專利名稱：用于增加換能器可靠性的冗余導(dǎo)線接合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及換能器(transducer)。更特別地，本發(fā)明涉及用于使用冗余導(dǎo)線接合來增加換能器的可靠性的方法和系統(tǒng)。
分立組件之間的連接通常采用單個(gè)連接。通常，該連接是利用銅、金或鋁制成的單個(gè)導(dǎo)線。
在遭受熱循環(huán)條件的系統(tǒng)中，導(dǎo)線易于疲勞破壞。在許多系統(tǒng)中，由于熱循環(huán)條件而導(dǎo)致的應(yīng)力沿著由于系統(tǒng)組件之間熱膨脹系數(shù)(“CTE”)的失配而導(dǎo)致的導(dǎo)線軸進(jìn)行定向。當(dāng)給系統(tǒng)通電時(shí)，對系統(tǒng)組件產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)，用于通過減少超聲系統(tǒng)中的部件之間連接的平均故障率來增加超聲換能器的可靠性。
在下文中公開一種具有增加的換能器可靠性的超聲系統(tǒng)。尤其，該系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)超聲換能器和至少一個(gè)集成電路組件的超聲探針。每個(gè)集成電路組件包括集成電路、多個(gè)連接導(dǎo)線和連接部分。沿連接部分的至少一個(gè)表面布置多個(gè)焊接區(qū)(bond pad)，并且每個(gè)焊接區(qū)被配置為接收至少兩個(gè)導(dǎo)線端。集成電路具有多個(gè)引線區(qū)(leadpad)，其中每個(gè)引線區(qū)被配置為接收至少兩個(gè)導(dǎo)線端。多個(gè)連接導(dǎo)線中的每個(gè)導(dǎo)線由導(dǎo)電材料制成，具有第一和第二端，用于將每個(gè)引線區(qū)連接到相應(yīng)的焊接區(qū)。超聲探針被配置和被適配為接收至少一個(gè)超聲換能器和至少一個(gè)集成電路組件。
另外，在這里公開了一種增加超聲換能器可靠性的方法，其中提供了集成電路組件和超聲探針。集成電路組件包括集成電路、連接部分和多個(gè)連接導(dǎo)線。集成電路具有多個(gè)引線區(qū)，其中每個(gè)引線區(qū)被配置并且適于接收至少兩個(gè)導(dǎo)線端。連接部分具有多個(gè)焊接區(qū)，其中每個(gè)焊接區(qū)被配置并且適于接收至少兩個(gè)導(dǎo)線端。超聲探針具有至少一個(gè)超聲換能器。超聲探針被配置并且適于接收至少一個(gè)超聲換能器和至少一個(gè)集成電路組件。
參考下面結(jié)合附圖所進(jìn)行的其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更容易地理解本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是在集成電路和連接部分之間的現(xiàn)有技術(shù)連接的透視圖2是根據(jù)本發(fā)明的集成電路組件的實(shí)施例的透視圖；和圖3是超聲探針的側(cè)視圖，示出了圖2的集成電路組件在超聲探針中的位置。
因此，在結(jié)合附圖的伴隨描述中公開了本發(fā)明的若干實(shí)施例?，F(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中相似的標(biāo)號標(biāo)識類似的或相同的元素。如在本文中所使用的，術(shù)語“遠(yuǎn)端的”指遠(yuǎn)離用戶的工具或其部件的那個(gè)部分，而術(shù)語“近端的”指比較靠近用戶的工具或其部件的那個(gè)部分。
在典型的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，如圖1所示，集成電路10被布置在襯底15上并且包括引線區(qū)12，所述引線區(qū)12被定尺寸(dimension)，以接收單個(gè)導(dǎo)線14。每一導(dǎo)線14具有第一和第二端，其中第一端連接到引線區(qū)12，并且第二端連接到焊接區(qū)16。印制電路板18包括多個(gè)焊接區(qū)16，用于將組件連接到印制電路板18。這些單個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)(wiresystem)通常具有相對高的平均系統(tǒng)故障率。
這個(gè)解決方案的導(dǎo)出需要使用“故障物理學(xué)”來推斷成因機(jī)制以及喚起可靠性工程原理。如上面所討論的，在與導(dǎo)線平行的軸中，由于正的溫度膨脹系數(shù)(“TCE”)引起的位移通常是最大的。當(dāng)探針組件加熱時(shí)，即當(dāng)給系統(tǒng)加電時(shí)，在印制電路板上從集成電路的引線區(qū)到焊接區(qū)的導(dǎo)線環(huán)路被循環(huán)地伸展，從而施加斷開導(dǎo)線或接合點(diǎn)的疲勞施感負(fù)載。
一個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)的可靠性被指定為R1。根據(jù)可靠性工程學(xué)，利用公式1-(1-R1)2確定兩個(gè)導(dǎo)線冗余系統(tǒng)的可靠性，并且通常該可靠性遠(yuǎn)大于一個(gè)引線系統(tǒng)的可靠性。僅僅通過實(shí)例，如果單個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)具有可靠性R＝0.5，那么類似配置的兩個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)具有可靠性R＝0.75。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在下文中公開用于增加超聲換能器可靠性并因此增加整個(gè)系統(tǒng)可靠性的超聲系統(tǒng)。參見圖2，說明了布置在襯底32的相應(yīng)部分上的集成電路20的一部分。盡管在圖2僅僅示出了集成電路的一部分，然而使用整個(gè)“裸”集成電路(即，集成電路未布置在外圍封裝諸如雙列直插式組件內(nèi)，而是布置在襯底材料上)是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。根據(jù)本發(fā)明，集成電路組件40包括襯底32、集成電路20、多個(gè)連接導(dǎo)線24、26以及連接部分28。集成電路20電耦合到多個(gè)擴(kuò)大的引線區(qū)22，所述引線區(qū)22被布置為靠近位于襯底32上的集成電路20的外周邊。多個(gè)連接導(dǎo)線24、26形成信號路徑，用于在連接部分28上電連接每個(gè)引線區(qū)22和相應(yīng)的焊接區(qū)30。連接導(dǎo)線24、26的數(shù)目對應(yīng)于引線區(qū)22和焊接區(qū)30的數(shù)目。
有利地，連接部分28將是合適配置的印制電路板，具有對應(yīng)于集成電路20的引線區(qū)22的多個(gè)焊接區(qū)30。預(yù)見連接部分28的其它配置，包括部署在超聲系統(tǒng)內(nèi)的群集(cluster)或組合的焊接區(qū)。
每個(gè)導(dǎo)線24、26利用合適的導(dǎo)電材料諸如銅、金或鋁形成并且包括第一端24A、26A以及第二端24B、26B。通過擴(kuò)大引線區(qū)22，第一導(dǎo)線端24A、26A連接到每個(gè)引線區(qū)22。每個(gè)焊接區(qū)30對應(yīng)于相應(yīng)的引線區(qū)22，其中規(guī)定每個(gè)焊接區(qū)30的尺寸，以接收至少兩個(gè)第二導(dǎo)線端24B、26B。第二導(dǎo)線端24B、26B連接到各自的焊接區(qū)30，從而在引線區(qū)22和焊接區(qū)30之間接通信號路徑。通過連接線24，26在集成電路20和連接部分28之間傳遞信號數(shù)據(jù)。利用常規(guī)方法(例如，引線接合或焊接)將導(dǎo)線端24A、26A、24B、26B連接到引線區(qū)22和/或焊接區(qū)30。
現(xiàn)在，參見3，示出了超聲系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。超聲探針外殼60包括空腔50、至少一個(gè)超聲換能器45和至少一個(gè)集成電路組件40。至少一個(gè)超聲換能器45被布置在超聲探針外殼60的遠(yuǎn)端區(qū)域中。沿著超聲探針外殼60的縱向軸布置空腔50，并且所述空腔50鄰近至少一個(gè)超聲換能器45并且在該至少一個(gè)超聲換能器45的后面定位。至少一個(gè)集成電路組件40被配置并且被定大小，以便安裝在空腔50內(nèi)。預(yù)見超聲探針外殼60被配置并且適于包括具有相應(yīng)數(shù)目的集成電路組件40的多個(gè)超聲換能器45?？梢砸圆煌年嚵薪Y(jié)構(gòu)(例如，一維或二維矩陣陣列)來配置多個(gè)超聲換能器45。另外，超聲探針外殼60包括用于與集成電路組件40和/或超聲換能器45通信的電路。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，超聲換能器的至少臨界信號包括冗余導(dǎo)線接合。這些臨界信號包括時(shí)鐘信號、數(shù)據(jù)線、控制線以及電源。
在另一個(gè)實(shí)施例中，公開了具有增加可靠性的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)集成電路包括多個(gè)擴(kuò)大的引線區(qū)。每個(gè)引線區(qū)被配置并被定尺寸，以接收至少兩條連接導(dǎo)線的第一端。超聲探針外殼包括相應(yīng)數(shù)目的焊接區(qū)，其中每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩個(gè)連接導(dǎo)線的第二端。焊接區(qū)被布置在超聲探針外殼內(nèi)。連接線被布置在超聲探針外殼中，用于至和自集成電路傳遞信號。利用引線區(qū)和相應(yīng)焊接區(qū)之間的連接導(dǎo)線形成信號路徑。另外，連接導(dǎo)線的數(shù)目對應(yīng)于包含在超聲系統(tǒng)中的引線區(qū)和焊接區(qū)的數(shù)目。
下文公開增加超聲換能器組件的可靠性的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種超聲探針外殼，包括至少一個(gè)超聲換能器。超聲探針外殼被配置和被定尺寸，以接收具有擴(kuò)大的引線區(qū)的至少一個(gè)集成電路。另外，還包括多個(gè)連接導(dǎo)線，其中連接導(dǎo)線的數(shù)目對應(yīng)于集成電路的引線區(qū)和超聲組件的焊接區(qū)的數(shù)目。連接導(dǎo)線具有第一和第二端。定義集成電路的每個(gè)引線區(qū)的尺寸，以接收至少兩條連接導(dǎo)線的第一端。相應(yīng)地，超聲組件的焊接區(qū)被配置為接收至少兩條連接導(dǎo)線的第二端。利用至少兩條導(dǎo)線形成引線區(qū)和相應(yīng)焊接區(qū)之間的信號路徑。信號路徑的第一端連接到引線區(qū)。信號路徑的第二端連接到焊接區(qū)?？梢岳贸Ｒ?guī)方法(例如引線接合或焊接)將信號通道的末端接合到相應(yīng)的引線區(qū)和/或焊接區(qū)。
本發(fā)明的上述實(shí)施例預(yù)定為說明性的，而不是限制性的，并且不打算代表本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例。在不背離如下文權(quán)利要求在文字上和以法律識別的等價(jià)形式所提出的本發(fā)明的精髓或范圍的情況下，可以進(jìn)行不同的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種超聲系統(tǒng)，具有增加的換能器可靠性，該超聲系統(tǒng)包括超聲探針，包括超聲換能器；至少兩條導(dǎo)線，每條導(dǎo)線具有第一端和第二端；至少一個(gè)連接部分，被配置和被定尺寸，以便安裝在該超聲系統(tǒng)內(nèi)，該連接部分具有多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端；和至少一個(gè)集成電路，被布置在該超聲系統(tǒng)中，具有多個(gè)引線區(qū)，每個(gè)引線區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第二端。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)集成電路被布置在超聲探針內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)連接部分是印制電路板。
4.一種用于增加超聲換能器可靠性的方法，包括以下步驟提供具有超聲換能器的超聲探針；提供至少兩條導(dǎo)線，每條導(dǎo)線具有第一和第二端；提供至少一個(gè)連接部分，其被配置和被定尺寸，以便安裝在超聲探針內(nèi)，并且具有多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端；提供至少一個(gè)集成電路，被布置在超聲探針中，具有多個(gè)引線區(qū)，每個(gè)引線區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第二端；將至少兩條導(dǎo)線的第二端連接到集成電路的相應(yīng)一個(gè)引線區(qū)；和將至少兩條導(dǎo)線的第一端連接到連接部分的相應(yīng)一個(gè)焊接區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中至少一個(gè)連接部分是印制電路板。
6.一種具有增加可靠性的超聲系統(tǒng)，包括超聲探針，包括超聲換能器；至少一個(gè)連接部分，被配置和被定尺寸，以便安裝在超聲探針內(nèi)，并且具有多個(gè)焊接區(qū)；至少一個(gè)集成電路，被布置在超聲探針中，具有多個(gè)引線區(qū)；和至少一個(gè)連接器，用于將相應(yīng)的焊接區(qū)連接到相應(yīng)的引線區(qū)，該連接器包括至少兩條導(dǎo)線。
7.如權(quán)利要求6所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)連接部分是印制電路板。
8.一種具有增加的換能器可靠性的超聲系統(tǒng)，該超聲系統(tǒng)包括超聲探針，包括超聲換能器；至少兩條導(dǎo)線，每條導(dǎo)線具有第一端和第二端；和至少一個(gè)集成電路，被布置在超聲系統(tǒng)中，具有多個(gè)引線區(qū)，每個(gè)引線區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第二端。
9.如權(quán)利要求8所述的超聲系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)連接部分，其被配置和被定尺寸，以便安裝在超聲系統(tǒng)內(nèi)，該連接部分具有多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端。
10.如權(quán)利要求9所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)集成電路被布置在超聲探針內(nèi)。
11.如權(quán)利要求8所述的超聲系統(tǒng)，其中超聲探針還包括多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)集成電路被布置在超聲探針內(nèi)。
13.如權(quán)利要求10所述的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)連接部分是印制電路板。
14.一種增加超聲換能器可靠性的方法，包括以下步驟提供具有超聲換能器的超聲探針；提供至少兩條導(dǎo)線，每條導(dǎo)線具有第一和第二端；和提供至少一個(gè)集成電路，其被布置在超聲系統(tǒng)中，具有多個(gè)引線區(qū)，每個(gè)引線區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第二端。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟提供至少一個(gè)連接部分，其被配置和被定尺寸，以便安裝在超聲系統(tǒng)內(nèi)，該連接部分具有多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少一個(gè)集成電路被布置在超聲探針內(nèi)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中超聲探針還包括多個(gè)焊接區(qū)，每個(gè)焊接區(qū)被配置和被定尺寸，以接收至少兩條導(dǎo)線的相應(yīng)第一端。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中至少一個(gè)集成電路被布置在超聲探針內(nèi)。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中至少一個(gè)連接部分是印制電路板。
全文摘要
公開了用于使用冗余導(dǎo)線接合來增加超聲換能器的可靠性的方法和系統(tǒng)。提供了超聲換能器組件，其具有超聲換能器、集成電路、多個(gè)導(dǎo)線和多個(gè)焊接區(qū)。集成電路包括擴(kuò)大的引線區(qū)，用于接收冗余的導(dǎo)線接合。超聲換能器包括多個(gè)焊接區(qū)，配置所述焊接區(qū)來接收冗余導(dǎo)線接合。連接導(dǎo)線，形成信號通道，將擴(kuò)大的引線區(qū)與焊接區(qū)連接。
文檔編號G10K11/00GK1798987SQ200480015387
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者A·P·德薩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司