[发明专利]用于(多个)微束形成器的重分布互连和医学超声系统

说明书

技术领域

本公开内容基本上涉及医学超声系统，并且尤其涉及(多个)倒装芯片微束形成器和医学超声系统的重分布(redistribution)互连。

背景技术

在医学超声中，换能器阵列通常用于在超声诊断成像期间发射和接收超声或声波。直到前不久，大多数换能器阵列还包括一维(1D)换能器元件阵列，用于询问基本上为二维的感兴趣区域。一维阵列通常包括高达数百个元件，沿着阵列的水平轴线性布置。施加到这些元件和从这些元件接收的电信号的时间选择和幅度控制了水平方向上的聚焦和调整，而在正交的垂直方向上的聚焦由阵列的垂直高度和机械透镜的特性控制。

最近，换能器阵列得到发展，通过在垂直方向上的控制改进，提供了改善的图像质量和/或新的成像模式。通过在水平方向(azimuth)上的每个位置处在垂直方向上细分阵列元件而获得所述改进的控制。例如，通过使用扩大垂直孔、垂直聚焦和像差校正，可以获得二维感兴趣区域的改进图像质量；提供这些能力的阵列通常分别称作1.25D、1.5D和1.75D。一般而言，这些阵列中的元件在垂直方向上比在水平方向上大数倍。

体积成像，即基本上为三维的感兴趣区域的询问，通过使用2D阵列而获得，其中每个元件的垂直高度约等于或甚至小于其水平宽度。虽然在这些更新类型的换能器阵列的每个之间存在显著差别，由于它们物理上包括换能器元件的二维阵列而不是换能器元件的一维阵列，它们都区别于常规阵列。此外如在此所述，术语“二维”和“2D”用于表示元件的物理布置，并不在任何方面暗示控制这些元件使其发射声束进入感兴趣区域和从感兴趣区域接收声信号的方式。

现有技术的二维阵列通常包括具有数千换能器元件的平面阵列。在一种类型的二维超声换能器设计中，使用导电突块通过“倒装芯片”技术，将阵列的所有换能器元件附着并单独电连接到集成电路(IC)的表面。该“微束形成器”IC提供了对元件的电控制，诸如，用于束形成、信号放大等，并且提供了将数千阵列元件接口到最多具有数百个信号处理通道的超声系统的手段。此处使用的术语“倒装芯片”用于描述使用诸如焊球的小导电突块的电互连。

图1中示出了超声换能器的已知设计的一个范例。超声换能器10包括声学元件12的平面阵列，这些声学元件经由倒装芯片导电突块16耦合到集成电路14的表面。倒装芯片底层填料(underfill)材料18包括在集成电路14和声学元件12的平面阵列之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块16。换能器10还包括换能器底座20和互连电缆22。互连电缆22用于在集成电路14和外部电缆(未示出)之间进行互连。使用本领域中已知技术，诸如经由通过引线接合的导线24，将集成电路14电耦合到互连电缆22。

图2是本领域中已知的图1中超声换能器10的一部分的示意性横截面视图。微束形成器IC14上的接合焊盘的节距与换能器阵列12的元件的节距相同。这里，如上所述，超声换能器10包括声学元件12的平面阵列，这些声学元件经由倒装芯片突块16耦合到集成电路14的表面。倒装芯片底层填料材料18包括在集成电路14和声学元件12的平面阵列之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块16。

用于微束形成器的倒装芯片结构提供了大量优于其它互连方法的优点。不幸的是，仅有倒装芯片结构可能不适于所有微束形成器应用。例如，存在诸如高频超声换能器阵列之类的应用，其中可能不能在单个换能器元件的空间印迹(footprint)中为换能器阵列元件安装所有必须的微束形成器电子装置。

另外，弯曲阵列对倒装芯片结构提出了巨大的挑战。例如，弯曲阵列不提供用于倒装芯片接合的平坦表面。因此，将倒装芯片结构用于弯曲阵列面临巨大的挑战。

此外，倒装芯片结构要求换能器阵列和微束形成器IC是节距匹配的。因此，每个换能器阵列必须具有特有的微束形成器IC。因此，对特有微束形成器IC的要求不希望地限制了再使用的机会，增加了开发成本并且增加了进入市场的时间。

更进一步，芯片平铺(tiling)是用于支持大于微束形成器IC的最大尺寸的换能器阵列的一种方法。芯片平铺可以允许使用较小的IC芯片，伴随的效果是增加了IC制造的产出率和较低的成本。然而，当频率增加时，对准精度和容差要求变得更为严格。

因此，需要一种改进的方法和装置，用于具有倒装芯片结构的微束形成器IC，以克服本领域中的问题。

发明内容