專利名稱：用于(多個(gè))微束形成器的重分布互連和醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的制作方法
用于(多個(gè))微束形成器的重分布互連和醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域本公開內(nèi)容基本上涉及醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)，并且尤其涉及(多個(gè))倒裝芯片微束形成器和醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的重分布(redistribution)互連。
技術(shù)背景在醫(yī)學(xué)超聲中，換能器陣列通常用于在超聲診斷成像期間發(fā)射和 接收超聲或聲波。直到前不久，大多數(shù)換能器陣列還包括一維(ID) 換能器元件陣列，用于詢問基本上為二維的感興趣區(qū)域。 一維陣列通 常包括高達(dá)數(shù)百個(gè)元件，沿著陣列的水平軸線性布置。施加到這些元 件和從這些元件接收的電信號(hào)的時(shí)間選擇和幅度控制了水平方向上的 聚焦和調(diào)整，而在正交的垂直方向上的聚焦由陣列的垂直高度和機(jī)械 透鏡的特性控制.最近，換能器陣列得到發(fā)展，通過在垂直方向上的控制改進(jìn)，提 供了改善的圖像質(zhì)量和/或新的成像模式。通過在水平方向(azimuth) 上的每個(gè)位置處在垂直方向上細(xì)分陣列元件而獲得所述改進(jìn)的控制。 例如，通過使用擴(kuò)大垂直孔、垂直聚焦和像差校正，可以獲得二維感 興趣區(qū)域的改進(jìn)圖像質(zhì)量；提供這些能力的陣列通常分別稱作1.25D、 1.5D和1.75D。 一般而言，這些陣列中的元件在垂直方向上比在水平方 向上大數(shù)倍。體積成像，即基本上為三維的感興趣區(qū)域的詢問，通過使用2D陣 列而獲得，其中每個(gè)元件的垂直高度約等于或甚至小于其水平寬度。 雖然在這些更新類型的換能器陣列的每個(gè)之間存在顯著差別，由于它 們物理上包括換能器元件的二維陣列而不是換能器元件的一維陣列， 它們都區(qū)別于常規(guī)陣列。此外如在此所述，術(shù)語(yǔ)"二維，，和"2D"用 于表示元件的物理布置，并不在任何方面暗示控制這些元件使其發(fā)射 聲束進(jìn)入感興趣區(qū)域和從感興趣區(qū)域接收聲信號(hào)的方式。現(xiàn)有技術(shù)的二維陣列通常包括具有數(shù)千換能器元件的平面陣列。在一種類型的二維超聲換能器設(shè)計(jì)中，使用導(dǎo)電突塊通過"倒裝芯片" 技術(shù)，將陣列的所有換能器元件附著并單獨(dú)電連接到集成電路(IC)
的表面。該"微束形成器"IC提供了對(duì)元件的電控制，諸如，用于束形成、信號(hào)放大等，并且提供了將數(shù)千陣列元件接口到最多具有數(shù)百 個(gè)信號(hào)處理通道的超聲系統(tǒng)的手段。此處使用的術(shù)語(yǔ)"倒裝芯片"用 于描述使用諸如焊球的小導(dǎo)電突塊的電互連。圖1中示出了超聲換能器的已知設(shè)計(jì)的一個(gè)范例。超聲換能器IO 包括聲學(xué)元件12的平面陣列，這些聲學(xué)元件經(jīng)由倒裝芯片導(dǎo)電突塊16 耦合到集成電路14的表面。倒裝芯片底層填料(underfill)材料18包 括在集成電路14和聲學(xué)元件12的平面陣列之間的區(qū)域中，圍繞倒裝 芯片導(dǎo)電突塊16。換能器10還包括換能器底座20和互連電纜22?；?連電纜22用于在集成電路14和外部電纜(未示出)之間進(jìn)行互連。 使用本領(lǐng)域中已知技術(shù)，諸如經(jīng)由通過引線接合的導(dǎo)線24，將集成電 路14電耦合到互連電纜22。圖2是本領(lǐng)域中已知的圖1中超聲換能器IO的一部分的示意性橫 截面視圖。微束形成器IC 14上的接合焊盤的節(jié)距與換能器陣列12的 元件的節(jié)距相同。這里，如上所述，超聲換能器10包括聲學(xué)元件12 的平面陣列，這些聲學(xué)元件經(jīng)由倒裝芯片突塊16耦合到集成電路14 的表面。倒裝芯片底層填料材料18包括在集成電路14和聲學(xué)元件12 的平面陣列之間的區(qū)域中，圍繞倒裝芯片導(dǎo)電突塊16。用于微束形成器的倒裝芯片結(jié)構(gòu)提供了大量?jī)?yōu)于其它互連方法的 優(yōu)點(diǎn)。不幸的是，僅有倒裝芯片結(jié)構(gòu)可能不適于所有微束形成器應(yīng)用。 例如，存在諸如高頻超聲換能器陣列之類的應(yīng)用，其中可能不能在單 個(gè)換能器元件的空間印跡(footprint)中為換能器陣列元件安裝所有必 須的微束形成器電子裝置。另外，彎曲陣列對(duì)倒裝芯片結(jié)構(gòu)提出了巨大的挑戰(zhàn)。例如，彎曲 陣列不提供用于倒裝芯片接合的平坦表面。因此，將倒裝芯片結(jié)構(gòu)用 于彎曲陣列面臨巨大的挑戰(zhàn)。此外，倒裝芯片結(jié)構(gòu)要求換能器陣列和微束形成器IC是節(jié)距匹配 的。因此，每個(gè)換能器陣列必須具有特有的微束形成器IC。因此，對(duì) 特有微束形成器IC的要求不希望地限制了再使用的機(jī)會(huì)，增加了開發(fā) 成本并且增加了進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。更進(jìn)一步，芯片平鋪(tiling)是用于支持大于微束形成器IC的最 大尺寸的換能器陣列的一種方法。芯片平鋪可以允許使用較小的IC芯 片，伴隨的效果是增加了 IC制造的產(chǎn)出率和較低的成本。然而，當(dāng)頻率增加時(shí)，對(duì)準(zhǔn)精度和容差要求變得更為嚴(yán)格。因此，需要一種改進(jìn)的方法和裝置，用于具有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的微束形成器IC,以克服本領(lǐng)域中的問題。發(fā)明內(nèi)容本公開內(nèi)容的實(shí)施例，通過提供一種手段，將微束形成器集成電 路芯片受到的空間限制與換能器陣列受到的空間限制分離，解決了上 面所提到的問題。根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，超聲換能器包括一 個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片、聲學(xué)元件陣列以及在該一個(gè)或多 個(gè)集成電路芯片和聲學(xué)元件陣列之間經(jīng)由倒裝芯片突塊耦合的重分布 互連。該一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片每一個(gè)都包括多個(gè)接合 焊盤，相鄰焊盤以第一節(jié)距設(shè)置隔開。該陣列的聲學(xué)元件中相鄰的元 件以第二節(jié)距設(shè)置隔開，該第二節(jié)距設(shè)置不同于第一節(jié)距設(shè)置。另外， 重分布互連經(jīng)由倒裝芯片突塊在第一側(cè)連接到所述一個(gè)或多個(gè)微束形 成器集成電路芯片。該重分布互連經(jīng)由倒裝芯片突塊在第二側(cè)耦合到 換能器元件陣列。該重分布互連在該一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路 芯片的接合焊盤(具有第一節(jié)距設(shè)置)與所述陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng) 那些(具有第二節(jié)距設(shè)置)之間提供互連。根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例，超聲換能器包括一個(gè)或多個(gè)微束 形成器集成電路芯片、聲學(xué)元件的彎曲陣列以及該第一個(gè)或多個(gè)集成 電路芯片和聲學(xué)元件陣列之間的經(jīng)由倒裝芯片突塊耦合的重分布互 連。在該實(shí)施例中，重分布互連提供了從換能器陣列的彎曲表面和所 述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的平坦表面的幾何重映射(remapping)。


圖1是本領(lǐng)域中已知的超聲換能器的平面視圖，包括使用微束形 成器IC和聲學(xué)元件之間的倒裝芯片互連而制造的2D陣列；圖2是本領(lǐng)域中已知的超聲換能器一部分的示意性橫截面視圖； 圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的超聲換能器的平面圖，特 征在于重分布互連；
圖4是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，圖3的重分布互連在水平 方向上的分解平面圖；圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，圖3的重分布互連在垂直 方向上的平面圖；圖6是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例，圖3的重分布互連在垂直 方向上的平面圖；圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的重分布互連的一部分 的示意性平面圖，其中微束形成器節(jié)距大于換能器陣列節(jié)距；圖8是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，圖7的重分布互連在垂直 方向上的示意性平面圖；圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例，圖7的重分布互連在垂直 方向上的示意性平面圖；圖IO是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例的超聲換能器的平面圖，特 征在于用于兩個(gè)或更多個(gè)微束形成器的重分布互連；圖11-13示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的更多實(shí)施例，用于兩個(gè)或更多個(gè) 微束形成器的重分布互連的一部分的示意性平面圖；圖14是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例的重分布互連的平面圖；圖15是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的彎曲線性陣列超聲換能器 的平面圖，特征在于重分布互連；圖16是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例，用于彎曲線性陣列超聲換 能器的重分布互連的一部分的示意性平面圖；圖17是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例，圖16的重分布互連的頂 視圖；圖18是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的彎曲線性陣列超聲換能器 的平面圖，特征在于用于兩個(gè)或更多個(gè)微束形成器的重分布互連；以 及圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有超聲換能器的超聲診斷成 像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。附圖中，相同的參考數(shù)字指代相同的元件。另外，應(yīng)當(dāng)注意到， 附圖未按比例描繪。
具體實(shí)施方式
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，將專用互連重分布級(jí)引入到具有微束形成器IC的超聲換能器陣列的聲學(xué)堆棧中?；ミB重分布級(jí)包括重分布連接，它 與在互連重分布?jí)K的一個(gè)表面處的換能器陣列在水平和垂直兩個(gè)方向都是節(jié)距匹配的，且與在互連重分布?jí)K的第二表面處的微束形成器IC是節(jié)距匹配的，其中換能器陣列的換能器元件在水平和垂直方向的節(jié)距，不同于微束形成器IC的相應(yīng)電接觸點(diǎn)或接合焊盤在水平和垂直方向的節(jié)距。換句話說，通過圖形化互連塊的互連層中的互連跡線和/或 對(duì)準(zhǔn)在互連塊的頂部和底部具有不同節(jié)距的互連層的金屬線，該互連 重分布級(jí)在重分布互連塊的頂部和底部(或者，備選地，側(cè)面)提供 不同的互連節(jié)距。此外，在相同的表面上垂直和水平節(jié)距可以不同， 其中，為簡(jiǎn)單起見，垂直節(jié)距和水平節(jié)距一同稱為特定表面上的節(jié)距 設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中，互連重分布?jí)K包括多層重分布互連塊。使用多 層平面互連構(gòu)建該塊，其中所述多個(gè)層在該多個(gè)層的各層之間沒有互 連。每層包括平面內(nèi)圖形，該平面內(nèi)圖形提供了換能器陣列和微束形 成器(或多個(gè)微束形成器)的特定組合的給定節(jié)距重分布。另外，例如使用常規(guī)印刷電路板(PCB)和/或柔性電路板制造技術(shù)，可以制造 該平面互連的每層。圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式，特征在于重分布互連(或 互連塊)32的超聲換能器30的平面圖?；ミB塊32能夠?qū)崿F(xiàn)聲學(xué)元件 34的陣列的連接，該陣列的陣列印跡不同于微束形成器IC 38的倒裝 芯片連接36的印跡。在一個(gè)實(shí)施例，例如，通過層疊大量印刷電路板 或者使用另一相似處理，如在此進(jìn)一步討論的，產(chǎn)生圖3的互連塊32。 通過創(chuàng)建三維導(dǎo)線框(例如，4吏用立體光刻(stereolithography))， 并且使用合適的絕緣材料(例如環(huán)氧樹脂)填充導(dǎo)線之間的空間，可 以以基本上三維的方式形成互連塊32。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲換能器30包括聲學(xué)元件34的平面陣列， 所述聲學(xué)元件34經(jīng)由互連塊32和倒裝芯片導(dǎo)電突塊耦合到微束形成 器集成電路38的表面。具體而言，例如，如圖3中的圓形視圖中所示 的，聲學(xué)元件34的平面陣列的換能器元件經(jīng)由倒裝芯片導(dǎo)電突塊而耦 合到互連塊32的第一表面。在圖3的圓形視圖中，換能器元件35經(jīng) 由倒裝芯片突塊37耦合到互連塊32的導(dǎo)電跡線52,還包括芯片倒裝 底層填料材料39。另外，微束形成器IC 38的接合焊盤經(jīng)由倒裝芯片 導(dǎo)電突塊36耦合到互連塊32的第二表面。倒裝芯片底層填料材料40 可以包括在集成電路38和互連塊32的底面之間的區(qū)域中，圍繞倒裝 芯片導(dǎo)電突塊36。換能器30還包括換能器底座42和互連電纜44?；?連電纜44用于在集成電路38和外部電纜(未示出)之間進(jìn)行互連。 使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)，諸如經(jīng)由引線結(jié)合的導(dǎo)線46,將集成電路 38電耦合到互連電纜44。圖4是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，圖3的重分布互連32的分 解平面圖32-l。具體而言，重分布互連32-l包括多層層疊互連塊。該 層疊互連塊包括多個(gè)互連層50。每層互連層50包括互連跡線52，跡 線52被圖形化成提供第一表面54處的微束形成器集成電路芯片38的 接合焊盤和第二表面56處的聲學(xué)元件34陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng)那些 之間的電信號(hào)重分布?；ミB層50還包括給定厚度尺寸，并且在接近第 一和第二表面(54， 56)的區(qū)域中分隔開(這可能是合適的)，以提 供各個(gè)表面處相鄰互連層50之間的互連跡線52的合適間隔。另外， 互連層50可以包括柔性印刷電路板、剛性印刷電路板或柔性和剛性印 刷電路板的組合，或者具有圖形化的互連跡線的其它平面結(jié)構(gòu)。例如通過可能是合適的任何適合的隔離材料(未示出)，可以實(shí) 現(xiàn)相鄰互連層之間的互連層間隔，其中隔離材料放置成至少靠近第一 和第二表面(54, 56)，從而在各個(gè)表面處在垂直方向上提供相鄰互 連層之間的互連跡線52的合適間隔。例如，隔離材料可以包括具有適 當(dāng)厚度的粘合劑或其它合適材料，第一表面54處在垂直方向上相鄰的 互連層之間的適當(dāng)間隔確保第一表面處的互連跡線正確地對(duì)準(zhǔn)微束形 成器IC 38的接合焊盤中相應(yīng)的那些。此外，第二表面56處在垂直方 向上相鄰互連層之間的適當(dāng)間隔確保第二表面處的互連跡線正確地對(duì) 準(zhǔn)換能器陣列34的換能器元件中相應(yīng)的那些.在圖4所示的實(shí)施例中，重分布互連32-l包括多層層疊互連塊。 注意，每層獨(dú)立互連層50上的互連跡線52僅可以提供垂直或水平方 向之一上的重分布。如在此上面討論的，還可能必須提供互連層之間 的另一方向上的互連重分布。因此，重分布互連的間隔開的層疊多層 平面層提供了平面外(out of plane)重分布。除了使用如上討論的隔 離材料之外，層疊多層塊可以包括在重分布互連的頂部和底部上分別 具有第一和第二間隔的板，以在相鄰平面互連層之間提供必須的間隔，還在頂部和底部背墊板(backingplate)之間具有縫隙，以允許平 面外重分布。圖5示出了用于在互聯(lián)層之間的方向上實(shí)現(xiàn)互連重分布的技術(shù)。 如圖所示，圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容一個(gè)實(shí)施例，在垂直方向上的圖3 的重分布互連32的平面視圖32-2?；ミB層50插入框架60中，該框架 60在框架60的一端64在相鄰互連之間使用第一節(jié)距隔開互連層50， 在框架60的另一端66在相鄰互連之間使用第二節(jié)距隔開互連層50。 然后，將環(huán)氧樹脂或其它合適的材料分配(dispense)到框架中并且進(jìn) 行固化。在對(duì)已分配的材料進(jìn)行固化之后，通過機(jī)械加工或其他合適 的處理去除框架60以制造圖3的重分布互連塊32。備選地，參考圖5的實(shí)施例，可以使用多層中的非導(dǎo)電材料中鑄 造的金屬部件而形成重分布互連32-2。然后，層疊該多個(gè)層以形成重 分布互連。例如，金屬部件可以包括每層都具有多個(gè)金屬引線的引線 框架。圖6是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例，重分布互連32-3的一部分 在垂直方向上的平面視圖。在該實(shí)施例中，通過層疊柔性互連層形成 重分布互連塊。每層互連層50上的互連跡線(未示出)僅在垂直或水 平方向之一上提供重分布。在該實(shí)施例中，在另一方向上的重分布通 過在互連塊的兩端使用不同隔離物(70、 72)層疊互連層50來提供。 互連塊32-3第一端74處的隔離物70設(shè)置節(jié)距以與微束形成器IC的接 合焊盤的節(jié)距相匹配，同時(shí)互連塊32-3第二端76處的隔離物72設(shè)置 節(jié)距以與2D換能器陣列(未示出)的換能器元件的節(jié)距相匹配。在迄今提出的實(shí)施例中，陣列元件的節(jié)距描述為大于微束形成器 IC電路的節(jié)距，陣列元件通過重分布互連而連接到所述電路。如上所 述，還存在微束形成器IC的節(jié)距大于陣列元件節(jié)距的情況；例如，高 頻陣列具有小元件，而支持所需電路功能所需的微束形成器IC電子裝 置可以大于陣列元件。圖4-6中所示的重分布互連實(shí)施例也可以在陣列節(jié)距小于微束形 成器IC節(jié)距時(shí)使用。圖7-9示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的其他實(shí)施例，用 于微束形成器IC的重分布互連的一部分的示意性平面圖。圖7示出了 重分布互連32-4的一部分的平面圖，其中微束形成器節(jié)距大于換能器
陣列節(jié)距。具體而言，重分布互連32-4包括具有多層互連層50 (為簡(jiǎn) 單起見僅示出一層)的多層層疊互連塊。每層互連層50包括互連跡線 52，互連跡線52被圖形化成在第一表面54處的微束形成器集成電路 芯片的接合焊盤和第二表面56處聲學(xué)元件陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng)那些 之間提供電信號(hào)重分布。如圖7中所示，接近笫一表面54 (相應(yīng)于微 束形成器IC 138)的互連跡線52的節(jié)距大于接近第二表面56(相應(yīng)于 換能器陣列134)的互連跡線52的節(jié)距。這里，與上面參考圖5所討論的相似，圖8示出了用于在互連層 之間的方向上實(shí)現(xiàn)互連重分布的技術(shù)。如圖所示，圖8是根據(jù)本公開 內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，圖7的重分布互連32-4在垂直方向上(垂直于水 平方向)的平面圖32-5。將互連層50插入框架60中，該框架60在框 架60—端64處在相鄰互連之間使用第一節(jié)距隔開互連層50，在框架 60另一端66處在相鄰互連之間使用第二節(jié)距隔開互連層50。然后， 將環(huán)氧樹脂或其它合適的材料分配到框架中并且進(jìn)行固化.在對(duì)已分 配的材料進(jìn)行適當(dāng)固化之后，通過機(jī)械加工或其他合適的處理去除框 架60。如圖8中所示，接近第一表面54 (相應(yīng)于微束形成器IC 138) 的互連層50 (因此，相鄰互連層之間的互連跡線)的節(jié)距，大于接近 第二表面56 (相應(yīng)于換能器陣列134)的互連層50 (因此，相鄰互連 層之間的互連跡線)的節(jié)距。這里，與上面參考圖6所討論的相似，圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的 又一實(shí)施例，重分布互連32-6的一部分在垂直方向(垂直于水平方向) 的平面圖。在該實(shí)施例中，通過層疊柔性互連層而形成重分布互連塊。 每層互連層50上的互連跡線(未示出)僅在垂直或水平方向之一上提 供重分布。在該實(shí)施例中，在另一方向上的重分布通過在互連塊的兩 端使用不同隔離物(70、 72)層壓互連層50而提供?；ミB塊32-6第一 端54處的隔離物70設(shè)置節(jié)距以與微束形成器IC的接合焊盤的節(jié)距相 匹配，同時(shí)互連塊32-6第二端56處的隔離物72設(shè)置節(jié)距以與2D換能 器陣列134的換能器元件的節(jié)距相匹配。如圖9中所示，接近第一表 面54 (相應(yīng)于微束形成器IC138)的互連層50 (因此，相鄰互連層之 間的互連跡線)的節(jié)距，大于接近第二表面56(相應(yīng)于換能器陣列134) 的互連層50(因此，相鄰互連層之間的互連跡線)的節(jié)距。圖10是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的超聲換能器80的平面
圖，所述超聲換能器80特征在于用于將換能器陣列84耦合到兩個(gè)或 多個(gè)微束形成器IC (86、 88)的重分布互連82。在該實(shí)施例中，單個(gè) 換能器陣列84和多個(gè)微束形成器IC (86、 88)連接到重分布互連(或 互連塊)82。該重分布互連82可以包括類似于在此參考圖4-6所述的 實(shí)施例的充分布互連，其中對(duì)重分布互連82配置成，在第一側(cè)為多個(gè) 微束形成器IC(86、 88)的接合焊盤提供所需的節(jié)距匹配，同時(shí)在第 二側(cè)為2D換能器陣列84的換能器元件提供所需的節(jié)距匹配。因此， 該實(shí)施例能夠制造很大元件數(shù)的換能器.此外，可以使用多于兩個(gè)微 束形成器IC。圖11-13分別示出了根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的用于兩個(gè)或更多微 束形成器IC(86、 88)的重分布互連82-l、 82-2和82-3的一部分的示 意性平面圖。圖11的實(shí)施例類似于圖4的實(shí)施例，包括多層印刷電路 板疊層，并具有下列差別。在該實(shí)施例中，換能器陣列元件的節(jié)距小 于所述兩個(gè)或更多個(gè)平鋪的微束形成器IC (86、 88)的接合焊盤的節(jié) 距。圖12的實(shí)施例類似于圖5的實(shí)施例，包括在非導(dǎo)電材料中鑄造的 金屬部件的層疊層，并具有下列差別.在該實(shí)施例中，換能器陣列元 件的節(jié)距小于所述兩個(gè)或更多個(gè)微束形成器IC (86、 88)的接合焊盤 的節(jié)距。圖13的實(shí)施例類似于圖6的實(shí)施例，具有層疊互連層50和隔離物 (70、 72),并且具有下列差別。在該實(shí)施例中，換能器陣列元件的 節(jié)距小于所述兩個(gè)或多個(gè)微束形成器IC (86、 88)的接合焊盤的節(jié)距。 在互連塊中使用柔性電路還為兩個(gè)互連表面彼此不平行的情況形 成重分布互連提供機(jī)會(huì)。在圖14中示出了這種重分布互連90，其中每 層互連層50在第一表面92和第二表面94之間經(jīng)歷例如直角彎曲，如 標(biāo)記96所指示。在該實(shí)施例中，第一表面包括方向垂直于第二表面94 的兩個(gè)表面92-1和92-2。這種方法在如下的應(yīng)用中是有優(yōu)勢(shì)的，其中， IC所需要的表面積大于甚至使用重分布互連時(shí)換能器陣列后面可以提 供的表面積。圖15是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例，特征在于重分布互連102 的彎曲線性陣列超聲換能器100的平面圖。該實(shí)施例類似于在此參考 圖3-6討論和描述的實(shí)施例，然而，應(yīng)用到彎曲二維換能器陣列104。
在該實(shí)施例中，換能器陣列104的元件形成彎曲表面，同時(shí)，微束形 成器IC 38的表面是平坦表面。重分布互連102提供了將彎曲換能器陣 列104連接到平面微束形成器IC38所需的物理重映射(remap)。因 此，圖15的實(shí)施例允許彎曲換能器陣列設(shè)計(jì)。用于建立重分布互連102 的技術(shù)可以從圖4-9中所述的實(shí)施例中獲得，具有為換能器陣列104提 供彎曲表面的附加特征。圖16包括根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實(shí)施例，用于彎曲線性陣列超聲 換能器100-1的重分布互連102-1的一部分的示意性平面圖。重分布互 連102-1包括類似于在此上面參考圖3-6描述和討論的用于信號(hào)重分布 的實(shí)施例的重分布互連。具體而言，重分布互連102-1為彎曲換能器陣 列104的每個(gè)元件35提供了單獨(dú)的垂直布置的導(dǎo)電跡線52，如圖16 中所示。彎曲換能器陣列104的換能器元件35耦合到互連塊102-1的 相應(yīng)導(dǎo)電跡線52.另外，微束形成器IC 38的接合焊盤經(jīng)由倒裝芯片 導(dǎo)電突塊36耦合到重分布互連102-1的另一表面。倒裝芯片底層填料 材料40可以包括在集成電路38和重分布互連塊102-1的底面之間的區(qū) 域中，圍繞倒裝芯片導(dǎo)電突塊36。對(duì)彎曲陣列而言，制作2D彎曲陣列時(shí)的主要挑戰(zhàn)在于在換能器陣 列104的各個(gè)元件35與重分布互連102-1中各個(gè)導(dǎo)線52之間提供互 連。換能器陣列104必須足夠柔軟以符合重分布互連102-1的彎曲表 面。在一個(gè)實(shí)施例中，用于實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是使用復(fù)合材料形 成換能器陣列104。復(fù)合材料使用在本領(lǐng)域中已知的技術(shù)形成，并且足 夠柔軟，使得換能器陣列104可以符合重分布互連102-1的相應(yīng)彎曲表 面。 一旦換能器陣列104符合并接合到重分布互連102-1的彎曲表面， 將陣列切成各個(gè)元件35.構(gòu)建彎曲一維陣列的一般方法是在一種材料構(gòu)成的襯底或"載 體"上構(gòu)建平面陣列，當(dāng)所述材料足夠薄時(shí)，它也足夠柔軟，從而可 以符合所需的曲率半徑。由于制造容差，將陣列分成各個(gè)元件的劃片 切口通常也進(jìn)入栽體，但是必須保留一定的載體厚度，以在陣列元件 永久地接合成彎曲形式之前的后續(xù)處理過程中為陣列元件提供機(jī)械支 撐。因此，如果載體導(dǎo)電并且均勻，到各個(gè)元件的電學(xué)連接不能通過 載體產(chǎn)生，并且因此載體必須是陣列的所有元件的共用電極。仍然參考圖16，根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的彎曲陣列超聲換 能器提供了具有非均勻電導(dǎo)性的載體。載體從其頂面穿過其厚度到達(dá)其背面提供分離的互連。例如，載體可以包括具有分離的通孔37的柔 性電路39，分離的通孔37為每個(gè)表面上的每個(gè)元件35連接互連焊盤 (圖16-1)。載體襯底足夠厚，以在使陣列符合所需曲率半徑(圖16-2) 以及將其接合到重分布互連(圖16-3)所需的處理過程中，為陣列提 供機(jī)械支撐。在一些情況下，栽體的存在提供了在載體部件中包括一些附加功 能的機(jī)會(huì)。例如，二維陣列可以以關(guān)于垂直尺度的中心對(duì)稱的方式操 作；即，在每個(gè)特定水平位置，其中成對(duì)的、與垂直方向的中心距離 相等的兩個(gè)元件電學(xué)地連接在一起。這里，這種形式稱為"成行配對(duì) (row pairing )"，通常用于擴(kuò)張孔(1.25D )和垂直聚焦(1.5D)應(yīng) 用中。在載體中包括成行配對(duì)的互連，使必須通過重分布互連導(dǎo)出換 能器的電學(xué)信號(hào)的數(shù)目減少一半。圖17是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施 例的包括成行配對(duì)的互連的載體的示意性圖示。在圖17中，栽體IOI 包括柔性電路，該電路至少具有兩層互連層103 (僅示出一層)以及在 該至少兩層互連層之間提供連接的通孔105。頂層互連層包括用于連接 到換能器陣列(未示出)的表面焊盤106。(多個(gè))下層互連層具有用 于連接到重分布互連的烊盤，以及成行配對(duì)的元件連接107。通過在除 了頂層的互連層上保持成行配對(duì)的元件連接，分離各個(gè)陣列元件的劃 片切口 108可以稍稍向下伸入載體材料，而切斷成行配對(duì)的元件連接。 在包括結(jié)合到重分布互連的后續(xù)處理期間，互連層的剩余載體材料為 換能器陣列提供機(jī)械支撐。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然柔性栽體是彎曲二維陣列的該實(shí)施例的必要部 件，但是具有成行配對(duì)的元件連接的載體也可有利地用于平面陣列， 以減少必須通過重分布互連從陣列出來的電學(xué)連接的數(shù)量。然而在該 情況下，載體的柔性是附帶的，載體可以由非柔性材料制成。還應(yīng)當(dāng)注意到，尤其對(duì)于高頻陣列，元件的水平節(jié)距可能過小而 不允許成行配對(duì)的元件連接包括在載體中。在這種情況下，成行配對(duì) 的元件連接可以形成在與陣列對(duì)立的重分布互連的表面上，在這里互 連的節(jié)距可以較大，并且重分布互連焊盤的位置不需要與陣列元件的 位置相同。圖18是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實(shí)施例的彎曲線性陣列超聲換能器 110，特征在于用于將換能器陣列114耦合到兩個(gè)或多個(gè)微束形成器IC (116、 118)的重分布互連112。在該實(shí)施例中，單個(gè)彎曲換能器陣列 114和多個(gè)微束形成器IC (116、 118)連接到重分布互連(或互連塊) 112。該重分布互連可以包括類似于在此參考圖15和16所述實(shí)施例的 重分布互連，進(jìn)一步應(yīng)用到兩個(gè)或多個(gè)平鋪的微束形成器IC (116、 118)。例如，對(duì)重分布互連112進(jìn)行配置，用于在第一側(cè)為多個(gè)微束 形成器IC(116、 118)的接合焊盤提供所需的節(jié)距匹配，同時(shí)為相對(duì) 側(cè)的彎曲2D換能器陣列114的換能器元件提供所需的節(jié)距匹配。因 此，該實(shí)施例允許制作很大元件數(shù)的彎曲換能器。此外，可以使用兩 個(gè)以上的微束形成器IC,用于構(gòu)建重分布互連112的技術(shù)可以從圖 11-13中所示的實(shí)施例中獲得，具有為換能器陣列114提供彎曲表面的 附加特征。圖19是根據(jù)本公開內(nèi)容的具有超聲換能器的超聲診斷成像系統(tǒng) 150的結(jié)構(gòu)圖。超聲診斷成像系統(tǒng)150包括基底單元152，適于與超聲 換能器探頭154—同使用。超聲換能器探頭154包括超聲換能器156， 其中超聲換能器156包括如在此參考圖3-18所討論的實(shí)施例之一。基 底單元152包括合適的電子裝置，用于根據(jù)特定超聲診斷應(yīng)用的要求 執(zhí)行超聲診斷成像。超聲換能器探頭154，經(jīng)由合適的連接158，耦合 到基底單元152，所述合適的連接例如是電纜、無線連接或其他合適的 裝置。超聲診斷成像系統(tǒng)150可以用于執(zhí)行各種類型的醫(yī)學(xué)診斷超聲 成像。此外，超聲換能器應(yīng)用可以包括心臟應(yīng)用、腹部應(yīng)用、經(jīng)食道 (TEE)應(yīng)用，或者其他診斷或治療超聲應(yīng)用.還應(yīng)當(dāng)注意到，包括重分布互連的材料可以設(shè)計(jì)成超聲換能器的 聲學(xué)設(shè)計(jì)的一部分。例如，重分布互連可以設(shè)計(jì)成具有特定衰減、聲 速、聲阻抗等，這對(duì)換能器陣列的聲學(xué)性能具有有利的貢獻(xiàn)。根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例，提供了倒裝芯片結(jié)構(gòu)的很多優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)通過將專用互連重分布?jí)K(或重分布互連)引入聲學(xué)堆棧而解決一 些其限制。如在此所用， 一些實(shí)施例中與聲學(xué)元件陣列的連接描述成 倒裝芯片連接，然而，連接機(jī)制也可以包括不同于倒裝芯片連接的機(jī) 制。即，術(shù)語(yǔ)"倒裝芯片"也可以指使用導(dǎo)電突塊之外的結(jié)構(gòu)的電學(xué) 互連。本實(shí)施例還允許二維(2D)陣列可能應(yīng)用于這樣的微束形成器 IC，所述微束形成器IC具有允許或者適于包括重分布互連塊的額外尺 寸和重量的形狀因數(shù)。此外，聲學(xué)元件的陣列可以具有不同于所述一 個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的印跡的形狀。本實(shí)施例有利地提供了平面二維陣列幾何形狀到到不同的平面集成電路(IC ) ASIC幾何形狀的映射。該實(shí)施例還用于將彎曲二維陣列 幾何形狀映射到不同的平面集成電路(IC)幾何形狀，在另一實(shí)施例 中，該ASIC基本上位于聲學(xué)換能器的"陰影"中，而不是橫向布置。 雖然上面僅詳細(xì)描述了少數(shù)典型實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于 意識(shí)到，實(shí)質(zhì)上不脫離本公開內(nèi)容的實(shí)施例的新教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)，可以在 典型實(shí)施例中進(jìn)行許多修改。因此，所有這種修改都將包括在如下權(quán) 利要求書中所定義的本公開內(nèi)容的實(shí)施例的范圍中。在權(quán)利要求書 中，裝置-加-功能從句意為覆蓋了在此所描述的執(zhí)行所述功能的結(jié) 構(gòu)，并且不僅覆蓋結(jié)構(gòu)的等效，而且還覆蓋等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種超聲換能器，包括一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，該一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片每一個(gè)都包括多個(gè)接合焊盤，相鄰的接合焊盤在水平和垂直方向上分開第一節(jié)距設(shè)置；聲學(xué)元件陣列，該聲學(xué)元件陣列包括聲學(xué)元件的二維陣列，并且其中相鄰的聲學(xué)元件在水平和垂直方向上分開第二節(jié)距設(shè)置，該第二節(jié)距設(shè)置不同于第一節(jié)距設(shè)置；以及重分布互連，在該重分布互連的第一側(cè)經(jīng)由導(dǎo)電元件電學(xué)地耦合到所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，并且在第二側(cè)經(jīng)由導(dǎo)電元件電學(xué)地耦合到換能器元件陣列，該重分布互連在具有第一節(jié)距設(shè)置的所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤和具有第二節(jié)距設(shè)置的所述陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng)那些之間提供互連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的超聲換能器，其中對(duì)所迷重分布互連進(jìn)行配 置，使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述聲學(xué)元件陣列與所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集 成電路芯片的電學(xué)耦合，該聲學(xué)元件陣列具有不同于該一個(gè)或多個(gè)微 束形成器集成電路芯片的印跡的形狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的超聲換能器，其中所述重分布互連包括多層 層疊互連塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的超聲換能器，其中所述層疊互連塊包括多個(gè) 互連層，并且每層互連層包括互連跡線，所述互連跡線被圖形化以在 所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤的一部分和所述 聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部分之間提供電信號(hào)重分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的超聲換能器，其中互連層還包括柔性或剛性 印刷電路板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l的超聲換能器，其中重分布互連包括塊，所述 塊包括多層平面互連，其中所述多個(gè)層在該多個(gè)層的各個(gè)層之間沒有 互連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的超聲換能器，其中每層包括平面內(nèi)圖形化的 導(dǎo)體，該平面內(nèi)圖形化的導(dǎo)體提供換能器陣列元件和所述一個(gè)或多個(gè) 微束形成器集成電路芯片的特定組合的給定信號(hào)重分布。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l的超聲換能器，其中重分布互連包括在非導(dǎo)電材料中鑄造的多個(gè)導(dǎo)體。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的超聲換能器，其中所述多個(gè)導(dǎo)體中的每一個(gè) 提供所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤的一部分和 聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部分之間的電信號(hào)重分布。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲換能器，其中所述重分布互連包括平 面外重分布?jí)K，其包括環(huán)氧樹脂填充的引線框架、印刷電路板或柔性 電路板互連層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲換能器，其中聲學(xué)元件陣列包括聲學(xué) 元件的線性陣列或聲學(xué)元件的彎曲陣列.
12、 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲換能器，其中所述一個(gè)或多個(gè)微束形 成器包括兩個(gè)集成電路芯片。
13、 一種超聲換能器，包括一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，該一個(gè)或多個(gè)微束形成器 集成電路芯片每一個(gè)都包括多個(gè)接合焊盤，相鄰的接合焊盤在水平和 垂直方向上分開第一節(jié)距設(shè)置；聲學(xué)元件陣列，該聲學(xué)元件陣列包括聲學(xué)元件的二維陣列，并且 其中相鄰的聲學(xué)元件在水平和垂直方向上分開第二節(jié)距設(shè)置，該第二 節(jié)距設(shè)置不同于第一節(jié)距設(shè)置，進(jìn)一步，其中該聲學(xué)元件陣列包括聲 學(xué)元件平面陣列或聲學(xué)元件彎曲陣列；以及重分布互連，在該重分布互連的第一側(cè)經(jīng)由導(dǎo)電元件電學(xué)地耦合 到所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，并且在第二側(cè)經(jīng)由導(dǎo)電 元件電學(xué)地耦合到換能器元件陣列，該重分布互連在具有第一節(jié)距設(shè) 置的所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤和具有第二 節(jié)距設(shè)置的所述陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng)那些之間提供互連，其中該重 分布互連配置成能夠?qū)崿F(xiàn)所述聲學(xué)元件陣列與所述一個(gè)或多個(gè)微束形 成器集成電路芯片的電學(xué)耦合，該聲學(xué)元件陣列具有不同于所述一個(gè) 或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的印跡的形狀。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的超聲換能器，其中所述重分布互連包括多 層層疊互連塊或者非導(dǎo)電材料中鑄造的多個(gè)導(dǎo)體。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的超聲換能器，其中所述層疊互連塊包括多 個(gè)印刷電路板，并且每個(gè)印刷電路板提供所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器 集成電路芯片的接合焊盤的一部分和所述聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部分之間的電信號(hào)重分布。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14的超聲換能器，其中所述多個(gè)導(dǎo)體中的每一 個(gè)提供所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤的一部分 和所述聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部分之間的電信號(hào)重分布。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14的超聲換能器，其中所述重分布互連包括重 分布?jí)K，其包括環(huán)氧樹脂填充的引線框架、印刷電路板或柔性電路板 互連層。
18、 一種制造超聲換能器的方法，包括提供一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，該一個(gè)或多個(gè)微束形 成器集成電路芯片每一個(gè)都包括多個(gè)接合焊盤，相鄰的接合焊盤在水 平和垂直方向上分開第一節(jié)距設(shè)置；提供聲學(xué)元件陣列，該聲學(xué)元件陣列包括選自包括聲學(xué)元件的二 維陣列的組的一種，并且其中相鄰的聲學(xué)元件在水平和垂直方向上分 開第二節(jié)距設(shè)置，該第二節(jié)距設(shè)置不同于第一節(jié)距設(shè)置；以及使用重分布互聯(lián)的第一側(cè)上的倒裝芯片附連將所述聲學(xué)元件陣列 耦合到所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，經(jīng)由導(dǎo)電元件耦合 到該一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片，并且在與第一側(cè)相對(duì)的該 重分布互聯(lián)的第二側(cè)經(jīng)由導(dǎo)電元件電學(xué)地耦合到換能器元件陣列，該 重分布互連在具有第一節(jié)距設(shè)置的所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電 路芯片的接合焊盤和具有第二節(jié)距設(shè)置的所述陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng) 那些之間提供互連。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中聲學(xué)元件陣列具有不同于該一 個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的印跡的形狀。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中重分布互連包括多層層疊互連 塊，此外其中，層疊互連塊包括多層互連層，并且每個(gè)互連層包括互 連跡線，所述互連跡線圖形化成在所述一個(gè)或多個(gè)微束集成電路芯片 的接合焊盤的一部分和聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部分之間提供電信號(hào)重分 布，并且其中互連層包括柔性或剛性印刷電路板。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中提供重分布互連包括提供具有 多層平面互連的塊，其中所述多個(gè)層在該多個(gè)層的各個(gè)層之間沒有互 連，其中每層包括平面內(nèi)圖形化的導(dǎo)體，該平面內(nèi)圖形化的導(dǎo)體提供 換能器陣列元件和所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的特定組 合的給定信號(hào)重分布。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中提供所述重分布互連包括在非 導(dǎo)電材料中鑄造多個(gè)導(dǎo)體，其中該多個(gè)導(dǎo)線中的每一個(gè)在所述一個(gè)或 多個(gè)微束集成電路芯片的接合焊盤的一部分和聲學(xué)元件陣列的相應(yīng)部 分之間提供電信號(hào)重分布。
23、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述重分布互連包括重分布?jí)K， 該重分布?jí)K包括環(huán)氧樹脂填充的引線框架、印刷電路板或柔性電路板 互連層。
24、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中聲學(xué)元件陣列包括聲學(xué)元件的 線性陣列或聲學(xué)元件的彎曲陣列。
25、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)微束形成器集 成電路芯片包括兩個(gè)集成電路芯片。
全文摘要
一種超聲換能器，包括一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片、聲學(xué)元件陣列以及該一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片和聲學(xué)元件陣列之間經(jīng)由導(dǎo)電元件耦合的重分布互連。該一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片每一個(gè)都包括彼此隔開第一節(jié)距設(shè)置的多個(gè)接合焊盤。該陣列的聲學(xué)元件彼此隔開第二節(jié)距設(shè)置，該第二節(jié)距設(shè)置不同于第一節(jié)距設(shè)置。此外，重分布互連經(jīng)由導(dǎo)電元件在重分布互連的第一側(cè)耦合到一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片。重分布互連經(jīng)由導(dǎo)電元件在第二側(cè)耦合到換能器元件陣列。該重分布互連在具有第一節(jié)距設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)微束形成器集成電路芯片的接合焊盤和具有第二節(jié)距設(shè)置的陣列的聲學(xué)元件的相應(yīng)那些之間提供互連。
文檔編號(hào)B06B1/06GK101102853SQ200680002085
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者A·L·洛賓遜, R·戴維森, W·蘇多爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司