[发明专利]具有用于多维换能器阵列的中介层的阵列上芯片

说明书

具有用于多维换能器阵列的中介层的阵列上芯片。在阵列上芯片方法中，分离地形成声学和电子模块。声学堆叠（10、11、12）连接到一个中介层（13），并且电子器件（17）连接到另一个中介层（16）。可以使用不同的连接过程（例如，针对声学堆叠使用低温接合，并且针对电子器件使用基于较高温度的互连）。该布置可以通过使中介层（13、16）中的通孔（20）交错来允许换能器元件（21）和电子器件（17）的I/O的不同节距P_A、P_E。然后将两个中介层（13、16）连接以形成阵列上芯片。

背景技术

本实施例涉及多维换能器阵列与电子器件的互连。实现声学阵列和相关联的发射和/或接收电子器件之间的互连是多维（矩阵）换能器的技术挑战。以二维（方位角和仰角）分布的数百或数千个（例如，多达10000个）不同元件针对至少被其它元件包围的元件需要沿着z轴（深度或范围）的互连。由于元件小（例如，250-500μm），因此用于到每个元件的分离的电连接存在有限的空间。

存在用于为多维换能器阵列提供互连的三个方法：阵列上芯片（chip-on-array）、基于框架的方法和多层柔性件。在阵列上芯片中，声学阵列直接建立在专用集成电路（ASIC）芯片的输入/输出（I/O）上。原则上，该方法在声学元件与电子器件之间提供了最短的电互连，从而导致合期望地低的电气寄生效应。由于阵列或电子器件中可能的故障，因此可能导致非常低的处理良率（process yield）。声学元件无法被测试，直到电子器件上的形成完成为止。由于声学阵列建立在昂贵的电子器件之上，因此声学阵列的损失导致昂贵电子模块的损失。

在基于框架的方法中，将阵列划分成几个区段（例如，4个）。每个区段具有坚固的金属框架。在金属框架周围弯曲的柔性电路将与多个声学元件一样多的信号从声学元件重新分配到被放置在柔性电路上的ASIC。基于框架的方法的信号路由比阵列上芯片复杂，从而导致更高的电气寄生效应。由于声学元件建立在分离的柔性电路上，因此针对声学和电子器件两者提供了更好的处理良率和可测试性。

多层柔性件方法堆叠了尽可能多的柔性电路（例如，多达9层），以在没有任何孔径分割的情况下路由许多元件（例如，多达9000个声学元件）的信号。与阵列上芯片或基于框架的方法相比，该多层柔性件可以弯曲以用作弯曲矩阵阵列。由于多个柔性电路和每个柔性件上的长迹线，该路由导致了高的电气寄生效应。

发明内容

作为介绍，下面描述的优选实施例包括用于将电子器件与换能器元件阵列连接的方法、系统和部件。在阵列上芯片方法中，分离地形成声学和电子模块。声学堆叠连接到一个中介层，并且电子器件连接到另一个中介层。可以使用不同的连接过程（例如，针对声学堆叠使用低温接合，并且针对电子器件使用基于较高温度的互连）。该布置可以通过使中介层中的通孔交错（stagger）来允许换能器元件和电子器件的I/O的不同节距。然后将两个中介层连接以形成阵列上芯片。

在第一方面，提供了一种多维换能器阵列系统。声学阵列具有在二维上以网格分布的换能器元件。第一中介层利用在低于换能器元件的居里温度的温度下接合的材料而接合到声学阵列。集成电路具有用于利用声学阵列进行超声扫描的发射和/或接收电路。第二中介层利用在高于换能器元件的居里温度的温度下接合的材料而接合到集成电路。在第一和第二中介层中形成的通孔将换能器元件电连接到集成电路。

在第二方面，提供了一种超声换能器探头。阵列上芯片布置包括半导体芯片，该半导体芯片通过由多个层形成的中介层电连接到多维换能器阵列。层中的通孔形成多维换能器阵列到半导体芯片的电连接。使通孔形成图案，以将节距从多维换能器阵列的第一节距更改成半导体芯片的连接焊盘的第二不同节距。

在第三方面，提供了一种用于将电子器件与声学元件阵列连接的方法。具有第一通孔的第一材料薄板连接到换能器堆叠。具有第二通孔的第二材料薄板连接到集成电路，以用于超声发射和/或接收操作。然后，如连接到换能器堆叠的第一材料薄板与如连接到集成电路的第二材料薄板接合。