[发明专利]板式换能器规模封装及其制造方法

说明书

一种制造板式换能器规模封装的方法，包括：将声学部件固定在第一载体衬底上的预定位置处，声学部件的第一表面定位成邻近第一载体衬底；将ASIC部件也固定在第一载体衬底上的预定位置处，ASIC部件的第一表面定位成邻近第一载体衬底；将光刻胶树脂施加到声学部件和ASIC部件上，使得声学部件的第二表面从光刻胶树脂中暴露出；去除第一载体衬底以暴露出声学部件的第一表面和ASIC部件的第一表面；形成包括声学部件和ASIC部件中的每一个之间的电通路的堆积层，并且去除光刻胶树脂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月24日提交的申请号为62/878,080的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开主题涉及一种超声板式换能器规模封装，具有用于减少电缆数量、简化系统的嵌入式集成电路(IC)以及医学成像、治疗和超声无损检测(NDT)中的数字系统。

背景技术

当前的超声矩阵阵列展示了数千个非常小的单个元件以实现体积成像。这些元件中的每一个都需要由电子器件(例如，模拟前端(“AFE”))单独模拟驱动。然而，用于这样的超声矩阵阵列的成像系统过于昂贵并且系统复杂度太高。进一步地，这种系统的布线需要数千根电线，因此对于实际使用来说过大过重。

因此成像系统制造商已经开发了多种策略来减少独立电子通道的数量。其中一些策略包括：微波束形成和/或信号多路复用，例如时域多路复用。这些策略表现出的减缩因数介于1:9和1:64之间，甚至更大。所有这些技术都依赖于将IC集成为靠近有源超声矩阵阵列(例如，在容纳超声矩阵阵列的探头中)。超声矩阵阵列可以是块状压电部件，也可以是电容式或压电式硅基微机械换能器(CMUT或PMUT)。需要一个或多个IC来显著减少连接装置和独立通道的数量。

一种现有的解决方案是基于通过垂直架构将IC直接连接到矩阵换能器，其中一个或多个专用集成电路(ASIC)彼此连接并使用引线键合技术连接，最后将声学模块倒装到最上面的IC上。由于IC不需要表现出与声学模块相同的面积和元件布置，互连模块提供了若干优点。因此，一个或几个IC可用于每个探针拓扑结构，而无需为每个拓扑结构开发ASIC。然而，存在一些限制，因为除非添加几层导体迹线，否则当前技术不允许以精细间距(低于200μm)和大型阵列(超过60x 60)互连，从而显著降低了此类印刷电路的灵活性。关于第一种策略，需要注意的是每个换能器(即声学模块)配置(即元件的布置和间距)需要不同的特定IC。IC的开发成本非常昂贵，而且绝对不可重新配置。

另一种现有的解决方案使用互连模块，其中模块可以是可折叠的柔性印刷电路或将声学模块的每个元件与扩展的IC接口连接的固体中介层。值得注意的是，该第二种策略仍然是一种垂直集成。针对第二种策略的中介层，试图通过插入适应间距甚至扩展互连的中介层材料来解决可配置性问题，但代价是使互连模块复杂化。

最后，已经提出了模块化方法，其中多个声学模块对齐并组装在一起以克服挠曲限制。整个系统是机械对齐的，但在平移和旋转中的元件位置可能存在不确定性，这对于波束的形成是不可接受的。这是水平集成，但可寻址的元件数量较少，适用于正常间距。

发明内容

本发明涉及一种允许将高密度超声矩阵阵列与集成电路(IC)接口连接的板式换能器以及制造板式换能器规模封装的方法。

在该方法的一些示例性实施方案中，一个或多个声学部件和一个或多个ASIC部件固定在第一载体衬底上的预定位置处，其中一个或多个声学部件的第一表面定位成邻近第一载体衬底，并且一个或多个ASIC部件的第一表面定位成邻近第一载体衬底。然后将光刻胶树脂施加到一个或多个声学部件和一个或多个ASIC部件上，使得一个或多个声学部件的第二表面从光刻胶树脂暴露出。然后去除第一载体衬底以暴露出一个或多个声学部件的第一表面和一个或多个ASIC部件的第一表面。堆积层形成为包括一个或多个声学部件中的每一个的第一表面与一个或多个ASIC部件中的至少一个的第一表面之间的电通路。最后，去除光刻胶树脂。