[发明专利]静电换能器及阵列中的贯穿晶片互连

说明书

相关申请

本申请要求于2007年12月3日提交的、标题为“PACKAGING ANDCONNECTING ELECTROSTATIC TRANSDUCER ARRAYS”的美国临时专利申请号60/992,052的优先权。

本申请还涉及标题为“CMUT PACKAGING FOR ULTRASOUNDSYSTEM”的(律师档案号KO1-0004PCT2)的国际(PCT)专利申请号______；以及标题为“PACKAGING AND CONNECTING ELECTROSTATICTRANSDUCER ARRAYS”的(律师档案号KO1-0018PCT)的国际(PCT)专利申请号______；这两个申请都与本申请一起在同一日期提交，这两个PCT申请由此通过引用被全部并入。

本申请还涉及于2006年5月18日提交的、标题为“THROUGH-WAFERINTERCONNECTION”的国际(PCT)专利申请号PCT/IB2006/051566，该PCT申请由此通过引用被全部并入。

背景

本公开涉及制造换能器和换能器阵列并产生换能器和换能器阵列的互连，具体地，涉及制造电容式微机械超声换能器(cMUT)阵列并产生电容式微机械超声换能器(cMUT)阵列的互连。

在合适的衬底上产生换能器阵列的互连是使用换能器阵列的任何应用的关键，尤其是对于具有大量元件的换能器阵列。一个这样的实例是使用超声换能器阵列的超声成像。超声换能器阵列的合适的封装和互连对于获得具有较低成本的期望性能十分重要。

电容式微机械超声换能器(cMUT)是静电致动器/换能器，其广泛用在各种应用中。超声换能器可以在包括液体、固体和气体的多种介质中操作。超声换能器通常用于针对诊断及治疗的医学成像、生化成像、材料的非破坏性评估、声纳、通信、接近传感器、气体流量测量、现场过程监控、声学显微镜、水下感测和成像、以及多种其他实际应用。cMUT的典型结构是具有位于柔性膜上或内的刚性底部电极和可移动顶部电极的平行板电容器，其用于传输/驱动(TX)或者接收/检测(RX)在相邻介质中的声波。可以将直流(DC)偏压施加在电极之间，以将膜偏转到用于cMUT操作的最佳位置，通常目标是最大化灵敏度和带宽。在传输期间，将交流(AC)信号施加到换能器。顶部电极和底部电极之间的交变静电力驱动膜以将声能传输到cMUT周围的介质中。在接收期间，撞击声波使膜振动，从而改变两个电极之间的电容。

顶部电极通常是用于传输和检测声波的cMUT的可移动电极。可移动电极与介质通过界面连接并通常在衬底表面的顶部上，从而被称为顶部电极。底部电极通常是至少部分固定(静止)的并通常位于衬底中的顶部电极的下方。在大多数cMUT应用中，具有多个cMUT元件的cMUT阵列用于执行期望的功能。通常，阵列中的每个cMUT元件从其两个电极中的一个被编址(连接到信号线)，以及另一电极被连接到阵列中的多个cMUT元件或者所有cMUT元件所共享的公共电极。当前，大多数cMUT阵列，尤其是1-D阵列具有公共固定底部电极。阵列中的每个元件分别从其移动顶部电极被编址。使用顶部移动电极作为单独编址的电极的原因仅仅是制造的容易。

然而，因为移动顶部电极用于通过界面连接介质，对于产生到顶部电极的电连接的方法存在一些限制。对于性能、封装和电连接考虑因素，通常希望使cMUT阵列的固定底部电极是热电极(即，单独编址的电极)，以及使顶部电极是公共电极。

已知有处理、封装和产生互连的一些方法来使底部固定电极作为单独编址的电极。一个典型的方法是使用各种方法在衬底上钻孔，以及随后使用导电材料填充孔。这种工序相对复杂并且具有性能限制。此外，在这种方法中，在寄生电容和互连的导电性之间存在折衷。这种折衷影响了器件性能。并且，该方法通常不能产生柔性cMUT阵列。

另一方法是在元件下方切穿衬底以形成单独的底部电极。可以通过蚀刻衬底材料来完成切穿。然而，因为阵列中的每个元件下方的衬底与其相邻元件完全分离或者与衬底的其余部分完全分离，这些方法需要在切穿衬底期间将阵列中的元件支撑或保持在一起的技术。一种典型的技术是将具有其制造衬底的cMUT粘合到另一衬底，该另一衬底提供支撑或保持阵列中的换能器元件来继续制造工序，实现互连和封装。另一技术是在工序期间在元件之间使用填充材料保持换能器元件。该材料通常是绝缘材料并且可以是电介质材料或者多种材料的组合。