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技術 超音波デバイスの形成方法、および関連する装置

出願人 リサーチ・トライアングル・インスティチュート
発明者 ドーシュ,デビッドカールソン,ジェームスギル-クリスト,クリスティンヘッジパス
出願日 2011年11月30日 (9年10ヶ月経過) 出願番号 2013-542133
公開日 2014年1月30日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2014-502201
状態 未査定
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 各接続要素 各結合要素 方性導体 電気係 連結素子 システム配線 張力緩和装置 導電性スタッド
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題・解決手段

第1素子および第2素子を有する振動子装置を含む超音波振動子UTA)で接続部を形成する方法および装置が提供される。UTAは、インターポーザ素子面に係合している。イターポーザ素子は、少なくとも1つの横寸法においてより長く、UTAの横方向外側に延在する。導電係合は、第1電極および第2電極と導体の各第1端部との間で形成される。接続支持基板は、導体の第2端部周辺でインターポーザ素子と係合し、導体の各第2端部で導電性係合を形成するための少なくとも2つの接続要素を含む。そして、UTAは、UTAの素子平面および少なくとも2つの接続要素が内腔に沿って軸方向に延在するように、カテーテル部材の内腔に挿入される。

概要

背景

微小超音波振動子MUT)のいくつかは、例えば、本開示の譲渡人でもある三角座研究学会(Research Triangle Institute)に譲渡された米国特許第7,449,821号に開示された圧電微小超音波振動子(pMUT)として構成されており、同文献は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。

米国特許第7,449,821号に記載された、空気に支持されたキャビティ画定するpMUT素子などのpMUT素子の形成は、振動子装置の第1の電極(すなわち、下部電極)であって、該第1の電極は、pMUT装置の空気に支持されたキャビティと反対の基板の前面に位置する、第1の電極と、例えば、集積回路(「IC」)または屈曲ケーブルへ後の接続性を提供するために空気に支持されたキャビティに適用されるコンフォーマル金属層との間の導電接続部の形成を含み得る。

いくつかの例において、例えば、振動子配列に配置される、1以上のpMUTは、長尺カテーテルまたは内視鏡に端部に組み込まれてよい。これらの例において、前向きに配置するために、pMUT装置の振動子配列は、各pMUT装置の圧電素子の平面がカテーテル/内視鏡の軸と垂直に位置するように配置されなければならない。従って、この構成は、振動子配列とカテーテル壁との間の、振動子配列の周囲の横空間を制限し、信号接続部が、基板の前面で形成されてよい。さらに、そのような信号接続部をその前面へ振動子配列に対して横方向に配向することは、カテーテルの直径に望ましくない、悪影響を及ぼしてよい(すなわち、より大きい直径のカテーテルは、振動子配列を通過する振動接続部を適応させるために、望ましくないが必要とされうる)。

振動子配列が1次元(1D)配列である場合、pMUT装置への外部信号接続部は、そのコンフォーマルな金属層を介して各pMUT装置で電気係合(すなわち、接合)になるように、振動子配列における一連のpMUT装置に架かる屈曲ケーブルの手段で達成し得る。例えば、図1Aに示すように、一例の1D振動子配列100(例えば、1×64素子)において、配列素子140を形成するpMUT装置は、アース線を足して、pMUT装置ごと一導電信号リードを含む屈曲ケーブル140で、屈曲ケーブル140に直接取り付けられてよい。前向きの振動子配列に対して、屈曲ケーブル140は、屈曲ケーブル140が、一例として、超音波探触子を含むカテーテル/内視鏡の内腔を通過し得るように、振動子配列の対向する端部について曲げられる。しかしながら、比較的小さいカテーテル/内視鏡における前向きの振動子配列に対して、そのような配置は、カテーテル/内視鏡の内腔内に配置され得る振動子配列のために、屈曲ケーブルおよびpMUT装置(また、約90度の周囲)への導電信号リードの係合を含む多くの導体によって構成され得る、屈曲ケーブルの厳しい曲げ要件(すなわち、約90度)に起因して実行するのが難しい。

さらに、前向きの2次元(2D)振動子配列のために、個別のpMUT装置との信号相互接続も困難である。すなわち、例示的な2D振動子配列(例えば、14×14から40×40素子)のため、1D振動子配列と比較して、より多くの必要となるpMUT装置との信号相互接続がある。そのため、より多くのワイヤおよび/または多層屈曲ケーブルアセンブリは、振動子配列においてpMUT装置の全てに相互接続する必要があり得る。しかしながら、ワイヤおよび/または多層屈曲ケーブルアセンブリが増加するように、振動子配列をカテーテル/内視鏡へ組み込む必要がある90度曲げを達成する振動子装置の端部周辺で信号相互接続のより大きい量を曲げることがより難しくなる。また、隣接するpMUT装置の間のピッチまたは距離は、ワイヤ/導体の必要となる数により制限され得る。従って、そのような制限は、容易に達成し得るカテーテル/内視鏡の最小サイズ(すなわち、直径)を望ましくなく制限し得る。

同時継続中の米国特許出願第61/329,258号(微小超音波振動子との相互接続の形成方法および関連する装置;2010年4月29日出願、本願の譲渡人でもある三角座研究学会に譲渡)は、pMUT装置と、例えば、集積回路(IC)、屈曲ケーブル、またはケーブルアセンブリとの間の導電性接続の改良された形成方法を開示し、個別の信号リードは、振動子配列の操作方向と平行に、または振動子配列においてpMUT装置と垂直に延在する(一般に、図1B参照)。さらに、米国特許出願第61/329,258号は、集積回路(IC)の追加の信号処理が振動子配列と対応する連結素子との間に組み込まれ、それにより、カテーテルの位置の縦方向における振動子/連結素子スタックの寸法を増加させるが、振動子配列の周囲の空間の側面を増加させないことで、前向き振動子配列構成に対して最小の直径を達成するためにカテーテルの構成を容易にすることを開示している。

側面または横向きの振動子配列の場合、振動子配列は、各振動子装置の圧電素子の平面がカテーテル/内視鏡の軸に対して平行になるように配置される。そのような場合、結合要素を取り付けるために使用され得る、振動子配列の長さに沿って、振動子配列とカテーテル壁との間に、振動子配列の周囲の比較的横空間がある。しかしながら、振動子配列とカテーテルの背面の間の空間は、特に、例えば、約3mm以下の内径を有するカテーテルにおいて制限される。さらに、図1Bに示す、例えば、振動子要素に位置する、振動子配列、ICの信号処理および結合要素を含む、前述のより厚い堆積は、制限せれたカテーテルの内径の一例において実現するために必要でない。このような構成は、また、振動子/IC堆積およびカテーテル直径全体使用可能な制限された空間の厚さにより、(カテーテルに沿って、振動子から通って約90度に曲げられなければならない)信号リードおよび/または振動子配列インターフェースに望ましくない機械的応力を与える。

従来技術の特定の一例において、側面向き超音波カテーテル振動子は、図2に示され、圧電素子200は、導電性エポキシ樹脂220を使用して屈曲ケーブル210に取り付けられてよい。そして、電極先端部230および整合層240は、圧電素子200に堆積され、その構造は、のこぎりを使用して角切りされ、その切り込みは、振動子配列250の要素を形成するために屈曲ケーブル210へ下方に延在する。音響バッキング260は、屈曲ケーブル210の背面に適用され得る。しかしながら、そのような構成は、実際に例えば、屈曲ケーブルの信号トレース解像限界により実行され得る振動子要素の数に対して制限され得る。例えば、3mmのカテーテルに対して、10μmピッチの16トレース(プラス各側面にアースストリップ)のみがカテーテルの内腔の側面に沿って適合する。このように、64要素のシーメンス社のAcuNav屈曲ケーブルなどの、適切な屈曲ケーブルは、64要素振動子配列の要素の全てを接続するために各16トレース(プラスアース)の4層を望まれず折り畳まれなければならない。さらに、2次元振動子配列に対して、高い要素数(例えば、196〜1,600要素)は、全ての振動子要素の取り付けおよび相互接続のための多層屈曲ケーブルを必要とし、屈曲ケーブルのコストと複雑さをさらに増加させる。多層屈曲ケーブルは、例えば、導体トレースのピッチおよび(例えば、一般に最低100μmピッチ以上を有し、層の数に依存する)屈曲ケーブルにおける中間ビアに関する制限により、全ての振動子要素を接続するために最大で16層必要とし得る。多層屈曲ケーブルは、従って、高価なため望まれず、製造が難しい(または不可能)であり、増加する金属層およびビアの数を踏まえ短絡の比較的に高確率により強固でない。多層屈曲ケーブルの他の不利な点は、より高い導体インピーダンス、より高い挿入損失、要素トレースの間のより大きいクロスカップリング、および(一般的な同軸ケーブルは、カテーテル適用で使用される十分に微細なピッチで作ることができないが)同軸ケーブルと比較して侵入深さを低減するより高い分路対アースの電気容量を含み得る。屈曲ケーブルは、また、長さで約1フィートセグメントに制限さ得る。従って、全長3フィートであるカテーテルに対して、多層屈曲ケーブルセグメントは、カテーテル全体を通って電気接続を完了させるために順次接続されなければならず、それにより、アセンブリの複雑さとコストが不要に増加する。

概要

第1素子および第2素子を有する振動子装置を含む超音波振動子UTA)で接続部を形成する方法および装置が提供される。UTAは、インターポーザ素子面に係合している。イターポーザ素子は、少なくとも1つの横寸法においてより長く、UTAの横方向外側に延在する。導電係合は、第1電極および第2電極と導体の各第1端部との間で形成される。接続支持基板は、導体の第2端部周辺でインターポーザ素子と係合し、導体の各第2端部で導電性係合を形成するための少なくとも2つの接続要素を含む。そして、UTAは、UTAの素子平面および少なくとも2つの接続要素が内腔に沿って軸方向に延在するように、カテーテル部材の内腔に挿入される。

目的

米国特許第7,449,821号に記載された、空気に支持されたキャビティを画定するpMUT素子などのpMUT素子の形成は、振動子装置の第1の電極(すなわち、下部電極)であって、該第1の電極は、pMUT装置の空気に支持されたキャビティと反対の基板の前面に位置する、第1の電極と、例えば、集積回路(「IC」)または屈曲ケーブルへ後の接続性を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

素子平面画定する振動子素子を含む超音波振動子装置を有し、第1電極と第2電極との間に配置される圧電材料を含む超音波デバイスを形成する方法であって、前記超音波振動子装置の前記素子平面がインターポーザ素子と実質的に平行になるように、前記超音波振動子装置を前記インターポーザ素子の平面と係合させることであって、前記インターポーザ素子は、係合する前記装置の平面に沿って外部の側面に延在するように、少なくとも1つの横寸法において、前記超音波振動子装置よりも長く、側面に沿って延在する少なくとも2つの導体を含み、前記各導体は、対向する第1端部と第2端部とを有する、ことと、前記第1および第2電極と前記第1および第2導体のそれぞれの間に導電係合を形成することであって、前記各導体の第1端部および第2端部の少なくとも一方は、前記前記インターポーザ素子の少なくとも1つのより長い横寸法において、前記超音波振動子装置の表面の外部に延在する、ことと、前記導体の前記第2端部の周囲および前記超音波振動子装置の前記表面の外部にインターポーザ前記インターポーザ素子と接続支持基板を係合させることであって、前記接続支持基板は、各接続要素と前記導体の各第2端部との間の導電係合を形成するように、操作可能に係合した少なくとも2つの接続要素を有する、ことと、を含む方法。

請求項2

前記超音波振動子装置の前記素子平面が前記壁に対して平行に延在し、前記少なくとも2つの接続要素がカテーテル部材の前記端部から離れて内腔に沿って延在するように、前記インターポーザ素子および前記接続支持基板と係合させる、前記超音波振動子装置を前記カテーテル部材の壁およびその端部によって画定される前記内腔に挿入することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記超音波振動子装置を形成するために前記振動子素子をデバイス基板と係合させることであって、前記振動子素子は、前記デバイス基板およびその周囲に位置する各接着パッドに対して横方向に延在する前記第1および第2電極を備えて構成される、ことをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記超音波振動子装置を前記インターポーザ素子の表面と係合させることは、間に位置する非導電性接着剤で前記超音波振動子装置を前記インターポーザ素子の表面と係合させることをさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記導電係合を形成することは、前記第1および第2電極のそれぞれに関連する前記接着パッドと前記各導体の前記第1および第2端部との間の導電部材を係合させることをさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項6

前記振動子素子は、基板上に配置され、貫通基板相互接続と連通し、前記導電係合を形成することは、前記貫通基板相互接続を介して前記第1および第2電極のそれぞれと各導体の前記第1端部との間で前記導電係合を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記導電係合を形成することは、貫通基板相互接続と前記各導体の前記第1端部との間の導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つを介して前記第1および第2電極のそれぞれと各導体の前記第1端部との間で前記導電係合を形成すること、である請求項6に記載の方法。

請求項8

前記接続支持基板を前記インターポーザ素子と係合させる前に、挿入される前記少なくとも2つの接続要素を有し、前記接続支持基板によって画定される各ビアを通って伸びる、前記少なくとも2つの接続要素を前記接続支持基板と係合させることであって、をさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記少なくとも2つの接続要素を前記接続支持基板と係合させる前に、絶縁部材が画定されるビアに沿って延在するように前記接続支持基板に前記絶縁部材を堆積させることをさらに含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

インターポーザ前記インターポーザ素子と接続支持基板を係合させることは、各結合要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合を形成するように、間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つによりインターポーザ前記インターポーザ素子と接続支持基板を係合させることを含む、請求項1に記載の方法。

請求項11

インターポーザ前記インターポーザ素子と接続支持基板を係合させることは、各接続要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合が実質的に前記超音波振動子装置の前記装置平面に対して垂直に延在するように、インターポーザ前記インターポーザ素子と接続支持基板を係合させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項12

各接続要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合の張力を軽減するように、前記少なくとも2つの接続要素と前記インターポーザ素子との間の張力緩和装置を係合させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項13

前記インターポーザ素子は、各導体の前記第1端部を有する前記導電係合において前記インターポーザ素子の前記表面と係合された少なくとも1つの導電係合トレースをさらに含み、前記導電係合を形成することは、前記インターポーザ素子の表面を有する前記超音波振動子装置を係合しながら、前記第1および第2電極の1つとその間に導電性接着剤を有する少なくとも1つのトレースとの間の前記導電係合を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項14

少なくとも1つの集積回路デバイスが前記導体の少なくとも1つと導電性連通するように、前記超音波振動子装置と前記接続支持基板との間で前記少なくとも1つの集積回路デバイスを前記インターポーザ素子と係合させることをさらに含む、請求項13に記載の方法。

請求項15

前記集積回路デバイスを前記インターポーザ素子と係合させることは、前記集積回路デバイスと、間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つにより前記少なくとも1つのトレースとの間の前記導電係合を形成することをさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記少なくとも2つの導体のそれぞれの抵抗が実施的に同じであるように、前記インターポーザ素子を通って伸びる前記少なくとも2つの導体のそれぞれの断面寸法を変更することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項17

超音波デバイスであって、素子平面を画定する振動子素子を含み、第1電極と第2電極との間に配置される圧電材料を含む超音波振動子装置と、前記超音波振動子装置の前記素子平面がインターポーザ素子と実質的に平行になるように、前記超音波振動子装置を係合させるように構成される表面を有するインターポーザ素子であって、前記インターポーザ素子は、係合する前記装置の平面に沿って外部の側面に延在するように、少なくとも1つの横寸法において、前記超音波振動子装置よりも長く、側面に沿って延在する少なくとも2つの導体を含み、前記各導体は、対向する第1端部と第2端部とを有し、前記超音波振動子装置は、前記第1および第2電極とそれぞれの第1端部とのそれぞれの間に導電係合を形成するように前記インターポーザ素子と係合し、前記各導体の第1端部および第2端部の少なくとも一方は、前記前記インターポーザ素子の少なくとも1つのより長い横寸法において、前記超音波振動子装置の表面の外部に延在する、インターポーザ素子と、前記導体の前記第2端部の周囲および前記超音波振動子装置の前記表面の外部で前記インターポーザ素子と係合する接続支持基板であって、前記接続支持基板は、操作可能に係合する少なくとも2つの接続要素を有し、前記接続支持基板は、各接続要素と前記導体の前記導体の各第2端部との間の導電係合を形成するように、前記インターポーザ素子と係合する、接続支持基板と、を含む、超音波デバイス。

請求項18

内腔を画定する壁を有するカテーテル部材であって、前記内腔は、その端部周辺で前記超音波振動子装置の前記素子平面が前記壁に対して平行に延在し、前記少なくとも2つの接続要素が前記カテーテル部材の前記端部から離れて内腔に沿って延在するように、前記超音波振動子装置を受けるように構成され、前記インターポーザ素子および前記接続支持基板と係合する、カテーテル部材をさらに含む、請求項17に記載のデバイス

請求項19

前記超音波振動子装置は、前記振動子素子と係合するバイス基板をさらに含み、前記振動子素子は、前記デバイス基板およびその周囲に位置する各接着パッドに対して横方向に延在する前記第1および第2電極を備えて構成される、請求項17に記載のデバイス。

請求項20

前記超音波振動子装置は、間に位置する非導電性接着剤で前記インターポーザ素子の表面と係合させる、請求項19に記載のデバイス。

請求項21

前記第1および第2電極のそれぞれに関連する前記接着パッドと前記それぞれの導体の前記第1端部との間で係合し、その間で前記導電係合を形成する、導電部材をさらに含む、請求項19に記載のデバイス。

請求項22

前記振動子素子は、基板上に配置され、貫通基板相互接続と連通し、前記貫通基板相互接続は、前記第1および第2電極のそれぞれと各導体の前記第1端部との間で前記導電係合を形成するように構成される、請求項17に記載のデバイス。

請求項23

前記貫通基板相互接続は、間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つにより前記各導体の前記第1端部と係合する、請求項22に記載のデバイス。

請求項24

前記少なくとも2つの接続要素は、前記接続支持基板によって画定される各ビアに挿入され、前記各ビアに沿って延在するように構成される、請求項17に記載の装置。

請求項25

絶縁部材が画定される前記ビアに沿って延在するように前記接続支持基板に堆積される絶縁部材をさらに含む、請求項24に記載のデバイス。

請求項26

前記接続支持基板は、間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つにより前記インターポーザ素子と係合し、前記間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つは、各結合要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合を形成する、請求項17に記載のデバイス。

請求項27

前記接続支持基板は、各結合要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合が前記超音波振動子装置の前記素子平面に対して実質的に垂直に延在するように前記インターポーザ素子と係合する、請求項17に記載のデバイス。

請求項28

各接続要素と前記導体の各第2端部との間の前記導電係合の張力を軽減するように前記少なくとも2つの接続要素と前記インターポーザ素子との間で係合する張力緩和装置をさらに含む、請求項17に記載のデバイス。

請求項29

前記インターポーザ素子は、各導体の前記第1端部を有する前記導電係合において前記インターポーザ素子の前記表面と係合された少なくとも1つの導電係合トレースをさらに含み、前記第1電極および前記第2電極のいずれか一方は、間に配置される導電性接着剤を有する少なくとも1つのトレースで前記導電係合に配置される、請求項17に記載のデバイス。

請求項30

少なくとも1つの集積回路デバイスが前記導体の少なくとも1つと導電性連通するように、前記超音波振動子装置と前記接続支持基板との間で前記インターポーザ素子と係合する少なくとも1つの集積回路デバイスをさらに含む、請求項29に記載のデバイス。

請求項31

前記少なくとも1つの集積回路は、マルチプレクサ増幅器ビーム形成器、および高電圧送信回路のいずれか1つを含む、請求項30に記載のデバイス。

請求項32

前記集積回路デバイスは、間に存在する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着剤のいずれか1つにより前記少なくとも1つのトレースで前記導電係合に配置される、請求項30に記載のデバイス。

請求項33

前記インターポーザ素子を通って延在する前記少なくとも2つの導体のそれぞれは、前記少なくとも2つの導体のそれぞれの抵抗が実質的に同じになるように変化した断面寸法を含むように構成される、請求項17に記載のデバイス。

技術分野

0001

本開示の態様は、超音波振動子に関し、より具体的には、カテーテルに収容された横向きの圧電微小超音波振動子と接続を形成する方法、および関連する超音波装置に関する。

背景技術

0002

微小超音波振動子(MUT)のいくつかは、例えば、本開示の譲渡人でもある三角座研究学会(Research Triangle Institute)に譲渡された米国特許第7,449,821号に開示された圧電微小超音波振動子(pMUT)として構成されており、同文献は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。

0003

米国特許第7,449,821号に記載された、空気に支持されたキャビティ画定するpMUT素子などのpMUT素子の形成は、振動子装置の第1の電極(すなわち、下部電極)であって、該第1の電極は、pMUT装置の空気に支持されたキャビティと反対の基板の前面に位置する、第1の電極と、例えば、集積回路(「IC」)または屈曲ケーブルへ後の接続性を提供するために空気に支持されたキャビティに適用されるコンフォーマル金属層との間の導電接続部の形成を含み得る。

0004

いくつかの例において、例えば、振動子配列に配置される、1以上のpMUTは、長尺のカテーテルまたは内視鏡に端部に組み込まれてよい。これらの例において、前向きに配置するために、pMUT装置の振動子配列は、各pMUT装置の圧電素子の平面がカテーテル/内視鏡の軸と垂直に位置するように配置されなければならない。従って、この構成は、振動子配列とカテーテル壁との間の、振動子配列の周囲の横空間を制限し、信号接続部が、基板の前面で形成されてよい。さらに、そのような信号接続部をその前面へ振動子配列に対して横方向に配向することは、カテーテルの直径に望ましくない、悪影響を及ぼしてよい(すなわち、より大きい直径のカテーテルは、振動子配列を通過する振動接続部を適応させるために、望ましくないが必要とされうる)。

0005

振動子配列が1次元(1D)配列である場合、pMUT装置への外部信号接続部は、そのコンフォーマルな金属層を介して各pMUT装置で電気係合(すなわち、接合)になるように、振動子配列における一連のpMUT装置に架かる屈曲ケーブルの手段で達成し得る。例えば、図1Aに示すように、一例の1D振動子配列100(例えば、1×64素子)において、配列素子140を形成するpMUT装置は、アース線を足して、pMUT装置ごと一導電信号リードを含む屈曲ケーブル140で、屈曲ケーブル140に直接取り付けられてよい。前向きの振動子配列に対して、屈曲ケーブル140は、屈曲ケーブル140が、一例として、超音波探触子を含むカテーテル/内視鏡の内腔を通過し得るように、振動子配列の対向する端部について曲げられる。しかしながら、比較的小さいカテーテル/内視鏡における前向きの振動子配列に対して、そのような配置は、カテーテル/内視鏡の内腔内に配置され得る振動子配列のために、屈曲ケーブルおよびpMUT装置(また、約90度の周囲)への導電信号リードの係合を含む多くの導体によって構成され得る、屈曲ケーブルの厳しい曲げ要件(すなわち、約90度)に起因して実行するのが難しい。

0006

さらに、前向きの2次元(2D)振動子配列のために、個別のpMUT装置との信号相互接続も困難である。すなわち、例示的な2D振動子配列(例えば、14×14から40×40素子)のため、1D振動子配列と比較して、より多くの必要となるpMUT装置との信号相互接続がある。そのため、より多くのワイヤおよび/または多層屈曲ケーブルアセンブリは、振動子配列においてpMUT装置の全てに相互接続する必要があり得る。しかしながら、ワイヤおよび/または多層屈曲ケーブルアセンブリが増加するように、振動子配列をカテーテル/内視鏡へ組み込む必要がある90度曲げを達成する振動子装置の端部周辺で信号相互接続のより大きい量を曲げることがより難しくなる。また、隣接するpMUT装置の間のピッチまたは距離は、ワイヤ/導体の必要となる数により制限され得る。従って、そのような制限は、容易に達成し得るカテーテル/内視鏡の最小サイズ(すなわち、直径)を望ましくなく制限し得る。

0007

同時継続中の米国特許出願第61/329,258号(微小超音波振動子との相互接続の形成方法および関連する装置;2010年4月29日出願、本願の譲渡人でもある三角座研究学会に譲渡)は、pMUT装置と、例えば、集積回路(IC)、屈曲ケーブル、またはケーブルアセンブリとの間の導電性接続の改良された形成方法を開示し、個別の信号リードは、振動子配列の操作方向と平行に、または振動子配列においてpMUT装置と垂直に延在する(一般に、図1B参照)。さらに、米国特許出願第61/329,258号は、集積回路(IC)の追加の信号処理が振動子配列と対応する連結素子との間に組み込まれ、それにより、カテーテルの位置の縦方向における振動子/連結素子スタックの寸法を増加させるが、振動子配列の周囲の空間の側面を増加させないことで、前向き振動子配列構成に対して最小の直径を達成するためにカテーテルの構成を容易にすることを開示している。

0008

側面または横向きの振動子配列の場合、振動子配列は、各振動子装置の圧電素子の平面がカテーテル/内視鏡の軸に対して平行になるように配置される。そのような場合、結合要素を取り付けるために使用され得る、振動子配列の長さに沿って、振動子配列とカテーテル壁との間に、振動子配列の周囲の比較的横空間がある。しかしながら、振動子配列とカテーテルの背面の間の空間は、特に、例えば、約3mm以下の内径を有するカテーテルにおいて制限される。さらに、図1Bに示す、例えば、振動子要素に位置する、振動子配列、ICの信号処理および結合要素を含む、前述のより厚い堆積は、制限せれたカテーテルの内径の一例において実現するために必要でない。このような構成は、また、振動子/IC堆積およびカテーテル直径全体使用可能な制限された空間の厚さにより、(カテーテルに沿って、振動子から通って約90度に曲げられなければならない)信号リードおよび/または振動子配列インターフェースに望ましくない機械的応力を与える。

0009

従来技術の特定の一例において、側面向き超音波カテーテル振動子は、図2に示され、圧電素子200は、導電性エポキシ樹脂220を使用して屈曲ケーブル210に取り付けられてよい。そして、電極先端部230および整合層240は、圧電素子200に堆積され、その構造は、のこぎりを使用して角切りされ、その切り込みは、振動子配列250の要素を形成するために屈曲ケーブル210へ下方に延在する。音響バッキング260は、屈曲ケーブル210の背面に適用され得る。しかしながら、そのような構成は、実際に例えば、屈曲ケーブルの信号トレース解像限界により実行され得る振動子要素の数に対して制限され得る。例えば、3mmのカテーテルに対して、10μmピッチの16トレース(プラス各側面にアースストリップ)のみがカテーテルの内腔の側面に沿って適合する。このように、64要素のシーメンス社のAcuNav屈曲ケーブルなどの、適切な屈曲ケーブルは、64要素振動子配列の要素の全てを接続するために各16トレース(プラスアース)の4層を望まれず折り畳まれなければならない。さらに、2次元振動子配列に対して、高い要素数(例えば、196〜1,600要素)は、全ての振動子要素の取り付けおよび相互接続のための多層屈曲ケーブルを必要とし、屈曲ケーブルのコストと複雑さをさらに増加させる。多層屈曲ケーブルは、例えば、導体トレースのピッチおよび(例えば、一般に最低100μmピッチ以上を有し、層の数に依存する)屈曲ケーブルにおける中間ビアに関する制限により、全ての振動子要素を接続するために最大で16層必要とし得る。多層屈曲ケーブルは、従って、高価なため望まれず、製造が難しい(または不可能)であり、増加する金属層およびビアの数を踏まえ短絡の比較的に高確率により強固でない。多層屈曲ケーブルの他の不利な点は、より高い導体インピーダンス、より高い挿入損失、要素トレースの間のより大きいクロスカップリング、および(一般的な同軸ケーブルは、カテーテル適用で使用される十分に微細なピッチで作ることができないが)同軸ケーブルと比較して侵入深さを低減するより高い分路対アースの電気容量を含み得る。屈曲ケーブルは、また、長さで約1フィートセグメントに制限さ得る。従って、全長3フィートであるカテーテルに対して、多層屈曲ケーブルセグメントは、カテーテル全体を通って電気接続を完了させるために順次接続されなければならず、それにより、アセンブリの複雑さとコストが不要に増加する。

発明が解決しようとする課題

0010

従って、超音波振動子技術における、具体的には、空気に支持されたキャビティを有するか否かに関わらず、圧電微小超音波振動子(pMUT)に関する、pMUTと、例えば、集積回路(IC)および/または対応する結合要素との間の導電性接続を形成するための改良させた方法に対して必要性が存在する。また、振動子配列、ICデバイスおよび屈曲ケーブル、チップスタックが側面向き構成において、例えば、心血管装置、血管内超音波デバイスまたは腹腔鏡手術装置において比較的小さい直径のカテーテルまたは内視鏡内に収容され得るワイヤおよび/または結合要素を含むチップスタックの厚さを低減することが望ましい。また、コスト効率が高く(例えば、比較的低コスト)、比較的生産し易い比較的高い振動子要素数/密度を有する振動子配列で電気接続を形成するための方法を提供することが望ましい。そのような解決方法は、前向きおよび/または側面向き配置において、2次元振動子配列、具体的には、2次元pMUT振動子配列に効果がることが望ましく、振動子配列が組み込まれるプローブ/カテーテル/内視鏡の大きさにおけるより大きい拡張性許可することが望ましい。

課題を解決するための手段

0011

上記の必要性および他の必要性は、本開示の態様で達成され、そのような一態様は、素子平面を画定する振動子素子を含み、第1電極と第2電極との間に位置する圧電部材を含む超音波振動子装置を有する超音波デバイスを形成する方法に関する。そのような方法は、前記超音波振動子装置の前記素子平面がインターポーザ素子と実質的に平行になるように、前記超音波振動子装置を前記インターポーザ素子の平面と係合させることであって、前記インターポーザ素子は、係合する前記装置の平面に沿って外部の側面に延在するように、少なくとも1つの横寸法において、前記超音波振動子装置よりも長く、側面に沿って延在する少なくとも2つの導体を含み、前記各導体は、対向する第1端部と第2端部とを有する、ことを含む。導電係合は、前記第1および第2電極と前記各導体の第1端部および第2端部との間で形成され、前記各導体の第1端部および第2端部の少なくとも一方は、前記前記インターポーザ素子の少なくとも1つのより長い横寸法において、前記超音波振動子装置の表面の外部に延在する。接続支持基板は、前記導体の前記第2端部の周囲および前記超音波振動子装置の前記表面の外部にインターポーザ素子と係合し、接続支持基板は、各接続要素と前記導体の各第2端部との間の導電係合を形成するように、操作可能に係合した少なくとも2つの接続要素を有する。インターポーザ素子および接続支持基板と係合する、超音波振動子装置は、超音波振動子装置の前記素子平面が前記壁に対して平行に延在し、前記少なくとも2つの接続要素がカテーテル部材の前記端部から離れて内腔に沿って延在するように、カテーテル部材の壁およびその端部によって画定される内腔に挿入される。

0012

本開示の別の態様は、素子平面を画定する振動子素子を含み、第1電極と第2電極との間に配置される圧電材料を含む超音波振動子装置を含む、超音波デバイスを提供する。インターポーザ素子は、超音波振動子装置の前記素子平面がインターポーザ素子と実質的に平行になるように、超音波振動子装置を係合させるように構成される。インターポーザ素子は、係合する前記装置の平面に沿って外部の側面に延在するように、少なくとも1つの横寸法において、前記超音波振動子装置よりも長く、各導体は、対向する第1端部と第2端部とを有する。超音波振動子装置は、前記第1および第2電極とそれぞれの第1端部とのそれぞれの間に導電係合を形成するように前記インターポーザ素子と係合し、前記各導体の第1端部および第2端部の少なくとも一方は、前記前記インターポーザ素子の少なくとも1つのより長い横寸法において、前記超音波振動子装置の表面の外部に延在する。接続支持基板は、導体の前記第2端部の周囲および前記超音波振動子装置の前記表面の外部で前記インターポーザ素子と係合する。接続支持基板は、操作可能に係合する少なくとも2つの接続要素を有し、各接続要素と前記導体の前記導体の各第2端部との間の導電係合を形成するように、前記インターポーザ素子と係合する。カテーテル部材は、内腔を画定する壁を有し、内腔は、その端部周辺で、超音波振動子装置の前記素子平面が前記壁に対して平行に延在し、前記少なくとも2つの接続要素が前記カテーテル部材の前記端部から離れて内腔に沿って延在するように、超音波振動子装置を受けるように構成され、インターポーザ素子および前記接続支持基板と係合する。

0013

従って、本開示の態様は、特定された必要性に対応し、本明細書で詳細に他の利点を提供する。

0014

従って、一般的な用語で本開示を説明してきたが、参照が必ずしも縮尺通りに描かれていない添付図面について説明する。

図面の簡単な説明

0015

内腔の前向き振動子装置を有する接続を形成するための従来技術の構成を概略的に示す図である。
内腔の前向き振動子装置を有する接続を形成するための従来技術の構成を概略的に示す図である。
内腔の側面向き振動子装置を有する接続を形成するための従来技術の構成を概略的に示す図である。
本開示の一態様に係る、側面向き1次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示の一態様に係る、側面向き1次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示の別の態様に係る、側面向き振動子装置を有する接続に対して接続支持部材を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示の別の態様に係る、側面向き振動子装置を有する接続に対して接続支持部材を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示の別の態様に係る、側面向き振動子装置を有する接続に対して接続支持部材を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示の別の態様に係る、側面向き1または2次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成の側面および上面を概略的に示す図である。
本開示の別の態様に係る、側面向き1または2次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成の側面および上面を概略的に示す図である。
本開示のさらに別の態様に係る、側面向き1または2次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示のさらに別の態様に係る、側面向き1または2次元圧電微小超音波振動子配列を有する接続を形成する構成を概略的に示す図である。
本開示のさらに別の対応に係る、側面向き超音波デバイスの側面および上面を概略的に示す図である。
本開示のさらに別の対応に係る、側面向き超音波デバイスの側面および上面を概略的に示す図である。

実施例

0016

本開示は、本開示の全ての態様ではないが、添付の図面を参照しながら、より詳細に本開示について説明する。実際、本開示は、本開示は、多くの異なる形式具現化してよく、本明細書に記載の態様に限定されるものでなく、むしろ、この開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同じ数字は、全体を通して同じ要素を示す。

0017

カテーテルベースの超音波振動子配列などの、代表的な超音波デバイス300は、図3に示す。そのような本開示の例示的な態様は、軸方向に延在する内腔400を画定するカテーテル部材350を含む。そのような態様において、内腔400は、1以上の振動子素子などの、超音波振動子装置450を収容し、1次元または2次元振動子配列の形で配置されてよい。超音波振動子装置450は、素子平面500を画定し、各振動子素子図6Aおよび図7A参照)は、第1電極575と第2電極600との間に位置する圧電部材550を含む。インターポーザ素子650は、また、内腔400内に位置してよい。より具体的には、インターポーザ素子650は、超音波振動子装置450の素子平面500がインターポーザ素子650に対して実質的に平行であるように、超音波振動子装置450を受け取り、係合し、支持するように構成される表面660を含む。超音波振動子装置450は、例えば、適切な接着剤またはエポキシ樹脂によって表面660に固定されてよい。接着剤または他の固定機構が超音波振動子装置450と表面660との間の導電係合を形成することに含まれる場合に、例えば、異方性導電エポキシ樹脂などの導電部材は、インターポーザ素子650の表面660に超音波振動子装置450を固定するのに使用されてよい。場合によっては、インターポーザ素子650は、例えば、シリコンまたは他の適切な材料が含まれてよい。

0018

一態様において、インターポーザ素子650は、素子平面500に沿ってその横方向に外部に延在するように、少なくとも1つの横寸法において、超音波振動子装置450よりも大きい(図3および図4参照)。また、場合によっては、インターポーザ素子650は、横方向に沿って延在する少なくとも2つの導体675、700を含み(図4図6Bおよび図7B参照)、導体675、700は、対向する第1端部675A、700Aおよび第2端部675B、700Bを有する。超音波振動子装置450は、第1電極および第2電極575、600のそれぞれと各導体675、700の第1端部675A、700Aとの間で導電係合を形成するように、インターポーザ素子650と係合する。いくつかの態様において、各導体675、700のいずれかまたは両方の対向する端部は、インターポーザ素子650の1以上のより長い横寸法において超音波振動子装置450の周囲の外側で、インターポーザ素子650と連動して延在する。すなわち、インターポーザ素子650を有する超音波振動子装置450の係合により、インターポーザ素子650は、少なくとも1つの横寸法において、超音波振動子装置450の周囲の外部で延在する。従って、各導体675、700のいずれかまたは両方は、超音波振動子装置450を有する導電係合を形成するように、インターポーザ素子650と超音波振動子装置450との間のインターフェースにインターポーザ素子650を通って延在する一端部を有してよく、そのような態様は、本明細書でさらに詳細に開示される。

0019

他の態様において、各導体675、700のいずれかまたは両方は、超音波振動子装置450が係合されるが、超音波振動子装置450の周囲の外部でインターポーザ素子650の表面に対して延在するように、インターポーザ素子650を通って延在する一端部を有してよい。このような場合、電極575、600は、例えば、ワイヤボンド処理などにおいて、各ワイヤボンドパッド250A、250Bに、その間で係合する個別の導体素子(不図示)によって導体675、700の第1端部675A、700Aと電気的に係合してよい。さらに、いくつかの態様において、超音波振動子装置450(すなわち、pMUT)は、基板の背面に第1電極575を接続するメタライゼーション貫通基板相互接続を含んでも、含まなくてもよい。従って、図4に示すように、いくつかの態様において、超音波振動子装置450の振動子素子の信号およびアーストレースは、超音波振動子装置450の周辺端部(すなわち、ワイヤボンドパッド250A、250Bを有する導電係合)へ送られ、インターポーザ素子650に関連する第1および第2導体675、700を有する導電係合において対応するワイヤボンドパッド250A、250Bにワイヤボンドされる。このような超音波振動子装置450の構成を使用することで、より少ないフォトマスク層は、例えば、振動子素子を製造するために使用され、従って、製造コストを低減する。しかしながら、超音波振動子装置450の設置面積横面積)は、ワイヤボンドパッドを適用するためにより大きいことが必要とされ得る。例えば、2mm幅の超音波振動子装置450(メタライゼーション貫通基板相互接続無しで)は、約2.8mm〜3mm幅のインターポーザ素子650を必要とし、12フレンチ(4mmO.D.)カテーテルの内腔内に適合する。しかしながら、ワイヤボンドパッド構成の代わりにメタライゼーション貫通基板相互接続を使用することで、導電係合が振動子素子の空気に支持されたキャビティに関連する導体層によってインターポーザ素子650に関連する導体675、700で形成されるように、ワイヤパッドに必要な追加の幅が取り除かれるので、超音波振動子装置450の幅は、約1.7mm〜1.8mmに低減され、インターポーザ素子650は、また、実質的に同じ幅を有する。このような場合、メタライゼーション貫通基板相互接続を有する振動子素子の実行は、必要なカテーテルの大きさを8フレンチ(2.7mmO.D.)まで低減し得る。

0020

開示されるように、超音波振動子装置450は、例えば、適切な接着材またはエポキシ樹脂などの接着部材670によって表面660に固定されてよい。接着剤または他の固定機構が超音波振動子装置450と表面660との間の導電係合を形成することに含まれる場合に、例えば、異方性導電エポキシ樹脂などの導電部材は、インターポーザ素子650の表面660に超音波振動子装置450を固定するのに使用されてよい。場合によっては、振動子素子の音響支援を提供する、超音波振動子装置450をインターポーザ素子650に固定するために、例えば、タングステン充填エポキシ樹脂などの音響的吸収エポキシ樹脂を実施することが望ましい。超音波振動子装置450がインターポーザ素子650に関連する導体675、700にワイヤボンドされる場合、陶器エポキシ樹脂は、ワイヤボンド接続を覆うために使用され得る。

0021

いくつかの態様において、その第2端部675B、700Bが導電性パッド750(図4参照)を有する配列との導電係合にあるように、導体675、700は、インターポーザ素子650に対して横方向に延在し、インターポーザ素子650は、導体675、700の第2端部675B、700Bがパッド750を介して、対応する結合要素825、850(例えば、図3参照)を(導電係合において)超音波振動子装置450の周辺の外部で接続支持基板800と係合し、接続支持基板800によって支持されるように、接続支持基板800を受け取るおよび係合させる。結合要素825、850は、例えば、超音波振動子装置450に対して、外部信号リードを含んでよい。このように、いくつかの態様において、インターポーザ素子650および接続支持基板800と係合する、超音波振動子装置450は、超音波振動子装置450の素子平面500がカテーテル部材350の壁または軸に対して平行に延在し、少なくとも2つの接続部材825、850がカテーテル部材350の端部から離れて内腔400に沿って延在するように(すなわち、「側面向きの」超音波デバイスを形成するように)、カテーテル部材350の壁によって画定される内腔400の端部において受け取られるように構成される。

0022

場合によっては、インターポーザ素子650に関連する導体675、700は、結合要素825、850と接続するためのパッド750に対して対応するワイヤボンドパッドの位置および構成により異なる長さであってよい。このように、場合によっては、インターポーザ素子650に関連する導体675、700は、導体675、700の電気抵抗間の差が最小限または実質的に除去されるように、変化する幅、若しくは、変化する断面寸法を有するように構成される。すなわち、導体675、700は、超音波振動子装置450の各振動子素子に延在する信号リードに対して実質的に一定のインピーダンスを達成し、維持するように構成されてよい。

0023

いくつかの態様において、接続支持基板800は、例えば、超音波振動子装置450を指示するインターポーザ素子650との係合を促進するためのフリップチップアライナボンダに適合されるように構成されてよい。このように、インターポーザ素子650は、接続支持基板800に対して結合要素825、850の配列が超音波振動子装置450によって実施される配列における振動子素子の配列に対応するために必要とならないように、有利に構成されてよい。例えば、振動子素子の結合要素825、850のピッチおよび/または角度は、ピッチまたは電極面積から異なり、その対応は、当業者に明らかなように、必要または望まれる場合、インターポーザ素子650と関連する導体675、700を適切に構成することによって達成されてよい。インターポーザ素子650のこのような構成は、例えば、側面向きの1D(1次元)配列または超音波振動子装置450に対して、有利であってよい。例えば、図4に示すように、ワイヤ/接続要素の5×16配列は、インターポーザ素子650に関連する導体の適切な配列を通って超音波振動子装置450において振動子素子の1×64配列と係合されてよい。従って、このようなインターポーザ素子の実施は、超音波振動子装置450と接続するために使用される配線の選択(すなわち、ケーブルごとにワイヤまたは接続要素の数と同様にワイヤピッチ)において追加の柔軟性を提供してよく、また、導体素子間のノイズおよびクロストークを低減するために信号要素ワイヤ間に組入れられる追加のアースリードを提供するためにより多くのワイヤ(例えば、8×16または128ワイヤ)を有するワイヤ/接続要素配列の取り付けを許可する。

0024

図5Aは、インターポーザ素子650へ接続支持基板800およびその順次接続の形式で本開示の別の態様を模式的に示す。より具体的には、(例えば、シリコンが含まれる)接続支持基板800は、エッチングされた表面に対して実質的に垂直な側壁を通って延在するビア802を画定するために、例えば、DRIE処理を使用して、エッジングされる。接続支持基板800は、隣接するビア(不図示)間で電気絶縁を提供するために熱的に酸化される。接続要素(例えば、要素825)の1つは、そこを通って延在するようにビア802に挿入され、接続要素825は、非導電性エポキシ樹脂などの接着部材804で接続支持基板800に接着され、接続要素825が伸びる接続支持基板800の表面に対抗する接続支持基板800の表面に接続要素825周囲に適用される。例えば、微細ゲージ(例えば、40〜50AWG)ワイヤは、ビアに入れられ、空間を満たす真空チャンバにおいて低粘性エポキシ樹脂ビア内に埋め込まれる。場合によっては、接続要素825は、絶縁体によって囲まれる長細い導体を含んでよい。このような場合、絶縁体は、導体/接続要素825と接続支持基板800との間の電気絶縁を提供するように構成されてよい。他の場合、接続要素825が絶縁体を含まない場合、絶縁部材(不図示)は、ビア802を通って延在し、接続支持基板800から接続要素825を電気的に絶縁するように、接続支持基板800に配置される。

0025

図5Bに示すように、接続要素825が接続支持基板800に固定されると、接続要素825が伸びる接続支持基板800の表面は、露光された接続要素825の端部806を有する実質的に平坦な表面を生成するために例えば、機械研磨処理または化学機械研磨(CMP)処理によって、平坦化される。場合によっては、接続要素825とビア802を画定する壁との間の任意の間隔は、後続の処理で接続支持基板800のキャビティなしの平坦表面を提供するために例えば、非導電性エポキシ樹脂で充填され得る。例えば、一態様は、クロストークを低減すために各リボンの下、銅バックプレーンで個別に絶縁された46〜48AWG銅ワイヤを含む、マイクロリボンケーブルを実行する。マイクロリボンケーブルは、個別のビアに導入される個別のワイヤよりも接続支持基板800へ一度に1列供給され得る。接続要素825および/または接続支持基板800は、インターポーザ素子650および/または関連するパッド750に順次接着される。このような一態様において、導電性接着部材808は、図5Cに示すように、例えば、はんだバンプを含んでよい。このような場合、接着は、はんだバンプを含むはんだをリフローすることによって生じる。別の態様において、導電性接着部材808は、金属(すなわち、金、アルミ、または銅)またはワイヤボンダを使用または電気めっきによって形成されるめっき金属スタッドバンプを含んでよく、このようなスタッドバンプは、直接金属接着を通って導電係合を提供するために熱圧縮接着され得る。異方性導電性エポキシ樹脂は、また、導電性接着部材808として実施されてよい。インターポーザ素子650に関連するパッド750で接続支持基板800に関連する接続要素825、850の整列は、例えば、フリップ−チップアライナ−ボンダを使用して達成し得る。パッド750に接着されると、接続要素825、850は、例えば、図6Aおよび図7Aに示すように、素子平面500に対して実質的に平行に延在し(パッド750と接続要素825、850との間のインターフェースが素子平面500に対して垂直に延在する)、カテーテル部材350のないくう00に沿って延在するように、約90度に曲げられる。いくつかの態様において、例えば、図6Aおよび図7Aに示すような、追加のエポキシ樹脂などの張力緩和要素810は、接続支持基板800とインターポーザ素子650との間のインターフェース(同様に、パッド750と接続要素825、850との間のインターフェース)上の張力緩和するために、接続要素825、850とインターポーザ素子650との間に適用されてよい。

0026

本開示の他の態様は、図6Aおよび図6Bに提供され、超音波デバイス450は、例えば、垂直に統合された1Dまたは2D振動子配列(すなわち、貫通基板相互接続を有するpMUT振動子装置)を含む。このような場合、第1電極および第2電極575、600は、超音波振動装置450の一表面に対してアクセス可能であってよい。従って、超音波振動子装置450は、ワイヤボンドパッドおよび関連する導体の工順に対して(超音波振動装置450とインターポーザ素子650の両方に対して)追加の面積またはより長い横寸法を必要せずに、インターポーザ素子650と直接係合(すなわち、ワイヤ接着なしで)されてよい。このような場合、インターポーザ素子650は、インターポーザ素子650の表面660と係合する少なくとも1つの導電性トレース1000をさらに含み、トレース1000は、各導体675、700の第1端部675A、700Aとの導電係合であるように構成される。

0027

いくつかの態様において、超音波振動装置450は、例えば、間に位置する導電性はんだ要素、導電性スタッド要素、および導電性接着部材などの接着部材670を使用して、第1電極および第2電極575、600の1つと対応するトレース1000との間に導電係合が形成されるように、インターポーザ素子650と係合され得る。例えば、超音波振動装置450は、エポキシ樹脂、はんだバンプ、金スタッドバンプまたは直接めっき金属接着を使用してインターポーザ素子650の表面660と係合され得る。接続支持基板800は、導体675、700と接続要素825、850との間の導電係合を形成するように、同様に、接着部材670を介してインターポーザ素子650と係合されてよい。

0028

いくつかの態様において、インターポーザ素子650にシリコンが含まれてよいので、導体675、700および/またはトレース1000は、当業者に明らかなように、様々な半導体処理技術を使用して形成されてよい。例えば、導電性部材は、インターポーザ素子650に位置し、リソグラフィおよびエッチング、またはリフトオフ処理によってパターン形成されてよい。導電性部材が堆積され、導体675、700および/またはトレース1000が形成されると、二酸化ケイ素などの絶縁体は、例えば、異方性導電エポキシ樹脂が超音波振動装置450をインターポーザ素子650と係合させるために使用される場合、横電気伝導を防止するために導体675、700および/またはトレース1000で選択的に堆積されてよい。他の場合、導体675、700および/またはトレース1000を超える絶縁体の堆積は、超音波振動装置450とインターポーザ素子650との間のインターフェースの下、インターポーザ素子650に沿って延在する導体675、700とトレース1000との間で電気伝導を防止する。

0029

パッド750、導体675、700、およびトレース1000は、電気的絶縁体の層の間で堆積される絶縁体で、インターポーザ素子650に対して異なるメタライゼーション層として形成されてよい。例えば、パッド750をトレース1000に接続する導体675、700は、インターポーザ素子650内で第1メタライゼーション層として形成されてよいが、パッド750および/またはトレース1000は、表面660が露光されたままの第2メタライゼーション層として形成されてよい。トレース1000の露光された部分は、超音波振動装置450の電極の1つ、または、空気に支持されたキャビティを有するpMUTの場合、超音波振動装置450の一側面の電極575、600に直接接続のために実施されてよい。場合によっては、トレース1000の第2電極600は、pMUT(不図示)の空気に支持されたキャビティを含むビアにおいて堆積されるコンフォーマルなメタライゼーション層の方法で実施され得る。他の場合、同様の露光パッド(不図示)は、導体675、700の第2端部675B、700Bで提供され、超音波振動装置450の振動子素子は、小さいパッドを介して導体675、700と電気的に係合し得る。場合によっては、小さい露光パッドは、各導体の一部を含み、複数層のメタライゼーション要件を取り除いてよい。しかしながら、一部の態様において、信号リードの必要数が増加するように、インターポーザ素子650内で複数レベルのメタライゼーション層を含むことが有利である。例えば、2D振動子配列のため、インターポーザ素子650に関連する3〜4レベルのメタライゼーション層は、一般に100μmオーダー入手可能な導体ピッチの制限により最大16の屈曲ケーブル層を必要とする、超音波振動装置450を含む2D振動子配列への接続に近づく、例えば、屈曲ケーブル全体に有利である、約200〜約400の要素の振動子要素数を必要としてよい。この点に関して、16層複数屈曲ケーブルは、とても高価で、製造するのが難しく、短絡の高い可能性により十分強固でない。約10μm〜役50μmのより小さい導体ピッチは、改良した解決法を有するシリコンリソグラフィ技術を使用して、例えば、シリコンインターポーザ素子で製造し得る。

0030

一部の態様において、図7Aおよび図7Bに示すように、必要な場合あるいは望ましい場合、本明細書で開示される超音波振動装置450(すなわち、pMUT振動子素子)は、例えば、インターポーザ素子650を介して、ICまたは集積回路(例えば、増幅器マルチプレクサ、またはビーム形成器などの制御IC)1100と係合してよい。例えば、IC1100は、例えば、はんだバンプ、金スタッドバンプ、金属スタッドバンプ、異方性導体エポキシ樹脂、またはほかの適切な電導性接続供給を使用して、超音波振動装置450と接続支持基板800との間のインターポーザ素子650/導体675、700と係合し得る。一例において、IC1100は、特定用途向け集積回路ASIC)として構成され、インターポーザ素子650は、従って、超音波振動装置450に接近してASICの統合を促進するように構成されてよい。インターポーザ素子650との係合においてIC1100に対して統合され得るASIC機能は、配列内の振動子(pMUT)要素/装置によって生成され、送信モードと受信モードとの間でトグリング振動子要素/装置を多重化または切り換え超音波システムによる受信信号受領を促進するためのタイミングまたはビーム形成、および/または導体ごとに要素を多重化するために導体ごとの一要素から必要な導体の数を低減するための送信および受信チャンネルを多重化する、小さい受信電圧を向上させるために、例えば、増幅を含む。他の場合、IC110は、超音波システムから比較的小さい制御信号から比較的高い送信電圧を生成するための電荷ポンプ送信回路として構成されてよい(例えば、IC1100は、マルチプレクサ、増幅器、ビーム形成器、および/または高電圧送信回路を含む)。このようなASICは、超音波振動装置450の性能を向上させる(例えば、高電気容量システム配線の送信の前の受信信号を増幅する)および/またはカテーテル内に収容されるのに必要な接続要素の数を低減する(例えば、要素の4:1または8:1多重化が適切に構成されるIC1100により信号を送信および/または受信する)。このような態様において、インターポーザ素子650および導体675、700は、接続支持基板800を介して、超音波振動装置450およびパッド750/接続要素825、850と連通してIC1100(または多重IC)の統合を促進するために、超音波振動装置450を受け取る(すなわち、導体675、700と連通する露光された導電パッドで)配置と同じように構成されてよい。

0031

本明細書で説明した本開示の多くの修正および他の態様は、これらの開示が前述の説明および関連する図面で示す技術の利点に関係する当業者に明らかだろう。例えば、本明細書で開示するような例示的な方法およびその態様は、また、他の本明細書で開示されるように関連する装置を有してよい。このように、本明細書の装置または方法は、本開示の範囲内でこのようなアドレスに適切に適用される。また、側面向きのカテーテルにおける振動子(pMUT)配列に関する別の態様において、図8Aおよび図8Bに示すように、超音波振動装置450、インターポーザ素子650、および接続支持基板800は、インターポーザ素子650および接続支持基板800の長さ(すなわち、〜2cm)を収容するように構成する(大きさの)、カテーテル振動子チップ1220の内側でカテーテル架台1200に取り付けられてよい。例えば、インターポーザ素子650は、64要素1D振動子(pMUT)の長さで約14.5mmであり、配列長さは、約10.5mmであってよい。〜200要素および2mm×2mmの大きさを有する2D振動子(pMUT)のために、インターポーザ素子650は、長さで、約6mmであり得る。カテーテル振動子チップ1220は、対抗する遠位および近接端部で密閉されてよいが、例えば、グリセリンポリエチレングリコールまたはシリコンオイルなどの音響継手流体1240で充填される。導電要素(すなわち、マイクロリボンまたは他の配線)は、カテーテル振動子チップ1220近接端部を通って、カテーテル部材350によって画定される内腔400に沿って延在し、カテーテル部材350の近接端部について、回路基板(不図示)などの電子デバイスで終了する。カテーテル部材350の遠位端部について、円形カテーテルキャップ1260は、心臓内または血管内イメージング処理などの医療処置中にカテーテル部材350の挿入を促進するために、カテーテル振動子チップ1220と係合またはそれに形成される。カテーテル振動子チップ220は、また、超音波振動装置450と対向する、内腔400を画定するカテーテル部材350の壁と係合する音響レンズ1280を含んでよい。このような1D配列が高度に焦点を合わせることができないので、受動レンズは、1D振動子配列(すなわち、高度の1要素のみ)の画像解像度を向上させるために実施されてよく、一方、2D振動子配列は、レンズを必要としない、高度焦点能力を有してよい。カテーテル部材350は、超音波振動装置450に対して音響送信能力を必要とする、カテーテル振動子チップ1220の壁に対して非常に有益である、例えば、低音響インピーダンスおよび低吸収を示す、例えば、Pebax(登録商標)または任意の他の適切な材料が含まれる。カテーテル部材350の残りの部分は、患者体内を通ってカテーテル部材350の押付け可能なチップに近接するカテーテルシャフトにおいて、例えば、チップおよび剛性可動のために遠位カテーテルチップの近くで柔軟性を提供するために、適切な弾性係数および/または突っ張り強度を示す、Pebax(登録商標)または任意の他の適切な材料が含まれる。従って、開示が開示された特定の態様に限定されず、改良および他の態様が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることは、理解されるだろう。特定の用語が本明細書で採用されているが、それらは、包括的および記述的な意味で使用され、限定する目的ではない。

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