[发明专利]制造超声换能器组装件的方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及制造传感器阵列组装件的方法，并且更具体来说涉及传感器阵列组装件，其中传感器阵列耦合到电子器件。

背景技术

常用的传感器阵列包括光传感器、热传感器、及声传感器。声传感器的一示例是超声换能器。超声换能器组装件通常用于包括无损评估(NDE)和医疗诊断成像(例如，超声应用)的应用中。超声换能器组装件一般包括耦合到电子器件阵列的超声换能器阵列。该阵列可以是一维的(1D)(声元件的直线阵列或排)，以用于二维(2D)成像。类似地，该阵列可以是用于容积成像的2D阵列。超声换能器阵列一般包括数百个或数千个单独换能器。类似地，电子器件阵列包括数百个或数千个集成接口电路(或“单元”)，这些集成接口电路电耦合以提供换能器的电控制，用于波束形成、信号放大、控制功能、信号处理等。

压电换能器(PZT)是广泛使用的超声换能器类型。PZT传感器一般包括能够在受到电或机械应力时更改物理尺寸的压电陶瓷。制造换能器阵列和电子器件阵列并将两种阵列耦合在一起，提供了多个设计难题。基于半导体的专用集成电路(ASIC)一般以晶圆形式制造并被切割，提供多个芯片。PZT传感器一般通过切割陶瓷块材料来制造。通常，PZT传感器用陶瓷层、匹配材料和阻尼材料形成。每个传感器子阵列通常包括许多传感器。每个传感器子阵列或传感器阵列中的芯片通常耦合到集成电路芯片以提供对每个传感器的单独控制。由于有数百个或数千个传感器和芯片，每个具有无数的电连接，因此，此类传感器组装件的制造和组装可能是一个难题。这个难题在应用需要传感器组装件尺寸减少时变得更加艰巨。

专用集成电路上包含声阵列的成像换能器当前单独制造，需要对每个制造的换能器重复多个处理步骤。这种重复导致长制造周期并因而导致较高的产品成本。因此，希望提供一种能够一次制造多个电声换能器的过程。

发明内容

本发明的一个方面存在于一种制造多个超声换能器组装件的方法中。该方法包括将可图案化材料的一个或多个层施加到包含多个管芯的晶圆的至少部分表面。该方法进一步包括图案化可图案化材料以定义多个开口，其中每个开口与管芯中相应的一个对齐，在开口的相应一些中部署多个超声阵列，将超声阵列耦合到相应管芯以形成相应超声换能器组装件，以及分离超声换能器组装件以形成单独超声换能器组装件。

本发明的另一个方面存在于一种制造具有一维(1D)矩阵阵列或二维(2D)矩阵阵列的多个声换能器的方法中。该方法包括将抗蚀材料的一个或多个层施加到包含多个专用集成电路(ASIC)管芯的ASIC晶圆的至少部分表面。该方法进一步包括图案化抗蚀材料以定义多个开口，其中每个开口与ASIC管芯中相应的一个对齐，在开口的相应一些中部署声1D矩阵阵列或2D矩阵阵列，将声1D矩阵阵列或2D矩阵阵列耦合到相应ASIC管芯以形成相应声换能器，以及分割声换能器以形成具有1D矩阵阵列或2D矩阵阵列的单独声换能器。

附图说明

通过参照附图阅读以下具体描述，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，其中，相似符号贯穿附图表示相似部件，在附图中：

图1示意描绘了具有多个专用集成电路(ASIC)管芯的ASIC晶圆；

图2-6是ASIC晶圆的截面图，示出了根据本发明实施例的、用于制造超声换能器组装件的方法的处理步骤；

图7示意描绘了使用图2-6中示出的方法制造的四种单独换能器组装件；

图8示出了一个示范声叠层；

图9是用于在形成使用图2-6中示出的方法制造的超声换能器组装件中使用的凸点电镀ASIC管芯的顶视图；

图10是示出制造超声换能器组装件的方法的流程图；

图11和图12是示出图10中所示方法的额外可选步骤的流程图；

图13示出由切缝分离的五个直线排声元件；

图14示出声元件的示范二维阵列；以及

图15是图9中示出的凸点电镀ASIC管芯的截面图，并示意描绘了ASIC管芯的穿透硅通孔(TSV)。

具体实施方式

本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量、或重要性，而是用于元件间的彼此区分。本文所使用的术语“一”并不表示数量限制，而是表示至少一个所指项目的存在。与数量一起使用的修饰语“大约”包含所述值，并且具有上下文所规定的含义(例如，包括与具体数量的测量相关联的误差程度)。另外，术语“组合”包含混和、混合、合金、反应产物等。