[发明专利]模块化传感器组件及其制造方法

说明书

关于联邦资助的研发的声明

本发明是在美国国家健康学会授予的合同号2168780002下由政府支持开发的。政府对于本发明拥有特定权利。

技术领域

本发明总体涉及传感器组件，更具体来说，本发明涉及模块化传感器组件以及制造模块化传感器组件的方法。

背景技术

传感器组件通常用在包括无损评估(NDE)和医疗诊断成像的领域中，比如超声应用和计算机断层摄影(CT)。所述传感器组件通常包括耦合到电子装置阵列的传感器阵列。所述传感器阵列通常包括数百个或数千个单独的传感器。类似地，所述电子装置阵列包括数百个或数千个集成接口电路(或“单元”)，所述集成接口电路被电耦合在一起以便提供对所述传感器的电控制，以用于波束成形、信号放大、控制功能、信号处理等等。

被广泛使用的一种特定类型的传感器是超声换能器。两种公知类型的超声换能器是电容性微加工超声换能器(cMUT)和压电换能器(PZT)。PZT传感器通常包括压电陶瓷，其能够在受到机械应力时产生电。cMUT换能器通常是通过形成布置在一个空腔上的柔性隔膜而制造的，该空腔被形成在硅衬底中。通过对该隔膜施加电极、对该硅衬底中的该空腔的底部施加电极以及在所述电极两端施加适当的电压，可以为该cMUT通电以产生超声波。类似地，当被适当偏置时，该cMUT的所述隔膜可以被用来接收超声信号，这是通过捕获反射超声能量并且把所述能量转换成所述被电偏置的隔膜的移动以便生成一个信号。

在制造所述传感器阵列和所述电子装置阵列以及把这两个阵列耦合在一起时提出了许多设计挑战。基于半导体的传感器通常是以晶片的形式制造的并且被切割，从而提供多个传感器芯片。PZT传感器通常是通过切割陶瓷块材料来制造的。PZT传感器常常是由多层陶瓷、匹配材料和阻尼材料形成的。每个传感器子阵列通常包括许多传感器。所述传感器阵列中的每个传感器子阵列或芯片通常被耦合到一个集成电路芯片，以便提供对每个传感器的单独的控制。在数百个或数千个分别具有不计其数的电连接的传感器和芯片的情况下，这种传感器组件的制造和组装可以是非常具有挑战性的。当特定应用要求减小所述传感器组件的尺寸时，这种挑战变得更为严峻。对于被设计成使用在人体内部或者使用在人体外部的小表面上的传感器组件来说，通常希望减小所述传感器组件的整体尺寸。

减小所述传感器组件的尺寸的一种方式是把所述传感器阵列放置在所述电子装置阵列的上面，以便提供更高的封装效率。然而，把所述传感器阵列层叠在所述电子装置阵列的上面引入了多种设计挑战。此外，当考虑到所述传感器阵列的可制造性、所述传感器组件的形成以及提供一种用来把信号流利地传送到所述传感器组件中并且从中传送出去的机制时，也会带来设计、制造和可靠性方面的问题。

本发明的各实施例可以是针对上面描述的一种或多种挑战。

附图说明

当参照附图阅读下面的详细描述时，将能够更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，其中相同的附图标记在所有的图中表示相同的部件，在附图中：

图1是可以根据本发明的实施例制造的传感器组件的方框图；

图2是可以根据本发明的实施例制造的模块化传感器组件的平面图；

图3是在图2中示出的模块化传感器组件的分解图；

图4是可以根据本发明的实施例制造的电子装置阵列的一部分的顶部平面图；

图5是可以根据本发明的实施例制造的传感器阵列的一部分的顶部平面图；

图6是可以根据本发明的实施例被切割形成传感器模块或电子装置模块的各单独的传感器阵列或各单独的集成电路(IC)电子装置的晶片的顶部平面图；

图7-12是示出了根据本发明的示例性实施例的传感器阵列与电子装置阵列之间的互连以及传感器组件与系统之间的互连的各替换实施例的横截面视图；以及

图13是描述根据本发明的实施例的制造传感器组件的方法的流程图。

具体实施方式