JP5247960B2

JP5247960B2 - 高密度ケーブルとその製法

Info

Publication number: JP5247960B2
Application number: JP2001249847A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・ポール・コーンランフ; ロウェル・スコット・スミス; ダグラス・グレン・ワイルズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP2002197928A; US6559389B1

Description

発明の分野

この発明は全般的に電子デバイスの間に通信通路を設ける為に使われる電子式相互接続装置に関する。更に具体的に言えば、この発明は一体の終端部を持つ可撓性回路で構成された高密度ケーブル、及びこのケーブルを製造する方法に関する。

発明の背景

医療用超音波手順は、多重化回路に接続された圧電変換器素子を持つ超音波プローブを用いるが、この多重化回路は素子から遠隔の場所にあって、プローブからの超音波信号を処理する。発生される信号の量の為、超音波信号を多重化回路に忠実に伝送する為には高密度ケーブルが必要である。

超音波装置及び他の多数の電子デバイスを接続する為に多重導体同軸ケーブルが使われている。こういうケーブルは丸いさやの中に５００個乃至６００個をも多くの非常に細い（例えば０．０１５吋（約０．４ｍｍ）未満の）同軸導体を持っている。各々の同軸導体が、脆くて、その為に取扱いが困難な直径が非常に小さい中心導体を持っている。中心導体の脆さの為、ケーブルの各々の端をファンアウト・ボードに接続して、ケーブルをプローブ及び多重化回路に確実に接続することが出来るようにしなければならない。ケーブルを終端する過程で、各々の個別の同軸導体を確認し、正しいファンアウト・ボードの端子に接続しなければならない。導体の寸法及び脆さの為、この過程は時間がかかって自動化するのが困難であり、それがこういうケーブルのコストを押し上げている。もう１つの欠点は、５００本又は更に多くの同軸導体を持つケーブルは比較的大きくて硬く、その為に臨床の環境でケーブルを診断に使うのは比較的困難になっていることである。

上に述べたところから、従来の同軸ケーブル程の大がかりな組立て及び終端過程を必要としない比較的可撓性があって柔軟な高密度ケーブルがあれば、それが望ましいことが判る。

発明の簡単な要約

この発明は、例えば医療用超音波手順の際、超音波プローブからの超音波信号を出力コネクタ及び／又は多重化回路に伝送するのに適した高密度ケーブルを提供する。出力コネクタは多重化回路及び／又は同調用誘導子を含んでいてもいなくてもよい。このケーブルは、個別の同軸導体を持つ従来の多重導体ケーブル程、製造して終端するのが複雑ではなく、その為、伝送能力の何らの損失を伴わずに、ケーブルのコストを切り下げる。

この発明のケーブルは１つ又は更に多くの（即ち、少なくとも１つの）可撓性回路を含み、それらが、可撓性回路を取囲んで閉込める可撓性のさやの中に配置されている。各々の可撓性回路が、向い合って配置された面及びこれらの面の内の少なくとも一方の上にある多数の導体を持つ細長い可撓性基板を含む。基板の縦方向の向い合った端が（イ）超音波プローブ又は多重化回路のような電子デバイスの相手となるコネクタに接続し、並びに／又は（ロ）ケーブルを、電子デバイスに接続された出力コネクタの合わさるコネクタに接続する為の一体の接続領域を構成している。従って、可撓性回路の導体は別個のファンアウト・ボードによる終端を必要とせず、ケーブルは、製造されたまヽの状態で、可撓性回路に実質的に使える状態になっている。

上に述べたところから、この発明の高密度ケーブルは、従来の同軸ケーブルのような大がかりな組立て及び終端過程を必要とせず、伝送能力に何ら損失を伴わずに、同軸ケーブルよりも安いコストで自動化プロセスによって製造することが出来ることが理解されよう。更に具体的に言うと、このケーブルは別個のファンアウト・ボードによる終端を必要とせず、その代りに、信号伝送に必要な導体を担持する可撓性基板が一体に形成された接続領域を具えている。こうして形成された可撓性回路は、可撓性のさやの中に配置し包み込むことが出来る。組立て過程を容易にする為に、各々の可撓性回路の個別の導体をコード化又はその他の形で確認して、可撓性回路がケーブル内の積重ねとして正しく配置されるように保証することが出来る。この後、ケーブルは所望の電子デバイスと接続出来る状態にあり、ケーブルの各々の接続領域が１つの電子デバイスのコネクタに直接的に結合される。

この発明のその他の利点は以下の詳しい説明から明らかになろう。

発明の詳しい説明

この発明の１実施例による可撓性高密度ケーブル１０が図１に示されている。ケーブル１０は、２つの電子デバイスの間の電子的な通信を設定する形式であり、ここに示す特定の例は、医療用超音波手順の際にプローブによって発生された超音波信号を処理する為に使われる超音波プローブ及び多重化回路である。超音波手順に使われていた従来の同軸ケーブルとは対照的に、この発明の可撓性ケーブル１０は個別の同軸ケーブルを持っておらず、その代りに、さや１４の中に積重ねられて閉込められた幾つかの可撓性回路１２で構成されている。

他の電子的な用途用に設計された可撓性回路と同じく、この発明で用いる可撓性回路１２は可撓性基板２０の少なくとも１つの面１８（図２に示す）の上に導体１６を形成することによって製造される。基板２０の材料は、ポリイミド又はポリエステル・フィルムのような誘電体材料であるが、この他の材料も使えることは言うまでもない。基板２０の材料、幅及び厚さが可撓性回路１２及びケーブル１０の可撓性に影響する。ポリイミドで形成された基板２０に対する適当な幅及び厚さは、夫々約１０ミリ及び約０．０５０ミリ程度であるが、これよりかなり小さい並びに大きい基板２０もこの発明の範囲内である。

例として、可撓性回路１２が互いに略平行に配置されると共に、導体１６も互いに略平行に配置される場合が図１に示されている。この実施例は非常に高密度並びに／又は物理的な空間の小さい実施例にとっては役に立つが、この発明はこの実施例に制限されない。可撓性回路を平行でない形に配置することも、例えば漏話を減らす為に役に立つことがある。もう１つの例として、可撓性回路を螺旋形又はその他の平坦でない形（図１の略平坦な／平面状の配置とは対照的に）に配置することにより、可撓性が更に大きいケーブルを作ることが出来る。更にそれに代わる又は追加の例として、ケーブル内で可撓性回路を互い違いに又はずらして配置することも、漏話（Crosstalk）を少なくする為、並びに／又はケーブルの可撓性を高める為に、役に立つことがある。

図１の例では、各々の基板２０が、向い合って配置されたコネクタ端２２を持ち、その各々がファンアウト部分２４で終端するが、その横方向の幅は、一般的に基板２０の他の部分よりも大きい。導体１６がコネクタ端２２で終端し、このコネクタ端は対応する可撓性回路１２を出力コネクタ並びに／又は超音波プローブ又は多重化回路の導体のような別の電子デバイスに電気的に接続することが出来るように構成されている。導体１６がコネクタ端２２のところで一般的に離れていて、変換器又は多重化器に接続する為のより多くの場所が取れるようにしている。導体１６は幅が約２５マイクロメータ程度で、約２５マイクロメータの間隔であってよい。図１に示すように、導体１６が接続パッド３４で終端し、このパッドは、幅が約０．２５ｍｍで間隔が約０．２５ｍｍというように一層大きくして、手作業及び自動化装置の何れでも、組立てを容易にすることが好ましい。さや１４は、このさやが可撓性回路の少なくとも大部分の長さの周りに配置されているが、必ずしも、ケーブルの、コネクタ端に隣接した部分又はコネクタ端の周りにはないという意味で、可撓性回路１２を「取囲んで」いる。

この発明は図１のファンアウト形の実施例に制限されない。例えば、別の実施例では、可撓性回路は一定の幅である（可撓性回路の端は可撓性回路の中央部分よりも幅を広くしない）。更に、別々の接続パッド３４を必要としない、例えば、導体１６に直接的に接続することが出来る。

基板２０の各々の面１８及び２８（図２に示す）の上で、パッド３４をファンアウト部分２４に、基板２０上にある対応する導体１６と同じ順序になるように配置することが出来る。その結果、ケーブル１０を超音波プローブ及び多重化回路、又はケーブル１０と接続しようとするこの他の任意のデバイスのコネクタと正しく接続する為に、パッド３４を選び出して手作業で照合することは必要ではない。

可撓性回路の分野で周知の写真製版技術を使って、導体１６を形成することが出来る。導体の幅及び間隔が約２５マイクロメータであると、約１０ｍｍの幅を持つ１個の可撓性回路の面１８の上に２００本もの多くの導体１６を収容することが出来る。導体１６を形成する別の方法は、基板２０の上に直接的に銅箔を積層するか、或いは銅を選択的にパターンに従ってめっきすることを含む。各々の可撓性回路１２の個別の導体１６は、面１８上の予定の配置で精密に製造され、各々の回路１２がケーブル１０内の積重ねに正しく配置されるように保証する為に、コード化するか或いはその他の形で確認することが出来る。

図２は、導体１６とは反対の基板２０の面２８の上にある一体の導電シート２６をも可撓性回路１２が持っていることを示している。導電シート２６は導体１６が伝送する信号のＲＦ障害を減らすのに役立ち、随意選択により、アース平面並びに／又は電流の帰路としても作用し得る。図３に示すように、基板２０の両面１８及び２８の上に導体３０を形成して、基板２０の幅を大きくせずに、各々の回路１２上の導体の数を増やすことが出来る。この実施例では、ポリエステル又はテフロン（登録商標：ポリテトラフルオロエチレン、即ちＰＴＦＥ）のような誘電体材料を面２８に適用してその導体３０を埋込み、導体３０と導電シート２６の間に誘電体障壁層３２を設ける。図３に示すように、導体１６及び３０は、導体１６及び３０の間の漏話を減らす為に、互いに横方向にずらせることが好ましい。同様に、漏話の惧れを少なくする為に、近くの又は隣接した可撓性回路の導体を横方向にずらすことも有利である。

図３の構造は、図４に示す構造を用いて簡単にすることが出来る。図４では、別個の導電シート３６が１対の誘電体障壁層３８の間に挟まれており、これらが隣接した可撓性回路１２の間に挿入されて、基板２０に障壁層３８を取付ける必要をなくしている。任意の所定の回路１２の上にある個別の導体１６及び３０を図４及び５に示すようにパターンぎめして、基板２０の向い合った面１８及び２８の上にある導体１６及び３０を相互接続するバイア（via）４０を設けることが出来る。こうすることにより、図１及び２に示す導体１６及び３０の配置は例えば図５に示すように変更することが出来る。図５では、導体１６は互いに平行であるが、導体３０に対しては平行ではなく、各々の導体１６がバイア４０を介して導体３０に電気的に接続されている。この実施例では、導体１６及び３０の間で漏話を生ずる結合を小さくすることが出来る。

可撓性回路１２を取囲む可撓性のさや１４は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はシリコーン・ラバーのような、高密度ケーブルに典型的に使われる種類のさや材料で形成することが出来る。その材料が、診断手順にそれを使う妨げとならない位にケーブル１０が可撓性のまヽでいる位に柔軟である限り、さや１４にこの他の材料を使ってもよい。ケーブル１０を形成する為に任意の数の可撓性回路１２を配置することが出来る。図１の実施例では、可撓性回路が平行に積重ねられ、さや１４の中で浮いた状態になっていて、ケーブル１０の可撓性を促進している。超音波プローブ及びそれに関連して出力コネクタ及び／又は多重化回路の間で超音波信号を伝送する為には、可撓性回路１２の適当な数は、約３６乃至約６００であると考えられるが、この数をこれより多くしても少なくしてもよい。従って、１個の可撓性回路１２の上に収容することが出来る導体１６の数に基づいて、この発明のケーブル１０では、ケーブル１０をその所期の用途にとって可撓性が不十分になるようなことをせずに、１２８本より多くの導体１６を容易に設けることが出来る。このとき、この発明のケーブル１０は、合わさるコネクタを適当に具えた任意の電子デバイス（図に示していない）に接続出来る状態にあり、ケーブル１０の各々のコネクタ端２２が１つの電子デバイスの対応するコネクタに結合される。

この発明を好ましい実施例について説明したが、当業者であれば、この他の形式を採用することが出来ることは明らかである。従って、この発明の範囲は特許請求の範囲のみによって制限される。

この発明による多重可撓性回路で構成された高密度ケーブル集成体の斜視図。図１の高密度ケーブルの端面図。図１の高密度ケーブルに使われる別の可撓性回路の断面図。図１の高密度ケーブルに使われる別の可撓性回路の断面図。図４の下側の可撓性回路の平面図。

Claims

複数個の可撓性回路（１２）であって、各々の可撓性回路は、互いに向い合って配置された面（１８、２８）を持つ可撓性基板（２０）と、前記面（１８、２８）の内の少なくとも１番目（１８）の上にある多数の導体（１６）と、及び前記基板（２０）と一体の互いに向い合って配置されたコネクタ端（２２）とを持つ、前記複数個の可撓性回路（１２）と、
該複数個の可撓性回路を取囲む可撓性のさや（１４）と、
を有し、
前記基板の２番目の面（２８）の上にある多数の導体（３０）を有し、
前記２番目の面（２８）の上にある導体（３０）が、前記１番目の面（１８）の上にある導体（１６）から横方向にずれていて、その間の漏話を少なくするようにしている、
ケーブル。
互いに平行に配置された複数個の可撓性回路を有し、各々の可撓性回路は、互いに向い合って配置された面（１８、２８）を持つ可撓性基板、互いに向い合って配置された側縁、前記面（１８、２８）の内の少なくとも１番目（１８）の上にある多数の導体、前記基板と一体の互いに向い合って配置されたコネクタ端、及び各々のコネクタ端を電子デバイスに電気的に接続する手段を持ち、
更に、
少なくとも２つの可撓性回路の間にある導電シートと、
前記複数個の可撓性回路を取囲む可撓性のさやと、
を有し、
前記基板の２番目の面（２８）の上にある多数の導体（３０）を有し、
前記２番目の面（２８）の上にある導体（３０）が、前記１番目の面（１８）の上にある導体（１６）から横方向にずれていて、その間の漏話を少なくするようにしている、
ケーブル。
各々のコネクタ端（２２）が、それに対応する基板（２０）の内、横方向の幅が、前記コネクタ端（２２）の間にある対応する基板（２０）の残りの部分よりも広い部分（２４）に構成されている請求項１または２に記載のケーブル。
前記２番目の面の上にある導体（３０）が、前記基板（２０）を通る導電バイア（４０）を介して前記１番目の面（１８）の上にある導体（１６）に個別に接続されている請求項１または２に記載のケーブル。
前記ケーブルが電子デバイスに接続されており、各々のコネクタ端（２２）が別の電子デバイスのコネクタに結合され、前記別の電子デバイスが圧電変換器と医療用超音波装置の多重化回路を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のケーブル。
ケーブルを製造する方法に於て、
それぞれが、互いに向い合って配置された面（１８、２８）を持ち、互いに向い合って配置されたコネクタ端（２２）が一体に形成された複数の可撓性基板を用意し、
前記面（１８、２８）の内の少なくとも１番目（１８）の上に多数の導体を形成し、これによって前記複数の可撓性基板が少なくとも１つの可撓性回路を構成し、
前記可撓性回路を可撓性のさや（１４）で取囲むケーブル（１０）を形成する工程を含み、
前記基板の２番目の面（２８）の上にある多数の導体（３０）を有し、
前記２番目の面（２８）の上にある導体（３０）が、前記１番目の面（１８）の上にある導体（１６）から横方向にずれていて、その間の漏話を少なくするようにしている、
方法。
前記ケーブルを電子デバイスに接続する工程を含み、各々のコネクタ端が別の電子デバイスのコネクタに接続され、
前記別の電子デバイスが圧電変換器と医療用超音波装置の多重化回路を含み、
更に、前記ケーブルと結合された状態にある間の電子デバイスを用いて医療用超音波手順を実施する工程を含む請求項６記載の方法。
前記少なくとも１つの可撓性回路は複数の可撓性回路であり、更に、前記複数の可撓性回路を導電シートで分離する工程と、
前記複数の可撓性回路が互いに平行にあるように配置する工程を含む請求項６または７に記載の方法。
写真製版技術、銅箔の積層または、めっきにより、前記導体を前記面上に製造する工程を含む請求項６乃至８のいずれかに記載の方法。