JP2022532454A

JP2022532454A - ダウンホールデータ収集のためのマイクロチップ

Info

Publication number: JP2022532454A
Application number: JP2022514958A
Authority: JP
Inventors: リー，ボドン; パサングーネラトネ，チンタカ; チャン，グオドン; シー，ジャオルイ
Original assignee: Yu Technologies inc
Current assignee: Yu Technologies inc
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2022-07-14
Also published as: CN115103952A; EP3969726A1; US10999946B2; WO2020236507A1; CA3141119A1; US20200367378A1; CN115103952B

Abstract

マイクロチップ（１００）は、ＰＣＢ（１０２）と、ＰＣＢ（１０２）の第１の領域に位置決めされた第１の接触部品（１０８）と、第１の領域の反対側のＰＣＢ（１０２）の第２の領域に位置決めされた第２の接触部品と、第１及び第２の接触部品（１０８）と外部電子デバイスとの間の信号通信のために、第１及び第２の接触部品（１０８）にそれぞれ結合された第１及び第２の接触部材（１２４）を含む接触フレーム（１１０）と、マイクロチップ（１００）の内部領域を囲み、接触フレーム（１２０）の第１及び第２の接触部材（１２４）を支持するハウジング（１１２）と、を含む。

Description

本願は、２０１９年５月１７日に出願された米国特許出願第１６／４１５，２８６号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願の記載内容を援用する。

本開示は、マイクロチップの主要なプリント回路基板と一体になって支えとなる接触フレームを含むマイクロチップ、並びに石油及びガス用途向けのこのようなマイクロチップを製造する方法に関する。

掘削作業中に坑井へ複数のマイクロチップを配置することにより、坑井からデータを収集することができる。しかし、ダウンホールの過酷な条件により、配置されたマイクロチップの大多数は、掘削作業中に機械的な健全性を維持できない。例えば、マイクロチップの多くは、マイクロチップの保護カプセルの弱点部でせん断作用又は損傷を受ける。いくつかの例では、マイクロチップの強度は、マイクロチップのマザーボードの健全性、マイクロチップの保護材料の結合性、及び保護材料によって形成される層の均一性、による影響を受ける。いったんマイクロチップが坑井から回収されてしまうと、保護材料が非導電性であることから、マザーボードが外部システムとの間でデータを転送したり充電したりすることが困難になることもある。

本開示は、マイクロチップの主要なプリント回路基板と一体になって支えとなる接触フレームを含むマイクロチップと、石油及びガス用途向けのこのようなマイクロチップを製造する方法とに関する。本明細書で論じる接触フレームは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の接触部品と外部回路との間の直接的な電気接触をもたらす一方で、マイクロチップの改善された機械的健全性をもたらし、接触フレームの接触部材とＰＣＢの接触部品との間の改善された結合性をもたらし、信頼性が高く厚さが一定なマイクロチップ保護層の生成を促進する。このような接触フレームは複数の接触部材を含み、この接触部材は導電性金属から形成されていると共にＰＣＢの縁部又は内部領域に沿って配置された接触部品のそれぞれと直接的又は間接的に接触して位置決めされている。例えば、実施の形態によっては、接点は、ＰＣＢ上の接触部品と直接的に接触する独立した構成要素である。このような接点は、ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされてもよい。

他の実施の形態において、接触フレームは、マイクロチップの構造を補強する１つ又は複数の補強部材（例えば、周辺Ｏリングフレーム）を更に含んでいてもよい。補強部材は、接触部材の取り付け面を備えてもよく、接触部材がなくてもよい。場合によっては、接点が、補強部材と直接的に接触し、かつ、ＰＣＢ上の接触部品と直接的に接触するように、補強部材を、ＰＣＢの水平面の方向に向けてもよい。場合によっては、接触部材が、補強部材と直接的に接触し、かつ、ＰＣＢ上の接触部品と間接的に接触するように、補強部材を、ＰＣＢの垂直面の方向に向けてもよい。このような実施の形態では、接触フレームが、補強部材に沿う接触部材をＰＣＢ上の接触部品に結合する埋め込み電極を更に含む。

１つの態様において、マイクロチップは、ＰＣＢと、前記ＰＣＢの第１の領域に沿って位置決めされた第１の接触部品と、前記第１の領域の反対側の前記ＰＣＢの第２の領域に沿って位置決めされた第２の接触部品と、前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品と外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記第１の接触部品に結合された第１の接触部材と前記第２の接触部品に結合された第２の接触部材とを含む接触フレームと、前記マイクロチップの内部領域を囲み、前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材を支持するハウジングと、を含む。

実施の形態は、以下の特徴の１つ又は複数を提供してもよい。

実施の形態によっては、前記接触フレームは、前記ＰＣＢを囲む補強部材を更に含む。

実施の形態によっては、前記補強部材は、前記ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされている。

実施の形態によっては、前記補強部材は、前記ＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされている。

実施の形態によっては、前記補強部材は、前記ＰＣＢの周縁部に沿って前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材に取り付けられている。

実施の形態によっては、前記第１の接触部材は前記ＰＣＢから間隔をあけた第１の位置で、前記第２の接触部材は前記ＰＣＢから間隔をあけた第２の位置で、それぞれ前記補強部材により支持されている。

実施の形態によっては、前記接触フレームは、前記第１の接触部材と前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第１の接触部品との間に延びる第１の電極と、前記第２の接触部材と前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第２の接触部品との間に延びる第２の電極と、を更に含む。

実施の形態によっては、前記補強部材は第１の補強部材であり、前記接触フレームは、前記ＰＣＢを囲み、前記第１の補強部材に対して直角に向けた１つ又は複数の追加の補強部材を更に含む。

実施の形態によっては、前記補強部材は非導電性リングを含む。

実施の形態によっては、前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材は、前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品に直接的に接続されている。

実施の形態によっては、前記ＰＣＢの前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記ＰＣＢの周縁部に沿って設けられている。

実施の形態によっては、前記ＰＣＢの前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記ＰＣＢの内部領域に沿って設けられている。

実施の形態によっては、前記接触フレームは、前記ＰＣＢに沿って位置決めされた第３の接触部品と前記外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記第３の接触部品に結合された第３の接触部材と前記ＰＣＢに沿って位置決めされた第４の接触部品に結合された第４の接触部材とを更に含む。

実施の形態によっては、前記第１の接触部材、前記第２の接触部材、前記第３の接触部材、及び前記第４の接触部材は、前記ハウジングの外周の周りで互いに約９０度で間隔をあけている。

実施の形態によっては、前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材の外面は、前記ハウジングの外面と面一で配置されている。

実施の形態によっては、前記ハウジングの外形は実質的に球形である。

別の態様において、マイクロチップを製造する方法は、ＰＣＢを処理して、前記ＰＣＢの第１の領域に沿って位置決めされた第１の接触部品と、前記第１の領域の反対側の前記ＰＣＢの第２の領域に沿って位置決めされた第２の接触部品と、を提供するステップと、接触フレームを前記ＰＣＢに取り付けて前記接触フレームと前記ＰＣＢとのアセンブリを提供するステップであって、前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品と外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記接触フレームの第１の接触部材が前記第１の接触部品に結合されていると共に前記接触フレームの第２の接触部材が前記第２の接触部品に結合されている、ステップと、型内に前記アセンブリを位置決めするステップと、前記型内で前記アセンブリの周りにハウジングを形成して、前記ハウジングが前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材を支持するようにするステップと、を含む。

実施の形態によっては、前記接触フレームを前記ＰＣＢに取り付けるステップは、前記ＰＣＢを前記接触フレームの補強部材で囲むステップを更に含む。

実施の形態によっては、前記アセンブリの周りの保護材料を硬化させて前記ハウジングを形成するステップを更に含む。

実施の形態によっては、前記保護材料が硬化して前記ハウジングを形成する間、前記マイクロチップの中心面に沿って前記ＰＣＢを維持するステップを更に含む。

実施の形態の１つ又は複数を、添付する図面及び説明に記載する。実施の形態の他の特徴、態様及び利点は、かかる説明、図面及び請求項から明らかになるだろう。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

図１Ａ～図１Ｃのマイクロチップの接触フレームの上面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの補強された接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの補強された接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの補強された接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

図４Ａ～図４Ｃのマイクロチップの接触フレームの上面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの斜視図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材及び１つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を持つ２つの補強された接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を持つ２つの補強された接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

図７Ａ及び図７Ｂのマイクロチップの接触フレームの側面断面図である。

図７Ａ及び図７Ｂのマイクロチップの補強部材と組み立てられた接触部材の接合部分の斜視図であり、簡素化のためにマイクロチップの他の構成要素を省略したものの図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を持つ１つの補強された接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を持つ１つの補強された接触部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

図８Ａ及び図８Ｂのマイクロチップの接触フレームの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの上面断面図である。ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの独立した接触部材及びＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの側面断面図である。

図９Ａ及び図９Ｂのマイクロチップの接触フレームの側面断面図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの接触部材及びＰＣＢの水平面及び垂直面に沿って位置決めされた３つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの内部の斜視図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの接触部材及びＰＣＢの水平面及び垂直面に沿って位置決めされた３つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの内部の斜視図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材及びＰＣＢの水平面及び垂直面に沿って位置決めされた３つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの内部の斜視図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材、ＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた２つの接触部材、及びＰＣＢの水平面及び垂直面に沿って位置決めされた３つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの内部の斜視図である。

ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材、ＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされた１つの接触部材、及びＰＣＢの水平面及び垂直面に沿って位置決めされた３つの補強部材を有する接触フレームを含む例示のマイクロチップの内部の斜視図である。

弾丸形状のハウジング及びＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた４つの接触部材を含む例示のマイクロチップの斜視図である。

弾丸形状のハウジング及びＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた３つの接触部材を含む例示のマイクロチップの斜視図である。

弾丸形状のハウジング及びＰＣＢの水平面に沿って位置決めされた２つの接触部材を含む例示のマイクロチップの斜視図である。

図１Ａ～図１Ｃのマイクロチップを製造する例示の方法を説明する図である。

製造工程中の硬化するステップの比較的早い段階における接触フレームがない例示のマイクロチップを説明する図である。製造工程中の硬化するステップの比較的遅い段階における接触フレームがない例示のマイクロチップを説明する図である。

製造工程中の硬化するステップの比較的遅い段階における接触フレームを含む例示のマイクロチップを説明する図である。

図１０のマイクロチップを製造する例示の方法を説明する図である。

掘削作業中に例示のマイクロチップを用いて坑井からデータを収集する例示の方法を説明する図である。

図１Ａ～図１Ｃは、掘削作業中に坑井からデータを収集するように設計されたマイクロチップ１００の複数の図を示す。マイクロチップ１００には、プリント回路基板（ＰＣＢ）１０２（例えば、マザーボード又は主要なＰＣＢ）と、マイクロチップ１００の片側に沿って配設されたマイクロコントローラ１０４と、マイクロチップ１００のもう一方の側である反対側に沿って配設された様々な機能の構成要素１０６（例えば、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、メモリデバイス、センサ、及び通信モジュール）と、データダウンロードデバイスとの信号通信のためにＰＣＢ１０２上に配置された４つの接触部品１０８（例えば、半田付けパッド）と、接触部品１０８とデータダウンロードデバイスとの間の直接的な電気接触（例えば、直接的な電気接続）を提供する接触フレーム１１０と、マイクロチップ１００の他の様々な構成要素を収容するハウジング１１２とが含まれる。

複数の回路線が、マイクロコントローラ１０４と接触部品１０８との間でそれぞれ延びており、これら複数の回路線には、正電源線１１４と、接地線１１６と、第１の信号線１１８（例えば、送受信線）と、第２の信号線１２０（例えば、送受信線）とが含まれる。接触部品１０８は、接触フレーム１２０への容易かつアクセス可能な電気機械的接続のために、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に沿って（縁部１２２上に又は縁部１２２の傍に）配設されている。ＰＣＢ１０２は、概ね薄いディスク（円盤）の形状であり、典型的には、直径が約５ミリメートル（ｍｍ）～約１０ｍｍ、厚さが約０．４ｍｍ～約２ｍｍである。

図１Ａ～図１Ｄを参照すると、接触フレーム１１０は、接触フレーム１００がＰＣＢ１０２と一体になるように、接触部品１０８にそれぞれ堅固に接続されている（例えば、取り付けられる又は半田付けされる）４つの独立した接触部材１２４を含む。接触フレーム１２０の接触部材１２４は、（例えば、ＰＣＢ１０２の中心点を実質的に通る）ＰＣＢ１０２の水平面１２６に沿って位置決めされ、ＰＣＢ１０２の外周まわりに互いに約９０度の間隔をあけている。接触部材１２４のサイズは比較的小さい。例えば、接触部材１２４は、典型的には、幅が約０．５ｍｍ～約３ｍｍ、長さが約０．５ｍｍ～約３ｍｍ、及び高さが約０．５ｍｍ～約３ｍｍである。接触部材１２４は、接触部品１０８とデータダウンロードデバイスとの間で電流を伝送するために導電性金属（例えば、ステンレス鋼、金、スズ、又は金－パラジウム若しくは金－スズなどの合金）でできている。

ハウジング１１２は、マイクロチップ１００の他の構成要素をカプセル化し、坑井内のダウンホールの過酷な条件からそれらを保護する本体部（例えば、充填されたシェル）である。更に、ハウジング１１２は、接触部材１２４の外面がハウジング１１２の外面と面一に配設されるように、接触部材１２４を支持する。ハウジング１１２は、典型的には、エポキシ、ウレタン、アクリル、シリコーン、又はポリエステルなどの、ポリマー材料でできている。ハウジング１１２の形状は、実質的に球形（例えば、概ね球形の外面形状）であり、典型的には、直径が約５ｍｍ～約１５ｍｍである。

実施の形態によっては、マイクロチップは、異なる数の回路線と、対応する数の接触部品と、対応する数の接触部材を備えた接触フレームとを含んでいてもよい。例えば、図２Ａ～図２Ｃは、マイクロチップ１００の正電源線１１４を欠き、それに応じて３つだけの接触部品１０８と、４つの接触部材１２４ではなく３つの接触部材１２４を備えた接触フレーム１１１とを含むマイクロチップ１０１の複数の図を示す。マイクロチップ１０１は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ１００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ１０１は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線１１６、１１８、１２０と、マイクロチップ１０１の他の様々な構成要素を収容するハウジング１１３とを更に含む。

同様に、図３Ａ～図３Ｃは、マイクロチップ１００の正電源線１１４及び接地線１１６を欠き、それに応じて２つだけの接触部品１０８と、４つの接触部材１２４ではなく２つの接触部材１２４を備えた接触フレーム１１５とを含むマイクロチップ１０３の複数の図を示す。マイクロチップ１０３は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ１００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ１０３は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線１１８、１２０と、マイクロチップ１０３の他の様々な構成要素を収容するハウジング１１７とを更に含む。実施の形態によっては、マイクロチップ１０１、１０３は、電源線１１４及び接地線１１６のいずれか又は両方がＰＣＢ１０２で必要にならないように、マイクロチップ１０１、１０３へ電力を供給するためのワイヤレス電力充電モジュールと共に使用してもよい。

実施の形態によっては、マイクロチップは、追加の補強部材を備えた接触フレームを含む。例えば、図４Ａ～図４Ｄを参照すると、マイクロチップ２００は、４つの接触部材１２４を備えた接触フレーム２１０と、接触部材１２４を補強する補強部材２２８とを含む。マイクロチップ２００は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ１００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ２００は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、接触部品１０８と、回路線１１４、１１６、１１８、１２０と、マイクロチップ２００の他の様々な構成要素を収容するハウジング２１２とを更に含む。補強部材２２８は、補強部材２２８がＰＣＢ１０２と平行になるように、ＰＣＢ１０２の水平面１２６に沿って、複数の接触部材１２４とＰＣＢ１０２の縁部１２２とに強く結合されるＯリングフレーム部材として提供される。したがって、補強部材２２８は、典型的には、内径がＰＣＢ１０２の直径にほぼ等しく、厚さが約０．４ｍｍ～約３ｍｍである。補強部材２２８は、補強部材２２８が接触部材１２４の配置のため及びハウジング２１２の機械的健全性のための追加の構造的支持を提供するように、典型的には、１つ又は複数の非導電性の高強度材料でできている。典型的に作られる補強部材２２８の材料の例には、セラミック、ポリマー、炭素繊維、及びその他の材料が含まれる。

実施の形態によっては、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ２００と実質的に同様であるマイクロチップは、異なる数の回路線と、対応する数の接触部品と、対応する数の接触部材を備えた接触フレームとを含んでいてもよい。例えば、図５Ａはマイクロチップ２０１の斜視図、図５Ｂはマイクロチップ２０１の上面断面図、図５Ｃはマイクロチップ２０１の側面断面を示している。マイクロチップ２０１は、マイクロチップ２００の正電源線１１４を欠き、それに応じて、３つだけの接触部品１０８と、４つの接触部材１２４ではなく３つの接触部材１２４を備えた接触フレーム２１１とを含む。マイクロチップ２０１は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ２００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ２０１は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線１１６、１１８、１２０と、マイクロチップ２０１の他の様々な構成要素を収容するハウジング２１３とを更に含む。

同様に、図６Ａはマイクロチップ２０３の斜視図、図６Ｂはマイクロチップ２０３の上面断面図、図６Ｃはマイクロチップ２０３の側面断面を示している。マイクロチップ２０３は、マイクロチップ２００の正電源線１１４及び接地線１１６を欠き、それに応じて、２つだけの接触部品１０８と、４つの接触部材１２４ではなく２つの接触部材１２４を備えた接触フレーム２１５とを含む。マイクロチップ２０３は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ２００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ２０３は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線１１８、１２０と、マイクロチップ２０３の他の様々な構成要素を収容するハウジング２１７とを更に含む。マイクロチップ１０１、１０３に関して先に論じたように、マイクロチップ２０１、２０３は、マイクロチップ２０１、２０３へ電力を供給するためのワイヤレス電力充電モジュールと共に使用してもよい。

実施の形態によっては、マイクロチップは、垂直方向に向けた補強部材を備えた接触フレームを含む。例えば、図７Ａ～図７Ｄを参照すると、マイクロチップ３００は、このような接触フレーム３１０を含む。マイクロチップ３００は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に位置決めされた２つの接触部品１０８と、ＰＣＢ１０２の内部領域に位置決めされた２つの接触部品３０８と、４つの回路線と、マイクロチップ３００の他の様々な構成要素を収容するハウジング３１２とを更に含む。回路線は、接触部品３０８まで延びる正電源線３１４と、接触部品３０８まで延びる接地線３１６と、接触部品１０８まで延びる第１の信号線３１８（例えば送受信線）と、接触部品１０８まで延びる第２の信号線３２０（例えば送受信線）とを含む。

接触フレーム３１０は、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に沿って位置決めされた２つの接触部材１２４と、垂直方向に向けた補強部材３３０と、補強部材３３０に沿って位置決めされてＰＣＢ１０２から離れた２つの接触部材３２４とを含む。接触部材３２４は、ＰＣＢ１０２から離れていることを除いて、構造及び機能において接触部材１２４と実質的に同様である。補強部材３３０は、補強部材３３０がＰＣＢ１０２に直角になるように、ＰＣＢ１０２の垂直面３３２を通る（例えば、ＰＣＢ１０２の中心点を通る）Ｏリングフレーム部材として提供されている。補強部材３３０は、接触部材１２４及び水平面１２６に沿うＰＣＢ１０２の縁部１２２に強く結合されていると共に、ＰＣＢ１０２から離れて間隔をあけた接触部材３２４に強く結合されている。このようにして、接触部材３２４は、垂直面３３２内で補強部材３３０によって支持されている。これにより、補強部材３３０は、接触部材３２４からＰＣＢ１０２の内部領域の接触部品３０８まで垂直に延びる２つの埋め込み電極３３４を備えている。補強部材３３０は、典型的には、補強部材２２８のそれぞれのパラメータとほぼ同じ材料組成、内径、及び厚さを有し、それにより、接触部材１２４、３２４の配置のため及びハウジング３１２の機械的健全性のための追加の構造的支持を提供する。

実施の形態によっては、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ３００と実質的に同様であるマイクロチップは、異なる数の回路線と、対応する数の接触部品と、対応する数の接触部材を備えた接触フレームとを含んでいてもよい。例えば、図８Ａはマイクロチップ３０１の上面断面図、図８Ｂはマイクロチップ３０１の側面断面を示している。マイクロチップ３０１は、マイクロチップ３００の正電源線３１４を欠いている。図８Ｃを参照すると、マイクロチップ３０１は、それに応じて、２つの接触部材３２４と２つの埋め込み電極３３４とではなく、１つの接触部材３２４と１つの埋め込み電極３３４とを備えた接触フレーム３１１を含む。マイクロチップ３０１は、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ３００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ３０１は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、接触部品１０８と、回路線１１８、１２０、３１６と、マイクロチップ３０１の他の様々な構成要素を収容するハウジング３１３とを更に含む。

同様に、図９Ａはマイクロチップ３０３の上面断面図、図９Ｂはマイクロチップ３０３の側面断面を示している。マイクロチップ３０３は、マイクロチップ３００の正電源線３１４及び接地線３１６を欠いている。図９Ｃを参照すると、マイクロチップ３０３は、それに応じて、２つだけの接触部品１０８と、接触部材３２４がない接触フレーム３１５とを含む。マイクロチップ３０３は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ３００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ３０３は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線１１８、１２０と、マイクロチップ３０３の他の様々な構成要素を収容するハウジング３１７とを更に含む。マイクロチップ１０１、１０３に関して先に論じたように、マイクロチップ３０１、３０３は、マイクロチップ３０１、３０３へ電力を供給するためのワイヤレス電力充電モジュールと共に用いられてもよい。

マイクロチップ２００、２０１、２０３、３００、３０１、３０３は、実質的に一平面（例えば、ＰＣＢ１０２の水平面１２６又は垂直面３３２）の方向に向けられた２次元の補強部材２２８、３３０を備えた接触フレーム２１０、２１１、２１５、３１０、３１１、３１５を含むものとして説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、マイクロチップは、３次元の補強構造を備えた接触フレームを含む。例えば、図１０は接触フレーム４１０を含むマイクロチップ４００を示しており、接触フレーム４１０は、補強部材２２８と、補強部材３３０と、補強部材４３６とを備え、これらは協働して３次元の構造的支持を提供する。マイクロチップ４００は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ２００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ４００は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、４つの回路線と、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に沿って配設された４つの接触部品１０８と、マイクロチップ４００の他の様々な構成要素を収容するハウジング（分かりやすくするために省略）とを更に含む。回路線は、正電源線４１４と、接地線４１６と、第１の信号線４１８（例えば、送受信線）と、第２の信号線４２０（例えば、送受信線）とを含む。

マイクロチップ２００、３００に関して先に論じたように、補強部材２２８はＰＣＢ１０２の水平面１２６に沿って位置決めされており、補強部材３３０はＰＣＢ１０２の垂直面３３２に沿って位置決めされている。補強部材４３６は、水平面１２６及び垂直面３３２の両方に対して直角に向けたＰＣＢ１０２の垂直面に沿って（例えば、ＰＣＢ１０２の中心点を通って）位置決めされている。図１０では、水平面１２６は軸４３８及び軸４４２によって定められ、垂直面３３２は軸４３８及び軸４４０によって定められ、追加の垂直面は軸４４０及び軸４４２によって定められる。補強部材２２８、３３０と同様に、補強部材４３６は、Ｏリングフレーム部材として提供されている。補強部材３３２、４３４のそれぞれは、ＰＣＢ１０２の縁部１２２と、接触フレーム４１０の複数の接触部材１２４のうちの２つとに強く結合されている。補強部材４３６は、典型的には、補強部材２２８、３３０のそれぞれのパラメータとほぼ同じ材料組成、内径、及び厚さを有し、それにより、接触部材１２４の配置のため及びハウジング４１２の機械的健全性のための追加の構造的支持を提供する。

実施の形態によっては、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ４００と実質的に同様であるマイクロチップは、異なる数の回路線と、対応する数の接触部品と、対応する数の接触部材を備えた接触フレームとを含んでいてもよい。例えば、図１１は、マイクロチップ４００の正電源線４１４及び対応する接触部品１０８を欠くマイクロチップ４０１を示し、マイクロチップ４０１の接触フレーム４１１は、それに応じて、４つの接触部材１２４ではなく３つの接触部材１２４を含む。マイクロチップ４０１は、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ４００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ４０１は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、３つの接触部品１０８と、回路線４１６、４１８、４２０と、マイクロチップ４０１の他の様々な構成要素を収容するハウジング（分かりやすくするために省略）とを更に含む。

同様に、図１２はマイクロチップ４０３を示し、マイクロチップ４０３は、マイクロチップ４００の正電源線４１４及び接地線４１６を欠き、それに応じて、２つだけの接触部品１０８と、２つだけの接触部材１２４を備えた接触フレーム４１５とを含む。マイクロチップ４０３は、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ４００と実質的に同様であるので、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線４１８、４２０と、マイクロチップ４０３の他の様々な構成要素を収容するハウジング（分かりやすくするために省略）とを更に含む。マイクロチップ１０１、１０３に関して先に論じたように、マイクロチップ４０１、４０３は、マイクロチップ４０１、４０３へ電力を供給するためのワイヤレス電力充電モジュールと共に用いられてもよい。

マイクロチップ４００、４０１、４０３は、すべてがＰＣＢ１０２の水平面１２６に沿って位置決めされた接触部材１２４を備えた接触フレーム４１０を含むものとして説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ４００と同様であるマイクロチップは、ＰＣＢ１０２の垂直面に沿って位置決めされた接触部材を備えた接触フレームを含んでいてもよい。例えば、図１３は接触フレーム５１０を含むマイクロチップ５００を示しており、接触フレーム５１０は、水平面１２２（例えば、軸４３８によって示される）においてＰＣＢ１０２の縁部１２２に沿って位置決めされた２つの接触部材と、ＰＣＢ１０２から離れて間隔をあけ、垂直面３３２（例えば、軸４４０によって示される）及び軸４４２によって定められる垂直面において補強部材３３０、４３４に沿う２つの接触部材３２４とを備える。

マイクロチップ５００は、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に配置された２つの接触部品１０８と、これらの２つの接触部品１０８までそれぞれ延びる第１の信号線４１８及び第２の信号線４２０と、ＰＣＢ１０２の内部領域に配置された２つの接触部品３０８と、これらの２つの接触部品３０８までそれぞれ延びる正電源線５１４及び接地線５１６とを含む。したがって、補強部材３３０は、接触部材３２４と内部の接触部品３０８との間の接続のための埋め込み電極３３４を備えている。マイクロチップ５００は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ４００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ５００は、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、マイクロチップ５００の他の様々な構成要素を収容するハウジング（分かりやすくするために省略）とを更に含む。

実施の形態によっては、他の点では構造及び機能においてマイクロチップ５００と実質的に同様であるマイクロチップは、異なる数の回路線と、対応する数の接触部品と、対応する数の接触部材を備えた接触フレームとを含んでいてもよい。例えば、図１４は、マイクロチップ５０１の正電源線５１４及び対応する接触部品１０８を欠くマイクロチップ５０１を示すので、マイクロチップ５０１の接触フレーム５１１は、それに応じて、２つの接触部材３２４及び２つの埋め込み電極３３４ではなく、１つの接触部材３２４及び関連付けられた埋め込み電極３３４を含む。マイクロチップ４０１は、他の点では、構造及び機能においてマイクロチップ５００と実質的に同様である。したがって、マイクロチップ５０１は、ＰＣＢ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、構成要素１０６と、回路線５１６、５１８、５２０と、接触フレーム５１１の一部としての接触部品１２４と、マイクロチップ５０１の他の様々な構成要素を収容するハウジング（分かりやすくするために省略）とを更に含む。

先に論じたマイクロチップは、外形が実質的に球形であるハウジングを含むものとして説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、他の点では先に論じたマイクロチップのいずれかと機能的に構造が実質的に同様であるマイクロチップは、外形が非球形であるハウジングを含んでもよい。例えば、図１５は弾丸形状のハウジング６１２を含むマイクロチップ６００を、図１６は弾丸形状のハウジング７１２を含むマイクロチップ７００を、図１７は弾丸形状のハウジング８１２を含むマイクロチップ８００をそれぞれ示す。マイクロチップ６００、７００、８００は、他の点では構造及び機能において先に論じたマイクロチップの１つ又は複数と実質的に同様であり、接触フレームの一部として接触部材１２４を含む。

先に論じたマイクロチップは、半田付けパッドとして具体化された接触部品１０８、３０８について説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、他の点では構造及び機能において先に論じたマイクロチップのいずれかと実質的に同様であるマイクロチップは、スルーホール又は別のタイプの接触部品など、異なるタイプの接触部品を代わりに含んでもよい。

図１８は、例示のマイクロチップ１００を製造するための例示の工程９００を示す。最初のステップ９０２では、ＰＣＢ１０２（例えば、マザーボード）が製造される。例えば、プログラムがマイクロコントローラ１０４に焼き付けられ、構成要素１０６及び接触部品１０８がＰＣＢ１０２に半田付けされ、ＰＣＢ１０２が試験を受ける。次のステップ９０４では、接触フレーム１１０がＰＣＢ１０２の縁部１２２に組み付けられる（例えば、取り付けられる、又は、半田付けされる）。次のステップ９０６では、ＰＣＢ１０２と接触フレーム１１０とのアセンブリ（組立体）９０１が、下側鋳造キャビティ９０１（例えば、下型）内に載置されて位置合わせされる。次のステップ９０８では、保護材料９０５（例えば、エポキシ、ウレタン、アクリル、シリコーン、又はポリエステル）を、下側鋳造キャビティ９０３内に堆積させて、アセンブリ９０１周りの下側鋳造キャビティ９０３を充填する。次のステップ９１０では、上側鋳造キャビティ９０７（例えば、上型）を、下側鋳造キャビティ９０３に組み付け、更なる保護材料９０５を、上側鋳造キャビティ９０７の補充口９０９を介して、上側鋳造キャビティ９０７内に堆積させて、アセンブリ９０１周りの上側鋳造キャビティ９０７を充填する。次のステップ９１２では、アセンブリ９０１を囲む保護材料９０５を、室温又は加熱環境で硬化させ、ハウジング１１２を形成する。ハウジング１１２の保護材料９０５は、マイクロチップ１００に、耐薬品性、高温に対する保護、及び高衝撃力に対する保護を提供する。硬化後、マイクロチップ１００は後処理が施される。後処理としては、表面仕上げ、機能試験、及び品質試験のうちの１つ又は複数を含んでいてもよい。

製造工程９００又は同様の製造工程で実施されるように、先に論じた接触フレーム（例えば、Ｏリング補強部材を備えた場合と備えない場合の両方）は、強化された機械的健全性を提供し、改善された結合性を提供し、一貫した厚さで信頼できるハウジングの形成を可能にし、一方、ハウジングの外面に配置された接触部材を介して外部回路との直接的な電気接触を提供する。例示のマイクロチップ１０００に関して図１９Ａに示すように、製造されたＰＣＢ１００２は、製造工程の完了時に、マイクロチップ１０００の中心に位置決めされ、バッテリ１０６０が結合されるように設計される。しかし、図１９Ｂに示すように、接触フレーム（例えば、先に論じた接触フレームのいずれかなど）がない場合、ＰＣＢ１００２は、硬化するステップの間、重力により保護材料９０５内で下方に沈む傾向がある。したがって、ＰＣＢ１００２は、保護材料９０５の表面近くの望ましくない位置に配置され、それにより、硬化したハウジング１０１２内に弱点部１０５０をもたらし、ＰＣＢ１００２及びそれに取り付けられた構成要素がダウンホールの過酷条件下で損傷を受けやすくなる可能性がある。対照的に、図１９Ｃに示すように、マイクロチップ１０００に接触フレーム１０１０を含むことにより、ＰＣＢ１００２を保護材料９０５の中央位置に維持することができる。例えば、接触フレーム１０１０のＯリング補強部材１０２８及び接触部材１０２４は、特にＰＣＢ１００２の周縁部に沿って、ＰＣＢ１００２に機械的保護を提供することができる。

実施の形態によっては、１つ又は複数のＯリング補強部材を含む、先に論じたマイクロチップのいずれも、先に論じた製造工程９００と実質的に同様の工程に従って製造してもよい。例えば、図２０は、マイクロチップ４００が製造される製造工程１１００を示す。最初のステップ１１０２では、ＰＣＢ１０２が製造される。次のステップ１１０４では、接触フレーム４１０が、ＰＣＢ１０２の縁部１２２に組み付けられる（例えば、取り付けられる、又は半田付けされる）。次のステップ１１０６では、ＰＣＢ１０２及び接触フレーム４１０のアセンブリ１１０１が、下側鋳造キャビティ１１０１内に載置されて位置合わせされる。次のステップ１１０８では、保護材料９０５を、下側鋳造キャビティ１１０３内に堆積させて、アセンブリ１１０１周りの下側鋳造キャビティ１１０３を充填する。次のステップ１１１０では、上側鋳造キャビティ１１０７を下側鋳造キャビティ１１０３に組み付け、更なる保護材料９０５を、上側鋳造キャビティ１１０７の補充口１１０９を介して、上側鋳造キャビティ１１０７内に堆積させて、アセンブリ１１０１周りの上側鋳造キャビティ１１０７を充填する。次のステップ１１１２では、アセンブリ１１０１を囲む保護材料９０５を、室温又は加熱環境で硬化させてハウジング４１２を形成する。硬化後、マイクロチップ４００に後処理を施す。

製造後、先に論じたマイクロチップのいずれかを配置することにより、掘削作業中にダウンホールデータを収集することができる。例えば、図２１は、分配された複数のマイクロチップ１２００を用いて実行される掘削作業１２０１を示す。マイクロチップ１２００は、先に論じたマイクロチップのいずれかとして具体化することができる。掘削作業１２０１中に、マイクロチップ１２００は、ドリルパイプ（１２０２）の上部から落とされ、泥流（１２０４）によって下方へ運ばれる。マイクロチップ１２００は、ボトムホールアセンブリに達すると、泥によって押され、ビットノズル及び裸坑（１２０６）を通り、ケーシングアニュラス（１２０８）を通して上方に移動する。次に、マイクロチップ１２００は、泥流によってフローライン（１２１０）を通り、回収のためにシェールシェーカ（１２１２）へ送られる。工程全体を通して、検層測定値はマイクロチップ１２００のメモリに記録され、後にダウンロードすることができる。各測定ポイントに関連付けられた深度情報は、記録されたデータのタイムスタンプと泥の流量とによって較正される。このようにして、マイクロチップ１２００は、坑井全体に沿ったダウンホールパラメータの分布を記録できる。

ワイヤーライン検層や掘削同時検層／測定（Ｍ／ＬＷＤ）などの従来の検層手法（検層記録技術）と比較して、本明細書で論じるマイクロチップは、坑井の最下部、アニュラスの上部、及びこれらの領域の間の任意の場所を含む坑井の任意の部分に沿って情報にアクセスするための、軽量で費用効果の高い解決策である。したがって、本明細書で論じるマイクロチップは、マイクロチップ回収のための限られた遅延時間の後で、貴重な診断情報を提供することができる。このことは、ワイヤーライン検層などの他のいくつかの従来の手法よりも優れた適時性を表す。実施の形態によっては、本明細書で論じるマイクロチップは、Ｍ／ＬＷＤなどの他のいくつかの従来の手法のリアルタイムモードと比較して、より包括的なデータ（例えば、坑井全体に沿って）を運ぶこともできる。他のいくつかの従来の手法（例えば、インテリジェント／有線ドリルパイプの利用）とは対照的に、本明細書で述べるマイクロチップは、現行の掘削システムとスムーズに（途切れなく）連携するようにも設計されているので、その他の点で新たな検層手法の採用に関連付けられたリスクとコストを最小限に抑える。

先に論じたマイクロチップは、石油及びガス用途におけるダウンホールデータ収集に有用であると説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、先に論じたマイクロチップのいずれかを、地質探査などの他の用途で利用してもよい。

先に論じたマイクロチップは、特定の寸法、サイズ、形状、配置、及び材料を含むものとして説明し、特定の方法に関して利用されるものとして説明及び図示してきたが、実施の形態によっては、構造及び機能において先に論じたマイクロチップのいずれかと実質的に同様であるマイクロチップは、１つ又は複数の異なる寸法、サイズ、形状、配置、及び材料を含んでいてもよく、異なる方法に関して利用することとしてもよい。

他の実施の形態も以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims

マイクロチップであって：
ＰＣＢと；
前記ＰＣＢの第１の領域に位置決めされた第１の接触部品と；
前記第１の領域の反対側の前記ＰＣＢの第２の領域に位置決めされた第２の接触部品と；
前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品と外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記第１の接触部品に結合された第１の接触部材と前記第２の接触部品に結合された第２の接触部材とを備える接触フレームと；
前記マイクロチップの内部領域を囲み、前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材を支持するハウジングと；を備える、
マイクロチップ。
前記接触フレームは、前記ＰＣＢを囲む補強部材を更に備える、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記補強部材は、前記ＰＣＢの水平面に沿って位置決めされている、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記補強部材は、前記ＰＣＢの垂直面に沿って位置決めされている、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記補強部材は、前記ＰＣＢの周縁部に沿って前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材に取り付けられている、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記第１の接触部材は前記ＰＣＢから間隔をあけた第１の位置で、前記第２の接触部材は前記ＰＣＢから間隔をあけた第２の位置で、それぞれ前記補強部材により支持されている、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記接触フレームは、前記第１の接触部材と前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第１の接触部品との間に延びる第１の電極と、前記第２の接触部材と前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第２の接触部品との間に延びる第２の電極と、を更に備える、
請求項６に記載のマイクロチップ。
前記補強部材は第１の補強部材であり、前記接触フレームは、前記ＰＣＢを囲み、前記第１の補強部材に対して直角に向けた１つ又は複数の追加の補強部材を更に備える、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記補強部材は非導電性リングを備える、
請求項２に記載のマイクロチップ。
前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材は、前記ＰＣＢに沿って位置決めされた前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品に直接的に接続されている、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記ＰＣＢの前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記ＰＣＢの周縁部に設けられている、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記ＰＣＢの前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記ＰＣＢの内部領域に設けられている、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記接触フレームは、前記ＰＣＢに位置決めされた第３の接触部品と前記外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記第３の接触部品に結合された第３の接触部材と前記ＰＣＢに位置決めされた第４の接触部品に結合された第４の接触部材とを更に備える、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記第１の接触部材、前記第２の接触部材、前記第３の接触部材、及び前記第４の接触部材は、前記ハウジングの外周の周りで互いに約９０度で間隔をあけている、
請求項１３に記載のマイクロチップ。
前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材の外面は、前記ハウジングの外面と面一で配置されている、
請求項１に記載のマイクロチップ。
前記ハウジングの外形は実質的に球形である、
請求項１に記載のマイクロチップ。
マイクロチップを製造する方法であって：
ＰＣＢを処理して、前記ＰＣＢの第１の領域に位置決めされた第１の接触部品と、前記第１の領域の反対側の前記ＰＣＢの第２の領域に位置決めされた第２の接触部品と、を提供するステップと；
接触フレームを前記ＰＣＢに取り付けて前記接触フレームと前記ＰＣＢとのアセンブリを提供するステップであって、前記第１の接触部品及び前記第２の接触部品と外部電子デバイスとの間の信号通信のために、前記接触フレームの第１の接触部材が前記第１の接触部品に結合されていると共に前記接触フレームの第２の接触部材が前記第２の接触部品に結合されている、ステップと；
型内に前記アセンブリを位置決めするステップと；
前記型内で前記アセンブリの周りにハウジングを形成して、前記ハウジングが前記接触フレームの前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材を支持するようにするステップと；を備える、
方法。
前記接触フレームを前記ＰＣＢに取り付けるステップは、前記ＰＣＢを前記接触フレームの補強部材で囲むステップを更に備える、
請求項１７に記載の方法。
前記アセンブリの周りの保護材料を硬化させて前記ハウジングを形成するステップを更に備える、
請求項１７に記載の方法。
前記保護材料が硬化して前記ハウジングを形成する間、前記マイクロチップの中心面に前記ＰＣＢを維持するステップを更に備える、
請求項１９に記載の方法。