JP2013243668A - 超音波振動子および超音波振動子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波振動子および超音波振動子の製造方法を提供する。
【解決手段】超音波振動子１６は、音響素子１４のアレイ、集積回路３６、およびインターポーザ３８を含む。インターポーザは、音響素子を集積回路に電気的に接続するための導体素子５８を含む。導体素子は、集積回路に電気的に接続される。音響素子とインターポーザの導体素子との間にはんだが係合され、インターポーザの導体素子がはんだを通して音響素子に電気的に接続される。
【選択図】図１
【解決手段】超音波振動子１６は、音響素子１４のアレイ、集積回路３６、およびインターポーザ３８を含む。インターポーザは、音響素子を集積回路に電気的に接続するための導体素子５８を含む。導体素子は、集積回路に電気的に接続される。音響素子とインターポーザの導体素子との間にはんだが係合され、インターポーザの導体素子がはんだを通して音響素子に電気的に接続される。
【選択図】図１
Description
本明細書で開示する主題は、一般に超音波システムに関し、より詳細には、超音波振動子および超音波振動子の製造方法に関する。
超音波システムは、一般に、様々な超音波スキャン（例えば、身体または他の容積の画像化）を実行する、超音波スキャニングデバイス（例えば、プローブ内に収容された超音波振動子）を含む。スキャニングデバイスは、超音波信号を送信し受信する音響素子を含む。音響素子はアレイ配置され得る。音響素子が受信した超音波信号を使用して、身体または他の容積の画像を生成する。例えば、受信した超音波信号を使用して、限定はされないが、患者の心臓の画像など、患者の内部組織の画像を生成することができる。
少なくともいくつかの既知の超音波システムは、音響素子に電気的および機械的に接続されるインターポーザ（例えば、フレックス回路）を含む。インターポーザは、音響素子と、超音波信号の送信および／または受信ビーム形成動作を実施する熱裏打ち層または電子部品（例えば、１つまたは複数の集積回路）との間を延びる。例えば、インターポーザは、音響素子とビーム形成電子部品とを電気的に接続するように、音響素子とビーム形成電子部品との間を延びることができる。あるいは、例えば、インターポーザは、音響素子と熱裏打ち層とを機械的に接続するように、音響素子と熱裏打ち層との間を延びる。いくつかの既知のインターポーザは、音響素子を、超音波システムの１つまたは複数の他の構成部品（例えば、ＲＦプロセッサ、メモリ、信号プロセッサ、ユーザ入力部、ビーム形成電子部品、ディスプレイなど）に電気的に接続するケーブルである。
いくつかの既知の超音波システムでは、エポキシを使用して、インターポーザを音響素子に機械的に接続し、または機械的および電気的に接続する。しかし、エポキシによって提供される機械的接続は、環境ストレスによる故障を起こしやすい。例えば、エポキシによって提供される機械的接続は、超音波スキャニングデバイスが長期間にわたって水および／または他の液体にさらされると（例えば、超音波スキャニングデバイスの全部または一部分が水および／または他の液体に浸漬されると）、故障することがある。音響素子とインターポーザとの機械的接続が故障すると、インターポーザを音響素子から電気的に切断することがあり、それにより超音波システムの動作を中断する。
一実施形態では、超音波振動子は、音響素子のアレイ、集積回路、およびインターポーザを含む。インターポーザは、音響素子を集積回路に電気的に接続するための導体素子を含む。導体素子は、集積回路に電気的に接続される。音響素子とインターポーザの導体素子との間にはんだが係合され、インターポーザの導体素子がはんだを通して音響素子に電気的に接続される。
別の実施形態では、超音波振動子は、音響素子のアレイ、熱裏打ち層、および導体素子を有するインターポーザを含む。インターポーザは、熱裏打ち層に機械的に接続される。音響素子とインターポーザの導体素子との間にはんだが係合され、インターポーザの導体素子がはんだを通して音響素子に電気的に接続される。
別の実施形態では、超音波振動子を製造する方法が提供される。方法は、音響素子のアレイを設け、導体素子を有するインターポーザを設け、音響素子およびインターポーザを集積回路または熱裏打ち層の少なくとも１つとともに層に配置し、インターポーザの導体素子をはんだを使用して音響素子に電気的に接続することを含む。
上記の発明の概要および以下のある実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばより良く理解されるであろう。様々な実施形態の機能ブロック図が図示されているが、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路が分かれていることを示すものではない。したがって、例えば１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）を、１つのハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリのブロック、ハードディスクなど）または複数のハードウェアで実施することができる。同様にプログラムは、スタンドアロンプログラムとすることができ、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込むことができ、インストールされたソフトウェアパッケージの機能とすることができるなどである。様々な実施形態は図に示す配置および装置に制限されないことに留意されたい。
本明細書で使用される、単数形および「ａ」「ａｎ」とともに記載される要素またはステップは、特に明確な記載がない限り、その要素またはステップの複数形を除外するものではない。さらに、「一実施形態」とは、記載された特徴を組み込む別の実施形態も存在することを除外すると解釈されるべきではない。また、特に明確な反対の記載がない限り、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有さない別の要素を含むこともできる。
様々な実施形態は、超音波振動子および超音波振動子の製造方法を提供する。様々な実施形態による超音波振動子は、音響素子およびインターポーザのアレイを含む。インターポーザは導体素子を含む。インターポーザを音響素子のアレイに電気的に接続するために、はんだがインターポーザの導体素子に係合する。
少なくともいくつかの実施形態の技術的効果は、超音波振動子の様々な構成部品のはんだを使用した連結を提供し、連結は、例えば水および／または他の液体にさらされることによって連結が切断されないように、あらかじめ定められた機械的強度を有する。少なくともいくつかの実施形態の技術的効果は、超音波振動子の様々な構成部品のはんだを使用した連結を提供し、連結は、より速い硬化時間および／または優れた結合強度を有する。少なくともいくつかの実施形態の技術的効果は、より短時間で製造することができ、温度変化に対してより堅固であり、および／または水および／または他の液体への浸漬に対してより堅固である、超音波振動子を提供する。
図１は、様々な実施形態で形成される超音波振動子１６の一部分の分解斜視図である。図２は、超音波振動子１６の分解されていない断面図である。超音波振動子１６は、音響素子１４のアレイ、集積回路３６、および音響素子１４と集積回路３６を電気的に接続するインターポーザ３８を含む。超音波振動子１６は、レンズ４０、裏打ち４２、および／または放熱板４４も含むことができる。裏打ち４２は、裏側の音響エネルギーを弱めるように、比較的高い音響減衰の材料とすることができる。以下でより詳細に説明するように、インターポーザ３８は、はんだ４６を使用して音響素子１４および／または集積回路３６に電気的に接続されている。はんだ４６はまた、インターポーザ３８を音響素子１４および／または集積回路３６に機械的に接続する。はんだ４６は、明確性のために図１には示されていない。
例示的な実施形態では、レンズ４０、音響素子１４のアレイ、インターポーザ３８、集積回路３６、裏打ち４２、および放熱板４４が、図１および２に見ることができるように層に配置されている。層内では、インターポーザ３８が集積回路３６と音響素子１４との間を延びている。図示された層に加えて、またはその代わりに、レンズ４０、音響素子１４、インターポーザ３８、集積回路３６、裏打ち４２、および放熱板４４の他の相対的な配置を設けることができる。
音響素子１４は、任意の次元数で配置することができる。例えば、音響素子１４は、１次元（１Ｄ）アレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２次元（２Ｄ）アレイなどとすることができる。様々な配列を使用することができる。
それぞれの音響素子１４は、音響エネルギーを生成して身体または他の容積へと送信し、身体または他の容積から後方散乱された音響信号を受信して画像を生成し表示するように構成されている。音響層４８は、限定はされないが、約３ＭＲａｙｌｓから約３５ＭＲａｙｌｓなど、任意の値の音響インピーダンスを有することができる。音響層４８は電極（図示せず）を含むことができる。音響層４８は、限定はされないが、圧電セラミック（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）など）、圧電複合材料、圧電結晶、圧電単結晶、圧電ポリマーなど、任意の材料から形成される任意のタイプの音響層とすることができる。いくつかの実施形態では、音響層４８は、１つの材料または２つ以上の異なる材料の複数のサブ層を含むことができる。言い換えると、いくつかの実施形態では、音響層４８は同じ材料の複数のサブ層を含むことができるが、他の実施形態では、音響層４８は異なる材料の複数の層を含むことができる。
それぞれの音響素子１４は、音響層４８に加えて、１つまたは複数の他の層を含むことができる。例えば、それぞれの音響素子１４は、１つまたは複数のマッチング層（図示せず）、１つまたは複数の導電フィルム層（図示せず）、および／または１つまたは複数のデマッチング層（図示せず）を含むことができる。それぞれの音響素子１４は、全体的に任意の数の層を含むことができる。例示的な実施形態では、それぞれの音響素子１４は、１つのデマッチング層５０および３つのマッチング層５２を含む。しかし、それぞれの音響素子１４は、任意の数のデマッチング層５０を含むことができ、任意の数のマッチング層５２を含むことができる。
デマッチング層５０は比較的高い音響インピーダンスを有し、音響エネルギーのほとんどが振動子の前方に送信されるように、音響層４８を固定するように機能する。しかし、比較的少ない量の裏側の音響エネルギーがまだ存在し、前面へと反射されることがあり、これが超音波振動子によって取得される超音波信号から生成される超音波画像にアーチファクトを生じさせることがある。したがって、裏打ち層４２は、裏側の音響エネルギーを弱めるように、比較的高い音響減衰の材料とすることが一般に好ましい。裏打ち層４２は、限定はされないが、約１ｍｍから約５ｍｍなど、任意の厚さとすることができる。したがって、音響エネルギーの大部分が音響層４８の前面から反射される。デマッチング層５０は、限定はされないが、約４０ＭＲａｙｌｓから約１２０ＭＲａｙｌｓ、約６０ＭＲａｙｌｓから約１００ＭＲａｙｌｓ、および／または約７０ＭＲａｙｌｓ超など、任意の値の音響インピーダンスを有することができる。いくつかの実施形態では、デマッチング層５０は音響層４８の音響インピーダンスより高い音響インピーダンスを有する。デマッチング層５０は、音響層４８によって生成される熱を超音波振動子１６の裏側および放熱板４４へと運び、伝達することができる比較的良好な熱伝導性を有することができる。
デマッチング層５０は、限定はされないが、炭化化合物材料など（例えば、ジルコニア、タングステン、シリコン、チタン、炭化タンタルなど）、任意の材料から形成される任意のタイプのデマッチング層とすることができる。デマッチング層５０は、超音波振動子１６の周波数に依存することができる任意の厚さを有することができる。デマッチング層５０の厚さの例は、限定はされないが、約５０μｍから約３５０μｍを含む。デマッチング層５０は、限定はされないが、約５μｍ未満の例示的な厚さを有するエポキシなど、任意の適切な方法、構造、プロセス、手段などを使用して、音響層４８に積層することができる。
いくつかの実施形態では、デマッチング層５０は、金属の導電性被覆（図示せず）および／または別の導電体で被覆される。導電性被覆は、デマッチング層５０とはんだ４６との電気的接続を促進することができる。デマッチング層５０は、適切な方法、構造、プロセス、手段などを使用して導電性被覆で被覆することができる。デマッチング層５０に導電性被覆を形成する１つの例は、まずシード層としてＮｉまたはＣｒ材料をスパッタし（例えば、約０．１μｍ未満）、次いで金の層を付加する（例えば、約１μｍ未満）。次いで、酸化を防ぐために金の層の外側をＮｉ（例えば、約５μｍ未満）および金（例えば、約０．２μｍ未満）で電気めっきし、または電気分解することができる。
いくつかの実施形態では、デマッチング層５０の導電性被覆に加えて、またはその代わりに、音響素子１４は、導電性被覆以外の構造を有する電気接点（図示せず）を備えることができる。音響素子１４のそのような電気接点は、限定はされないが、はんだパッド、はんだバンプ、スタッドバンプ、めっきバンプなどとすることができる。
マッチング層５２は、音響素子１４と患者との間に存在することがあるインピーダンス差異のマッチングを促進する。任意の数のマッチング層５２を設けることができる。それぞれのマッチング層５２は、限定はされないが、約２ＭＲａｙｌｓから約１５ＭＲａｙｌｓ、および／または約１０ＭＲａｙｌｓ未満など、任意の値の音響インピーダンスを有することができる。いくつかの実施形態では、それぞれのマッチング層５２は音響層４８の音響インピーダンスより低い音響インピーダンスを有する。いくつかの実施形態では、音響層４８から音響インピーダンスを連続的に減少するマッチング層５２が設けられる。例えば、いくつかの実施形態では、３つのマッチング層５２が設けられ、音響層４８に最も近いマッチング層５２が約１５ＭＲａｙｌｓであり、次のマッチング層５２が約８ＭＲａｙｌｓであり、音響層４８から最も遠いマッチング層５２が約３ＭＲａｙｌｓである。
それぞれのマッチング層５２は、限定はされないが、充填エポキシ、金属含浸グラファイト、ガラスセラミックなど、任意の材料から形成される任意のタイプのマッチング層とすることができる。それぞれのマッチング層５２は、導電性または非導電性とすることができる。マッチング層５２が非導電性の場合、マッチング層５２は、マッチング層５２上に導電フィルム層（図示せず）を含むことができる。１つまたは複数のマッチング層５２（および／またはマッチング層５２上の導電フィルム層）は、対応する音響素子１４の電気的接地接続を提供することができる。それぞれのマッチング層５２は任意の厚さを有することができ、マッチング層５２は組み合わされた任意の厚さを有することができる。マッチング層５２の組み合わされた厚さの例は、限定はされないが、共振周波数の約４分の１波長（１／４）λの厚さを含む。
集積回路３６は、限定はされないが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、任意のタイプの集積回路とすることができる。超音波システム（例えば、図５に示す超音波システム１０）の様々な構成部品を集積回路３６内に含むことができる。例示的な実施形態では、集積回路３６は、超音波システム１０の送信機１２（図５に示す）、受信機１８（図５に示す）、およびビーム形成電子部品２０（図５に示す）を含む。
集積回路３６は、インターポーザ側面５４およびインターポーザ側面５４に沿って延びる複数の電気接点５６を含む。集積回路３６は、電気的トレース、電気的ビア、および／または集積回路３６の様々な構成部品の動作および機能の実施を容易にする電気的回路を含むことができる。集積回路３６の電気接点５６は、以下で説明するように集積回路３６とインターポーザ３８との電気的接続を確立するように、インターポーザ３８の対応する導体素子５８に電気的に接続されるように構成されている。電気接点５６は、はんだパッドとして図１および２に示されている。しかし、それぞれの電気接点５６は、それに加えて、またはその代わりに、限定はされないが、はんだバンプ、スタッドバンプ、めっきバンプなどの任意の他の構造を含むことができる。
集積回路３６の電気接点５６は、限定はされないが、センサーパッド、単一の入力／出力（Ｉ／Ｏ）、電源、制御機能、比較的高電圧接続、比較的低ノイズ接続など、複数の様々なタイプの接続を含むことができる。例えば、本明細書で示す電気接点５６は、インターポーザ３８を通して対応する音響素子１４に電気的に接続されたセンサーパッドである。集積回路３６の電気接点５６は、センサーパッドに加えて他の機能を表し（限定はされないが、単一の入力／出力（Ｉ／Ｏ）、電源、制御機能など）、はんだパッドに関して以下で説明し本明細書で図示するのと実質的に同様の方法で、はんだ４６を使用してインターポーザ３８に電気的に接続される電気接点（図示せず）をさらに含むことができる。
インターポーザ３８は、基板６０および導体素子５８を含む。基板６０は、反対側の側面６２および６４を含む。側面６２は音響素子１４に面し、側面６４は集積回路３６のインターポーザ側面５４に面する。導体素子５８は基板６０によって保持され、電気接点６６ａおよび６６ｂを含む。導体素子５８の電気接点６６ａは、音響素子１４との電気的接続のために基板６０の側面６２に沿って延びる。導体素子５８の電気接点６６ｂは、集積回路３６の電気接点５６との電気的接続のために基板６０の側面６４に沿って延びる。例示的な実施形態では、電気接点６６ａは、電気接点６６ｂのパターンおよびピッチと同じパターンおよびピッチを有する。あるいは、例えば音響素子１４のアレイが集積回路３６の電気接点５６と異なるパターンおよび／またはピッチを有する実施形態では、電気接点６６ａ、６６ｂは異なるパターンおよびピッチを有する。
例示的な実施形態では、導電素子５８は、電気接点６６ａおよび６６ｂおよび対応する電気接点６６ａから対応する６６ｂへと基板６０を通って延びる内部セグメント６８を含む単部品素子である。それに加えて、またはその代わりに、導体素子５８の１つまたは複数は、基板６０へと延びる電気的ビア（図示せず）、基板６０の側面６２、側面６４、および／もしくは内部層（図示せず）、ならびに／または他の電気回路を含む。例えば、いくつかの実施形態では、導体素子５８の電気接点６６ａおよび６６ｂは、インターポーザ３８の１つまたは複数の電気的トレースを通して互いに機械的および電気的に接続される別個の構造である。さらに、例えば、いくつかの実施形態では導体素子５８は導電性ビアを含み、導体素子５８の対応する電気接点６６ａおよび６６ｂは導電性ビアのはんだパッドである。電気接点６６ａおよび６６ｂはそれぞれ、限定はされないが、はんだパッド（本明細書に図示する通り）、はんだバンプ、スタッドバンプ、めっきバンプなど、任意の構造を有する任意のタイプの電気接点とすることができる。導体素子５８はそれぞれ、限定はされないが、金属、導電性エポキシ、銀エポキシなど、任意の材料から作製することができる。電気接点６６ａおよび６６ｂはそれぞれ、各側面６２および６４上を外向きに延びるものとして図示されているが、その代わりに、それぞれの電気接点６６ａおよび６６ｂは各側面６２および６４に対して同一面または凹状とすることもできる。
インターポーザ３８の基板６０は、任意の材料から作製することができる。基板６０の材料の例は、限定はされないが、比較的低い音響インピーダンスの材料（例えば、約１０ＭＲａｙｌｓ未満の音響インピーダンス）、有機材料、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などを含む。基板６０は単一の層のみを含むものとして示されているが、基板６０は任意の数の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、基板６０は全体的に可橈性であり、インターポーザ３８がフレキシブル回路（「フレックス回路」ともいうことがある）になっている。インターポーザ３８は、限定はされないが、約１０ＭＲａｙｌｓ未満および／または約２ＭＲａｙｌｓから約１５ＭＲａｙｌｓなどの音響インピーダンスを有することができる。
いくつかの実施形態では、インターポーザ３８は、超音波振動子１６を超音波システム（例えば、図５に示す超音波システム１０）の他の構成部品に電気的に接続するケーブルである。例えば、インターポーザ３８は、信号、接地、制御および／または超音波振動子１６とＲＦプロセッサ２２（図５に示す）との間の電気接続、メモリ２４（図５に示す）、信号プロセッサ２６（図５に示す）、ユーザ入力３０（図５に示す）、メモリ３２（図５に示す）および／またはディスプレイシステム２８（図５に示す）を提供するケーブルとすることができる。インターポーザ３８がケーブルおよびフレキシブル回路であるいくつかの実施形態では、インターポーザ３８は、「フラットフレックス回路」、「フラットフレキシブル導体ケーブル」、「フレックスケーブル」、「ケーブルフレックス回路」および／または「フレキシブルフラットケーブル」ということもあるフラットフレキシブルケーブルである。
ここで図２のみを参照すると、例示的な実施形態では、インターポーザ３８は、はんだ４６を使用して、音響素子１４のアレイと集積回路３６の両方に電気的に接続されている。より詳細には、はんだ４６の層４６ａは、インターポーザ３８の導体素子５８および音響素子１４のデマッチング層５０の両方に係合する。したがって、インターポーザ３８および音響素子１４のアレイは、はんだ４６の層４６ａを通して互いに電気的に接続される。同様に、はんだ４６の層４６ｂは、インターポーザ３８の導体素子５８および集積回路３６の電気接点５６に係合する。したがって、インターポーザ３８および集積回路３６は、はんだ４６の層４６ｂを通して互いに電気的に接続される。インターポーザ３８は、音響素子１４のアレイを集積回路３６に電気的に接続する。集積回路３６の電気接点５６は、複数の異なるタイプの接続（例えば、比較的高電圧接続および比較的低ノイズ接続）を含むことができ、はんだ層４６ｂは、集積回路３６の複数の異なるタイプの接続をインターポーザ３８に電気的に接続することができる。はんだ４６の層４６ａは、本明細書では「第１のはんだ層」ということができ、はんだ４６の層４６ｂは、本明細書では「第２のはんだ層」ということができる。
図２に見ることができるように、はんだ４６のそれぞれの層４６ａおよび４６ｂは、複数の個々のはんだ素子の４６ａおよび４６ｂを含む。音響素子１４とインターポーザ３８との間を延びるはんだ４６の層４６ａをまず参照すると、それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは、インターポーザ３８の１つまたは複数の対応する電気接点６６ａと１つまたは複数の対応する音響素子１４のデマッチング層５０との間で係合する。言い換えると、それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは、電気接続において対応する電気接点６６ａおよび対応するデマッチング層５０と係合する。デマッチング層５０に導電性被覆が含まれている実施形態では、はんだ素子４６ａａは対応するデマッチング層５０の導電性被覆に係合する。それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは、インターポーザ３８の対応する電気接点６６ａと対応する音響素子１４との間で、伝導軸７０に沿って電気経路を提供する。したがって、インターポーザ３８の電気接点６６ａは、はんだ４６の層４６ａの個々のはんだ素子４６ａａを通して、音響素子１４に電気的に接続される。個々のはんだ素子４６ａａは、電気エネルギーを伝導軸７０に沿って方向ＡおよびＢの両方に伝える。したがって、はんだ層４６ａは信号の伝達および受信を伝えるように構成されている。
はんだ４６の層４６ａは、任意の数の電気接点６６ａおよび任意の数の音響素子１４のための任意の数の個々のはんだ素子４６ａａを含むことができる。例えば、個々のはんだ素子４６ａａが係合する音響素子１４の数が個々のはんだ素子４６ａａが係合する電気接点６６ａと同じであるかどうかにかかわらず、それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは任意の数の音響素子１４および任意の数の電気接点６６ａと係合することができる。いくつかの実施形態では、それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは、少なくとも２つの音響素子１４と係合する。それぞれの個々のはんだ素子４６ａａは、限定はされないが、約７５μｍ未満および／または約２５μｍ未満など、任意の厚さを伝導軸７０に沿って有することができる。
ここでインターポーザ３８と集積回路３６との間を延びるはんだ４６の層４６ｂを参照すると、それぞれの個々のはんだ素子４６ｂｂは、インターポーザ３８の１つまたは複数の対応する電気接点６６ｂと集積回路３６の１つまたは複数の対応する電気接点５６との間で係合する。言い換えると、それぞれの個々のはんだ素子４６ｂｂは、電気接続において対応する電気接点６６ｂおよび対応する電気接点５６と係合する。それぞれの個々のはんだ素子４６ｂｂは、インターポーザ３８の対応する電気接点６６ｂと対応する電気接点５６との間で、伝導軸７０に沿って電気経路を提供する。したがって、インターポーザ３８の電気接点６６ｂは、はんだ４６の層４６ｂの個々のはんだ素子４６ｂｂを通して、集積回路３６に電気的に接続される。個々のはんだ素子４６ｂｂは、電気エネルギーを伝導軸７０に沿って方向ＡおよびＢの両方に伝える。したがって、はんだ層４６ｂは信号の伝達および受信を伝えるように構成されている。
はんだ４６の層４６ｂは、任意の数の電気接点６６ｂおよび任意の数の電気接点５６のための任意の数の個々のはんだ素子４６ｂｂを含むことができる。例えば、個々のはんだ素子４６ｂｂが係合する電気接点５６の数が個々のはんだ素子４６ｂｂが係合する電気接点６６ｂと同じであるかどうかにかかわらず、それぞれの個々のはんだ素子４６ｂｂは任意の数の音響素子５６および任意の数の電気接点６６ｂと係合することができる。それぞれの個々のはんだ素子４６ｂｂは、限定はされないが、約５０μｍ未満および／または約２５μｍ未満など、任意の厚さを伝導軸７０に沿って有することができる。圧力および温度など、密閉された環境ではんだが硬化するとき、厚さを均一に制御する必要があることがあり、超音波信号経路への衝撃が最小限になるように十分に薄くなければならない。はんだ付けおよび組み立てステップは、限定はされないが、例えば、半導体業界で使用されているピックアンドプレース機器など、業界標準機器によって処理することができる。
はんだ４６の層４６ａおよび４６ｂは、インターポーザ３８と音響素子１４との間およびインターポーザ３８と集積回路３６との間の機械的接続をそれぞれ提供する。いくつかの実施形態では、接着剤（図示せず）が、（はんだ層４６ａによって提供される電気接点６６ａと音響素子１４との間の機械的接続に加えて）基板６０と音響素子１４との間の機械的接続を提供するように、インターポーザ３８の基板６０と音響素子１４との間を延びる。いくつかの実施形態では、接着剤（図示せず）が、（はんだ層４６ｂによって提供される電気接点６６ａと電気接点５６との間の機械的接続に加えて）基板６０と集積回路３６との間の機械的接続を提供するように、インターポーザ３８の基板６０と集積回路３６との間を延びる。接着剤に加えて、またはその代わりに、いくつかの実施形態では、任意の他の構造、締結具、手段などを使用して、インターポーザ３８を音響素子１４のアレイおよび／または集積回路３６に機械的に接続する。
はんだ層４６ｂの代わりに、集積回路３６の電気接点５６は、異方導電性の導電性接着剤（図示せず）を使用して、インターポーザ３８の電気接点６６ｂに電気的に接続することができる。言い換えると、いくつかの実施形態では、超音波振動子１６ははんだ４６の層４６ｂを含まない。「異方導電性」とは、導電性接着剤は、電気エネルギーを少なくとも伝導軸７０に沿って伝えるが、電気エネルギーを、伝導軸７０に対して零以外の角度に向いている少なくとも１つの他の軸に沿って伝えない。
図３は、様々な実施形態で形成される別の超音波振動子１１６の断面図である。図３は、超音波振動子１１６が熱裏打ち層１３６を含む実施形態を示す。超音波振動子１１６は、音響素子１４のアレイ、インターポーザ１３８、および熱裏打ち層１３６を含む。超音波振動子１１６は、レンズ１４０、裏打ち１４２、および／または放熱板１４４も含むことができる。以下でより詳細に説明するように、インターポーザ１３８は、はんだ１４６を使用して音響素子１１４に電気的に接続されている。はんだ１４６はまた、インターポーザ１３８を音響素子１１４に機械的に接続する。
例示的な実施形態では、レンズ１４０、音響素子１１４のアレイ、インターポーザ１３８、熱裏打ち層１３６、裏打ち１４２、および放熱板１４４が、図３に見ることができるように層に配置されている。層内では、インターポーザ１３８が熱裏打ち層１３６と音響素子１１４との間を延びている。図示された層に加えて、またはその代わりに、レンズ１４０、音響素子１１４、インターポーザ１３８、熱裏打ち層１３６、裏打ち１４２、および放熱板１４４の他の相対的な配置を設けることができる。
音響素子１１４は、任意の次元数で配置することができる。例えば、音響素子１１４は、１次元（１Ｄ）アレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２次元（２Ｄ）アレイなどとすることができる。様々な配列を使用することができる。例示的な実施形態では、それぞれの音響素子１１４は、１つの音響層１４８，１つのデマッチング層１５０、および３つのマッチング層１５２を含む。しかし、それぞれの音響素子１１４は、任意の数のデマッチング層１５０を含むことができ、任意の数のマッチング層１５２を含むことができる。インターポーザ１３８は、個々の音響素子１１４によって形成される特定の配列の、多チャンネルケーブルを通る外部チャンネルとの電気的接続として使用される。超音波振動子の音響素子１１４は、多チャンネルケーブルを使用して、システムと接続される。
インターポーザ１３８は、基板１６０および導体素子１５８を含む。基板１６０は、反対側の側面１６２および１６４を含む。熱裏打ち層１３６は、図３に見ることができるように、インターポーザ１３８の側面１６４上でインターポーザ１３８に機械的に接続される。導電素子１５８は基板１６０によって保持され、電気接点１６６を含む。導体素子１５８の電気接点１６６は、音響素子１１４との電気的接続のために基板１６０の側面１６２に沿って延びる。いくつかの実施形態では、基板１６０は全体的に可橈性であり、インターポーザ１３８がフレキシブル回路（「フレックス回路」ともいうことがある）になっている。さらに、いくつかの実施形態では、インターポーザ１３８は、超音波振動子１１６を超音波システム（例えば、図５に示す超音波システム１０）の他の構成部品に電気的に接続するケーブルである。インターポーザ１３８がケーブルおよびフレキシブル回路であるいくつかの実施形態では、インターポーザ１３８は、「フラットフレックス回路」、「フラットフレキシブル導体ケーブル」、「フレックスケーブル」、「ケーブルフレックス回路」および／または「フレキシブルフラットケーブル」ということもあるフラットフレキシブルケーブルである。
上記で簡潔に説明したように、インターポーザ１３８ははんだ１４６を使用して、音響素子１１４のアレイに電気的に接続される。より詳細には、はんだ１４６の層１４６ａは、インターポーザ１３８の導体素子１５８および音響素子１１４のデマッチング層１５０に係合する。はんだ１４６の層１４６ａは、複数の個々のはんだ素子１４６ａａを含む。それぞれのはんだ素子１４６ａａは、インターポーザ１３８の１つまたは複数の対応する電気接点１６６と１つまたは複数の対応する音響素子１１４のデマッチング層１５０との間で係合する。言い換えると、それぞれの個々のはんだ素子１４６ａａは、電気接続において対応する電気接点１６６および対応するデマッチング層１５０と係合する。デマッチング層１５０に導電性被覆が含まれている実施形態では、はんだ素子１４６ａａは対応するデマッチング層１５０の導電性被覆に係合する。それぞれの個々のはんだ素子１４６ａａは、インターポーザ１３８の対応する電気接点１６６と対応する音響素子１１４との間で、電気経路を提供する。したがって、インターポーザ１３８の電気接点１６６は、はんだ１４６の層１４６ａの個々のはんだ素子１４６ａａを通して、音響素子１１４に電気的に接続される。はんだ層１４６ａは信号の伝達および受信を伝えるように構成されている。
図４は、様々な実施形態による超音波振動子の製造方法２００を示すフローチャートである。方法２００の例示的な使用には、図１、２および５に示す超音波振動子１６または図３に示す超音波振動子１１６を製造することを含む。方法２００は、２０２で、音響素子のアレイ（例えば、図１、２および５に示す音響素子１４または図３に示す音響素子１１４）を設けることを含む。いくつかの実施形態では、２０２で、音響素子は単一の連続部材（例えば、単一の連続シート）として設けられる。他の実施形態では、２０２で、音響素子は複数の別個の個々の音響素子として、または音響素子の複数の別個の群として設けられる。
２０４で、方法２００は、インターポーザ（例えば、図１および２に示すインターポーザ３８または図３に示すインターポーザ１３８）を設けることを含み、インターポーザは複数の導体素子（例えば、図１および２に示す導体素子５８または図３に示す導体素子１５８）を含む。方法２００は、２０６で、集積回路（例えば、図１および２に示す集積回路３６）と層にされた音響素子のアレイおよびインターポーザおよび／または熱裏打ち層（例えば、図３に示す熱裏打ち層１３６）を配置することを含むことができる。インターポーザは、音響素子のアレイに面する側面および集積回路および／または熱裏打ち層に面する側面を含むことができ、側面は同じ側または反対側とすることができる。例えば、音響素子のアレイならびに集積回路および／または熱裏打ち層とともに層内に配置されるとき、インターポーザは、音響素子のアレイに面する側面および集積回路および／または熱裏打ち層に面する反対側の側面を有する。さらに、例えば、インターポーザが層内に配置されないとき、インターポーザの同じ側面が音響素子のアレイならびに集積回路および／または熱裏打ち層に面することができ、またはインターポーザの異なる側面が音響素子のアレイならびに集積回路および／または熱裏打ち層に面することができる。
２０８で、方法２００は、はんだ（例えば、図２に示すはんだ４６または図３に示すはんだ１４６）を使用して、インターポーザの導体素子を音響素子のアレイに電気的に接続する。２０８でインターポーザを音響素子のアレイに電気的に接続することは、２０８ａではんだを音響素子および／またはインターポーザの導体素子に適用することを含むことができる。いくつかの実施形態では、２０８ａではんだを音響素子および／またはインターポーザの導体素子に適用することは、２０８ａａで、以下でより詳細に説明するように、ステンシル（図示せず）を使用してはんだを音響素子および／または導体素子に適用することを含む。
２０８ｂで、方法２００は、音響素子がはんだを通してインターポーザの導体素子に電気的に接続するように、はんだをインターポーザの導体素子と音響素子との間に係合することを含む。２０８ｃでは、方法ステップ２０８は、リフロープロセスを使用して、はんだを硬化することを含む。硬化すると、はんだは、インターポーザと音響素子との機械的および電気的接続をもたらす。ステップ２０８は、限定はされないが、ピックアンドプレース自動機器、半導体バンピング技術などを使用して、任意のはんだ付けプロセス、機器などを使用して実施することができる。
いくつかの実施形態では、方法２００で製造される超音波振動子は、集積回路を含む。例えば、上記で説明したように、方法２００は、２０６で、音響素子のアレイおよびインターポーザを集積回路との層に配置することを含むことができる。２１０で、方法２００は、はんだ（例えば、図２に示すはんだ４６）を使用してインターポーザの導体素子を集積回路に電気的に接続することを含むことができる。２１０でインターポーザを集積回路に電気的に接続することは、２１０ａで、はんだを集積回路の電気接点（例えば、図１および２に示す電気接点５６）および／またはインターポーザの導体素子に適用することを含むことができる。いくつかの実施形態では、２１０ａではんだを電気接点および／または導体素子に適用することは、２１０ａａで、以下でより詳細に説明するように、ステンシル（図示せず）を使用してはんだを電気接点および／または導体素子に適用することを含む。
２１０ｂで、方法２００は、集積回路の電気接点がはんだを通してインターポーザの導体素子に電気的に接続するように、はんだをインターポーザの導体素子と集積回路の電気接点との間に係合することを含むことができる。２１０ｃでは、方法ステップ２１０は、リフロープロセスを使用して、はんだを硬化することを含むことができる。硬化すると、はんだは、インターポーザと集積回路との機械的および電気的接続をもたらす。ステップ２１０は、限定はされないが、ピックアンドプレース自動機器、半導体バンピング技術などを使用して、任意のはんだ付けプロセス、機器などを使用して実施することができる。
図１および２に示す集積回路３６に関して上記で説明したように、集積回路の電気接点は、限定はされないが、センサーパッド、単一の入力／出力（Ｉ／Ｏ）、電源、制御機能、比較的高電圧接続、比較的低ノイズ接続など、複数の様々なタイプの接続を含むことができる。そのような実施形態では、インターポーザの導体素子を集積回路に電気的に接続するステップ２１０は、集積回路の複数の異なるタイプの接続を１回の動作（例えば、１回の硬化および圧力周期）でインターポーザに電気的に接続することを含むことができ、これにより超音波振動子を製造する費用、時間、困難性および／または複雑性を低減することができる。さらに、集積回路の複数の異なるタイプの接続を１回の動作でインターポーザに電気的に接続することにより、集積回路の電気接点をより密接させることができ、これにより集積回路および／またはインターポーザの設置面積をより小さくすることができる。
２０２で、音響素子が単一の連続部材として設けられる実施形態では、方法２００は、２１２で、音響素子の単一の連続部材を複数の別個の個々の音響素子または音響素子の２つ以上の別個の群に分割することを含むことができる。そのような実施形態では、インターポーザの導体素子を音響素子のアレイに電気的に接続するステップ２０８を１回の動作（例えば、１回の硬化および圧力周期）で実施することができ、これにより超音波振動子を製造する費用、時間、困難性および／または複雑性を低減することができる。２０２で、音響素子が複数の別個の個々の音響素子または音響素子の２つ以上の別個の群として設けられる実施形態では、それぞれの個々の音響素子または音響素子の群は、ステップ２０８の異なる動作またはステップ２０８の１回の動作で、インターポーザに電気的に接続することができる。
上記で説明したように、方法２００は、ステンシルを使用してはんだを適用するステップ２０８ａａおよび／またはステップ２１０ａａを含むことができる。例えば、プリントスクリーン技術を使用してステンシルによってはんだを適用することができる。ステンシルは、個々のはんだ素子（例えば、図２に示す個々のはんだ素子４６ａａ、図２に示す個々のはんだ素子４６ｂｂ、または図３に示す個々のはんだ素子１４６ａａ）を受けるための複数の開口を含む。ステンシルは、任意の数のインターポーザの導体素子、任意の数の音響素子、および任意の数の集積回路の電気接点のための任意の数の開口を含むことができる。例えば、それぞれの開口は、任意の数の音響素子、任意の数のインターポーザの導体素子、および／または任意の数の集積回路の電気接点と係合する個々のはんだ素子を受けることができる。いくつかの実施形態では、ステンシルのそれぞれの開口は、少なくとも２つの音響素子と係合する個々のはんだ素子を受ける。例示的な実施形態では、ステンシルのそれぞれの開口は、４つの音響素子と係合する個々のはんだ素子を受ける。
ステンシルは、限定はされないが、約７５μｍ未満および／または約２５μｍ未満など、任意の厚さを有することができる。ステンシルの厚さは、インターポーザと音響素子との間および／またはインターポーザと集積回路との間の隙間を低減しまたは排除し、および／または音響反射を低減しまたは排除し、それにより、超音波振動子によって取得された超音波信号から生成される超音波画像のアーチファクトを低減しまたは排除する、あらかじめ定められた接着強度をもたらす厚さを個々のはんだ素子に与えるように、選択することができる。
方法ステップ２１０および２１２を方法ステップ２０８の後に実施するものとして本明細書で示し、上記で説明したが、その代わりに、ステップ２１０および／またはステップ２１２は、ステップ２０８の前またはステップ２０８と同時に実施される。
図５は、様々な実施形態を実施することができる超音波システム１０のブロック図である。超音波システム１０は、例えば、超音波データを取得し、超音波画像を生成するために使用することができる。超音波システム１０は、パルス超音波信号を身体または他の容積へと放出するように、超音波振動子１６内の、または超音波振動子１６の一部として形成された音響素子１４（例えば、振動子素子）のアレイを駆動する送信機１２を含む。超音波信号は、身体または他の容積（例えば、体内の血液細胞、脂肪組織、および／または筋組織）の密度境界および／または構造から後方散乱されて、音響素子１４へと戻るエコーを生成する。エコーは受信機１８で受信される。受信されたエコーは、ビーム形成を実施しＲＦ信号を出力するビーム形成電子部品２０を通過する。次いで、ＲＦ信号はＲＦプロセッサ２２を通過する。ＲＦプロセッサ２２は、エコー信号を表すＩＱデータ対を形成するようにＲＦ信号を復調する複合復調器（図示せず）を含むことができる。次いで、ＲＦまたはＩＱ信号データを保存（例えば、一時保存）のために直接メモリ２４に送ることができる。
超音波システム１０はまた、取得された超音波情報（例えば、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し、ディスプレイシステム２８に表示するために超音波情報のフレームを準備する信号プロセッサ２６も含む。信号プロセッサ２６は、取得された超音波情報の複数の選択可能な超音波モダリティにしたがって、１つまたは複数の処理動作を実施するように適合されている。取得された超音波情報は、エコー信号を受信しながらスキャニングセッション中にリアルタイムで処理し、および／または表示することができる。それに加えて、またはその代わりに、超音波情報をスキャニングセッション中にメモリ２４に一時的に保存し、次いでライブまたはオフライン動作でリアルタイム未満で処理し、および／または表示することができる。
信号プロセッサ２６は、超音波システム１０の動作を制御することができるユーザ入力デバイス３０に接続されている。ユーザ入力デバイス３０は、例えば、スキャンのタイプまたはスキャンで使用される振動子のタイプを制御するように、ユーザ入力を受け取るための任意の適切なデバイスおよび／またはユーザインターフェースとすることができる。ディスプレイシステム２８は、診断超音波画像を含む患者情報を、診断および／または分析のためにユーザに表示する１つまたは複数のモニタを含む。超音波システム１０は、直ちに表示される予定のない、取得された超音波情報の処理済フレームを保存するためのメモリ３２を含むことができる。メモリ２４およびメモリ３２の一方または両方は、超音波データの３次元（３Ｄ）データセットを保存することができ、そのような３Ｄデータセットは２Ｄおよび／または３Ｄ画像を表示するためにアクセスされる。リアルタイム３Ｄまたは４Ｄ表示を提供するように、複数の連続３Ｄデータセットを取得し、時間の経過とともに保存することもできる。画像は修正することができ、および／またはディスプレイシステム２８の表示設定は、ユーザ入力デバイス３０を使用して手動で調整することができる。
音響素子１４に加えて、超音波システム１０の様々な他の構成部品を、超音波振動子１６の構成部品としてみなすことができる。例えば、送信機１２、受信機１８、および／またはビーム形成電子部品２０を、それぞれ超音波振動子１６の構成部品とすることができる。いくつかの実施形態では、超音波システム１０の２つ以上の構成部品が集積回路（例えば、図１および２に示す集積回路３６）に組み込まれており、超音波システム１６の構成部品とすることができる。例えば、送信機１２、受信機１８、および／またはビーム形成電子部品２０を、集積回路に組み込むことができる。
超音波システム１０は、超音波振動子１６の１つまたは複数の様々な構成部品を保持する超音波プローブ３４を含むことができる。例えば、図５に示すように、超音波プローブ３４は、音響素子１４のアレイを保持する。音響素子１４に加えて、例えば、超音波プローブ３４は、送信機１２、受信機１８、ビーム形成電子部品２０、および／または構成部品１２、１８、および／または２０のいずれかを含む１つまたは複数の集積回路を保持することができる。
超音波システム１０は、限定はされないが、ラップトップコンピュータまたはポケットサイズシステムなどの小型システム、ならびにより大きいコンソールタイプシステムで実施することができる。図６および７は小型システムを示し、図８はより大きいシステムを示す。
図６は、３Ｄ超音波データまたは多面超音波データを取得するように構成された超音波振動子３３２を有する３Ｄ可能な小型化超音波システム３００を示す。例えば、超音波振動子３３２は、図１、２および５の超音波振動子１６に関して上記で説明したように、音響素子の２Ｄアレイを有することができる。オペレータからコマンドを受け取るように、ユーザインターフェース３３４（一体型ディスプレイ３３６も含むことができる）が設けられている。本明細書で使用される「小型化」という用語は、超音波システム３３０が手持ち式または携帯型デバイスであり、または手、ポケット、ブリーフケースサイズのケースまたはバックパックで携帯されるように構成されていることを意味する。例えば、超音波システム３３０は、一般的なラップトップコンピュータのサイズの携帯型デバイスとすることができる。超音波システム３３０は、オペレータによる持ち運びが簡単である。一体型ディスプレイ３３６（例えば、内部ディスプレイ）は、例えば、１つまたは複数の医療画像を表示するように構成されている。
超音波データは、有線または無線ネットワーク３４０を通して（または、例えば、シリアルまたはパラレルケーブルまたはＵＳＢポートを通して直接）、外部デバイス３３８へと送ることができる。いくつかの実施形態では、外部デバイス３３８は、ディスプレイを有するコンピュータまたはワークステーション、または様々な実施形態のＤＶＲとすることができる。あるいは、外部デバイス３３８は、別個の外部ディスプレイ、または画像データを携帯型超音波システム３３０から受信し、一体型ディスプレイ３３６より高い解像度を有することができる画像を表示または印刷することができるプリンタとすることができる。
図７は、携帯型またはポケットサイズの超音波画像化システム３５０を示し、ディスプレイ３５２およびユーザインターフェース３５４が単一ユニットを形成する。例として、ポケットサイズの超音波画像化システム３５０は、幅約２インチ、長さ約４インチ、奥行約５インチ、重さ３オンス未満のポケットサイズまたは携帯型超音波システムとすることができる。ポケットサイズの超音波画像化システム３５０は、一般に、ディスプレイ３５２、キーボードタイプのインターフェースを含む、または含まないことができるユーザインターフェース３５４、例えばスキャニングデバイスと接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート、および超音波振動子３５６を含む。ディスプレイ３５２は、例えば、（医療画像３９０を表示することができる）３２０×３２０ピクセルカラーＬＣＤディスプレイとすることができる。ユーザインターフェース３５４には、ボタン３８２のタイプライター様のキーボード３８０を任意で含むことができる。
多機能制御部３８４にはそれぞれ、システムオペレーションのモードにしたがって機能を割り当てることができる（例えば、異なるビューを表示する）。したがって、それぞれの多機能制御部３８４は、複数の異なる動作を提供するように構成することができる。多機能制御部３８４と関連付けられたラベル表示領域３８６を、必要に応じてディスプレイ３５２に含むことができる。システム３５０はまた、限定はされないが、「フリーズ」、「深さ制御」、「ゲイン制御」、「カラーモード」、「印刷」および「保存」などを含むことができる特定目的機能のための追加キーおよび／または制御部３８８も含むことができる。
１つまたは複数のラベル表示領域３８６は、表示されるビューを示すように、または画像化された対象の異なるビューの表示をユーザが選択することができるように、ラベル３９２を含むことができる。異なるビューの選択はまた、関連付けられた多機能制御部３８４によって提供することもできる。ディスプレイ３５２は、表示された画像ビューに関する情報（例えば、表示された画像に関連付けられたラベル）を表示するためのテキスト表示領域３９４を含むこともできる。
様々な寸法、重量および消費電力を有する小型化または小型超音波システムに関して、様々な実施形態を実施することができることに留意されたい。例えば、ポケットサイズ超音波画像化システム３５０および小型化超音波システム３００は、システム１０（図５に示す）と同じスキャニングおよび処理機能を提供することができる。
図８は、可動式ベース４０２に設けられた超音波画像化システム４００を示す。可搬式超音波画像化システム４００は、カートベースシステムということもできる。ディスプレイ４０４およびユーザインターフェース４０６が設けられており、ディスプレイ４０４はユーザインターフェース４０６と別個とし、またはユーザインターフェース４０６から分離可能とすることができることを理解されたい。ユーザインターフェース４０６は、任意で、オペレータが表示された画像、アイコンなどに触ることによって選択肢を選択することができるタッチスクリーンとすることができる。
ユーザインターフェース４０６はまた、所望または必要に応じて、および／または一般的に設けられているように、可搬式超音波画像化システム４００を制御するために使用することができるコントロールボタン４０８も含む。ユーザインターフェース４０６は、ユーザが超音波データおよび表示することができる他のデータと相互通信し、情報を入力し、スキャニングパラメータおよび表示角度などを設定および変更するように、物理的に操作することができる複数のインターフェースオプションを提供する。例えば、キーボード４１０、トラックボール４１２および／または多機能制御部４１４を設けることができる。
図９は、様々な実施形態で形成される別の超音波振動子６１６の一部分の斜視図である。上記で説明したように、本明細書で説明し、および／または図示した超音波振動子の実施形態は集積回路３６（図１および２に示す）、インターポーザ３８（図１および２に示す）、および音響素子１４のアレイ（図１、２および５に示す）の積層配置に制限されない。図９は、積層配置されていない集積回路６３６、インターポーザ６３８、および音響素子６１４のアレイを有する超音波振動子６１６の別の実施形態を示す。
超音波振動子６１６は、スキャンヘッド６０２および１つまたは複数の集積回路６３６を含む。スキャンヘッド６０２は、音響素子６１４のアレイを含む。集積回路６３６は、スキャンヘッド６０２から離れた位置にあり、集積回路６３６が音響素子６１４のアレイとの層内に配置されていない。集積回路６３６は、インターポーザ６３８を通して、音響素子６１４のアレイに電気的に接続される。インターポーザ６３８は、スキャンヘッド６０２の長さから集積回路６３６へと延びるフレックス回路である。図９に見ることができるように、インターポーザ６３８は、インターポーザ６３８の長さに沿って複数位置で曲がっている。インターポーザ６３８は、反対側の側面６５８および６６０を含む。
インターポーザ６３８は、はんだ（図示せず）を使用して、音響素子６１４のアレイおよび／または集積回路６３６に電気的に接続される。インターポーザ６３８は、はんだ４６（図２に示す）を使用するインターポーザ３８と音響素子１４のアレイとの接続に関して上記で説明し図示したものと実質的に同様の方法で、はんだを使用して、音響素子６１４のアレイに電気的に接続することができる。インターポーザ６３８は、はんだ４６を使用するインターポーザ３８と集積回路３６との接続に関して本明細書で説明し図示したものと実質的に同様の方法で、はんだを使用して、集積回路６３６に電気的に接続することができる。
超音波システムに関して様々な実施形態を説明することができるが、方法およびシステムは、超音波画像化またはその特定の構成に制限されないことを理解されたい。超音波画像化の様々な実施形態は、様々なタイプの画像化システム、例えば、超音波画像化システム、なかでもＸ線画像化システム、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化システム、ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）画像化システムの１つを有するマルチモダリティ画像化システムと組み合わせて実施することができる。さらに、様々な実施形態を、例えば、超音波溶接検査システムまたは空港手荷物スキャニングシステムなどの非破壊検査システムなど、医療以外の画像化システムで実施することができる。
様々な実施形態をハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実施することができることを理解されたい。様々な実施形態および／または構成部品、例えばモジュールなど、またはそれに含まれる構成部品および制御部も、１つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサの一部として実施することができる。コンピュータまたはプロセッサは、計算デバイス、入力デバイス、表示部、および、例えばインターネットにアクセスするためのインターフェースを含むことができる。コンピュータまたはプロセッサは、マイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサは、通信バスに接続することができる。コンピュータまたはプロセッサは、メモリを含むこともできる。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピュータまたはプロセッサはさらに、ハードディスクドライブ、または、ソリッドステートドライブ、光学ドライブなどのリムーバブルストレージドライブとすることができるストレージデバイスを含むことができる。ストレージデバイスは、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータまたはプロセッサにロードするための他の同様の手段とすることもできる。
本明細書で使用する「コンピュータ」または「モジュール」という用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、および本明細書で説明した機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを使用するプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムを含むことができる。上記の例は例示的なものに過ぎず、したがって「コンピュータ」という用語の定義および／または意味をどのようにも制限するものではない。
コンピュータまたはプロセッサは、入力データを処理するために、１つまたは複数のストレージ要素に保存された命令のセットを実行する。ストレージ要素は、所望または必要に応じて、データまたは他の情報も保存する。ストレージ要素は、情報ソースまたはプロセッシングマシン内の物理的メモリ要素の形態とすることができる。
命令のセットは、本発明の様々な実施形態の方法およびプロセスなどの特定の動作を実施するプロセッシングマシンとしてコンピュータまたはプロセッサに指示する、様々なコマンドを含むことができる。命令のセットはソフトウェアプログラムの形態とすることができる。ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアなど様々な形態とすることができ、具体的な非一時的コンピュータ読取り可能な媒体として実施することができる。さらに、ソフトウェアは別個のプログラムまたはモジュールの集合、より大きいプログラム内のプログラムモジュール、またはプログラムモジュールの一部の形態とすることができる。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含むこともできる。プロセッシングマシンによる入力データの処理は、オペレータコマンドに応じて、または前回の処理の結果に応じて、または別のプロセッシングマシンによってなされた要求に応じて、実施することができる。
本明細書で使用される「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は置き換え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、コンピュータによって実行するためのメモリに保存された、任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリのタイプは例示的なものに過ぎず、したがって、コンピュータプログラムの保存のために使用可能なメモリのタイプを制限するものではない。
上記の説明は例示的なものに過ぎず、限定的ではないことを理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、様々な実施形態の教示には、その範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料に適合させるように多くの修正を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法およびタイプは様々な実施形態のパラメータを定義することが意図されているが、実施形態はどのようにも制限されず、例示的な実施形態である。上記の説明を読めば、当業者には多くの他の実施形態が明らかであろう。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲によるあらゆる均等物の範囲とともに決定される。添付の特許請求の範囲において、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」という用語はそれぞれ、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」という用語に相当する平易な英語として使用するものである。さらに、「第１の」、「第２の」、「第３の」などという用語は、単にラベルとして使用するものであり、それらの対象物に数的要件を課すものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、そのような特許請求の範囲の限定が、さらに構造を伴わない機能の記述が後に続く「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」というフレーズを明確に使用していない限り、米国特許法§１１２第６パラグラフに基づいて解釈されるものではない。
本明細書は、最良の形態を含む様々な実施形態を開示するため、およびデバイスまたはシステムの作成と使用および組み込まれた方法の実施を含む様々な実施形態を当業者が実行することができるように、例を使用している。様々な実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、実施例が特許請求の範囲の文字通りの用語と同じ構成要素を含む場合、または実施例が特許請求の範囲の文字通りの用語とごくわずかしか違わない同等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内に含まれる。
１０ 超音波システム
１２ 送信機
１４ 音響素子
１６ 超音波振動子
１８ 受信機
２０ ビーム形成電子部品
２２ ＲＦプロセッサ
２４ メモリ
２６ 信号プロセッサ
２８ ディスプレイシステム
３０ ユーザ入力
３２ メモリ
３４ 超音波プローブ
３６ 集積回路
３８ インターポーザ
４０ レンズ
４２ 裏打ち
４４ 放熱板
４６ はんだ
４６ａ 層
４６ｂ 層
４６ａａ はんだ素子
４６ｂｂ はんだ素子
４８ 音響層
５０ デマッチング層
５２ マッチング層
５４ 側面
５６ 電気接点
５８ 導体素子
６０ 基板
６２ 側面
６４ 側面
６６ａ 電気接点
６６ｂ 電気接点
６８ 内部セグメント
７０ 伝導軸
１１４ 音響素子
１１６ 超音波振動子
１３６ 熱裏打ち層
１３８ インターポーザ
１４０ レンズ
１４２ 裏打ち
１４４ 放熱板
１４６ はんだ
１４６ａ はんだ層
１４６ａａ はんだ素子
１４８ 音響層
１５０ デマッチング層
１５２ マッチング層
１５８ 導体素子
１６０ 基板
１６２ 側面
１６４ 側面
１６６ 電気接点
３００ 小型化超音波システム
３３０ 超音波システム
３３２ 超音波振動子
３３４ ユーザインターフェース
３３６ 一体型ディスプレイ
３３８ 外部デバイス
３４０ ネットワーク
３５０ 超音波画像化システム
３５２ ディスプレイ
３５４ ユーザインターフェース
３５６ 超音波振動子
３８０ キーボード
３８２ ボタン
３８４ 多機能制御部
３８６ ラベル表示領域
３８８ 制御部
３９０ 医療画像
３９２ ラベル
３９４ テキスト表示領域
４００ 可搬式超音波画像化システム
４０２ 可動式ベース
４０４ ディスプレイ
４０６ ユーザインターフェース
４０８ コントロールボタン
４１０ キーボード
４１２ トラックボール
４１４ 多機能制御部
６０２ スキャンヘッド
６１４ 音響素子
６１６ 超音波振動子
６３６ 集積回路
６３８ インターポーザ
６５８ 側面
６６０ 側面
１２ 送信機
１４ 音響素子
１６ 超音波振動子
１８ 受信機
２０ ビーム形成電子部品
２２ ＲＦプロセッサ
２４ メモリ
２６ 信号プロセッサ
２８ ディスプレイシステム
３０ ユーザ入力
３２ メモリ
３４ 超音波プローブ
３６ 集積回路
３８ インターポーザ
４０ レンズ
４２ 裏打ち
４４ 放熱板
４６ はんだ
４６ａ 層
４６ｂ 層
４６ａａ はんだ素子
４６ｂｂ はんだ素子
４８ 音響層
５０ デマッチング層
５２ マッチング層
５４ 側面
５６ 電気接点
５８ 導体素子
６０ 基板
６２ 側面
６４ 側面
６６ａ 電気接点
６６ｂ 電気接点
６８ 内部セグメント
７０ 伝導軸
１１４ 音響素子
１１６ 超音波振動子
１３６ 熱裏打ち層
１３８ インターポーザ
１４０ レンズ
１４２ 裏打ち
１４４ 放熱板
１４６ はんだ
１４６ａ はんだ層
１４６ａａ はんだ素子
１４８ 音響層
１５０ デマッチング層
１５２ マッチング層
１５８ 導体素子
１６０ 基板
１６２ 側面
１６４ 側面
１６６ 電気接点
３００ 小型化超音波システム
３３０ 超音波システム
３３２ 超音波振動子
３３４ ユーザインターフェース
３３６ 一体型ディスプレイ
３３８ 外部デバイス
３４０ ネットワーク
３５０ 超音波画像化システム
３５２ ディスプレイ
３５４ ユーザインターフェース
３５６ 超音波振動子
３８０ キーボード
３８２ ボタン
３８４ 多機能制御部
３８６ ラベル表示領域
３８８ 制御部
３９０ 医療画像
３９２ ラベル
３９４ テキスト表示領域
４００ 可搬式超音波画像化システム
４０２ 可動式ベース
４０４ ディスプレイ
４０６ ユーザインターフェース
４０８ コントロールボタン
４１０ キーボード
４１２ トラックボール
４１４ 多機能制御部
６０２ スキャンヘッド
６１４ 音響素子
６１６ 超音波振動子
６３６ 集積回路
６３８ インターポーザ
６５８ 側面
６６０ 側面
Claims (10)
- 音響素子のアレイと、
集積回路と、
前記音響素子を前記集積回路に電気的に接続するための導体素子を含むインターポーザであって、前記導体素子は前記集積回路に電気的に接続されているインターポーザと、
前記音響素子と前記インターポーザの導体素子との間に係合されたはんだとを含み、前記インターポーザの導体素子が前記はんだを通して前記音響素子に電気的に接続される超音波振動子。 - 前記はんだが第１のはんだ層であり、前記超音波振動子がさらに、前記集積回路と前記インターポーザの導体素子との間に係合された第２のはんだ層を含み、前記インターポーザの導体素子が前記はんだを通して前記集積回路に電気的に接続される、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記インターポーザが、フレックス回路またはフレックスケーブルの少なくとも１つを含む、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記音響素子がデマッチング層を含み、前記はんだが前記デマッチング層に係合されており、前記音響素子が前記はんだを通して前記インターポーザの導体素子に電気的に接続される、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記音響素子のアレイが、１次元（１Ｄ）アレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、または２次元（２Ｄ）アレイの１つである、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記はんだが個々のはんだ素子を含み、それぞれの個々のはんだ素子が前記音響素子のアレイの少なくとも２つの音響素子に係合されている、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記音響素子のアレイ、前記インターポーザ、および前記集積回路が層に配置され、前記インターポーザが前記層内の前記集積回路と前記音響素子のアレイとの間を延びる、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記はんだが信号の送信および受信を伝えるように構成されている、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記インターポーザの導体素子が、電気的ビア、電気的トレース、または電気接点パッドの少なくとも１つを含む、請求項１記載の超音波振動子。
- 前記はんだが第１のはんだ層であり、前記集積回路が電気接点を含み、前記超音波振動子がさらに、前記インターポーザの導体素子と前記集積回路の電気接点との間に係合された第２のはんだ層を含み、前記集積回路の電気接点が前記第２のはんだ層を通して前記インターポーザの導体素子に電気的に接続される、請求項１記載の超音波振動子。
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