[发明专利]一种超声换能器阵列封装结构和制作方法

说明书

本发明公开了一种超声换能器阵列封装结构及其制作方法，超声换能器阵列封装结构包括基体、金属化框架、以及位于金属化框架内的超声换能器阵列，基体设置在金属化框架的上方；金属化框架、超声换能器阵列、以及基体通过低温键合技术形成互联；基体包括焊点、钝化层、以及嵌入钝化层内的金属互连层，焊点在基体相对于金属化框架方向的另一侧；金属化框架与超声换能器阵列之间的空隙及表面，填充和覆盖有声学匹配层。本发明利用了半导体工艺分别制作了基体和金属化框架，并利用半导体封装工艺中的低温键合技术对超声换能器阵列进行了封装，避免了超声换能器阵列经受高温半导体制程和高温键合过程而导致的失效问题。

技术领域

本发明属于超声器件技术领域，尤其涉及一种超声换能器阵列封装结构及其制作方法。

背景技术

在超声检测和超声诊断中，超声图像的分辨率和超声的频率成正比，与超声换能器阵列的尺寸成反比，频率越高，图像分辨率越高，超声换能器阵列的尺寸越小，阵列中单个阵元之间的周期就越小，为超声换能器阵列探头的制作和封装的带来了巨大挑战。

现有的超声换能器阵列探头的制作方法是将换能器阵列和PCB(Printed CircuitBoard，印制电路板)或FPCB(Flexible Printed Circuit Board，柔性印制电路板)通过简单堆叠形，利用挤压去除多余不导电环氧树脂形成阵元和电路板焊盘上的互联，再通过换能器阵列侧面或表面金属薄层和外壳或引线键合的方式将换能器接地。这种制作方法存在诸多缺陷：其一，受限于PCB或FPCB上线路线宽线距的制作能力，超声换能器阵列阵元的大小和间距必须与PCB或FPCB兼容，导致无法制作高频超声换能器阵列；其二，当阵列是高频二维阵列时，需要多层PCB、FPCB或转接板将阵元信号一一引出，然而，随着电路板层数增多，超声换能器的性能会大幅度下降，严重影响器件成像功能；其三，现有的超声换能器阵列探头的封装制作方法是半自动化生产，只能小批量制作，生产成本高、周期长、严重依赖工程技术人员的经验和技术。

发明内容

基于此，有必要针对现有超声换能器阵列制作中存在的难以支持高密度、高频二维阵列的信号引出、可靠性较差的技术问题，提供一种超声换能器阵列封装结构和封装方法。

本发明提供一种超声换能器阵列封装结构，包括基体、金属化框架、以及位于所述金属化框架内的超声换能器阵列，所述基体设置在所述金属化框架的上方；

所述金属化框架、所述超声换能器阵列、以及所述基体通过低温键合技术形成互联，所述低温键合的键合温度低于超声换能器阵列居里温度的一半；

所述基体包括焊点、钝化层、以及嵌入所述钝化层内的金属互连层，所述焊点在基体相对于金属化框架方向的另一侧；

所述金属化框架与所述超声换能器阵列之间的空隙及表面，填充和覆盖有声学匹配层。

进一步地，所述低温键合技术为：通过各向异性导电胶实现的低温键合。

进一步地，所述低温键合技术为：通过金属间低温键合技术实现的低温键合。具体而言，金属间低温键合技术特指铜-铜键合、金-金键合等金属低温键合技术。

进一步地，所述基体和/或所述金属化框架的表面还设有凸点。

更进一步地，所述凸点为金属凸点或导电有机物凸点。

进一步地，所述超声换能器阵列包括周期性设置的超声换能器阵元和填充于所述超声换能器阵元之间空隙的有机填充物，所述焊点与所述有机填充物在竖直方向上对准。

更进一步地，所述有机填充物的填充高度小于等于所述超声换能器阵元的高度。