以独立于间距的内插器为特征的超声换能器及其制造方法

专利名称：以独立于间距的内插器为特征的超声换能器及其制造方法
以独立于间距的内插器为特征的超声换能器及其制造方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及超声系统，更具体而言涉及一种以独立于
间距的内插器(interposer)为特征的超声换能器及其制造方法。
在具有直接位于集成电路(IC)上的声学有源声学元件的超声换能器中，通常利用倒装芯片技术来帮助进行元件与IC之间的电互连。这种构造方法有助于制造二维(2D)阵列换能器，在该二维(2D)阵列换能器中，必须将数千声学元件连接到IC的电子器件。倒装芯片技术通常包括若干步骤，例如形成凸点、印刷导电粘合剂、附着倒装芯片和底部填充。随着2D超声换能器开始得到市场更大的接受，需要构建更精细间距的器件并且需要降低其制造成本。
然而，倒装芯片技术具有间距限制，ASIC上的接触焊盘之间的间距限制大约是一百二十微米(120pm)。此夕卜，对于2D超声换能器而言，要求在IC与声学层叠体(acoustic stack)之间具有显著的间隔(gp，大约70-10(Him的数量级)。要求具有后来提到的间隔，以便进行在倒装芯片步骤之后的切割工艺。在切割工艺期间，将层压的声学层叠体分成多个单个元件。
倒装芯片技术还要求要被耦合到一起的组件部分非常平坦(即，最大变化在6-10^im的数量级上)。这种平坦度要求是难以实现的，这是因为接合到一起的两个部分都是热膨胀系数完全不同的材料薄层的层压板。对于大尺寸换能器而言，确保必要的平坦度可能非常困难。
倒装芯片技术的最终步骤是底部填充过程，在该过程中，将低粘度的环氧树脂引入部件之间的间隙中。毛细力将环氧树脂拉入到数量级大约为70-10(Him的间隙中。尽管这种底部填充过程对于小尺寸换能器能够顺利进行，但在大尺寸换能器(50mn^及以上的数量级)中，存在很大的风险，即存在截留的气泡。不利的是截留的气泡可能会导致在接下来的切割工艺中发生灾难性故障。此外，由于倒装芯片技术包括若干步骤(形成凸点、印刷导电粘合剂、附着倒装芯片(包括固化))和底部填充(包括固化))，
7因此这样的多步骤工艺导致制造成本高。
除了以上论述之外，内插器具有的优点在于，允许将一个ASIC设计应 用于几种具有不同阵列间距的超声换能器产品，从而降低了开发成本和风 险，同时改善了上市时间。内插器还在声学部分与在其工作模式期间产生 大部分热的ASIC (或多个ASIC)之间提供了热隔离。内插器还允许这样 的配置，在该配置中ASIC表面比阵列表面积大，对于具有非常紧凑间距的 高频阵列而言存在这种情形。最后，弯曲的内插器允许利用平坦的ASIC构 建弯曲的阵列。然而，难以制造"间距匹配的"内插器，同时还保持对各导线 位置的高水平控制，其中所述"间距匹配"是指在ASIC和声学层叠体的顶表 面和底表面上分别具有单个用于连接相应接触焊盘的导线。
因此，希望有克服现有技术问题的改进的方法和系统。


图1是根据本公开实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声换能 器的截面图；图2是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声 换能器的截面图3是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声 换能器的截面图4是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声 换能器的截面图5是用在根据本公幵一个实施例的超声换能器中的独立于间距的内 插器的截面图6是根据本公开一个实施例的沿线6-6截取的图5的内插器一部分的 水平截面图7是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中使用的专 用集成电路(ASIC)、独立于间距的内插器和声学层叠体的截面图8是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中接下来的 步骤中的、图7的ASIC、独立于间距的内插器和声学层叠体的截面图9是用在根据本公开另一个实施例的超声换能器中的独立于间距的 内插器的截面图；图io是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征
的超声换能器的过程中使用的制造板的三维视图，该制造板具有低热膨胀
系数(CTE)材料的第一部分和支撑材料的第二部分；
图11是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征 的超声换能器的过程中使用的许多独立于间距的内插件板的分解三维视
图12是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征 的超声换能器的过程中使用的心轴和独立于间距的内插件板的三维视图13是在制造根据本公开另一个实施例的超声换能器的过程中使用的 专用集成电路(ASIC)、独立于间距的内插器和声学层叠体的截面图14是在制造根据本公开另一个实施例的超声换能器的过程中接下来 的步骤中的、图13的ASIC、独立于间距的内插器和声学层叠体的截面图15是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中使用的专 用集成电路(ASIC)、重布线柔性体(rerouting flex)、独立于间距的内插器 和声学层叠体的截面图16是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中接下来的 步骤中的、图15的ASIC、重布线柔性体、独立于间距的内插器和声学层 叠体的截面图17是根据本公开另一实施例的、利用图16的元件形成的以独立于 间距的内插器为特征的超声换能器的截面图；以及
图18是具有根据本公开实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声 换能器的超声成像系统的简化方框图。
在附图中，类似的附图标记表示类似的元件。此外，应该注意附图 可能不是按比例绘制的。
在一个实施例中，帝U造以独立于间距的内插器为特征的超声换能器的 方法以单步骤工艺取代了多步骤倒装芯片技术。制造这种超声换能器的方 法能够生产间距更细的换能器(100nm或更小的数量级)，具有更低的平坦 度要求(其中结合过程使部件平坦)且成本低。结果，该方法还为这种超 声换能器实现了更细的间距和更低的制造成本。
9图1是根据本公开实施例的以独立于间距的内插器12为特征的超声换能器10的截面图。超声换能器10包括专用集成电路(ASIC) 14，其在ASIC14的表面18上具有多个接触焊盘16。接触焊盘16和与其相邻的接触焊盘16分隔开第一间距。在一个实施例中，ASIC 14包括微束形成器(microbeamformer)集成电路。超声换能器10还包括声学元件22的二维阵列20，声学元件22和与其相邻的声学元件22分隔开第二间距。在本实施例中，ASIC上的接触焊盘的间距与声学元件阵列的对应间距相同(即相等)。在相邻的声学元件22之间设置切割沟道24。
独立于间距的内插器12以多个导电元件26为特征。导电元件26和与其相邻的导电元件26分隔开第三间距，其中第三间距与第一间距和第二间距都不同。独立于间距的内插器12在第一侧28经由多个导电元件26的第一子集电耦合到ASIC 14。独立于间距的内插器12在第二侧30经由多个导电元件26的第二子集电耦合到声学元件22的二维阵列20。相邻的接触焊盘16、 ASIC 14的表面和内插器12的第一侧28之间的区域由附图标记32表示，它包括适当的底部填充材料。
此外，多个导电元件26中的一个或多个将ASIC 14的接触焊盘16与声学元件的二维阵列20的对应声学元件22电耦合起来。换言之，可以存在一个以上的耦合于接触焊盘16与对应声学元件22之间的导电元件26。此外，由于存在切割沟道24，因此一些耦合到接触焊盘16的导电元件26可能无法耦合到对应的声学元件22，反之亦然。此外，在图1的实施例中，多个导电元件26的第一子集和第二子集包括不同的子集。
在图1的实施例中，第三间距包括相邻的导电元件26之间的随机间距。例如，第三间距可以包括比第一间距或第二间距小大约百分之五十或小更多的间距。在一个实施例中，第三间距包括随机间距。在另一个实施例中，第三间距包括基本恒定的间距(未示出)。在又一个实施例中，第三间距包括给定的间距，使得内插器内部的导线的给定间距足够密集，从而ASIC的每个接触焊盘和对应的换能器元件将具有至少一个耦合于其间的导线。此外，如附图标记34所示，多个导电元件26的取向相对于第一侧28成一角度。例如，角度34可以包括除直角之外的角度。
在固化的灌封材料36内进一步设置多个导电元件。固化的灌封材料36例如可以包括从由固化的热固性环氧树脂和固化的热塑性聚合物树脂构成的组中选择的一种。
图2是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器42为特征的超声换能器40的截面图。图2的实施例类似于图1的实施例，它们之间的差异如下。固化的灌封材料36包括第一区域44和第二区域46。在区域44中，邻接内插器42的第一侧28，固化的灌封材料36包括热膨胀系数类似于ASIC 14的热膨胀系数的材料。区域44的灌封材料36例如可以包括高度填充矿物质的环氧树脂。类似于图1的实施例，区域46的灌封材料36例如包括从由固化的热固性环氧树脂和固化的热塑性聚合物树脂构成的组中选择的一种。
图3是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器52为特征的超声换能器50的截面图。图3的实施例类似于图1的实施例，差异如下所述。独立于间距的内插器52以多个导电元件54为特征。导电元件54和与其相邻的导电元件54分隔开第三间距，其中第三间距与第一间距和第二间距都不同。独立于间距的内插器52在第一侧56经由多个导电元件54的第一子集耦合到ASIC 14。独立于间距的内插器52在第二侧58经由多个导电元件54的第二子集电耦合到声学元件22的二维阵列20。相邻的接触焊盘16、ASIC 14的表面和内插器12的第一侧28之间的区域由附图标记32表示，它包括适当的底部填充材料。
此外，多个导电元件54中的一个或多个将ASIC 14的接触焊盘16与声学元件的二维阵列20的对应声学元件22电耦合起来。换言之，可以存在一个以上的耦合于接触焊盘16与对应的声学元件22之间的导电元件54。此外，在图3的实施例中，多个导电元件26的第一子集和第二子集可以包括相同或不同的子集。
在图3的实施例中，第三间距包括相邻的导电元件54之间的随机间距。例如，第三间距可以包括比第一间距或第二间距小大约百分之五十或小更多的间距。在一个实施例中，第三间距包括随机间距。在另一个实施例中，第三间距包括基本恒定的间距，其中导电元件彼此基本等间距地分开，如图15-17所示和这里所讨论的那样。此外，多个导电元件54的取向相对于第一侧56大致垂直。在另一个实施例中，多个导电元件54的取向可以相对于第一侧56成直角之外的角度。
在层压的系列材料板60之内进一步设置多个导电元件54，如下文将要 参考图9-14进一步论述的。在一个实施例中，导电元件嵌入在层压的系列 支撑材料板之内。
图4是根据本公开另一实施例的以独立于间距的内插器72为特征的超 声换能器70的截面图。图4的实施例类似于图3的实施例，它们之间的差 异如下。层压的系列材料板60包括第一区域74和第二区域76。在区域74 中，邻接内插器72的第一侧56，层压的系列材料板60包括热膨胀系数类 似于ASIC14的热膨胀系数的材料，如下文将进一步所论述的那样。此外， 在另一个实施例中，内插器72之内的导电元件54的间距可以包括基本恒 定的间距，其中导电元件54彼此基本等间距得隔开，例如如图15-17所示 和这里所述。
图5是用在根据本公开一个实施例的超声换能器中的独立于间距的内 插器12的截面图。内插器12包括多个(80个)导电元件26。例如，导电 元件26例如包括定向纤维，其具有大约为8pm的直径，且具有在纤维表面 上制作的大约为1阿厚的隔离层82。在一个实施例中，纤维包括镍，并且 隔离层82包括氧化镍。在制造内插器12期间，将纤维束灌封在部分固化 的环氧树脂84 (即热固性环氧树脂)中，或者将纤维束灌封在热塑性聚合 物树脂中。此外，在一个实施例中，将导电元件26的纤维取向为与内插器 12的表面28成一微小角度34，其中纤维的微小角度有助于通过预先设置 纤维而避免在结合后发生弯曲。在一个实施例中，内插器材料的厚度86大 约为100pm。图6是根据本公开一个实施例的沿线6-6截取的图5的内插 器12的一部分的水平截面图。在图6的实施例中，相邻的导电元件26之 间的第三间距包括随机间距。
图7是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器10的过程中使用的 专用集成电路(ASIC) 12、独立于间距的内插器12和声学层叠体90的截 面图。具体而言，图7示出了将组件结合到一起之前的组件定位。声学层 叠体90例如包括匹配层(ML) 92、压电层94和去匹配层(DML) 96。根 据给定的超声换能器应用来选择声学层叠体90的特定层。例如，在一个实 施例中，匹配层(ML) 92可以具有大约120微米的高度尺度，压电层94可以具有大约120微米的高度尺度，去匹配层(DML) 96可以具有大约270 微米的高度尺度，其中声学层叠体90具有大约510微米的高度尺度。
图8是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中接下来的 步骤中的、图7的ASIC 14、独立于间距的内插器12和声学层叠体90的截 面图。具体而言，将部件对准，并放置部件，且利用压力和热处理来将它 们结合到一起。压力使部件一起变得平坦，而热处理使填充材料的部分固 化的环氧树脂固化。在将IC、内插器和声学层叠体结合到一起之后，使用 适当的底部填充材料来填充内插器与IC之间的间隙。接下来，利用适当的 切割操作来切割声学层叠体90和内插器12的一部分，以便利用声学层叠 体制造个体声学元件22的阵列，如图1所示。在一个实施例中，该阵列20 包括声学元件22的二维阵列。
制造图2的超声换能器40的方法类似于制造图1的超声换能器10的 过程，不同之处是将纤维束灌封在部分固化的材料84中，其中部分固化的 环氧树脂包括第一区域44和第二区域46。在区域44中，邻接内插器42的 第一侧28，部分固化的灌封材料84包括热膨胀系数类似于ASIC 14的热膨 胀系数的材料。区域44的灌封材料84例如可以包括具有硅石填料的环氧 树脂。类似于图1的实施例，区域46的部分固化的材料84例如包括从由 部分固化的热固性环氧树脂和部分固化的热塑性聚合物树脂构成的组选择 的一种。
图9是用在根据本公开另一个实施例的超声换能器中的独立于间距的 内插器72的截面图。具体而言，在层压的系列材料板60之内设置多个导 电元件60。在一个实施例中，将导电元件54嵌入在层压的系列支撑材料板 60之内，如图3所示。支撑材料60包括根据特定超声换能器应用的要求选 择的、用于衰减声能的任何适当的支撑材料。在另一个实施例中，邻接第 一侧或表面56，材料板60可以包括热膨胀系数类似于ASIC的热膨胀系数 的第一部分74。第二部分76仅包括支撑材料。在完成内插器72的制造时， 它例如具有如由附图标记98所示的高度尺度。
图10是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征 的超声换能器的过程中使用的制造板100的三维视图，该制造板100具有 低热膨胀系数(CTE)材料的第一部分74和支撑材料的第二部分76。在一通过以下过程制造的，即将低CTE材料和支撑材 料的层叠体线切割为多个切片。在一个实施例中，低CTE材料包括低CTE 模塑料。因此，在内插器形成期间的层叠体内的每一层都包括位于ASIC侧 的低CTE材料区域(区)和位于声学层叠体侧的支撑材料。
图11是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征 的超声换能器的过程中使用的许多独立于间距的内插件板100的分解三维 视图。内插器的制造开始于第一个板102和在其上形成导电元件54。在一 个实施例中，如本文将要参考图12进一步讨论的，导电元件包括导线。在 先前放置的板上层压额外的具有导电元件的板，如附图标记103和板104 和106所示。如附图标记108所示，该过程一直继续，直到根据给定超声 换能器应用的要求达到了层压的层叠体的期望厚度为止。
图12是在制造根据本公开一个实施例的以独立于间距的内插器为特征 的超声换能器的过程中使用的心轴110和独立于间距的内插件板100的平 面图。心轴110包括基座112，该基座112具有由附图标记114表示的多个 表面，在制造内插器的制造过程的给定一部分期间在这些表面上层叠一系 列板IOO。在一个实施例中，心轴基座112具有四个表面114，可以在其上 同时制造四个系列的层叠片。
心轴的另一特征是具有主轴线118的轴116,例如，如附图标记120所 示，心轴可以围绕主轴线118旋转。开始该过程，在心轴的每个表面114 上设置第一个板。围绕外表面并沿着每个板的宽度尺度124缠绕根据给定 超声换能器实施方式的要求所选择的导线122。沿着宽度尺度124，导线的 部分从第一边缘或表面56到第二边缘或表面58(对应于相应板的长度126) 跨过相应的板。
在已经制造出层压结构的系列板的第一行之后，利用第二个板以及此 后的其他板和导线重复该过程，直到达到由附图标记128总体示出的相应 层叠体130的期望厚度为止。在制造板100和导线60的系列层130的过程 中，在层叠了所有期望层之后施加一个力(用附图标记132—般性示出)。 提高温度进行这一操作以有助于其结合和/或固化。此外，导线具有由温度 激活的自结合涂层。在该固化步骤之后，可以从心轴去除四个块，它们不 会分层或瓦解。
14此外，位于低CTE/支撑材料板层的相继各层之间的导线的间距使得至 少两个导线与ASIC的对应接触焊盘和对应声学元件接触的概率尽可能高。 此外，内插器具有低CTE材料的一侧将被耦合到ASIC (例如，有或没有 重布线柔性体，下面将参考图15-17进一步论述)的接触焊盘，而内插器仅 具有支撑材料的一侧将被耦合到声学层叠体，声学层叠体后来被切割成多 个元件。
图13是在制造根据本公开另一个实施例的超声换能器70(在图4中被 完整示出)的过程中使用的专用集成电路(ASIC) 12、独立于间距的内插 器72和声学层叠体90的截面图。具体而言，图13示出了将组件结合到一 起之前的组件定位。声学层叠体90例如包括匹配层(ML) 92、压电层94 和去匹配层(DML) 96，然而，声学层叠体90的特定层是根据给定的超声 换能器应用的要求选择的。
图14是在制造根据本公开另一个实施例的超声换能器的过程中接下来 的步骤中的图13的ASIC 14、独立于间距的内插器72和声学层叠体90的 截面图。具体而言，将部件对准，并放置部件，且利用倒装芯片工艺将它 们结合到一起。在将IC、内插器和声学层叠体结合到一起之后，使用适当 的底部填充材料来填充内插器与IC之间的间隙。接下来，利用适当的切割 操作来切割声学层叠体90和内插器72的一部分，以便利用声学层叠体来 制造个体声学元件22的阵列，如图4所示。在一个实施例中，该阵列20 包括声学元件22的二维阵列。
再次简单参考图3，制造图3的超声换能器50的方法类似于制造图4 的超声换能器70的过程，不同在于在图3中，内插器52包括没有邻接 第一侧56的低CTE材料部分的支撑材料60。
现在转到图15，该图包含在制造根据本公开另一个实施例的超声换能 器140的过程中所使用的专用集成电路(ASIC) 15、重布线柔性体142、 独立于间距的内插器73和声学层叠体90的截面图。超声换能器140的制 造类似于针对较早实施例所述的制造方法，差异如下。具体而言，超声换 能器140包括重布线柔性体142，其中重布线柔性体142可以包括位于其一 个或两个表面上的信号重布线，以适应ASIC上的接触焊盘与声学元件之间 的间距变化。此外，该重布线柔性体142包括用于提供期望重布线的任何适当的重布线柔性体。例如，重布线柔性体142可以包括多层柔性电路、 多层印刷电路板、多层共烧陶瓷或多层硅基重布线电路。换言之，ASIC 15 包括位于其顶表面上的接触焊盘17。重布线柔性体142包括位于其下表面 上的焊盘144,其间距与ASIC 15的接触焊盘17的间距相匹配。此外，重 布线柔性体142包括位于其上表面上的接触焊盘146，其间距与尚未形成的 对应声学元件的间距相匹配。在重布线柔性体142之内设置重布线导电元 件148，以便适于在第一间距的接触焊盘和第二间距的接触焊盘之间提供期 望的重布线。
图16是在制造根据本公开一个实施例的超声换能器的过程中接下来的 步骤中的、图15的ASIC 15、重布线柔性体142、独立于间距的内插器73 和声学层叠体90的截面图。图17是根据本公开另一实施例的、利用图16 的元件形成的以独立于间距的内插器为特征的超声换能器140的截面图。 在ASIC 15、重布线柔性体142和内插器73的相应部分之间提供适当的底 部填充141和145。
根据本公开的一个实施例，利用垂直于阵列表面的密集堆积导线(或 导电元件)克服了现有技术中的问题。此外，垂直的密集堆积导线不需要 在制造根据本公开实施例的超声换能器期间执行任何特定的对准(即，导 线与阵列元件对准)。相反，在分别于ASIC和声学层叠体的顶表面和底表 面上界定焊盘之后，使导线的密度足够密集，以确保多条导线中的至少一 条导线将连接每一组对应的焊盘。
图18是具有根据本公开实施例的以独立于间距的内插器为特征的超声 换能器的超声成像系统160的简化方框图。超声诊断成像系统160包括适 于与超声换能器探针164 —起使用的基本单元162。超声换能器探针164包 括本文所述的超声换能器166。亦即，超声换能器166可以包括本文所述的 换能器IO、 40、 50、 70或140中的任一种。基本单元162包括适当的电子 器件，用于根据特定的超声诊断应用要求进行超声诊断成像。超声换能器 探针164经由适当的连接，例如电子线缆、无线连接或其他适当装置耦合 到基本单元162。超声诊断成像系统160可以用于进行各种类型的医疗诊断 超声成像或其他无损测试应用。
根据一个实施例，超声换能器包括专用集成电路(ASIC)，在ASIC的表面上具有多个接触焊盘，接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一 间距；声学元件的二维阵列，声学元件和与其相邻的声学元件分隔开第二 间距；以及以多个导电元件为特征的独立于间距的内插器。导电元件和与 其相邻的导电元件分隔开与第一间距和第二间距都不同的第三间距。此外， 独立于间距的内插器(i)在第一侧经由多个导电元件的第一子集电耦合到 ASIC，且(ii)在第二侧经由多个导电元件的第二子集电耦合到声学元件的 二维阵列，其中多个导电元件中的一个或多个将ASIC的接触焊盘与声学元 件的二维阵列的对应声学元件电耦合。在一个实施例中，多个导电元件的 第一子集和第二子集包括相同子集。在另一个实施例中，多个导电元件的 第一子集和第二子集包括不同的子集。
第三间距可以包括从由相邻导电元件间的有序间距和相邻导电元件间 的随机间距构成的组中选择的一种。例如，第三间距可以包括比第一间距 或第二间距小大约百分之五十或小更多的间距。
在另一个实施例中，将多个导电元件取向为与第一侧成一角度。例如， 该角度可以包括除直角之外的角度。
在另一个实施例中，在固化的灌封材料之内设置多个导电元件。固化 的灌封材料例如可以包括从由固化的热固性环氧树脂和固化的热塑性聚合 物树脂构成的组中选择的一种。在另一个实施例中，邻接所述第一侧，固 化的灌封材料包括热膨胀系数类似于ASIC的热膨胀系数的材料。
在另一个实施例中，在层压的系列材料板之内设置多个导电元件。在 一个实施例中，导电元件嵌入在层压的系列支撑材料板之内。在另一个实 施例中，邻接所述第一侧，材料板可以包括热膨胀系数类似于ASIC的热膨 胀系数的第一部分。在另一个实施例中，超声换能器的ASIC包括微束形成 器集成电路。
根据另一个实施例，超声诊断成像系统适用于如本文所述的超声换能 器。亦即，超声换能器包括专用集成电路(ASIC)，在ASIC的表面上具有 多个接触焊盘，接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一间距。此外， 超声换能器包括声学元件的二维阵列，声学元件和与其相邻的声学元件分 隔开第二间距。此外，超声换能器包括以多个导电元件为特征的独立于间 距的内插器。所述多个导电元件中的导电元件与和其相邻的导电元件分隔
1开第三间距，第三间距与第一间距和第二间距都不同。独立于间距的内插
器(i)在第一侧经由多个导电元件的第一子集电耦合到ASIC， (ii)在第二 侧经由多个导电元件的第二子集电耦合到声学元件的二维阵列，其中多个 导电元件的一个或多个将ASIC的接触焊盘与声学元件二维阵列的对应声 学元件电耦合。
在本公开的另一个实施例中，制造超声换能器的方法包括将独立于 间距的内插器在第一侧耦合到专用集成电路(ASIC)表面上的多个接触焊 盘，所述多个接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一间距。此外，该 方法包括将声学层叠体耦合到独立于间距的内插器的第二侧。此外，该方 法包括将声学层叠体切割成声学元件阵列，其中声学元件和与其相邻的声 学元件分隔开第二间距。此外，独立于间距的内插器的导电元件和与其相 邻的导电元件分隔开第三间距，第三间距与第一间距和第二间距都不同。 结果，独立于间距的内插器(i)在其第一侧经由多个导电元件的第一子集 电耦合到ASIC， (ii)在其第二侧经由多个导电元件的第二子集电耦合到声 学元件阵列，其中多个导电元件的一个或多个将ASIC的接触焊盘与声学元 件阵列的对应声学元件电耦合。在一个实施例中，多个导电元件的第一子 集和第二子集包括相同子集。在另一个实施例中，多个导电元件的第一子 集和第二子集包括不同的子集。
第三间距包括从由相邻导电元件间的有序间距和相邻导电元件间的随 机间距构成的组中选择的一种。例如，第三间距可以包括被选择成是第一 间距或第二间距的大约百分之五十或更小的间距。
在另一个实施例中，该方法还包括形成独立于间距的内插器，其中将 多个导电元件取向为与第一侧成一角度。例如，该角度可以包括除直角之 外的角度。
在又一个实施例中，该方法还可以包括形成独立于间距的内插器， 其中在部分固化的灌封材料中设置多个导电元件；放置独立于间距的内插 器，使其覆盖在ASIC上；放置声学层叠体，使其覆盖在独立于间距的内插 器上；以及对声学层叠体、独立于间距的内插器和ASIC的组合进行加压和 热处理，以将该组合电耦合并物理结合在一起。部分固化的灌封材料例如 可以包括从由部分固化的热固性环氧树脂和部分固化的热塑性聚合物树脂构成的组中选择的一种。在另一个实施例中，邻接第一侧，部分固化的灌
封材料包括热膨胀系数类似于ASIC的热膨胀系数的材料。
在另一个实施例中，该方法还可以包括通过在系列层压材料板中设 置多个导电元件来形成独立于间距的内插器；放置独立于间距的内插器， 使其覆盖在ASIC上;放置声学层叠体，使其覆盖在独立于间距的内插器上; 以及通过倒装芯片处理来对声学层叠体、独立于间距的内插器和ASIC的组 合进行结合，以将该组合电耦合并物理结合到一起。在一个实施例中，导 电元件嵌入在系列层压支撑材料板之内。此外，邻接第一侧，材料板可以 包括热膨胀系数类似于ASIC的热膨胀系数的第一部分。
尽管上文仅详细描述了几个示范性实施例，但本领域技术人员应该容
易地意识到可以在示范性实施例中进行多种修改，但在本质上没有脱离
本公开实施例的新颖性教导和优点。例如，可以将本公开的实施例应用于 需要使用超声换能器的任意数量的应用中，例如医疗或其他无损测试应用。 此外，如本文所使用的，声学元件可以包括任何用于产生超声的适当元件， 包括但不限于单晶体声学元件、压电陶瓷声学元件、微机械加工的超声换 能器声学元件等。此外，尽管针对本文的各种实施例披露了声学元件的二
维阵列，但也可以使用声学元件的一维阵列。因此，如以下权利要求所界 定的，意在将所有这些修改包括在本公开实施例的范围之内。在权利要求 中，装置加功能语句意在覆盖执行所述功能的本文所述的结构，不仅包括 结构上的等价物，而且包括等价结构。
此外，不应将一项或多项权利要求中的括号内的任何附图标记视为限 制权利要求。"包括"等词不排除在任何权利要求或作为整体的说明书中所列 的元件或步骤之外还存在其他元件或步骤。单数形式的元件不排除复数形 式的这种元件，反之亦然。可以利用包括若干不同元件的硬件和/或利用适 当编程的计算机来实现一个或多个实施例。在枚举了若干装置的设备权利 要求中，可以将这些装置中的一些实现为同一件硬件。特定手段记载在互 不相同的从属权利要求中这一简单事实不表示不能出于获得有利的目的而 使用这些手段的组合。
权利要求
1、一种超声换能器，包括专用集成电路(ASIC)，在所述ASIC的表面上具有多个接触焊盘，所述接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一间距；声学元件阵列，所述声学元件和与其相邻的声学元件分隔开第二间距；以及以多个导电元件为特征的独立于间距的内插器，其中所述多个导电元件和与其相邻的导电元件分隔开与所述第一间距和所述第二间距都不同的第三间距，所述独立于间距的内插器(i)在第一侧经由所述多个导电元件的第一子集电耦合到所述ASIC，且(ii)在第二侧经由所述多个导电元件的第二子集电耦合到所述声学元件阵列，其中所述多个导电元件中的一个或多个将所述ASIC的接触焊盘与所述声学元件阵列的对应声学元件电耦合。
2、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述多个导电元件的所述 第一子集和所述第二子集包括从由相同子集和不同子集构成的组中选择的 一种。
3、 根据权利要求1所述的超声换能器，还包括-设置在所述ASIC与所述独立于间距的内插器之间的重布线柔性体，所 述重布线柔性体用于提供信号重布线，以适应所述ASIC上的所述接触焊盘 与所述声学元件之间的间距变化，其中所述重布线柔性体包括位于其下表 面上的、间距与具有所述第一间距的所述ASIC的所述接触焊盘相匹配的焊 盘和位于其上表面上的、间距与具有所述第二间距的所述对应声学元件相 匹配的接触焊盘。
4、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述第三间距包括从由相 邻导电元件间的有序间距和相邻导电元件间的随机间距构成的组中选择的 一种。
5、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述第三间距比所述第一 间距或所述第二间距小大约百分之五十。
6、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述多个导电元件被取向 为与所述第一侧成一角度。
7、 根据权利要求6所述的超声换能器，其中所述角度包括除直角外的 角度。
8、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述多个导电元件设置在 固化的灌封材料内。
9、 根据权利要求8所述的超声换能器，其中所述固化的灌封材料包括 从由固化的热固性环氧树脂和固化的热塑性聚合物树脂构成的组中选择的 一种。
10、 根据权利要求8所述的超声换能器，其中邻接所述第一侧，所述 固化的灌封材料包括热膨胀系数类似于所述ASIC的热膨胀系数的材料。
11、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述多个导电元件设置 在层压的系列材料板中。
12、 根据权利要求ll所述的超声换能器，其中所述导电元件嵌入在层 压的系列支撑材料板内。
13、 根据权利要求ll所述的超声换能器，其中邻接所述第一侧，所述 材料板包括热膨胀系数类似于所述ASIC的热膨胀系数的第一部分。
14、 根据权利要求1所述的超声换能器，其中所述ASIC包括微束形成器集成电路。
15、 一种适用于超声换能器的超声诊断成像系统，所述超声换能器包括专用集成电路(ASIC)，在所述ASIC的表面上具有多个接触焊盘，所 述接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一间距；声学元件阵列，所述声学元件和与其相邻的声学元件分隔开第二间距;以及以多个导电元件为特征的独立于间距的内插器，其中所述多个导电元 件和与其相邻的导电元件分隔开与所述第一间距和所述第二间距都不同的第三间距，所述独立于间距的内插器(i)在第一侧经由所述多个导电元件 的第一子集电耦合到所述ASIC，且(ii)在第二侧经由所述多个导电元件 的第二子集电耦合到所述声学元件阵列，其中所述多个导电元件中的一个 或多个将所述ASIC的接触焊盘与所述声学元件阵列的对应声学元件电耦
16、 一种制造超声换能器的方法，包括-将独立于间距的内插器在第一侧耦合到专用集成电路(ASIC)的表面 上的多个接触焊盘，所述多个接触焊盘和与其相邻的接触焊盘分隔开第一 间距；将声学层叠体耦合到所述独立于间距的内插器的第二侧；以及 将所述声学层叠体切割成声学元件阵列，其中声学元件和与其相邻的 声学元件分隔开第二间距，其中所述独立于间距的内插器的导电元件和与 其相邻的导电元件分隔开与所述第一间距和所述第二间距都不同的第三间 距，且其中所述独立于间距的内插器(i)在第一侧经由多个导电元件的第 一子集电耦合到所述ASIC，且(ii)在第二侧经由所述多个导电元件的第 二子集电耦合到所述声学元件阵列，其中所述多个导电元件中的一个或多 个将所述ASIC的接触焊盘与所述声学元件阵列的对应声学元件电耦合。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中所述多个导电元件的所述第一子集和所述第二子集包括从相同子集和不同子集构成的组中选择的一种。
18、 根据权利要求16所述的方法，还包括在所述ASIC与所述独立于间距的内插器之间设置重布线柔性体，所述 重布线柔性体用于提供信号重布线，以适应所述ASIC上的所述接触焊盘与 所述声学元件之间的间距变化，其中所述重布线柔性体包括位于其下表面 上的、间距与具有所述第一间距的所述ASIC的所述接触焊盘相匹配的焊盘 和位于其上表面上的、间距与具有所述第二间距的所述对应声学元件相匹 配的接触焊盘。
19、 根据权利要求16所述的方法，其中所述第三间距包括从由相邻导 电元件间的有序间距和相邻导电元件间的随机间距构成的组中选择的一 种。
20、 根据权利要求16所述的方法，其中所述第三间距比所述第一间距 或所述第二间距小大约百分之五十。
21、 根据权利要求16所述的方法，还包括形成所述独立于间距的内插器，其中所述多个导电元件被取向为与所 述第一侧成一角度。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中所述角度包括除直角外的角度。
23、 根据权利要求16所述的方法，还包括形成所述独立于间距的内插器，其中所述多个导电元件设置在部分固化的灌封材料内；放置所述独立于间距的内插器，使其覆盖在所述ASIC上； 放置所述声学层叠体，使其覆盖在所述独立于间距的内插器上；以及 对所述声学层叠体、所述独立于间距的内插器和所述ASIC的组合进行加压和热处理，以将该组合电耦合并物理结合在一起。
24、 根据权利要求23所述的方法，其中所述部分固化的灌封材料包括 从由部分固化的热固性环氧树脂和部分固化的热塑性聚合物树脂构成的组 中选择的一种。
25、 根据权利要求23所述的方法，其中邻接所述第一侧，所述部分固 化的灌封材料包括热膨胀系数类似于所述ASIC的热膨胀系数的材料。
26、 根据权利要求16所述的方法，还包括通过在系列层压材料板之内设置所述多个导电元件来形成所述独立于 间距的内插器；放置所述独立于间距的内插器，使其覆盖在所述ASIC上； 放置所述声学层叠体，使其覆盖在所述独立于间距的内插器上；以及 通过倒装芯片处理来对所述声学层叠体、所述独立于间距的内插器和 所述ASIC的组合进行结合，以将该组合电耦合并物理结合在一起。
27、 根据权利要求26所述的方法，其中所述导电元件嵌入在所述系列 层压支撑材料板内。
28、 根据权利要求26所述的方法，其中邻接所述第一侧，所述材料板 包括热膨胀系数类似于所述ASIC的热膨胀系数的第一部分。
全文摘要
一种超声换能器10包括专用集成电路(ASIC)14、声学元件阵列20和独立于间距的内插器12。该ASIC 14包括位于ASIC表面上的多个接触焊盘16，接触焊盘16和与其相邻的接触焊盘分隔开第一间距。阵列20的声学元件22和与其相邻的声学元件22分隔开第二间距。此外，独立于间距的内插器12以多个导电元件26为特征，导电元件26和与其相邻的导电元件分隔开第三间距，第三间距与第一间距和第二间距都不同。该独立于间距的内插器26(i)在第一侧经由多个导电元件的第一子集电耦合到ASIC，(ii)在第二侧经由多个导电元件的第二子集电耦合到声学元件阵列，其中多个导电元件26的一个或多个将ASIC 14的接触焊盘16与声学元件阵列20的对应声学元件22电耦合。
文档编号B06B1/06GK101495247SQ200780028006
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年7月24日
发明者J·W·威克普, R·E·戴维森, S·R·彼得斯, W·苏多尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司