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      多軸磁阻傳感器封裝的制作方法

      文檔序號(hào):12173256閱讀:222來源:國(guó)知局
      多軸磁阻傳感器封裝的制作方法與工藝

      本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及可用來提供醫(yī)療上下文中、例如外科手術(shù)或介入上下文中使用的儀器、植入物或裝置的位置/取向信息的傳感器,以及具體來說涉及多軸封裝磁阻傳感器。



      背景技術(shù):

      在各種醫(yī)療上下文中,可期望獲取相對(duì)于患者來導(dǎo)航或定位(外部或內(nèi)部)的醫(yī)療儀器、植入物或裝置的位置和/或取向信息。例如,在外科手術(shù)和/或介入上下文中,獲取醫(yī)療裝置或者醫(yī)療裝置的一部分的位置和/或取向信息可以是有用的,甚至當(dāng)裝置或相關(guān)部分以另外方式不在視野中、例如在患者體內(nèi)。同樣,在其中成像技術(shù)用來觀察位置和取向信息的全部或部分的某些程序中,具有從能夠與被跟蹤裝置本身所得出的位置和取向信息(其能夠與可同期獲取的其他數(shù)據(jù)、例如圖像數(shù)據(jù)相關(guān))可以是有用的。

      在這類醫(yī)療上下文中,可實(shí)現(xiàn)電磁(EM)傳感器,以提供醫(yī)療儀器、植入物或裝置的位置/取向信息。EM傳感器可用作位置/取向跟蹤系統(tǒng)的部分,位置/取向跟蹤系統(tǒng)包含:控制器;磁場(chǎng)源發(fā)射器,其生成具有空間變化特性的磁場(chǎng)(因此磁場(chǎng)在不同位置處是不同的);以及EM傳感器,其與被跟蹤醫(yī)療儀器、植入物或裝置相集成??赏ㄟ^計(jì)算其中EM傳感器觀測(cè)與來自發(fā)射器的所計(jì)算磁場(chǎng)一致的位置—即通過測(cè)量發(fā)射器與EM傳感器之間的互電感并且處理測(cè)量值以解析EM傳感器相對(duì)于發(fā)射器的位置和取向,來確定EM傳感器的位置。

      相對(duì)于適合于按照這種方式獲取位置和取向信息的導(dǎo)航傳感器能夠產(chǎn)生的一個(gè)問題是相對(duì)于將要跟蹤的裝置的位置和取向傳感器的大小。具體來說,在外科手術(shù)和介入上下文中,由于經(jīng)受該程序的解剖的大小和/或脆弱性或者以另外方式使與該程序關(guān)聯(lián)的損傷為最小,可預(yù)期使用盡可能小的儀器、植入物或裝置。因此,還可期望使用導(dǎo)航傳感器,其針對(duì)所采用的儀器、植入物或裝置來適當(dāng)?shù)卮_定大小。但是,可能難以構(gòu)造適當(dāng)?shù)奈恢煤腿∠騻鞲衅鹘M合件(其以預(yù)期準(zhǔn)確性和精度來提供預(yù)期位置和取向信息,并且具有適當(dāng)大小供與所討論的儀器、植入物或裝置使用或者在其中使用)。例如,現(xiàn)有位置和取向傳感器組合件常??蓸?gòu)成為包含兩個(gè)正交放置感測(cè)電路、校準(zhǔn)線圈和初始化線圈的單個(gè)芯片,其中這類組合件的大小為大約1 mm2。雖然這個(gè)大小的位置和取向傳感器組合件在神經(jīng)、心臟和整形外科空間的許多應(yīng)用中是可使用的,但是它無法集成到小于1 mm的許多標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管管腔和針中。

      因此,期望提供一種位置和取向傳感器組合件,其大小與現(xiàn)有位置和取向傳感器組合件選項(xiàng)相比被減小。還期望這種位置和取向傳感器組合件將仍然以充分準(zhǔn)確性和精度并且以六自由度中的感測(cè)來提供位置和取向信息。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      按照本發(fā)明的一個(gè)方面,一種位置和取向傳感器封裝包含電介質(zhì)襯底以及附連到電介質(zhì)襯底的第一磁阻傳感器芯片,第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。該位置和取向傳感器封裝還包含附連到電介質(zhì)襯底并且定位成與第一磁阻傳感器芯片相鄰的第二磁阻傳感器芯片,第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。第一磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路在與第二磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路不同的方向上定向。

      按照本發(fā)明的另一方面,一種制造位置和取向傳感器封裝的方法包含提供電介質(zhì)襯底并且將第一磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。該方法還包含將第二磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,使得第二磁阻傳感器芯片定位成與第一磁阻傳感器芯片相鄰,第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。第一和第二磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,以建立第一磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路與第二磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路之間的已知角度。

      按照本發(fā)明的又一方面,一種多軸磁阻傳感器封裝包含:柔性電路,其包括電介質(zhì)襯底和傳導(dǎo)互連;第一磁阻傳感器芯片,其附連到電介質(zhì)襯底,以便電耦合到傳導(dǎo)互連;以及第二磁阻傳感器芯片,其附連到電介質(zhì)襯底,以便電耦合到傳導(dǎo)互連。第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)包含至少一個(gè)磁阻傳感器電路,其中第一和第二磁阻傳感器芯片附連到柔性電路,使得第一磁阻傳感器芯片上的至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向與第二磁阻傳感器芯片上的至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向相差已知角度。

      從下面詳細(xì)描述和附圖,將使各種其他特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

      本發(fā)明提供一組技術(shù)方案如下:

      1. 一種位置和取向傳感器封裝,包括:

      電介質(zhì)襯底;

      第一磁阻傳感器芯片,附連到所述電介質(zhì)襯底,所述第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;以及

      第二磁阻傳感器芯片,附連到所述電介質(zhì)襯底并且定位成與所述第一磁阻傳感器芯片相鄰,所述第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;

      其中所述第一磁阻傳感器芯片的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路在與所述第二磁阻傳感器芯片的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路不同的方向上定向。

      2. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底,使得所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路之間的所述取向是已知的。

      3. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述第二磁阻傳感器芯片沿所述電介質(zhì)襯底的縱向方向與所述第一磁阻傳感器芯片對(duì)齊。

      4. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路包括單個(gè)磁阻傳感器電路。

      5. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路包括:

      第一磁阻傳感器電路;以及

      第二磁阻傳感器電路,與所述第一磁阻傳感器電路正交地布置;

      其中所述第一和第二磁阻傳感器芯片因而包括二軸傳感器芯片。

      6. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)還包括校準(zhǔn)線圈,其定位成離所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路固定距離,所述校準(zhǔn)線圈配置成生成校準(zhǔn)磁場(chǎng),其提供相應(yīng)磁阻傳感器芯片的校準(zhǔn)。

      7. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,還包括公共校準(zhǔn)線圈,其定位成離所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路固定距離,所述公共校準(zhǔn)線圈配置成生成校準(zhǔn)磁場(chǎng),其提供所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)的校準(zhǔn)。

      8. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述電介質(zhì)襯底包括:

      第一襯底部分,沿第一平面定位;以及

      第二襯底部分,沿與所述第一平面正交的第二平面定位;

      其中所述第一磁阻傳感器芯片附連到第一襯底部分,并且所述第二磁阻傳感器芯片附連到所述第二襯底部分。

      9. 如技術(shù)方案8所述的位置和取向傳感器封裝,還包括第三磁阻傳感器芯片,其與所述第一磁阻傳感器芯片相鄰地附連到所述第一襯底部分,所述第三磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;

      其中所述第一、第二和第三磁阻傳感器芯片形成三軸傳感器封裝。

      10. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述電介質(zhì)襯底包括在其上形成的多個(gè)連接焊盤,并且其中所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)包括在其上形成的多個(gè)芯片焊盤;以及

      其中所述位置和取向傳感器封裝還包括經(jīng)由倒裝芯片附連將所述第一和第二磁阻傳感器芯片的相應(yīng)芯片焊盤接合到所述電介質(zhì)襯底的相應(yīng)連接焊盤的焊料。

      11. 如技術(shù)方案1所述的位置和取向傳感器封裝,其中,所述電介質(zhì)襯底包括FR4、陶瓷或聚酰亞胺材料其中之一,并且其中所述電介質(zhì)襯底包括在其上形成并且連接到所述第一和第二磁阻傳感器芯片以從其中接收和傳送信號(hào)的多個(gè)電引線。

      12. 一種制造位置和取向傳感器封裝的方法,包括:

      提供電介質(zhì)襯底;

      將第一磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底,所述第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;以及

      將第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底,使得所述第二磁阻傳感器芯片定位成與所述第一磁阻傳感器芯片相鄰,所述第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;

      其中將所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底包括將所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底,以建立所述第一磁阻傳感器芯片的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路與所述第二磁阻傳感器芯片的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路之間的已知角度。

      13. 如技術(shù)方案12所述的方法,其中,將所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底包括所述第一和第二磁阻傳感器芯片到所述電介質(zhì)襯底的倒裝芯片附連,其中回流焊接提供所述第一和第二磁阻傳感器芯片的芯片焊盤與所述電介質(zhì)襯底的連接焊盤之間的電連接。

      14. 如技術(shù)方案12所述的方法,其中,將所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底包括將所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述電介質(zhì)襯底,使得所述第一和第二磁阻傳感器芯片沿所述電介質(zhì)襯底的縱向方向?qū)R。

      15. 如技術(shù)方案12所述的方法,其中,所述電介質(zhì)襯底包括沿第一平面所定位的第一襯底部分和沿與所述第一平面正交的第二平面所定位的第二襯底部分;以及

      其中附連所述第一和第二磁阻傳感器芯片包括:

      將所述第一磁阻傳感器芯片附連到所述第一襯底部分;以及

      將所述第二磁阻傳感器芯片附連到所述第二襯底部分。

      16. 如技術(shù)方案15所述的方法,還包括將第三磁阻傳感器芯片附連到所述第一襯底部分,使得所述第三磁阻傳感器芯片沿所述電介質(zhì)襯底的縱向方向與所述第一磁阻傳感器芯片對(duì)齊,所述第三磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路;

      其中所述第一、第二和第三磁阻傳感器芯片形成三軸傳感器封裝。

      17. 如技術(shù)方案12所述的方法,還包括在所述電介質(zhì)襯底上形成公共校準(zhǔn)線圈,所述公共校準(zhǔn)線圈定位成離所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路固定距離,所述公共校準(zhǔn)線圈配置成生成校準(zhǔn)磁場(chǎng),其提供所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)的校準(zhǔn)。

      18. 一種多軸磁阻傳感器封裝,包括:

      柔性電路,包括電介質(zhì)襯底底和傳導(dǎo)互連;

      第一磁阻傳感器芯片,附連到所述電介質(zhì)襯底,以便電耦合到所述傳導(dǎo)互連;以及

      第二磁阻傳感器芯片,附連到所述電介質(zhì)襯底,以便電耦合到所述傳導(dǎo)互連;

      其中所述第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路,其中所述第一和第二磁阻傳感器芯片附連到所述柔性電路,使得所述第一磁阻傳感器芯片上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向與所述第二磁阻傳感器芯片上的所述至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向相差已知角度。

      19. 如技術(shù)方案18所述的多軸磁阻傳感器封裝,其中,所述第二磁阻傳感器芯片沿所述柔性電路的縱向方向與所述第一磁阻傳感器芯片對(duì)齊,使得所述多軸磁阻傳感器封裝的寬度近似等于所述第一和第二磁阻傳感器芯片的寬度。

      20. 如技術(shù)方案18所述的多軸磁阻傳感器封裝,其中,所述柔性電路包括彼此正交地定向的第一和第二襯底部分,使得所述柔性電路包括L形狀;

      以及其中所述第一磁阻傳感器芯片附連到第一襯底部分,并且所述第二磁阻傳感器芯片附連到所述第二襯底部分。

      附圖說明

      附圖圖示當(dāng)前預(yù)期用于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例。

      附圖包括:

      圖1A和圖1B分別描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例的位置和取向傳感器封裝的頂視圖和底視圖。

      圖2描繪圖1A和圖1B的位置和取向傳感器封裝的側(cè)視圖。

      圖3描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例、圖1A、圖1B和圖2的位置和取向傳感器封裝中可使用的磁阻傳感器芯片。

      圖4描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例、圖1A、圖1B和圖2的位置和取向傳感器封裝中可使用的磁阻傳感器芯片。

      圖5和圖6描繪按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的位置和取向傳感器封裝。

      圖7描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例的其中可結(jié)合位置和取向傳感器封裝的介入裝置的示例。

      具體實(shí)施方式

      本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多軸磁阻傳感器封裝,其提供位置/取向信息。該封裝包含多個(gè)芯片,其各包含在其上形成的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)電路,其中芯片按照與現(xiàn)有位置和取向傳感器組合件相比在至少一個(gè)維度上減小封裝的大小的方式來安裝在公共襯底上。

      如本文所論述,位置/取向系統(tǒng)的組件一般可附連到各種類型的外科手術(shù)或介入儀器、植入物、裝置或者在外科手術(shù)或介入上下文期間對(duì)其可預(yù)期位置和取向信息的任何其他適當(dāng)裝置。位置/取向系統(tǒng)適合于校正和跟蹤各種外科手術(shù)或介入裝置的位置和取向。具體來說,在本文所公開的某些實(shí)施例中,位置/取向系統(tǒng)包含多個(gè)電磁(EM)傳感器,其測(cè)量或響應(yīng)外部磁場(chǎng),并且可用來確定空間性質(zhì)、例如位置坐標(biāo)和/或取向(即,角)信息。在示范實(shí)施例中,EM傳感器可以是一個(gè)一軸或二軸磁阻傳感器,其配置成在外部施加磁場(chǎng)存在的情況下生成位置和取向信息。

      現(xiàn)在參照?qǐng)D1A和圖1B以及圖2,按照本發(fā)明的實(shí)施例圖示提供位置和取向信息的多軸磁阻傳感器封裝10(即,位置和取向傳感器封裝)。封裝10一般包含電介質(zhì)襯底12以及附連到襯底12的第一磁阻傳感器芯片14和第二磁阻傳感器芯片16的布置。已知附連/封裝技術(shù)可用來將第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12(如下面將更詳細(xì)說明),其中電連通性在芯片14、16與襯底12之間提供,使得在襯底12之上或之中形成的引線或互連18(即,形成“柔性電路”)能夠從芯片14、16接收信號(hào),并且將信號(hào)路由到封裝10的輸入/輸出(I/O)20。

      按照本發(fā)明的實(shí)施例,封裝10的襯底12由電介質(zhì)材料來形成,電介質(zhì)材料選擇成在使用期間向封裝提供機(jī)械穩(wěn)定性以及提供適當(dāng)電介質(zhì)性質(zhì)。相應(yīng)地,按照本發(fā)明的實(shí)施例,電介質(zhì)襯底12可由多種適當(dāng)電介質(zhì)材料的任何來形成,電介質(zhì)材料包含陶瓷(例如BaTi(鈦鋇))、FR4、聚酰亞胺或高分子膜(例如Kapton?、Ultem?、聚四氟乙烯(PTFE)、Upilex?)。多個(gè)連接焊盤22在襯底12上形成,以提供磁阻傳感器芯片14、16到襯底的機(jī)械和電連接,其中引線/互連18從連接焊盤22伸出(run out),并且經(jīng)由多種已知技術(shù)的任何在襯底12上形成。按照各個(gè)實(shí)施例,引線/互連18可作為跡線在襯底12的表面上形成,以提供封裝10上的電通路。例如,互連18可經(jīng)由施加初始濺射粘合層(鈦、鉻等)和濺射銅種子層(在其上能夠電鍍附加銅)來形成?;ミB18可圖案化并且蝕刻成預(yù)期形狀,例如以便提供連接焊盤22與封裝的I/O連接20之間的電連接。附加特征、例如通孔(未示出)也可在襯底12中形成,其中互連18在通孔中形成并且向外形成到襯底12的表面上,以增加封裝10中的路由選項(xiàng)。

      按照本發(fā)明的實(shí)施例,封裝10的第一和第二磁阻傳感器芯片14、16是固態(tài)(即,基于硅的)裝置,其包含在其上的電路系統(tǒng),其提供芯片的位置和取向的確定。更具體來說,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)可形成為在其上具有一個(gè)或多個(gè)磁阻傳感器電路24(或者微型表面安裝傳感器)。一個(gè)或多個(gè)磁阻傳感器電路24各在施加磁場(chǎng)以及傳感器電路24相對(duì)于外部施加磁場(chǎng)來移動(dòng)或改變?nèi)∠驎r(shí)生成指示導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻中的變化的信號(hào)。也就是說,在傳感器芯片14、16中,在各種傳感器電路24處的芯片的電阻取決于所施加的磁場(chǎng)。按照本發(fā)明的實(shí)施例,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)可包含在其上形成的單個(gè)磁阻傳感器電路24,或者可包含在其上形成的兩個(gè)磁阻傳感器電路24。

      轉(zhuǎn)向圖3,并且圖示磁阻傳感器芯片14、16放大頂視圖-其中圖3針對(duì)在其上僅包含單個(gè)磁阻傳感器電路24(即,一軸傳感器)的傳感器芯片,以及其中圖4針對(duì)在其上包含彼此正交布置的兩個(gè)磁阻傳感器電路24(即,二軸傳感器)的傳感器芯片14、16。(一個(gè)或多個(gè))傳感器電路24是充分靈敏的,以便在磁場(chǎng)存在的情況下生成位置(即,x、y和/或z位置數(shù)據(jù))和取向數(shù)據(jù)(即,滾動(dòng)、俯仰和偏航取向數(shù)據(jù))。在某些實(shí)現(xiàn)中,磁阻傳感器芯片14、16以低電壓(例如2.0 V或更小)并且在寬磁場(chǎng)范圍(例如±10 Oe)內(nèi)進(jìn)行操作。此外,在某些實(shí)現(xiàn)中,磁阻傳感器芯片14、16在金屬容差頻率具有極低噪聲最低限度(例如比微線圈要低10-1000倍)。

      主要基于芯片作為一軸還是二軸傳感器來形成,磁阻傳感器芯片14、16的維度和定大小是決定性的。包含一個(gè)單個(gè)磁阻傳感器電路24的圖3的一軸傳感器芯片例如可具有0.4 mm × 0.4 mm至0.5 mm × 0.5 mm的維度,而包含一對(duì)正交布置的磁阻傳感器電路24的圖4的二軸傳感器芯片例如可具有0.9 mm × 0.9 mm至1.0 mm × 1.0 mm的維度。相應(yīng)地,能夠看到,一軸傳感器芯片的小型形狀因數(shù)可提供其采用其中二軸傳感器芯片可能是不可行的某些儀器或裝置(例如導(dǎo)管管腔、針等)的實(shí)現(xiàn)。

      實(shí)際上,磁阻傳感器芯片14、16可以是多層設(shè)計(jì),例如具有(在一個(gè)實(shí)施例中)與用來校準(zhǔn)傳感器芯片的偏移或校準(zhǔn)線圈26對(duì)應(yīng)的層、允許(一個(gè)或多個(gè))磁傳感器電路24被重置的設(shè)置-重置帶(未示出)以及用來測(cè)量磁場(chǎng)的電阻器橋接器(未示出)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中,校準(zhǔn)線圈26形成為金屬線圈,其可用于動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)操作,以便降低產(chǎn)生于其中磁阻傳感器芯片14、16進(jìn)行操作的環(huán)境中與溫度、磁場(chǎng)等相關(guān)的不可預(yù)測(cè)變化的位置和/或取向的誤差。具體來說,校準(zhǔn)線圈26配置成在所指定頻率生成已知磁場(chǎng),其然后可外推以便在其他頻率校準(zhǔn)傳感器芯片14、16。在某些實(shí)施例中,校準(zhǔn)系統(tǒng)在操作傳感器芯片14、16之前提供初始校準(zhǔn)或者在其中傳感器芯片操作中的位置處提供單個(gè)校準(zhǔn),而在其他實(shí)施例中,校準(zhǔn)系統(tǒng)可作為反饋環(huán)路的一部分運(yùn)行,其用來在使用期間連續(xù)或間斷地校準(zhǔn)傳感器芯片14、16。在一些實(shí)施例中,校準(zhǔn)線圈26基于校準(zhǔn)線圈26相對(duì)于(一個(gè)或多個(gè))傳感器電路24的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來校準(zhǔn)磁阻傳感器芯片14、16。例如,校準(zhǔn)線圈26可處于相對(duì)于二軸磁阻傳感器芯片14、16(圖4)的兩個(gè)傳感器電路24的固定位置處。因此,相對(duì)于由校準(zhǔn)線圈26所生成的電阻的外部磁場(chǎng)(例如B/I值)始終是恒定的。此外,B/I值是幾何量,其與由磁阻傳感器芯片14、16所生成的激勵(lì)電流(例如,其可創(chuàng)建電阻)無關(guān)。在算法中將B/I值用于校準(zhǔn)磁阻傳感器芯片14、16可以是有用的,因?yàn)樾?zhǔn)線圈26的B/I值一般不隨溫度、磁場(chǎng)或者磁阻傳感器芯片環(huán)境中的類似變化而變化。

      在一個(gè)實(shí)施例中,并且作為如圖3和圖4所示和所述各具有其自己的校準(zhǔn)線圈26的第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的備選方案,認(rèn)識(shí)到,封裝10能夠包含用來校準(zhǔn)第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)的公共校準(zhǔn)線圈28。又參照?qǐng)D1B,其中示出,在封裝10中提供公共校準(zhǔn)線圈28,其在襯底12上形成,并且連接到封裝I/O連接20。在示范實(shí)施例中,公共校準(zhǔn)線圈28在襯底12中與附連第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上形成。公共校準(zhǔn)線圈28可處于相對(duì)于磁阻傳感器芯片14、16的傳感器電路24的固定位置,使得相對(duì)于由公共校準(zhǔn)線圈28所生成的電阻的外部磁場(chǎng)始終是恒定的。有益地,封裝10中的公共校準(zhǔn)線圈28對(duì)于兩種傳感器芯片14、16的使用減少封裝10中所要求的引線/互連18的數(shù)量(與將會(huì)對(duì)于各傳感器芯片14、16的單獨(dú)校準(zhǔn)線圈所要求的引線/互連相比)。另外,封裝10中的公共校準(zhǔn)線圈28的使用保存電流,其中與如果采用分隔校準(zhǔn)線圈/在采用分隔校準(zhǔn)線圈時(shí)兩次相比,與公共校準(zhǔn)線圈28的使用關(guān)聯(lián)的電流必須僅測(cè)量一次。

      在將第一和第二磁阻傳感器芯片14、16用于確定多軸磁阻傳感器封裝10的位置和取向中,必要的是相應(yīng)第一磁阻傳感器芯片14的(一個(gè)或多個(gè))磁阻傳感器電路24在與第二磁阻傳感器芯片16的(一個(gè)或多個(gè))磁阻傳感器電路24不同的方向上定向,以便封裝10能夠在磁場(chǎng)存在的情況下生成位置(即,x、y和/或z位置數(shù)據(jù))和取向數(shù)據(jù)(即,滾動(dòng)、俯仰和偏航取向數(shù)據(jù))。因此,在其中第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)包括一軸傳感器(其僅包含單個(gè)傳感器電路24)的實(shí)施例中,第一磁阻傳感器芯片14的傳感器電路24將在與第二磁阻傳感器芯片16的傳感器電路24不同的方向上定向。在示范實(shí)施例中,并且如圖1A所示,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12,使得其相應(yīng)傳感器電路24彼此正交地定向(即,彼此相對(duì)90°定向)。

      雖然圖1A、圖1B和圖2所圖示的多軸磁阻傳感器封裝10被構(gòu)造,使得第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的傳感器電路24彼此正交地定向,但是認(rèn)識(shí)到,芯片14、16的傳感器電路24彼此相對(duì)可以以除了90°之外的角度來定向。也就是說,封裝10能夠運(yùn)行來在磁場(chǎng)存在的情況下生成位置和取向數(shù)據(jù),其中傳感器電路24彼此相對(duì)以除了90°之外的角度來定向-其中重要的限制在于,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)的磁阻傳感器電路24之間的取向在封裝10的組裝期間是已知的和控制的。由于第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的傳感器電路24之間的角度是已知的,能夠處理由傳感器電路24所生成的信號(hào),以便準(zhǔn)確地確定封裝10的位置和取向。

      關(guān)于第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12,以便提供第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的傳感器電路24之間的已知取向/角度,本發(fā)明的示范實(shí)施例針對(duì)第一和第二磁阻傳感器芯片14、16經(jīng)由倒裝芯片應(yīng)用附連到襯底12。如圖2所示,在經(jīng)由倒裝芯片過程將第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12中,在接近其制造過程結(jié)束時(shí),小焊接點(diǎn)30沉積在磁阻傳感器芯片14、16的芯片焊盤32(對(duì)應(yīng)于(一個(gè)或多個(gè))傳感器電路的傳感器輸入和輸出、(一個(gè)或多個(gè))傳感器電路的設(shè)置-重置操作、(一個(gè)或多個(gè))傳感器電路的偏移或校準(zhǔn)操作、功率、接地等)上。然后通過倒置芯片以使焊接塊30下落到基礎(chǔ)襯底12的連接焊盤22上,將第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12。焊接塊30然后通常使用回流焊接過程或者備選地使用熱超聲接合來重新熔化,以產(chǎn)生電連接,其中電絕緣粘合劑(未示出)則通常在芯片的電路系統(tǒng)與基礎(chǔ)安裝襯底12之間的剩余間隙中“未充滿”,以提供更強(qiáng)的機(jī)械連接,提供熱橋,并且確保焊接接頭沒有因芯片14、16和封裝10的其余部分的差分加熱而受壓。通過使用倒裝芯片應(yīng)用,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16在襯底12上的放置/附連的位置精度能夠控制在0.25°之內(nèi),使得第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的傳感器電路24之間的取向/角度能夠是充分已知的和控制的。

      如圖1A、圖1B和圖2所示,進(jìn)一步關(guān)于第一和第二磁阻傳感器芯片14、16到襯底12的附連,能夠看到,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16定位在其上,以便使封裝10在一個(gè)維度的大小為最小。也就是說,第一和第二磁阻傳感器芯片14、16附連到襯底12以使得彼此相鄰,其中第一和第二磁阻傳感器芯片14、16沿電介質(zhì)襯底的縱向方向(通過箭頭34所示),使得封裝的寬度(通過箭頭36所示)為最小。在其中第一和第二磁阻傳感器芯片14、16的每個(gè)構(gòu)造為一軸傳感器(即,各芯片僅包含單個(gè)磁阻傳感器電路24)的實(shí)施例中,總封裝10的寬度因而可保持低至大約0.5 mm(以及封裝的高度低至大約0.25 mm)—這允許將封裝10放置在例如導(dǎo)管管腔和細(xì)針的醫(yī)療裝置/儀器中。

      現(xiàn)在參照?qǐng)D5和圖6,按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例圖示提供位置和取向信息的多軸磁阻傳感器封裝40,其中封裝40構(gòu)造為三軸封裝。封裝40的功能/操作與圖1A、圖1B和圖2所示和所述的封裝10類似,除了其中的電介質(zhì)襯底42的構(gòu)造提供在其上的磁阻傳感器芯片的布置,使得芯片的傳感器電路可沿三個(gè)軸來布置/定向,以便提供三軸感測(cè)封裝以外。如圖5和圖6所示,襯底42由沿第一平面所定位的第一襯底部分44以及沿第二平面(其與第一平面正交,使得襯底42具有L形構(gòu)造)所定位的第二襯底部分46來形成。

      按照本發(fā)明的實(shí)施例,三軸磁阻傳感器封裝40中包含的磁阻傳感器芯片的數(shù)量可基于封裝中包含的芯片的類型—即芯片配置為一軸傳感器還是二軸傳感器來變化。在示范實(shí)施例中,并且如圖5所示,多個(gè)一軸傳感器包含在封裝40中-其中第一磁阻傳感器芯片48、第二磁阻傳感器芯片50和第三磁阻傳感器芯片52的每個(gè)作為一軸傳感器來提供,一軸傳感器在其上包含單個(gè)傳感器電路24(但是認(rèn)識(shí)到,第二磁阻傳感器芯片能夠替代為二軸傳感器)。第一和第三磁阻傳感器芯片48、52附連到第一襯底部分44,以使得彼此相鄰并且在襯底42的縱向方向(通過箭頭54所示)上對(duì)齊,而第二磁阻傳感器芯片50在某個(gè)位置附連到第二襯底部分46,以便與第一和第三磁阻傳感器芯片48、52其中之一相鄰。第一、第二和第三磁阻傳感器芯片48、50、52附連到襯底部分44、46,使得各芯片上的傳感器電路24以與其他相應(yīng)傳感器電路24不同的角度來定向-其中示范實(shí)施例將芯片48、50、52附連到襯底部分44、46,使得傳感器電路24彼此正交地定向。但是,如上文詳細(xì)闡述,認(rèn)識(shí)到,芯片48、50、52的傳感器電路24能夠彼此相對(duì)以除了90°之外的角度來定向,只要芯片48、50、52的每個(gè)的磁阻傳感器電路24之間的取向是已知的(即,在封裝的組裝期間被控制)-其中倒裝芯片制造和放置技術(shù)用來將第一、第二和第三磁阻傳感器芯片48、50、52附連到襯底42,以便將襯底上的芯片的位置精度控制在預(yù)期取向的0.25°之內(nèi)。

      在其他實(shí)施例中,三軸磁阻傳感器封裝40中包含的磁阻傳感器芯片的數(shù)量能夠小于圖5和圖6所圖示的三個(gè)芯片48、50、52。例如,三軸磁阻傳感器封裝40能夠構(gòu)造以僅包含兩個(gè)磁阻傳感器芯片-其中第一磁阻傳感器芯片附連到第一襯底部分44并且采取二軸傳感器的形式(在其上兩個(gè)正交定向的傳感器電路),以及其中第二磁阻傳感器芯片附連到第二襯底部分46并且采取一軸或二軸傳感器的形式(其中在其上的至少一個(gè)傳感器電路按照與第一磁阻傳感器芯片的兩個(gè)傳感器電路不同的方式(例如正交地)定向)。

      如圖6所示,封裝10還包含多個(gè)公共校準(zhǔn)線圈56、58,其用來校準(zhǔn)第一、第二和第三磁阻傳感器芯片48、50、52。公共校準(zhǔn)線圈56可提供在第一襯底部分44(在其后側(cè))上,用于校準(zhǔn)第一和第三磁阻傳感器芯片48、52,而單獨(dú)公共校準(zhǔn)線圈58可提供在第二襯底部分46(在其后側(cè))上,用于校準(zhǔn)第二磁阻傳感器芯片50。校準(zhǔn)線圈56、58可用于動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)操作,以便降低產(chǎn)生于其中磁阻傳感器芯片48、50、52進(jìn)行操作的環(huán)境中與溫度、磁場(chǎng)等相關(guān)的不可預(yù)測(cè)變化的位置和/或取向的誤差-其中校準(zhǔn)線圈56、58配置成在所指定頻率生成已知磁場(chǎng),其然后可外推以便在其他頻率校準(zhǔn)傳感器電路24。

      現(xiàn)在參照?qǐng)D7,示出適合與多軸磁阻傳感器封裝10(圖1)使用的醫(yī)療裝置100的示例。在這個(gè)示例中,醫(yī)療裝置100是適合于插入到患者的脈管系統(tǒng)中并且經(jīng)過其中導(dǎo)航的導(dǎo)管。雖然導(dǎo)管作為示例來提供,但是本文所論述的多軸磁阻傳感器封裝10、40可提供在各種其他類型的外科手術(shù)或介入儀器、植入物或裝置之上或之中。這類儀器、植入物或裝置的示例包含但不限于:植入物、探頭、尖錐、鉆頭、吸引器、鉗狀骨針、刀片、螺桿、釘子、銷、克氏針(k-wire)、針、插管、導(dǎo)引器、導(dǎo)管、導(dǎo)絲、血管內(nèi)支架、心瓣膜、過濾器、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡或電極、內(nèi)窺鏡或其他體內(nèi)照相裝置或者在外科手術(shù)或介入使用期間對(duì)其可預(yù)期位置和取向信息的任何其他適當(dāng)裝置。

      所描繪醫(yī)療裝置100(例如導(dǎo)管)包含遠(yuǎn)端或尖頭102,多軸磁阻傳感器封裝10、40可定位在其中。在一個(gè)實(shí)施例中,多軸磁阻傳感器封裝可以是二軸磁阻傳感器封裝10,其配置成在外部施加磁場(chǎng)存在的情況下生成位置和取向信息,如圖1A、圖1B和圖2所示和所述。在另一個(gè)實(shí)施例中,多軸磁阻傳感器封裝可以是三軸磁阻傳感器封裝40,其配置成在外部施加磁場(chǎng)存在的情況下生成位置和取向信息,如圖5和圖6所示和所述。軸104與尖頭102進(jìn)行通信,以及軸104將尖頭102與手柄組合件106(其可用來操縱和操作醫(yī)療裝置100(例如導(dǎo)管))連接。在某些情況下,手柄組合件106可例如經(jīng)由電纜108與操作員控制臺(tái)110(其允許用戶控制導(dǎo)管功能和操作的某些方面)進(jìn)行通信。

      在操作中,與醫(yī)療裝置100關(guān)聯(lián)(并且相對(duì)于醫(yī)療裝置100固定在已知位置中)的磁場(chǎng)發(fā)射器112通過包含傳感器封裝10、40的體積來傳送具有空間變化特性的磁場(chǎng)。雖然發(fā)射器112在圖7中示為單個(gè)發(fā)射器元件,但是認(rèn)識(shí)到,按照其他實(shí)施例,在間隔開的位置處的若干發(fā)射器可用于生成由傳感器封裝10、40所感測(cè)的磁場(chǎng)。由多軸磁阻傳感器封裝10、40的傳感器芯片所感測(cè)的、由發(fā)射器112所生成的磁場(chǎng)(即,磁場(chǎng)的強(qiáng)度)用來確定醫(yī)療裝置100的空間性質(zhì),例如位置(例如X-、Y-和Z-坐標(biāo))和取向(例如俯視、偏航和滾動(dòng)角)??商幚韽尼t(yī)療裝置100中的多軸磁阻傳感器封裝10、40所獲取的信號(hào),以便例如經(jīng)由控制臺(tái)110中的處理電路系統(tǒng)和/或存儲(chǔ)器來生成與醫(yī)療裝置100相關(guān)的位置/取向信息。

      有益地,本發(fā)明的實(shí)施例因而提供一種多軸磁阻傳感器封裝,其提供位置/取向信息。該封裝包含多個(gè)芯片,其各包含在其上形成的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)電路,其中芯片按照與現(xiàn)有位置和取向傳感器組合件相比在至少一維度上減小封裝的大小的方式來安裝在公共襯底上。在制造封裝中,芯片使用控制放置技術(shù)來附連到襯底,使得相應(yīng)芯片上的磁阻傳感器電路相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)其他相應(yīng)芯片的磁阻傳感器電路的取向是已知的。

      因此,按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,一種位置和取向傳感器封裝包含電介質(zhì)襯底以及附連到電介質(zhì)襯底的第一磁阻傳感器芯片,第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。該位置和取向傳感器封裝還包含附連到電介質(zhì)襯底并且定位成與第一磁阻傳感器芯片相鄰的第二磁阻傳感器芯片,第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。第一磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路在與第二磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路不同的方向上定向。

      按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,一種制造位置和取向傳感器封裝的方法包含提供電介質(zhì)襯底并且將第一磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,第一磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。該方法還包含將第二磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,使得第二磁阻傳感器芯片定位成與第一磁阻傳感器芯片相鄰,第二磁阻傳感器芯片包括至少一個(gè)磁阻傳感器電路。第一和第二磁阻傳感器芯片附連到電介質(zhì)襯底,以建立第一磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路與第二磁阻傳感器芯片的至少一個(gè)磁阻傳感器電路之間的已知角度。

      按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例,一種多軸磁阻傳感器封裝包含:柔性電路,其包括電介質(zhì)襯底和傳導(dǎo)互連;第一磁阻傳感器芯片,其附連到電介質(zhì)襯底,以便電耦合到傳導(dǎo)互連;以及第二磁阻傳感器芯片,其附連到電介質(zhì)襯底,以便電耦合到傳導(dǎo)互連。第一和第二磁阻傳感器芯片的每個(gè)包含至少一個(gè)磁阻傳感器電路,其中第一和第二磁阻傳感器芯片附連到柔性電路,使得第一磁阻傳感器芯片上的至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向與第二磁阻傳感器芯片上的至少一個(gè)磁阻傳感器電路的取向相差已知角度。

      本書面描述使用包含最佳模式的示例來公開本發(fā)明,并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明,包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng),以及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本發(fā)明的可取得專利范圍由權(quán)利要求書來定義,并且可包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有與權(quán)利要求書的文字語言完全相同的結(jié)構(gòu)元件,或者如果它們包含具有與權(quán)利要求書的文字語言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件,則它們意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。

      雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明,但是應(yīng)當(dāng)易于理解,本發(fā)明并不局限于這類所公開實(shí)施例。本發(fā)明而是能夠修改為結(jié)合迄今沒有描述的任何數(shù)量的變化、變更、替換或等效布置,但是它們與本發(fā)明的精神和范圍相稱。另外,雖然描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例,但是要理解,本發(fā)明的方面可以僅包含所述實(shí)施例的一些。相應(yīng)地,本發(fā)明不要被看作受到前面描述限制,而僅由所附權(quán)利要求書的范圍來限制。

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