 22 dar, die sich auf einer Handhabungsanordnung 24 befinden; diese Anordnung 24 weist ein Paar starrer Schaltungsplatinen 26, 28 auf, auf denen sich mehrere elektrische Bauelemente 30 befinden. Die elektrischen Bauelemente 30 sind den jeweiligen Kanä len des phasengesteuerten Gruppenwandlers 12 zugeordnet. Koaxialkabel 32 erstrecken sich von der Handhabungsanord nung 24 zu einer Kabelanordnung 34, die mit einer nicht dar gestellten Ultraschall-Abtasteinheit verbunden ist. Bei dieser Abtasteinheit kann es sich um eine bei medizinischen Ultraschall-Anwendungen übliche Anordnung handeln, die zum Betrieb des phasengesteuerten Gruppen-Tastkopfs übliche Schaltungen enthält. Der zusammengesetzte Ultraschall-Tast kopf 10 weist ferner ein Paar Gehäuseteile 36 und 38 sowie ein vorderes Gehäuseteil 40 auf, die in üblicher Weise etwa aus Kunststoffmaterial hergestellt sind. Diese Gehäusetei le bilden die äußere Form der Handhabungsanordnung.Referring to FIG. 1 10, the phased array probe to a phased array transducer 12 with a rare gekap transducer group 14, the processing circuit board is disposed on a flexible formwork 50; this circuit board ends in known connectors 16 , 18 . This Steckver binder 16 and 18 are arranged at a distance from each other and represent a connection to a pair of corresponding beabstan deter edge connectors 20 and 22 , which are located on a handling arrangement 24 ; this arrangement 24 has a pair of rigid circuit boards 26 , 28 on which a plurality of electrical components 30 are located. The electrical components 30 are assigned to the respective channels of the phase-controlled group converter 12 . Coaxial cables 32 extend from the manipulation arrangement 24 to a cable arrangement 34 which is connected to an ultrasound scanning unit (not shown). This scanning unit can be an arrangement which is customary in medical ultrasound applications and which contains circuits which are customary for operating the phase-controlled group probe. The composite ultrasound probe 10 also has a pair of housing parts 36 and 38 and a front housing part 40 , which are made in the usual way, for example, from plastic material. These housing parts form the outer shape of the handling arrangement.
Gemäß Fig. 2 weist die flexible Schaltungsplatine 50 ein flexibles Grundmaterial 52 auf, auf dem mehrere Leiterbah nen oder -spuren 54 ausgebildet sind. Die flexible Schal tungsplatine 50 weist eine rechteckige Öffnung 56 mit einem Paar Kurzschlußstäben 58 auf jeder Seite auf, mit denen jede Leiterbahn oder Spur 54 elektrisch verbunden sind.Referring to FIG. 2, the flexible circuit board 50 a flexible base material 52, NEN on which a plurality of the PCB tracks or tracks 54 are formed. The flexible circuit board 50 has a rectangular opening 56 with a pair of shorting bars 58 on each side to which each conductor or trace 54 are electrically connected.
Gemäß den Fig. 3 und 4 wird beim Fertigstellen des Wand lers 12 zunächst ein Stück aus piezoelektrischem Material 60 mit den Kurzschlußstäben 58 verlötet, so daß es über der rechteckigen Öffnung 56 liegt; danach werden überschüssige Abschnitte des die Öffnung 56 umgebenden Materials, das über die Kante 62, 64 des piezoelektrischen Materials 60 hinausragt, entfernt. Ein Paar phenolhaltige Versteifungs glieder 66 werden auf der Rückseite des flexiblen Materials 52 aufgeklebt, das in vorteilhafter Weise aus einem Polyimid besteht, wie es etwa unter dem Handelsnamen "Kapton" vertrie ben wird. . Referring to Figures 3 and 4, coupler 12 is first soldered in completing the wall, a piece of piezoelectric material 60 with the shorting bars 58, so that it is above the rectangular opening 56; thereafter, excess portions of the material surrounding the opening 56 that protrudes beyond the edge 62 , 64 of the piezoelectric material 60 are removed. A pair of phenol-containing stiffening members 66 are glued to the back of the flexible material 52 , which advantageously consists of a polyimide, such as is sold under the trade name "Kapton" ben.
Das flexible Material 52 wird um die phenolhaltigen Verstei fungsglieder 66 derart gewickelt, daß die Oberseite der fle xiblen Schaltungsplatine 50 entsprechend Fig. 3 und die Un terseite entsprechend Fig. 4 erscheint. Mehrere Bohrungen 68, 69 erstrecken sich durch das flexible Material 52 und die Versteifungsglieder 66.The flexible material 52 is wound around the phenol-containing reinforcing members 66 such that the top of the flexible circuit board 50 shown in FIG. 3 and the underside shown in FIG. 4 appears. A plurality of bores 68 , 69 extend through the flexible material 52 and the stiffening members 66 .
Gemäß den Fig. 5 bis 7 besteht der Aufnahmekasten 70 für das Füllmaterial aus Kunststoff mit einem Paar Seitenwänden 72, die sich von einem Boden 74 aus nach oben erstrecken. Im Boden 74 befindet sich eine große Bohrung 76. Von den Sei ten des Bodens 74 aus erstrecken sich ein Paar Zapfen 78. Von den Seiten des Bodens 74 erstrecken sich ferner ein Paar Fahnen oder mechanische Anschlüsse 80 mit Aussparungen 82 zur Aufnahme von Schrauben, mit denen der Kasten 70 gemäß Fig. 1 in dem vorderen Gehäuseteil 40 gehalten werden kann.Referring to FIGS. 5 to 7 70 is the receiving box for the filling material made of plastic with a pair of side walls 72 which extend from a base 74 upwardly. There is a large bore 76 in the bottom 74 . A pair of pins 78 extend from the sides of the bottom 74 . Also extending from the sides of the bottom 74 are a pair of flags or mechanical connections 80 with recesses 82 for receiving screws with which the box 70 can be held in the front housing part 40 according to FIG .
Gemäß den Fig. 8 und 9 wird bei der Herstellung des phasen gesteuerten Gruppenwandlers 12 danach die flexible Schal tungsplatine 50 (gem. Fig. 4) über dem Aufnahmekasten 70 (vgl. Fig. 5 bis 7) gebildet. Die Zapfen 78 des Aufnahme kastens werden durch die Bohrungen 69 in der flexiblen Schaltungsplatine gedrückt und erhitzt, so daß die flexible Schaltungsplatine 50 auf dem Aufnahmekasten 70 festgehalten wird. Vorzugsweise werden die Verbindungen zwischen dem Auf nahmekasten und der flexiblen Schaltungsplatine mit Hilfe eines Cyanacrylat-Klebstoffs verklebt. Danach wird Füllma terial durch die Öffnung 76 eingegossen, um den Aufnahme kasten 70 zu füllen. Als Füllmaterial wird z. B. ein Epoxy- Harz eingesetzt, wie es auch normalerweise bei der Herstel lung von phasengesteuerten Ultraschall-Gruppenwandlern ver wendet wird.Referring to FIGS. 8 and 9, in the manufacture of the phase-array transducer 12 after which the flexible board 50 TIC (acc. Fig. 4) via the receiving box 70 (see. Fig. 5 to 7) is formed. The pin 78 of the receiving box are pressed and heated through the holes 69 in the flexible circuit board, so that the flexible circuit board 50 is held on the receiving box 70 . Preferably, the connections between the receiving box and the flexible circuit board are glued using a cyanoacrylate adhesive. Then Füllma material is poured through the opening 76 to fill the receiving box 70 . As a filler z. B. an epoxy resin is used, as it is also used in the manufacture of phase-controlled ultrasonic group transducers ver.
Gemäß Fig. 9 wird der fertige Wandler dann in eine Säge zum Schneiden von Halbleitermaterial eingebracht, und das piezo elektrische Material 60 wird zur Ausbildung von Sägekerben 61 zwischen einzelnen Gruppenelementen 63 eingesägt, die je weils elektrisch mit einer der Leiterbahnen 54 auf der einen oder der anderen Seite der so gebildeten Elemente 63 verbun den ist. Daher ist jede Leiterbahn oder Spur 54 mit der Un terseite eines einzigen piezoelektrischen Elements 63 ver bunden. Die Ultraschall-Gruppenanordnung 12 wird dann mit einer Masseverbindung fertiggestellt, die die Oberseite jedes Gruppenelements elektrisch verbindet.According to FIG. 9, the finished transducer is then placed in a saw for cutting the semiconductor material and the piezoelectric material 60 is sawed in the formation of saw kerfs 61 between individual group members 63 each of which weils electrically connected to one of the conductive traces 54 on one or other side of the elements 63 thus formed is the verbun. Therefore, each trace or trace 54 is connected to the underside of a single piezoelectric element 63 . The ultrasound array 12 is then completed with a ground connection that electrically connects the top of each array element.
Der erfindungsgemäße phasengesteuerte Ultraschall-Gruppen wandler kann in einfacher Weise und arbeitssparend herge stellt werden. Der Wandler kann leicht in einen Ultraschall- Tastkopf eingebaut werden, der das Herausnehmen und Erset zen von defekten Gruppenelementen ermöglicht.The phase-controlled ultrasound groups according to the invention converter can be easily and labor-saving be put. The transducer can easily be converted into an ultrasound Probe can be built in, the removal and replacement broken group elements.
Claims (2)
- a) Metallisieren der beiden Seiten einer Platte aus piezo elektrischem Keramikmaterial,
- b) Versehen einer flexiblen Schaltungsplatine mit mehre ren darauf ausgebildeten Spuren, die jeweils mit einem Paar leitfähigen Kurzschlußstangen elektrisch verbunden sind, die sich an einander gegenüberliegen den Seiten einer Öffnung in der Mitte der flexiblen Schaltungsplatine befinden,
- c) Verlöten der Platte aus piezoelektrischem Material mit den Kurzschlußstäben, so daß die Platte elektrisch mit diesen verbunden ist,
- d) Befestigen der flexiblen Schaltungsplatine an einem Aufnahmekasten für Füllmaterial,
- e) Eingießen von nichtleitendem Überzugsmaterial in den Aufnahmekasten, um eine mechanische Struktureinheit zu bilden,
- f) Ausbilden der Elemente des Gruppenwandlers durch Ein schneiden der piezoelektrischen Keramikplatte und des Abschnitts der Leiterbahnenfläche, die mit den einzel nen Spuren verbunden ist, so daß man mehrere elektrisch isolierte Elemente erhält, die jeweils durch eine Spur angeschlossen sind, und
- g) Ausbilden eines elektrischen Kontakts an der Oberseite der Elemente.
- a) metallizing the two sides of a plate made of piezoelectric ceramic material,
- b) providing a flexible circuit board with a plurality of traces formed thereon, each of which is electrically connected to a pair of conductive shorting bars located on opposite sides of an opening in the center of the flexible circuit board,
- c) soldering the plate made of piezoelectric material to the short-circuit bars so that the plate is electrically connected to them,
- d) attaching the flexible circuit board to a storage box for filling material,
- e) pouring non-conductive coating material into the receiving box to form a mechanical structural unit,
- f) forming the elements of the group converter by cutting the piezoelectric ceramic plate and the portion of the conductor surface which is connected to the individual tracks, so that one obtains several electrically insulated elements, each connected by a track, and
- g) forming an electrical contact on the top of the elements.
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Legal Events
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| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: VOSSIUS, V., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TAUCHNER, P., |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |