КОМПАКТНОЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ КОЛЬЦЕОБРАЗНУЮ УЛЬТРАЗВУКОВУЮ МАТРИЦУ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИ СОЕДИНЕННУЮ ПО ПЕРИФЕРИИ С ГИБКОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТОЙ, И СПОСОБ СБОРКИ ТАКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2020 года по МПК B06B1/06 

ВКЛЮЧЕНИЕ ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ ВСЕХ ПРИОРИТЕТНЫХ ЗАЯВОК

[1] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/280,038, поданной 18 января 2016 года, которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к сборке и электрическому соединению ультразвуковых преобразователей, содержащих кольцевые матрицы.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[3] Предложены варианты осуществления (например, примеры) ультразвуковых устройств и соответствующие способы их сборки, с помощью которых матрицу кольцевых электродов ультразвукового преобразователя электрически соединяют (например, с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы и т.д.) с гибкой печатной платой с обеспечением компактной конструкции. Гибкая печатная плата содержит удлиненный гибкий сегмент и распределительный сегмент, причем распределительный сегмент прикрепляют к периферийному опорному кольцу, которое окружает по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя. Распределительный сегмент содержит множество пространственно распределенных контактных площадок, а между контактными площадками и кольцевыми электродами кольцевой матрицы обеспечены электрические соединители (например, провода или проводящая эпоксидная смола). Может быть обеспечен материал подложки, который контактирует с матрицей кольцевых электродов и проходит от матрицы кольцевых электродов, а дальняя часть удлиненного гибкого сегмента может быть заключена в материал подложки таким образом, что указанная дальняя часть проходит внутрь от периферийного опорного кольца, не контактируя с электрическими соединителями (например, проводами или проводящей эпоксидной смолой) и не контактируя с поверхностью матрицы.

[4] Соответственно, согласно одному аспекту предложено ультразвуковое устройство, содержащее: ультразвуковой преобразователь, содержащий кольцевую ультразвуковую матрицу, причем указанная кольцевая ультразвуковая матрица образована, по меньшей мере частично, из множества концентрических кольцевых электродов, обеспеченных на первой поверхности пьезоэлектрического слоя, и причем на второй поверхности пьезоэлектрического слоя обеспечен заземленный электрод; периферийное опорное кольцо, окружающее по меньшей мере часть указанного ультразвукового преобразователя; и гибкую печатную плату, содержащую: удлиненный гибкий сегмент; и распределительный сегмент, который контактирует по меньшей мере с частью указанного периферийного опорного кольца таким образом, что множество проводящих дорожек, проходящих через указанный удлиненный гибкий сегмент, проложены через указанный распределительный сегмент к соответствующим контактным площадкам, расположенным в разных местах на указанном периферийном опорном кольце; причем каждый кольцевой электрод электрически соединен (например, с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы) с соответствующей контактной площадкой; и причем по меньшей мере одна проводящая дорожка указанной гибкой печатной платы представляет собой заземленную проводящую дорожку, которая электрически соединена с указанным заземленным электродом.

[5] В различных вариантах осуществления ультразвуковое устройство содержит ультразвуковой преобразователь, содержащий кольцевую ультразвуковую матрицу, которая образована, по меньшей мере частично, множеством концентрических кольцевых электродов, обеспеченных на первой поверхности пьезоэлектрического слоя, при этом на второй поверхности пьезоэлектрического слоя обеспечен заземленный электрод; периферийное опорное кольцо, окружающее по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя; и гибкую печатную плату. В одном варианте осуществления гибкая печатная плата содержит удлиненный гибкий сегмент и распределительный сегмент, который контактирует по меньшей мере с частью указанного периферийного опорного кольца таким образом, что множество проводящих дорожек, проходящих через указанный удлиненный гибкий сегмент, проложены через указанный распределительный сегмент к соответствующим контактным площадкам, расположенным в разных местах на указанном периферийном опорном кольце. В одном варианте осуществления каждый кольцевой электрод электрически соединен (например, с помощью провода и/или проводящей эпоксидной смолы) с соответствующей контактной площадкой. В одном варианте осуществления по меньшей мере одна проводящая дорожка указанной гибкой печатной платы представляет собой заземленную проводящую дорожку, которая электрически соединена с указанным заземленным электродом.

[6] В одном варианте осуществления устройство также содержит материал подложки, контактирующий с первой поверхностью и проходящий от нее, причем дальняя часть удлиненного гибкого сегмента заключен в материал подложки таким образом, что дальняя часть удлиненного гибкого сегмента проходит внутрь (например, параллельно первой поверхности и вдоль нее) от периферийного опорного кольца и изгибается наружу (например, перпендикулярно) от первой поверхности внутри материала подложки, не контактируя с проводными соединениями и не контактируя с первой поверхностью. В одном варианте осуществления множество проводящих дорожек прокладывают в двух направлениях в распределительном сегменте. В одном варианте осуществления дальняя часть удлиненного гибкого сегмента содержит множество ответвленных дальних сегментов, которые контактируют с периферийным опорным кольцом в разных местах и между которыми образованы зазоры. В одном варианте осуществления один или более ответвленных дальних сегментов содержат лишь две проводящих дорожки. В одном варианте осуществления две проводящих дорожки проложены в двух направлениях к разным контактным площадкам. В одном варианте осуществления в каждом зазоре образовано одно или более проводных соединений. В одном варианте осуществления дальняя часть удлиненного гибкого сегмента изогнута внутри материала подложки под углом в диапазоне от 90 до 180 градусов относительно первой поверхности. В одном варианте осуществления удлиненный гибкий сегмент может быть заключен в материал подложки и может выходить из дальней поверхности материала подложки, не выходя за боковую поверхность материала подложки. В одном варианте осуществления удлиненный гибкий сегмент выходит из материала подложки под углом приблизительно 90 градусов относительно первой поверхности. В одном варианте осуществления удлиненный гибкий сегмент выходит из материала подложки под углом, большим или равным 90 градусов относительно первой поверхности. В одном варианте осуществления начальный радиус кривизны дальней части удлиненного гибкого сегмента составляет менее 8 мм. В одном варианте осуществления контактная поверхность периферийного опорного кольца, которая контактирует с распределительным сегментом, пространственно смещена относительно первой поверхности. В одном варианте осуществления удлиненный гибкий сегмент проходит наружу от периферийного опорного кольца. В одном варианте осуществления периферийное опорное кольцо имеет поперечную ширину менее 1 мм. В одном варианте осуществления периферийное опорное кольцо полностью окружает ультразвуковой преобразователь. В одном варианте осуществления ультразвуковой преобразователь выполнен в форме диска, причем периферийное опорное кольцо представляет собой по меньшей мере часть кольца. В одном варианте осуществления наружный диаметр кольца составляет менее 10 мм. В одном варианте осуществления периферийное опорное кольцо является электропроводящим, причем периферийное опорное кольцо электрически связано с заземленной проводящей дорожкой и заземленным электродом. В одном варианте осуществления электроды из множества концентрических кольцевых электродов обеспечены в разреженной конфигурации и образуют разреженную кольцевую ультразвуковую матрицу.

[7] Более глубокое понимание функциональных и предпочтительных аспектов настоящего изобретения может быть достигнуто при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием и чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[8] Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, исключительно в качестве примера, со ссылкой на чертежи, согласно которым:

[9] На ФИГ. 1 показан пример ультразвукового преобразователя, который содержит кольцевую ультразвуковую матрицу.

[10] На ФИГ. 2А и 2В показаны (А) периферийное опорное кольцо, окружающее ультразвуковой преобразователь, содержащий кольцевую ультразвуковую матрицу, и (В) гибкая печатная плата, подходящая для установки на периферийное опорное кольцо и электрически соединенная (например, с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы) с кольцевыми электродами кольцевой ультразвуковой матрицы.

[11] На ФИГ. 3А и 3В представлены виды, соответственно, спереди и сзади, узла, в котором ультразвуковой преобразователь окружен периферийным опорным кольцом, содержащим установленную на него гибкую печатную плату, перед выполнением электрического соединения (например, посредством провода или проводящей эпоксидной смолы).

[12] На ФИГ. 4А и 4В представлены виды, соответственно, сверху и сбоку, узла, в котором ультразвуковой преобразователь окружен периферийным опорным кольцом, содержащим установленную на него гибкую печатную плату, после выполнения электрического соединения (например, посредством провода или проводящей эпоксидной смолы).

[13] На ФИГ. 5А и 5В представлены виды, соответственно, сверху и сбоку, узла, в котором ультразвуковой преобразователь окружен периферийным опорным кольцом, содержащим установленную на него гибкую печатную плату, после введения материала подложки.

[14] На ФИГ. 6 показано добавление заземленного электрода и согласующего слоя.

[15] На ФИГ. 7А и 7В представлен пример осуществления, в котором дальняя часть удлиненного сегмента гибкой печатной платы проходит внутрь от периферийного кольца для ее заключения в материал подложки.

[16] На ФИГ. 8А и 8В представлены виды сверху и сбоку варианта осуществления, показанного на ФИГ. 7А и 7В.

[17] На ФИГ. 9 представлен пример осуществления гибкой печатной платы, содержащей ответвленные дальние сегменты, с двумя проводящими сигнальными дорожками на один ответвленный дальний сегмент.

[18] На ФИГ. 10 представлен другой пример осуществления гибкой печатной платы, содержащей ответвленные дальние сегменты, с шестнадцатью проводящими сигнальными дорожками и четырьмя проводящими сигнальными дорожками на один ответвленный дальний сегмент.

[19] На ФИГ. 11 представлен пример приспособления для сборки, предназначенного для установки распределительного сегмента печатной платы на периферийное опорное кольцо.

[20] На ФИГ. 12А-12Е представлены фотографии некоторых этапов сборки согласно типовому способу, в том числе этапов, включающих добавление материала подложки.

[21] На ФИГ. 13 и 14А-С представлены иллюстрации некоторых этапов сборки, включая добавление материала подложки.

[22] На ФИГ. 15 показаны восемь приспособлений для сборки, одно из которых изображено на ФИГ. 11, каждое из которых содержит периферийное опорное кольцо, содержащее гибкую печатную плату, устанавливаемую на него с целью осуществления пайки способом оплавления припоя.

[23] На ФИГ. 16А и 16В представлен пример осуществления, в котором каждая кольцевая матрица содержит проводящие элементы, которые обеспечивают кодирование информации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[24] Различные варианты осуществления и аспекты настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на обсуждаемые ниже данные. Нижеследующее описание и чертежи приведены для иллюстрации и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Многочисленные конкретные детали описаны для обеспечения полного понимания различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако в некоторых случаях общеизвестные или обычные детали не описаны для обеспечения лаконичности объяснения вариантов осуществления настоящего изобретения.

[25] В контексте настоящего документа термины «содержит» и «содержащий» должны быть истолкованы как охватывающие и неограничивающие, а не исключающие. В частности, при использовании в описании и формуле настоящего изобретения терминов «содержит» и «содержащий» эти термины и их вариации означают, что указанные признаки, этапы или компоненты включены. Эти термины не должны быть интерпретированы как исключающие наличие других признаков, этапов или компонентов.

[26] В контексте настоящего документа термин «типовой» означает «служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации» и не должен быть истолкован как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими приведенными в настоящем описании конфигурациями.

[27] В контексте настоящего документа термины «примерно» и «приблизительно» предназначены для охвата вариаций, которые могут существовать в верхнем и нижнем пределах диапазонов значений, таких как вариации свойств, параметров и размеров. Если не указано иное, термины «примерно» и «приблизительно» означают плюс или минус 10 процентов или меньше.

[28] Следует понимать, что, если не определено иное, любой конкретный диапазон или группа представляет собой условный вариант указания каждого члена диапазона или группы по отдельности, а также каждого возможного охватываемого ими поддиапазона или подгруппы и, аналогично, в отношении любых входящих в них поддиапазонов или подгрупп. Если не указано иное, настоящее изобретение относится к каждому конкретному элементу и комбинации поддиапазонов или подгрупп и явным образом включает их.

[29] В контексте настоящего документа термин «порядка» при использовании в сочетании с количеством или параметром относится к диапазону, охватывающему от приблизительно одной десятой от указанного количества или параметра до десятикратного указанного количества или параметра.

[30] В различных типовых вариантах осуществления настоящего изобретения описаны ультразвуковые устройства, в которых электроды кольцевой ультразвуковой матрицы электрически соединены (например, соединены с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы) с гибкой печатной платой. Различные конфигурации и способы изготовления предназначены для обеспечения электрических соединений (например, проводами или проводящей эпоксидной смолой) между кольцевыми электродами кольцевой ультразвуковой матрицы и контактными площадками гибкой печатной платы, причем контактные площадки поддерживаются периферийным опорным кольцом, и пространственно распределены по его окружности, которое окружает по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя.

[31] На ФИГ. 1 показан пример ультразвукового преобразователя 100, который содержит кольцевую ультразвуковую матрицу. Типовой ультразвуковой преобразователь 100 содержит пьезоэлектрический слой 105, имеющий первую сторону 110, на которой обеспечено множество концентрических кольцевых электродов 115. Другая поверхность (не показана) пьезоэлектрического слоя 105 представляет собой электрод (например, заземленный электрод). Концентрические кольцевые электроды 115 по меньшей мере частично образуют элементы кольцевой ультразвуковой матрицы. Матрица может представлять собой матрицу с прорезями или может быть матрицей без прорезей. Ультразвуковой преобразователь 100 может содержать один или более дополнительных слоев, таких как слои согласования импеданса, и материал подложки (например, материал акустической подложки).

[32] Как показано на фиг. 2А, 2В, 3А и 3В, электрическое соединение (например, посредством провода или проводящей эпоксидной смолы) кольцевых электродов 115 с контактными площадками гибкой печатной платы может быть обеспечено за счет использования периферийного опорного кольца. Как показано на ФИГ. 3А, периферийное опорное кольцо 130 расположено таким образом, что оно окружает по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя 100. Периферийное опорное кольцо 130 имеет форму, которая обеспечивает возможность поддержания дальней области гибкой печатной платы. Все периферийное опорное кольцо 130 может быть электропроводящим или его часть может быть электропроводящей.

[33] Пример подходящей гибкой печатной платы 140 показан на ФИГ. 2 В. Типовая гибкая печатная плата 140 содержит удлиненный гибкий сегмент 145 и распределительный сегмент 150 (который также может быть гибким). Распределительный сегмент 150 содержит пространственно распределенную матрицу контактных площадок 160, которые электрически связаны с проводящими дорожками гибкой печатной платы. Ближняя область удлиненного гибкого сегмента 145 может содержать множество ближних контактных площадок.

[34] Распределительный сегмент 150 имеет такую форму, что он может быть установлен или иным образом прикреплен к периферийному опорному кольцу 130. На ФИГ. 3А и 3В представлена конфигурация, в которой распределительный сегмент 150 установлен на периферийное опорное кольцо (периферийное опорное кольцо расположено под распределительным сегментом 150, показанным на ФИГ. 3А). Контактные площадки 160 распределительного сегмента 150 пространственно распределены по внешнему периметру ультразвукового преобразователя 100, что облегчает выполнение электрического соединения (например, посредством провода или проводящей эпоксидной смолы).

[35] На ФИГ. 3В представлен соответствующий вид сзади относительно ФИГ. 3А, причем заземленный электрод 120 показан рядом с периферийным опорным кольцом 130. Через эту вторую поверхность, показанную на ФИГ. 3В, происходит излучение и/или прием ультразвукового луча.

[36] Как описано ниже, в некоторых вариантах осуществления периферийное опорное кольцо 130 может быть электропроводящим и выполненным с возможностью обеспечения электрической связи с заземленной проводящей дорожкой гибкой печатной схемы и с заземленным электродом 120 ультразвукового преобразователя. Например, нижняя поверхность распределительного сегмента 150 может содержать открытую проводящую область, которая может быть присоединена к проводящему периферийному опорному кольцу с помощью электропроводящих средств соединения (например, пайки), а электрическое соединение между нижней поверхностью проводящего периферийного опорного кольца и заземленным электродом 120 ультразвукового преобразователя может быть выполнено путем осаждения металла из паровой фазы (этот этап испарения может быть выполнен после инфильтрации эпоксидного материала подложки, как будет более подробно описано ниже, таким образом, что зазор между ультразвуковым преобразователем и периферийным опорным кольцом заполняется по меньшей мере частично материалом подложки, после чего может быть осажден металл для создания электрического соединения).

[37] Пространственное распределение контактных площадок 160 вокруг периферийной области ультразвукового преобразователя позволяет обеспечить электрическое соединение (например, соединение, выполненное с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы) контактных площадок 160 с элементами кольцевой матрицы 115. Это показано на ФИГ. 4А и 4В, где между контактными площадками 160 и кольцевыми электродами 115 ультразвукового преобразователя изображены электрические соединения 170 (например, проводные соединения 170 или соединения 170, выполненные с помощью проводящей эпоксидной смолы). Следует отметить, что на ФИГ. 4 В представлен поперечный профиль, на котором не показан удлиненный сегмент гибкой печатной платы. На ФИГ. 5А и 5В показано, что материал 180 подложки может быть добавлен для соединения с первой поверхностью ультразвукового преобразователя и заключения электрических соединений в оболочку (например, проводных соединений или проводящей эпоксидной смолы). На ФИГ. 6 показано добавление заземленного электрода 120 на вторую сторону пьезоэлектрического слоя и добавление согласующего слоя 190.

[38] В вариантах осуществления, в которых кольцевая опорная площадка является электропроводящей, пространственный зазор (не показан на ФИГ. 2А) обеспечивают между внутренней частью периферийного опорного кольца 130 и наружной частью ультразвукового преобразователя 100. Кроме того, хотя показано, что пьезоэлектрический слой 105 имеет форму диска, следует понимать, что могут быть применены другие формы (например, форма квадрата или прямоугольника). Однако с целью уменьшения размера поперечного сечения (например, диаметра) всего устройства целесообразно использовать круговую форму.

[39] В примере осуществления, проиллюстрированном на ФИГ. 2А-7, удлиненный гибкий сегмент 145 гибкой печатной платы 140 соединен с распределительным сегментом 150 таким образом, что удлиненный гибкий сегмент проходит наружу от периферийного опорного кольца. Однако в других примерах осуществления, которые описаны ниже в настоящем документе, удлиненный гибкий сегмент 145 может быть соединен с распределительным сегментом 150 таким образом, что дальнюю часть удлиненного гибкого сегмента 145 заключают в материал подложки, и таким образом, что дальняя часть удлиненного гибкого сегмента 145 проходит внутрь (например, параллельно и вдоль поверхности преобразователя) от периферийного опорного кольца 130 и изгибается наружу (например, перпендикулярно поверхности преобразователя) от первой поверхности 110 ультразвукового преобразователя внутри материала подложки. В одном варианте осуществления удлиненный гибкий сегмент 145 может быть соединен с распределительным сегментом 150 таким образом, что дальнюю часть удлиненного гибкого сегмента 145 заключают в материал подложки, и таким образом, что дальняя часть удлиненного гибкого сегмента 145 проходит параллельно и вдоль поверхности преобразователя от периферийного опорного кольца 130 и изгибается перпендикулярно поверхности преобразователя от первой поверхности 110 ультразвукового преобразователя внутри материала подложки.

[40] Пример такого варианта осуществления проиллюстрирован на ФИГ. 7А и 7В, причем на ФИГ. 7А показано устройство, которое включает полную длину гибкой печатной платы 140, а на ФИГ. 7В подробно показано (А) соединение дальней части 148 удлиненного гибкого сегмента 140 с распределительным сегментом 150. Как показано на ФИГ. 7В, дальняя часть 148 удлиненного гибкого сегмента 145 проходит внутрь (например, параллельно и вдоль поверхности преобразователя) от периферийного опорного кольца 130. Эта дальняя часть 148 может быть изогнута наружу (например, перпендикулярно поверхности преобразователя) от первой поверхности ультразвукового преобразователя таким образом, чтобы дальняя часть 148 удлиненного гибкого сегмента не контактировала с электрическими соединениями 170 (например, с проводными соединениями 170 или соединениями 170, выполненными с помощью проводящей эпоксидной смолы) и не контактировала с первой поверхностью 110 ультразвукового преобразователя.

[41] На ФИГ. 8А показан вид сверху, изображающий конфигурацию дальней части удлиненного гибкого сегмента 148 относительно периферийного опорного кольца 130. Кроме того, на этой фигуре показано присоединение различных проводящих дорожек гибкой печатной платы к различным контактным площадкам 160 в распределительном сегменте 150 гибкой печатной платы. На этой фигуре показаны электрические соединения (например, выполненные с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы), которые проходят от каждой контактной площадки (175А-Н) к соответствующим кольцевым электродам (например, см. 172). В настоящем примере осуществления периферийное опорное кольцо 130 является электропроводящим, а между наружным периметром ультразвукового преобразователя и внутренним краем периферийного опорного кольца 125 обеспечен зазор 125 для электрического изолирования периферийного опорного кольца 130 от кольцевых электродов 115 (однако следует отметить, что между периферийным опорным кольцом 130 и заземленным электродом, который образован на второй стороне ультразвукового преобразователя после инфильтрации материала подложки, существует электрический контакт).

[42] Как показано на ФИГ. 8А, проводящие дорожки гибкой печатной платы могут быть проложены в двух направлениях в распределительный сегмент 150 таким образом, что некоторые из проводящих дорожек проложены в распределительный сегмент 150 в одном периферийном направлении, а другие проводящие дорожки проложены в распределительный сегмент 150 в противоположном периферийном направлении. Например, в каждом направлении может быть проложено четное количество проводящих дорожек. Применение таких вариантов осуществления может быть целесообразным для уменьшения или минимизации поперечной ширины 151 периферийного опорного кольца 130 (измеренной в направлении, перпендикулярном направлению к периферии), поскольку минимальная поперечная ширина 151 пропорциональна или иным образом связана с количеством проводящих дорожек, которые проложены в данном направлении. Например, периферийное опорное кольцо может иметь поперечную ширину менее 2 мм, менее 1 мм, менее 750 микрон или менее 500 микрон. В некоторых примерах реализации, в которых периферийное опорное кольцо является кольцевым, наружный диаметр кольца может быть выбран равным 20 мм, менее 10 мм, менее 7 мм или менее 5 мм.

[43] В некоторых вариантах осуществления дальняя часть 148 удлиненного сегмента гибкой печатной схемы может состоять из одного сегмента. Однако в других вариантах осуществления, таких как вариант осуществления, показанный на ФИГ. 8А, дальняя часть 148 может быть разделена для создания множества ответвленных дальних сегментов (например, ответвленных дальних сегментов 148А и 148В), которые соединены с периферийным опорным кольцом в разных местах. Зазор, который образован между ответвленными дальними сегментами 148А и 148В, может быть использован для обеспечения электрического соединения (например, соединения, выполненного с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы) по меньшей мере с частью кольцевых электродов.

[44] В одном примере реализации количество ответвленных дальних сегментов может быть выбрано таким образом, чтобы по меньшей мере один ответвленный дальний сегмент содержал лишь две проводящих дорожки (в некоторых случаях с добавлением заземляющей дорожки, образованной в отдельном слое) таким образом, что, если в распределительном сегменте проложены две проводящих дорожки в двух направлениях, в каждом направлении прокладывают лишь одну проводящую дорожку. Применение такого примера осуществления может быть целесообразным для обеспечения тонкого периферийного опорного кольца. Пример такого варианта осуществления показан на ФИГ. 9. На ФИГ. 10 показан другой пример реализации, в которой шестнадцать проводящих каналов разделены между четырьмя ответвленными дальними сегментами.

[45] На ФИГ. 8В представлен вид в разрезе варианта осуществления, показанного на ФИГ. 8А, причем разрез выполнен через одно из электрических соединений (например, соединение, выполненное с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы). Как можно видеть на чертеже, дальняя часть 148 удлиненного гибкого сегмента может первоначально контактировать с периферийным опорным кольцом 130 в области, обозначенной позицией 200. Однако во время сборки дальнюю часть 148 изгибают (см. стрелку 205) относительно поверхности 110 ультразвукового преобразователя, благодаря чему материал подложки может проникать в область ниже дальней части 148, контактируя с поверхностью 110. В одном варианте осуществления ориентация дальней части 148 обеспечивает больший радиус изгиба гибкой печатной платы, чем радиус изгиба всего преобразователя 130, когда она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности 110. В одном варианте осуществления это позволяет снизить нагрузку на гибкую печатную плату, повышая надежность и упрощая процесс изготовления. В одном варианте осуществления это позволяет направить изгиб назад перпендикулярно поверхности преобразователя с обеспечением большого радиуса изгиба. Некоторые типовые этапы изготовления и сборки более подробно описаны ниже. Между верхней поверхностью периферийного опорного кольца 130 и первой поверхностью 110 ультразвукового преобразователя может быть обеспечено пространственное смещение 195 (например, для облегчения проникновения материала подложки под дальнюю часть 148 вблизи распределительного сегмента 150). Альтернативно, толщина периферийного опорного кольца может быть приблизительно равна толщине ультразвукового преобразователя.

[46] На ФИГ. 11-15 показаны различные этапы типового процесса обеспечения материала подложки, который обволакивает дальнюю часть удлиненного гибкого сегмента гибкой печатной платы. Согласно настоящему типовому способу распределительный сегмент гибкой печатной платы сначала прикрепляют к периферийному опорному кольцу. Например, распределительный сегмент может быть припаян к периферийному опорному кольцу, если периферийное опорное кольцо образованно из металла (например, меди). Этот этап может быть выполнен, например, с применением приспособления для сборки, например, типового приспособления для сборки, показанного на ФИГ. 13.

[47] После прикрепления гибкой печатной платы к периферийному опорному кольцу периферийное опорное кольцо располагают таким образом, чтобы оно окружало (по меньшей мере частично) ультразвуковой преобразователь. Например, как показано на ФИГ. 12А, ультразвуковой преобразователь может быть размещен на двусторонней клейкой ленте 220 и периферийное опорное кольцо может быть размещено на двусторонней клейкой ленте таким образом, чтобы оно окружало ультразвуковой преобразователь. Затем может быть выполнено электрическое соединение (например, например, с помощью провода или проводящей эпоксидной смолы).

[48] Затем, как показано на ФИГ. 12В, 12С и 13, над узлом может быть установлена съемная форма 250, например, силиконовая форма. Форма 250 может быть заполнена материалом подложки (например, материалом акустической подложки), таким как эпоксидная подложка. Следует понимать, что могут быть использованы самые разные материалы подложки. В некоторых вариантах осуществления материал подложки представляет собой материал акустической подложки. Затем, для получения собранного устройства, форма 250 может быть снята. Как показано на ФИГ. 14А-С, материал 180 подложки подают таким образом, чтобы он контактировал с первой поверхностью 110 ультразвукового преобразователя, и подложка 180 может полностью обволакивать электрические соединения 170 (например, проводные соединения 170 или соединения 170, выполненные с помощью проводящей эпоксидной смолы).

[49] Следует понимать, что использование съемной формы просто иллюстрирует один не предполагающий ограничения типовой способ сборки. Согласно другому типовому способу может быть обеспечен корпус, который образует наружную оболочку, окружающую материал подложки после его отверждения.

[50] Как показано на ФИГ. 12D и 12Е, дальняя часть 148 удлиненного гибкого сегмента может быть согнута для оттягивания дальней части от первой поверхности ультразвукового преобразователя и обеспечения проникновения материала подложки. Например, дальняя часть удлиненного гибкого сегмента может быть изогнута таким образом, чтобы удлиненный гибкий сегмент выходил через дальнюю поверхность материала подложки под углом равным приблизительно 90 градусов, менее 90 градусов, большим или равным 90 градусов или же под углом от 90 до 180 градусов относительно первой поверхности ультразвукового преобразователя. Дальняя часть удлиненного гибкого сегмента может быть изогнута с начальным радиусом кривизны, который составляет менее 8 мм, менее 5 мм, менее 3 мм или менее 2 мм.

[51] Как показано на ФИГ. 14А-С, дальняя часть удлиненного гибкого сегмента может быть заключена в материал подложки таким образом, чтобы она выходила из дальней поверхности материала подложки, не выходя за боковую поверхность материала подложки. На ФИГ. 14С представлен не предполагающий ограничения пример реализации, в котором удлиненный гибкий сегмент выходит из материала подложки под углом равным приблизительно 180 градусов относительно первой поверхности ультразвукового преобразователя.

[52] На ФИГ. 15 показаны восемь приспособлений для сборки, одно из которых изображено на ФИГ. 11, каждое из которых содержит периферийное опорное кольцо, содержащее гибкую печатную плату, устанавливаемую на него с целью осуществления пайки способом оплавления припоя.

[53] Хотя во многих из предыдущих вариантов осуществления был использован слой подложки, который обволакивает часть удлиненного гибкого сегмента гибкой печатной платы, могут быть реализованы другие примеры осуществления с использованием конфигурации с воздушной подложкой. Например, корпус или направляющий элемент может быть прикреплен к периферийному опорному кольцу, причем этот корпус или направляющий элемент содержит один или более признаков, которые обеспечивают изгибание и поддержку дальней области удлиненной гибкой части.

[54] Как показано на ФИГ. 16А и 16В, одна или более кольцевых областей между кольцевыми электродами могут быть закодированы с помощью проводящей маркировки, такой как текст, штрих-коды и другие символы. Эта проводящая маркировка может быть включена в маску, которую используют для создания кольцевых электродов, причем маркировка может однозначно идентифицировать каждую кольцевую матрицу на данной пластине. В примере реализации, показанной на ФИГ. 16А и 16В, маркировка представляет собой ряд точек, в котором каждая точка кодирует один бит семиразрядного идентификатора, в котором «единицу» обозначают наличием проводящей точки, а «нуль» обозначают отсутствием проводящей точки.

[55] Описанные в настоящем документе примеры осуществления могут быть использованы для выполнения электрического соединения и сборки кольцевых ультразвуковых преобразователей, стоимость и размер которых уменьшены или минимизированы. В некоторых примерах реализации уменьшение размера и/или снижение стоимости могут быть достигнуты за счет использования кольцевой матрицы без прорезей и/или использования разреженной кольцевой матрицы. Разреженная кольцевая матрица представляет собой кольцевую матрицу, в которой кольцевые электроды являются тонкими и их разделяют относительно большие зазоры. Например, разреженная кольцевая матрица может быть определена как кольцевая матрица, в которой кольцевые электроды покрывают менее половины поверхности преобразователя в области, ограниченной наружной кольцевой площадкой. В одном варианте осуществления это приводит к уменьшению разброса задержки для каждого элемента для заданной глубины, и, таким образом, к снижению уровня боковых лепестков, которые ограничивают динамический диапазон (контрастность) изображения. В одном варианте осуществления это приводит к уменьшению смещения фазы для каждого элемента для заданной глубины, и, таким образом, к непосредственному снижению уровня боковых лепестков, которые ограничивают динамический диапазон (контрастность) изображения.

[56] Описанные выше конкретные варианты осуществления были представлены в качестве примера и следует понимать, что эти варианты осуществления могут допускать различные изменения и альтернативные формы. Следует понимать, что формула изобретения не ограничена раскрытыми конкретными формами, напротив она охватывает все изменения, эквиваленты и альтернативы, входящие в объем и соответствующие сущности настоящего изобретения.

Использование: для ультразвукового контроля объектов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковое устройство содержит ультразвуковой преобразователь, содержащий кольцевую ультразвуковую матрицу, которая образована, по меньшей мере частично, множеством концентрических кольцевых электродов, обеспеченных на первой поверхности пьезоэлектрического слоя, при этом на второй поверхности пьезоэлектрического слоя обеспечен заземленный электрод; периферийное опорное кольцо, окружающее по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя; гибкую печатную плату, содержащую: удлиненный гибкий сегмент; распределительный сегмент, который контактирует по меньшей мере с частью периферийного опорного кольца таким образом, что множество проводящих дорожек, проходящих через указанный удлиненный гибкий сегмент, проложены через указанный распределительный сегмент к соответствующим контактным площадкам, расположенным в разных местах на указанном периферийном опорном кольце; причем каждый кольцевой электрод электрически соединен с соответствующей контактной площадкой; и причем по меньшей мере одна проводящая дорожка указанной гибкой печатной платы представляет собой заземленную проводящую дорожку, которая электрически соединена с указанным заземленным электродом. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения размера поперечного сечения устройства. 19 з.п. ф-лы, 29 ил.

1. Ультразвуковое устройство, содержащее:

ультразвуковой преобразователь, содержащий кольцевую ультразвуковую матрицу, которая образована, по меньшей мере частично, множеством концентрических кольцевых электродов, обеспеченных на первой поверхности пьезоэлектрического слоя, при этом на второй поверхности пьезоэлектрического слоя обеспечен заземленный электрод;

периферийное опорное кольцо, окружающее по меньшей мере часть ультразвукового преобразователя; и

гибкую печатную плату, содержащую: удлиненный гибкий сегмент; и

распределительный сегмент, который контактирует по меньшей мере с частью периферийного опорного кольца таким образом, что множество проводящих дорожек, проходящих через указанный удлиненный гибкий сегмент, проложены через указанный распределительный сегмент к соответствующим контактным площадкам, расположенным в разных местах на указанном периферийном опорном кольце;

причем каждый кольцевой электрод электрически соединен с соответствующей контактной площадкой; и

причем по меньшей мере одна проводящая дорожка указанной гибкой печатной платы представляет собой заземленную проводящую дорожку, которая электрически соединена с указанным заземленным электродом.

2. Ультразвуковое устройство по п. 1, которое также содержит материал подложки, контактирующий с указанной первой поверхностью и проходящий от нее, причем дальняя часть указанного удлиненного гибкого сегмента заключена в материал подложки таким образом, что дальняя часть удлиненного гибкого сегмента проходит внутрь, параллельно и вдоль первой поверхности от указанного периферийного опорного кольца и изгибается перпендикулярно наружу от первой поверхности внутри материала подложки, не контактируя с указанными проводными соединениями и не контактируя с первой поверхностью.

3. Ультразвуковое устройство по п. 2, в котором указанное множество проводящих дорожек проложено в двух направлениях в указанном распределительном сегменте.

4. Ультразвуковое устройство по п. 2 или 3, в котором указанная дальняя часть удлиненного гибкого сегмента содержит множество ответвленных дальних сегментов, которые контактируют с указанным периферийным опорным кольцом в разных местах и между которыми образованы зазоры.

5. Ультразвуковое устройство по п. 4, в котором один или более указанных ответвленных дальних сегментов содержат лишь две проводящих дорожки.

6. Ультразвуковое устройство по п. 5, в котором указанные две проводящие дорожки проложены в двух направлениях к разным контактным площадкам.

7. Ультразвуковое устройство по п. 4 или 5, в котором одно или более проводных соединений образовано в каждом зазоре.

8. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 2-7, в котором указанная дальняя часть указанного удлиненного гибкого сегмента изогнута внутри материала подложки под углом в диапазоне от 90 до 180 градусов относительно первой поверхности.

9. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 2-8, в котором указанный удлиненный гибкий сегмент заключен в материал подложки и выходит из дальней поверхности материала подложки, не выходя за боковую поверхность материала подложки.

10. Ультразвуковое устройство по п. 9, в котором указанный удлиненный гибкий сегмент выходит из материала подложки под углом приблизительно 90 градусов относительно указанной первой поверхности.

11. Ультразвуковое устройство по п. 9, в котором указанный удлиненный гибкий сегмент выходит из материала подложки под углом, большим или равным 90 градусов относительно указанной первой поверхности.

12. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 2-11, в котором начальный радиус кривизны указанной дальней части указанного удлиненного гибкого сегмента составляет менее 8 мм.

13. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-12, в котором контактная поверхность указанного периферийного опорного кольца, которая контактирует с указанным распределительным сегментом, пространственно смещена относительно указанной первой поверхности.

14. Ультразвуковое устройство по п. 1, в котором указанный удлиненный гибкий сегмент проходит наружу от указанного периферийного опорного кольца.

15. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-14, в котором указанное периферийное опорное кольцо имеет поперечную ширину менее 1 мм.

16. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-15, в котором указанное периферийное опорное кольцо полностью окружает указанный ультразвуковой преобразователь.

17. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-16, в котором указанный ультразвуковой преобразователь выполнен в форме диска, причем указанное периферийное опорное кольцо представляет собой по меньшей мере часть кольца.

18. Ультразвуковое устройство по п. 17, в котором наружный диаметр указанного кольца составляет менее 10 мм.

19. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-18, в котором указанное периферийное опорное кольцо является электропроводящим, причем периферийное опорное кольцо электрически связано с указанной заземленной проводящей дорожкой и указанным заземленным электродом.

20. Ультразвуковое устройство по любому из пп. 1-19, в котором указанное множество концентрических кольцевых электродов обеспечены в разреженной конфигурации и образует разреженную кольцевую ультразвуковую матрицу.