本發(fā)明涉及一種超聲換能器組件，其包括超聲換能器芯片和連接到所述超聲換能器芯片的柔性互連件。

本發(fā)明還涉及一種包括這種超聲換能器組件的超聲探針。

本發(fā)明也涉及一種包括這種超聲探針的超聲成像系統(tǒng)。

本發(fā)明更涉及一種制造這種超聲換能器組件的方法。

本發(fā)明另外涉及一種制造這種超聲探針的方法。

背景技術(shù)：

包括超聲感測功能的IC芯片(例如，超聲換能器芯片)越來越多地用作超聲探針(比如，超聲導(dǎo)管)的感測末端。舉例來說，所述超聲感測功能可由在超聲換能器芯片的主表面中的多個換能器元件提供，例如，以提供前視或側(cè)視的超聲探針。用于實現(xiàn)換能器元件的熱門技術(shù)包含由比如鋯鈦酸鉛(PZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料形成的壓電換能器元件和電容性微加工超聲換能器(CMUT)元件?；谶@種CMUT元件的超聲換能器芯片有時稱為CMUT器件。

CMUT器件正變得越來越流行，因為CMUT器件可提供出色的帶寬和聲阻抗特性，這使其優(yōu)于例如壓電換能器。CMUT膜片的振動可通過施加壓力(例如使用超聲波)或可用電感應(yīng)的方式觸發(fā)。與CMUT器件的電連接(通常借助于比如專用集成電路(ASIC)的集成電路(IC)來實現(xiàn))有利于器件的傳輸和接收模式。在接收模式下，膜片位置的改變導(dǎo)致電容的改變，這可以通過電子方式配準(zhǔn)。在傳輸模式下，施加電信號會導(dǎo)致膜片的振動。

壓力導(dǎo)致膜片的偏轉(zhuǎn)，這可通過電子方式感測而作為電容的改變。隨之可得出壓力讀數(shù)。

超聲換能器芯片可安裝于包含重的吸聲材料的環(huán)氧樹脂背襯塊上，如US 2011/0088248 A1中所公開的，其中超聲探針還包括嵌入到背襯塊中的剛性印刷電路板(PCB)。然而，制造這種超聲探針相當(dāng)麻煩，因為每個探針都必須單獨地制造。此外，由于背襯塊圍住PCB，所以超聲探針的總直徑增加，如果超聲探針將用于對小的腔室成像，例如在用于心臟成像應(yīng)用中時，這是不利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種可用簡單直接的方式制造的緊湊型超聲換能器組件。

本發(fā)明還旨在提供一種包括這種超聲換能器組件的超聲探針。

本發(fā)明進(jìn)一步旨在提供一種包括這種超聲探針的超聲成像系統(tǒng)。

本發(fā)明更進(jìn)一步旨在提供一種制造這種超聲換能器組件的方法。

本發(fā)明還進(jìn)一步旨在提供一種制造這種超聲探針的方法。

根據(jù)一方面，提供了一種超聲換能器組件，包括：超聲換能器芯片，所述超聲換能器芯片具有包括多個超聲換能器元件和多個第一觸點的主表面，所述多個第一觸點用于連接到所述超聲換能器元件；接觸芯片，所述接觸芯片具有另一主表面，所述另一主表面包括用于接觸信號處理組件的多個第二觸點；背襯構(gòu)件，所述背襯構(gòu)件包括超聲吸收和/或散射主體，所述背襯構(gòu)件包括第一表面和第二表面，其中所述換能器芯片設(shè)置于所述第一表面上，所述接觸芯片設(shè)置于所述第二表面上；及柔性互連件，所述柔性互連件在所述背襯構(gòu)件上從所述主表面延伸到所述另一主表面，所述柔性互連件包括多個導(dǎo)電跡線，每個導(dǎo)電跡線將所述第一觸點中的一個連接到一個第二觸點。

通過由于在超聲換能器芯片后方的超聲散射和/或吸收背襯構(gòu)件的存在而抑制干擾超聲換能器芯片讀數(shù)的反射的超聲波，這種組件有利于提供高分辨率的超聲監(jiān)控。另外，所述超聲換能器組件可連接到比如載體的信號處理組件的表面，例如與所述接觸芯片的所述另一主表面相對的印刷電路板表面，以形成超聲探針(末端)。由于這些連接位于所述載體表面與所述另一主表面之間，所以，這些連接并不影響(即增加)超聲探針的外徑，因此提供了一種緊湊的探針，當(dāng)在診斷設(shè)置下使用所述超聲探針時，所述超聲探針可用于檢查例如血管或心臟的小空間。此外，在接觸芯片與載體邊緣之間設(shè)置觸點有利于實現(xiàn)超聲探針的尤其簡單直接的組裝工藝，如下文將更詳細(xì)地闡釋。

所述背襯構(gòu)件可包括其中分散有超聲散射和/或吸收主體的樹脂。例如，所述超聲散射主體可以是中空玻璃珠或可用于超聲散射的其他適合主體。所述超聲吸收主體可以是由一種或多種重的元素制成的主體。例如，所述超聲吸收主體可以是包括鎢的顆粒，例如氧化鎢顆粒。

在一實施例中，所述柔性互連件包括第一電絕緣聚合物層和第二絕緣聚合物層，其中導(dǎo)電跡線布置于所述第一電絕緣聚合物層和所述第二電絕緣聚合物層之間。所述柔性互連件可包住所述第一觸點和所述第二觸點，例如，以將所述柔性互連件錨定到所述超聲換能器芯片和所述接觸芯片的相應(yīng)表面上。

在一實施例中，所述第一表面可以與所述第二表面相對。例如，這種超聲換能器組件可用于提供前視的超聲探針。

作為選擇，所述第一表面可鄰接所述第二表面。例如，這種超聲換能器組件可用于提供側(cè)視的超聲探針。

第二觸點可以是焊料凸點和/或可限定球柵陣列。這有利于將接觸芯片連接到信號處理組件。

根據(jù)另一方面，提供了一種超聲探針，包括：根據(jù)前述實施例中的一個或多個實施例所述的超聲換能器組件；及信號處理組件，所述信號處理組件包括在主載體表面上承載至少一個信號處理電路的載體，所述至少一個信號處理電路用于處理來自所述換能器單元的信號，所述載體包括與所述主載體表面鄰接的另一載體表面，所述另一載體表面包括接觸所述至少一個信號處理電路的多個載體觸點，其中所述載體觸點導(dǎo)電地聯(lián)接到所述第二觸點。

這種超聲探針的有益效果在于：由于背襯構(gòu)件而抑制了反射或散射的超聲波，使超聲換能器芯片獲得高分辨率的超聲成像；以及由于超聲換能器組件與信號處理組件之間的連接被隱藏在這些相應(yīng)組件的相對表面之間這一事實而具有小的形狀因數(shù)。此外，由于超聲換能器組件可用緊湊的方式制造，所以可提供具有較柔性的末端的超聲探針。

所述超聲探針可包括于超聲診斷系統(tǒng)中。

根據(jù)另一方面，提供了一種制造超聲換能器組件的方法，包括：提供晶圓，所述晶圓包括：由超聲換能器芯片構(gòu)成的第一陣列，每個超聲換能器芯片具有主表面，所述主表面包括多個超聲換能器元件和用于連接到所述超聲換能器元件的多個第一觸點；由接觸芯片構(gòu)成的第二陣列，每個接觸芯片具有另一主表面，所述另一主表面包括用于接觸信號處理組件的多個第二觸點；及犧牲區(qū)域，所述犧牲區(qū)域分隔開所述第一陣列與所述第二陣列；形成在所述犧牲區(qū)域上從所述第一觸點延伸到所述第二觸點的柔性互連件，所述柔性互連件包括多個導(dǎo)電跡線，每個導(dǎo)電跡線將所述第一觸點中的一個連接到一個第二觸點；移除所述犧牲區(qū)域以釋放所述第一陣列和所述第二陣列；提供包括超聲吸收和/或散射主體的背襯材料；在所述背襯材料的第一表面上設(shè)置所述第一陣列；并且在所述背襯材料的第二表面上設(shè)置所述第二陣列，使得所述柔性互連件在所述條帶上從所述第一陣列延伸到所述第二陣列。

提供超聲換能器組件構(gòu)成的這種陣列有利于以高產(chǎn)量且高性價比的方式高效地制造超聲探針，因為探針分切成單個可延遲到探針已完成之后。

形成柔性互連件的步驟可包括：形成一層第一柔性電絕緣材料，所述層在所述犧牲區(qū)域上從所述第一觸點延伸到所述第二觸點，所述層包括：暴露所述第一觸點的多個第一開口和暴露所述第二觸點的多個第二開口；在圖案化的所述層上形成多個導(dǎo)電跡線，所述導(dǎo)電跡線中的每一個可導(dǎo)電地聯(lián)接到所述第一觸點中的一個和所述第二觸點中的一個；并且可選地形成另一層第二柔性電絕緣材料，所述另一層覆蓋所述第一層和所述多個導(dǎo)電跡線。

這種柔性互連件可電絕緣所述第一觸點和所述第二觸點，同時將所述超聲換能器芯片和所述接觸芯片連接在一起。這進(jìn)一步簡化了超聲換能器組件的制造。

因此，制造的超聲換能器組件可提供到一種制造超聲探針的方法中，所述方法還包括：提供包括多個載體的信號處理組件，每個載體包括：主載體表面，所述主載體表面用于承載至少一個信號處理電路，所述至少一個信號處理電路用于處理來自所述換能器單元的信號；及鄰接所述主載體表面的另一載體表面，所述另一載體表面包括用于連接到所述至少一個信號處理電路的多個載體觸點；通過將所述第二觸點中的每一個聯(lián)接到相應(yīng)的載體觸點來形成超聲探針組件；以及將所述超聲探針分切成單個。

這樣有利于這些超聲探針的高性價比和高產(chǎn)量的制造工藝，因為探針分切成單個被推遲到信號處理組件連接到超聲換能器組件之后。具體地講，由于相應(yīng)組件被彼此連接，同時仍然形成這些組件構(gòu)成的陣列的一部分，所以提供了改進(jìn)的穩(wěn)定性，使形成這些連接變得不太麻煩。

附圖簡要說明

參照附圖通過非限制性示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的超聲換能器組件；

圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超聲換能器組件；

圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的超聲換能器組件；

圖4示意性地示出制造圖2所示的超聲換能器組件構(gòu)成的陣列的方法；

圖5示意性地示出使用通過圖4所示的方法制造的超聲換能器組件構(gòu)成的陣列來制造超聲探針組件的方法；

圖6示意性地示出從根據(jù)本發(fā)明一實施例的超聲探針組件形成單個超聲探針；

圖7示意性地示出從根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超聲探針組件形成單個超聲探針；并且

圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的超聲成像系統(tǒng)。

具體實施方式

應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖僅是示意性的且并非按比例繪制。還應(yīng)當(dāng)理解的是，整個附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同或相似的部件。

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的超聲換能器組件。所述組件包括超聲換能器芯片100，所述超聲換能器芯片具有包括超聲換能器區(qū)域110的主表面，所述超聲換能器區(qū)域通常包括多個換能器元件112，比如CMUT或PZT元件。在優(yōu)選實施例中，所述主表面包括由多個CMUT元件112形成的超聲換能器區(qū)域110。所述主表面還包括多個觸點120，所述觸點可通過本身公知的任何適合的方式提供與換能器元件112接觸的接觸點?？蛇x擇這種換能器芯片100的任何適合的實施例；應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實施例并不限于這種換能器芯片的具體實施例。例如，換能器芯片100可使用例如硅、絕緣體上硅、SiGe、GaAs等的任何適合的半導(dǎo)體基底材料在例如CMOS、BiCMOS、雙極性技術(shù)等的任何適合的半導(dǎo)體技術(shù)中實現(xiàn)。

超聲換能器芯片100通常安裝(例如粘附)在背襯構(gòu)件300的第一表面302上。背襯構(gòu)件300通常包括比如環(huán)氧樹脂的樹脂，其中包括有超聲散射和/或吸收主體310。例如，超聲散射主體310和/或超聲吸收主體310可分散在樹脂中。此類主體310抑制或甚至避免散射和/或反射的超聲波到達(dá)超聲換能器芯片100的超聲換能器元件112。這可改善超聲換能器芯片100產(chǎn)生的超聲圖像的分辨率，因為主要是或僅僅沿預(yù)期方向產(chǎn)生并反射的超聲波(例如，在包括超聲換能器芯片100的前視的超聲探針的情況下，向前產(chǎn)生并反射的超聲波)會被超聲換能器芯片100的超聲換能器元件112檢測到。換句話說，背襯構(gòu)件300對沿其他方向到達(dá)超聲換能器芯片100的超聲波的抑制或避免減少或甚至避免了這些零星的超聲波對來自目標(biāo)方向的超聲波的干擾。

可使用任何適合的超聲散射材料來形成背襯構(gòu)件300中的超聲散射主體310。例如，這種超聲散射主體310的非限制性示例是中空玻璃球，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其他適合的超聲散射主體是顯而易見的。類似地，可使用任何適合的固態(tài)材料來形成超聲吸收主體310。本身公知的是，基于重金屬材料的重質(zhì)材料理想地適用于此目的。這種材料的非限制性示例是鎢。例如，超聲吸收主體可包括鎢，比如呈氧化鎢的形式。同樣，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，鎢的諸多適合的替代物是易于獲得的，且此類適合的替代物同樣可用于背襯構(gòu)件300中。

超聲換能器組件還包括安裝(例如，粘附)于背襯構(gòu)件300的另一表面306上的接觸芯片400。接觸芯片400通常包括用于與信號處理組件建立連接的多個第二觸點420，如下文將更詳細(xì)地闡釋?？蛇x擇這種接觸芯片400的任何適合的實施例；應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實施例并不限于這種接觸芯片的具體實施例。例如，接觸芯片400可使用例如硅、絕緣體上硅、SiGe、GaAs等的任何適合的半導(dǎo)體基底材料在例如CMOS、BiCMOS、雙極性技術(shù)等的任何適合的半導(dǎo)體技術(shù)中實現(xiàn)。

第二觸點420可通過任何適合的導(dǎo)電材料實現(xiàn)，比如通常用于形成這些觸點的任何材料，如任何適合的金屬或金屬合金。在一實施例中，第二觸點420承載用于與信號處理組件建立電連接的焊料凸點422。

超聲換能器組件還包括柔性互連件200，所述柔性互連件包括用于在超聲換能器芯片100的第一觸點120與接觸芯片400的第二觸點420之間建立導(dǎo)電連接的多個導(dǎo)電跡線210。在圖1中，柔性互連件在背襯構(gòu)件300的另一表面304上延伸。例如，這種柔性互連件200可由電絕緣柔性聚合物形成，比如聚酰亞胺，其中導(dǎo)電跡線210可通過將比如銅層的金屬層沉積在電絕緣柔性聚合物上并使金屬層圖案化以形成導(dǎo)電跡線210而形成。在一實施例中，柔性互連件200可以是柔性箔或覆銅的聚酰亞胺，比如Du Pont公司銷售的箔。

在圖1所示的實施例中，每個導(dǎo)電跡線210通過第一接合線212連接到第一觸點120，且通過第二接合線214連接到第二觸點420。需強調(diào)的是，這些僅僅是非限制性的示例，且導(dǎo)電跡線210可通過任何適合的方式連接到第一觸點120和第二觸點420。

在圖1所示的實施例中，超聲換能器芯片100和接觸芯片400可以是分開制造的芯片，例如使用不同技術(shù)以不同制造工藝制造的芯片，所述芯片在分切成單個之后通過柔性互連件200彼此互連。這在超聲換能器芯片100和接觸芯片400的設(shè)計中具有增加柔性的優(yōu)勢，但隨之而來的是超聲換能器組件的更多組裝工藝的花費，因為將柔性互連件連接到相應(yīng)的芯片可能是麻煩的。

圖2示意性地示出了超聲換能器組件的可供選擇的實施例，其中超聲換能器芯片100、接觸芯片400和柔性互連件200是在單個生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)的，如下文將參照圖4更詳細(xì)地闡釋。

在該實施例中，柔性互連件200附連到和/或錨定到超聲換能器芯片100的主表面和接觸芯片400的主表面上。在一實施例中，柔性互連件200可包住第一觸點120和/或第二觸點420。柔性互連件200可包括暴露第一觸點120的第一開口和/或暴露第二觸點420的第二開口。在一實施例中，第一觸點120可由柔性互連件200覆蓋以使第一觸點120電絕緣，而第二觸點420可通過柔性互連件200中的開口而暴露。

如圖2所示，柔性互連件200可包括由導(dǎo)電跡線210覆蓋的第一電絕緣柔性聚合物層，使得暴露出導(dǎo)電跡線210。在將參照圖4更詳細(xì)地描述的可供選擇的實施例中，柔性互連件200可包括覆蓋第一電絕緣柔性聚合物層和導(dǎo)電跡線210的第二電絕緣柔性聚合物層，使得導(dǎo)電跡線210被夾在第一電絕緣柔性聚合物層和第二電絕緣柔性聚合物層之間。這具有以下優(yōu)勢：在將超聲換能器組件用作超聲探針末端的一部分以便進(jìn)行患者體內(nèi)的侵入式診斷調(diào)查時，導(dǎo)電跡線與環(huán)繞超聲換能器組件的物質(zhì)電絕緣，比如體液，例如血液。

圖3示意性地示出超聲換能器組件的另一示例性實施例，其中超聲換能器芯片100安裝在背襯構(gòu)件300的第一表面上且借助柔性互連件200互連到背襯構(gòu)件300的第二表面上的接觸芯片400。在該實施例中，柔性互連件200的邊緣部分也被互連件210覆蓋，所述邊緣部分202使用焊料220導(dǎo)電地聯(lián)接到延伸超出超聲換能器芯片100的周長的第一觸點120。例如，如果超聲換能器芯片100是圓形芯片，且柔性互連件200限定了超聲換能器芯片100的圓柱形保持器，即超聲換能器芯片100嵌入到由柔性互連件200和背襯構(gòu)件300限定的空腔內(nèi)，則這是有利的。導(dǎo)電跡線210可使用電鍍技術(shù)形成于柔性互連件200的邊緣部分202上。類似地，通過在將芯片從其晶圓釋放之前將導(dǎo)電材料電鍍到芯片觸點上，第一觸點120可制作成延伸超出超聲換能器芯片100的周長，其中電鍍材料延伸超出芯片的邊界。這允許使超聲換能器芯片100借助第一觸點120而懸置在空腔中。這個實施例具有以下優(yōu)勢：可實現(xiàn)具有特別小的外徑的超聲換能器組件。

在圖3中，僅作為非限制性示例，導(dǎo)電跡線210利用接合引線214連接到接觸芯片400的第二觸點420。應(yīng)當(dāng)理解，柔性互連件200延伸超出接觸芯片400的主表面的一部分以提供如圖2所示的觸點類型也是同樣可行的，其中柔性互連件200包住第二觸點420且包括開口，第二觸點420通過所述開口暴露。

此時，應(yīng)當(dāng)注意的是，圖1-3示出了超聲換能器組件的示例性實施例，強調(diào)了在超聲換能器芯片100與一方的接觸芯片400和另一方的柔性互連件之間的適合連接方式的示例。要重申的是，本發(fā)明并不限于這些具體的示例，且可設(shè)想到此類芯片與柔性互連件200之間的任何適合的連接方式，只要在背襯構(gòu)件300處提供接觸芯片400，所述接觸芯片有利于將超聲換能器組件連接到形成信號處理組件的一部分的比如印刷電路板(PCB)的載體的邊緣表面，如下文將更詳細(xì)地闡釋。

在本發(fā)明的上下文中，除了換能器區(qū)域110中的換能器元件112和第一觸點120外，超聲換能器芯片100還可以包括無源以及有源部件，且可具有任何適合的功能，例如傳感器裝置、信號處理電路等。類似地，除了用于接觸載體邊緣上的載體觸點的第二觸點420外，接觸芯片400還可以包括無源以及有源部件，且可具有任何適合的功能，例如傳感器裝置、信號處理電路等，但這當(dāng)然并非必需的。

還應(yīng)該注意的是，在圖1-3所示的實施例中，作為非限制性示例，超聲換能器芯片100和接觸芯片400安裝于背襯構(gòu)件300的相對表面上。例如，這種布置適合用作前視的超聲探針的末端。然而，將超聲換能器芯片100安裝在背襯構(gòu)件300的鄰接安裝有接觸芯片400的第二表面306的表面上是同樣可行的。例如，這種布置適合用作側(cè)視的超聲探針的末端。

所述超聲換能器組件還可以包括附加的超聲換能器芯片100，以增加超聲換能器組件在用作超聲探針的末端時成像功能的方向性。例如，第一超聲換能器芯片100可安裝于背襯構(gòu)件300的第一表面302上，且至少一個附加的超聲換能器芯片100可安裝于背襯構(gòu)件300的一個或多個表面上，從背襯構(gòu)件300的第一表面302延伸到第二表面306，以提供可用作超聲探針的前視和側(cè)視的探針末端的超聲換能器組件。作為選擇，超聲換能器組件可包括安裝于背襯構(gòu)件300的鄰接安裝有接觸芯片400的表面306的相應(yīng)表面上的多個超聲換能器芯片，以便提供可用作超聲探針的側(cè)視的多向探針末端。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它變化形式將是顯而易見的。

在特別有利的實施例中，超聲換能器組件被形成為由此類組件構(gòu)成的陣列，其可在分切成單個之前連接到由信號處理組件構(gòu)成的陣列，使得可用高效且高性價比的方式形成多個超聲探針，因為單個探針不必單獨地組裝，這簡化了此類探針的制造工藝。

在圖4中，示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的方法的非限制性示例，其中形成有這種組件陣列。在圖4(a)示出的第一步驟中，提供晶圓500，其中多個超聲換能器芯片100已形成為一個或多個陣列520，且其中包括第二觸點420的接觸芯片400形成為一個或多個陣列530(通過非限制性示例的方式示出了兩個陣列520、530)。超聲換能器芯片100的陣列520通過晶圓500的犧牲區(qū)域510與接觸芯片400的相鄰陣列530分隔開。陣列520、530中的每一個內(nèi)的各個芯片通過另一犧牲晶圓區(qū)域512分隔開，例如下文將更詳細(xì)闡釋的切割線或類似結(jié)構(gòu)。

如前提及的，晶圓500可以是任何適合的晶圓，比如硅晶圓、絕緣體上硅晶圓或其它適合的半導(dǎo)體材料制成的晶圓。在實施例中，晶圓10可包括蝕刻阻擋層12，比如氧化物層。其目的將在下文更詳細(xì)地闡釋。每個超聲換能器芯片100的第一觸點120將通過延伸跨越犧牲區(qū)域510的柔性互連件200連接到相對的接觸芯片400的第二觸點420。這種柔性接觸伸出部可被視為扁平電纜的微觀樣式，其使用在印刷電路板(PCB)領(lǐng)域是眾所周知的。

如圖4(b)所示，所述方法將一層柔性電絕緣材料200設(shè)置在晶圓500的前側(cè)上，隨后以光刻法對其圖案化以暴露層200下方的第一觸點120和第二觸點420。任何適合的材料可用于層200。柔性電絕緣材料可從由以下各項組成的組中選擇：聚對二甲苯、聚酰亞胺、聚酰亞胺樹脂、聚碳酸酯、氟烴、聚砜、環(huán)氧樹脂、酚、三聚氰胺、聚酯和硅樹脂或其共聚物。在將IC集成到侵入式醫(yī)療裝置中時，聚酰亞胺和聚對二甲苯是尤其適合的，因為這些材料已經(jīng)獲準(zhǔn)在侵入式醫(yī)療裝置中使用。

柔性電絕緣材料層200的厚度優(yōu)選地選擇為介于1-20μm的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選地介于1-10μm的范圍內(nèi)，以確保所得產(chǎn)物具有足夠的柔性。如果層200變得太厚，則其柔性將降低。然而，如果層200變得太薄，則其可能太容易被損壞。

在圖4(c)示出的后一步驟中，將導(dǎo)電材料沉積于柔性電絕緣材料的層200上，隨后將所述導(dǎo)電材料圖案化以便提供與層200下方暴露的第一觸點120和第二觸點420導(dǎo)電接觸的相應(yīng)的導(dǎo)電跡線210?？墒褂萌魏芜m合的導(dǎo)電材料，比如Al、Cu或其他適合的金屬和金屬合金。

在圖4(d)所示的可選步驟中，導(dǎo)電跡線22隨后覆蓋有第二層柔性電絕緣材料200’，所述柔性電絕緣材料優(yōu)選是與用于層200的材料相同的材料，但這不是必需的。換句話講，層200和200’使用的材料可分別從先前描述的適合的化合物形成的組中單獨選擇。

在一優(yōu)選實施例中，層200和200’由比如聚酰亞胺或聚對二甲苯的同種材料制成，且具有大致5μm的相同厚度。通過為層200和200’使用同一厚度，使導(dǎo)電跡線210位于觸點14的柔性接觸伸出部的所謂應(yīng)力中線處。

在后續(xù)晶圓處理步驟中，可用薄保護(hù)層(未示出)覆蓋第二層200’的柔性電絕緣材料(如果存在)。可使用任何適合的材料，比如Al的金屬。使用可用于在后續(xù)處理步驟期間保護(hù)層200’同時用作第二層柔性電絕緣材料24的后續(xù)圖案化的硬蝕刻掩膜的材料是優(yōu)選的，因為其降低了晶圓處理的復(fù)雜性。出于此原因，比如Al的金屬是優(yōu)選的。

如圖4(e)所示，所述方法繼續(xù)進(jìn)行，將阻擋層502施加到晶圓500背側(cè)上并對其圖案化。作為選擇，可用圖案化的硬掩膜代替阻擋層502。圖案化的阻擋層502可以是包含與第二層200’上的前述薄保護(hù)層所使用的材料相似或相同的任何適合的材料，其保護(hù)(覆蓋)晶圓500中的陣列520、530的區(qū)域。

在圖4(f)所示的后一步驟中，晶圓500背側(cè)的暴露部分，即圖案化阻擋層502未覆蓋的部分，被暴露至蝕刻工藝，優(yōu)選地為比如Bosch工藝的各向異性蝕刻工藝，例如在晶圓500是硅晶圓的情況下，其中暴露部分被蝕刻至對應(yīng)于將由晶圓500形成的芯片100、400的最終期望厚度的深度，以將陣列520、530釋放(分切成單個)，其中每個陣列520通過柔性互連件200連接到陣列530。應(yīng)當(dāng)指出的是，通常包括連續(xù)蝕刻和鈍化步驟的Bosch工藝本身是公知的，因此僅出于簡要的目的而不再詳細(xì)闡釋。當(dāng)然，也可設(shè)想到其他適合的蝕刻工藝。圖案化阻擋層502隨后從晶圓500的背側(cè)剝離。

最后，如步驟(g)所示，超聲換能器組件通過將第一陣列520、柔性互連件200和第二陣列530卷繞在一條背襯構(gòu)件300上而完成，其中第一陣列可借助第一粘合劑522粘附到所述條帶的第一表面，且第二陣列可借助第二粘合劑532粘附到所述條帶的第二表面。第一粘合劑522和第二粘合劑532可以是相同或不同的粘合劑。適合的粘合劑包括但不限于由Epoxy Technology有限公司(美國馬薩諸塞州，比爾里卡)銷售的Epotek或其他適合的雙組份環(huán)氧基粘合劑。

此時，應(yīng)當(dāng)指出的是，焊料凸點422可在前述制造工藝的任何適當(dāng)時間點形成于第二觸點420上，例如在將陣列520、530分切成單個之前或之后。焊料凸點422可用任何適合的方式形成于觸點420上，例如通過使用可自PacTech公司(德國瑙恩)獲得的激光工藝。

此時，還應(yīng)當(dāng)指出的是，背襯構(gòu)件300可用任何適當(dāng)方式形成于第一陣列520和第二陣列530之間。例如，作為步驟(g)的替代方案，可將包括其中分散有超聲散射和/或吸收主體310的背襯構(gòu)件300以液體或流體形式澆注到第一陣列520與第二陣列530之間，此后例如通過冷卻或固化的方式使背襯構(gòu)件300凝固以便形成超聲換能器組件陣列。為此，可將第一陣列510和第二陣列520放置于保持器中，因此形成將由背襯構(gòu)件300占據(jù)的空間。此空間隨后填充流體或液體形式的背襯材料300。所述保持器通常在背襯材料300已凝固之后移除。在該實施例中，無需使用粘合劑即可將第一陣列520和第二陣列530安裝到背襯構(gòu)件300的相應(yīng)表面上。

所形成的超聲換能器組件陣列在圖5中示出，其中還示出了信號處理組件陣列，所述信號處理組件陣列包括例如PCB的載體600構(gòu)成的陣列，所述載體具有第一表面602，所述第一表面安裝有一個或多個信號處理元件610(所述信號處理元件用于處理由超聲換能器芯片100產(chǎn)生的信號)，例如下文將更詳細(xì)闡釋的一個或多個信號處理電路。載體600還包括鄰接第一表面602的第二表面604，所述第二表面604可以是邊緣表面，比如載體600的前沿表面。在一實施例中，載體600在承載一個或多個信號處理元件的區(qū)域可具有第一厚度，且在包括第二表面604的區(qū)域可具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。例如，載體600可包括鄰近接觸芯片400的隆起部分，以便增加第二表面604的面積，從而有利于在第二表面604上以所需的節(jié)距提供所需數(shù)目的載體觸點620。

每個第二表面604通常承載多個載體觸點620，所述載體觸點以與相應(yīng)接觸芯片400上的第二觸點420的圖案和節(jié)距相匹配的圖案和節(jié)距布置。因此，可通過使接觸芯片400上的第二觸點420與載體600的相應(yīng)第二表面604上的對應(yīng)載體觸點620相配合來制造超聲探針組件。例如，第二觸點420可包括如先前闡釋的焊料球422，所述焊料球可熔融以建立第二觸點420與載體觸點620之間的連接。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在相應(yīng)觸點之間建立此類連接的其他適合的方式將是顯而易見的，且僅出于簡潔的目的而不再進(jìn)一步詳細(xì)闡釋。如先前闡釋，由于超聲換能器組件與信號處理組件之間的導(dǎo)電連接形成于一方的接觸芯片400的相對表面和另一方的載體600的邊緣表面604之間，因此實現(xiàn)了尤其緊湊的互連結(jié)構(gòu)，其有助于實現(xiàn)通過組裝的超聲換能器組件和信號處理組件而形成的超聲探針的微型化，即外徑減小。

此外，由于超聲換能器組件和信號處理組件在形成相應(yīng)組件之間的互連之前并未被個體化，因此實現(xiàn)了更簡單直接的超聲探針組裝工藝，因為超聲換能器組件和信號處理組件的陣列比單個組件更易處理。超聲探針的個體化可在組合前述的組件陣列之后實現(xiàn)，其中使單個超聲換能器組件彼此定界，如虛線512所指示，且使單個信號處理組件彼此定界，如虛線605所指示。例如，虛線512、605可指示要個體化的部件的切割線或其他適合的輪廓，這在本領(lǐng)域中本身是公知的。

這在圖6中已詳細(xì)示出，其中通過沿著虛線512、605例如用(激光)切割、鋸、切塊或類似方式將探針10個體化而形成超聲探針10，對于部件個體化來說，例如對晶圓上的芯片進(jìn)行個體化，所述技術(shù)本身是公知的，因此僅出于簡潔的目的而不再詳細(xì)闡釋此類技術(shù)。因此，可實現(xiàn)個體化的超聲探針，其中每個超聲探針包括具有換能器區(qū)域110的超聲換能器芯片100，所述超聲換能器芯片100安裝于包括如先前闡釋的超聲波散射和/或吸收材料的背襯構(gòu)件300上。背襯構(gòu)件300還承載了連接到信號處理組件的接觸芯片400，所述信號處理組件包括比如PCB的載體600，所述載體承載一個或多個信號處理元件610，例如一個或多個信號處理電路。接觸芯片400與載體600之間的互連件位于載體600的面向接觸芯片400的邊緣表面與接觸芯片400的面向該邊緣表面的主表面之間。

盡管未具體示出，但超聲探針10可進(jìn)一步包括其上可安裝有圖6所示組件的管狀主體。此管狀主體可以是任何適合的管狀主體，其可容納用于將超聲探針10的信號處理組件連接到診斷控制單元的一個或多個線材或線纜。這完全是常規(guī)做法，因此僅出于簡潔的目的而不再進(jìn)一步詳細(xì)闡釋。

在目前已描述的實施例中，超聲換能器芯片100和接觸芯片400已顯示為長方形芯片。應(yīng)當(dāng)理解，這僅作為非限制性示例，因為這些芯片中的每一個均可具有任何適合的形狀。具體地講，超聲換能器芯片100可具有圓形形狀，該形狀例如可通過本身公知的前述Bosch工藝而輕松地實現(xiàn)。圖7示意性地示出分切成單個的工藝，其中具有此圓形超聲換能器芯片100的超聲探針10通過延伸于背襯構(gòu)件300上的柔性互連件200連接到接觸芯片400，所述超聲探針是在將此類超聲換能器組件的陣列已經(jīng)組裝于信號處理組件的陣列上之后才形成的，其中所述信號處理組件的陣列包括載體600，所述載體承載連接到如先前闡釋的接觸芯片400的一個或多個信號處理元件610。應(yīng)當(dāng)理解，在此實施例中，背襯構(gòu)件300的形狀可根據(jù)超聲換能器芯片100的形狀來調(diào)整。接觸芯片400也可以具有圓形形狀，但接觸芯片400具有矩形或方形的長方形形狀可以是有利的，以更容易地匹配承載載體觸點620的載體600的邊緣表面的形狀。

要重申的是，在上述實施例中，僅作為非限制性示例，超聲探針10是前視的超聲探針。同樣可行的是在背襯構(gòu)件300的側(cè)表面上，即與其上安裝有接觸芯片400的表面鄰接的表面上，提供一個或多個超聲換能器芯片100，以提供側(cè)視的超聲探針10。除了在前述實施例中明確示出的前視的超聲換能器芯片100外，或替代前視的超聲換能器芯片100，此類側(cè)視的超聲換能器芯片100也可包括在內(nèi)。

此外還應(yīng)當(dāng)注意的是，此時，盡管圖5示意性地示出了其中在將第一陣列520和第二陣列530分切成單個之前形成柔性互連件200的制造方法，但在將所述陣列分切成單個以形成如圖1和圖3所示的超聲換能器組件之后形成柔性互連件200當(dāng)然也是同樣可行的。由于柔性互連件到此類芯片的連接本身是公知的，這將出于簡潔的目的而不再進(jìn)一步詳細(xì)闡釋。

參見圖8，以方框圖形式示出了具有根據(jù)本發(fā)明一實施例的換能器探針陣列的超聲診斷成像系統(tǒng)的示例性實施例。在圖8中，在超聲探針10中提供位于超聲換能器芯片100上的CMUT換能器陣列110(圖10未示出)，用于傳輸超聲波和接收回聲信息。作為選擇，換能器陣列110可包括由比如鋯鈦酸鉛(PZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料形成的壓電換能器元件。換能器陣列110可以是換能器元件的一維或二維陣列，能夠在2D平面或三維空間進(jìn)行掃描以進(jìn)行3D成像。

換能器陣列110聯(lián)接到探針10中的微波束成形器12，所述微波束成形器控制由CMUT陣列單元或壓電元件實現(xiàn)的信號傳輸和接收。微波束成形器能夠?qū)Q能器元件的群組或“塊”接收的信號至少部分地形成波束，例如，如美國專利US 5,997,479(Savord等人)、US 6,013,032(Savord)和US 6,623,432(Powers等人)中所述的。

微波束成形器12通過例如同軸線纜410的探針線纜聯(lián)接到發(fā)射/接收(T/R)切換器16，在不存在或不使用微波束成形器且直接通過主系統(tǒng)波束成形器20操作換能器陣列110時，所述發(fā)射/接收切換器在發(fā)射和接收之間切換且保護(hù)主波束成形器20免受高能發(fā)射信號損害。在微波束成形器12的控制下，超聲波束自換能器陣列110的發(fā)射是通過T/R切換器16和主系統(tǒng)波束成形器20由聯(lián)接到微波束成形器的換能器控制器18引導(dǎo)的，所述主系統(tǒng)波束成形器根據(jù)用戶對用戶界面或控制面板38的操作來接收輸入。由換能器控制器18控制的功能之一是波束引導(dǎo)和聚焦的方向。波束可從換能器陣列110筆直向前(垂直于換能器陣列)引導(dǎo)，或沿不同角度以實現(xiàn)較大視野。換能器控制器18可經(jīng)聯(lián)接以控制CMUT陣列的DC偏壓控件45。例如，DC偏壓控件45設(shè)定施加到CMUT陣列110的CMUT單元150的DC偏壓。

由微波束成形器12產(chǎn)生的部分波束成形信號被轉(zhuǎn)發(fā)到主波束成形器20，在此將來自單塊換能器元件的部分波束成形信號組合成完全波束成形信號。例如，主波束成形器20可具有128條通道，每個通道從一塊數(shù)十個或數(shù)百個CMUT換能器單元112(見圖1-3)或壓電元件接收部分波束成形信號。以此方式，由換能器陣列110的數(shù)千個換能器元件接收的信號可有效地形成單個波束成形信號。

所述波束成形信號聯(lián)接到信號處理器22。信號處理器22可用各種方式處理所接收的回聲信號，比如帶通濾波、抽取采樣、I及Q分量分離以及諧波信號分離，其用于分離線性信號和非線性信號以便能夠識別出從組織和微泡返回的回聲信號(基頻的較高頻諧波)。

信號處理器22可選地執(zhí)行比如斑減少、信號復(fù)合和噪音消除的附加信號增強。信號處理器22中的帶通濾波器可以是追蹤濾波器，在從不斷增加的深度處接收回聲信號時所述追蹤濾波器的通帶從較高頻帶滑動到較低頻帶，從而拒絕來自較大深度處的較高頻噪音，在所述較大深度處這些頻率缺乏解剖學(xué)信息。

經(jīng)過處理的信號聯(lián)接到B-模式處理器26且可選地聯(lián)接到多普勒處理器28。B-模式處理器26采用所接收超聲信號的振幅檢測來對比如體內(nèi)器官組織和血管的體內(nèi)結(jié)構(gòu)成像。身體結(jié)構(gòu)的B-模式圖像可通過諧波圖像模式或基頻圖像模式或兩者的組合來形成，例如，如美國專利US 6,283,919(Roundhill等人)和US 6,458,083(Jago等人)中所述的。

多普勒處理器28(如果存在)處理根據(jù)組織移動和血流而暫時顯現(xiàn)的信號，以便檢測比如圖像區(qū)域內(nèi)的血細(xì)胞流動的物質(zhì)運動。多普勒處理器通常包括壁式濾波器，其參數(shù)可被設(shè)定成通過和/或拒絕從體內(nèi)選定類型的物質(zhì)返回的回聲。例如，壁式濾波器可被設(shè)定成具有通帶特性，使得來自較高速物質(zhì)的相對低振幅的信號通過，同時拒絕來自較低或零速度物質(zhì)的相對強的信號。

這種通帶特性將使來自流動血液的信號通過，同時拒絕來自幾乎靜止或慢速移動的物體(如心臟壁)的信號。反相特性將使來自心臟的活動組織的信號通過，同時拒絕血流信號，這稱之為組織多普勒成像、檢測以及繪示組織的運動。多普勒處理器從圖像區(qū)域中的不同點接收和處理一系列暫時離散的回聲信號，來自特定點的一系列回聲稱為一個集合。由于多普勒頻率對應(yīng)于指示血流速度的速度，因此在相對短的間隔內(nèi)快速連續(xù)接收的回聲集合可用于估計流動血液的多普勒頻移。在較長時間段接收的回聲集合用于估計較慢流動的血液或慢速移動的組織的速度。

由B-模式(及多普勒)處理器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)信號和運動信號聯(lián)接到掃描轉(zhuǎn)換器32和多平面重定格式器44。掃描轉(zhuǎn)換器32將回聲信號布置成空間關(guān)系，所述回聲信號根據(jù)所述空間關(guān)系按期望的圖像格式被接收。例如，掃描轉(zhuǎn)換器可將回聲信號布置成二維(2D)扇形格式，或錐體三維(3D)圖像。

掃描轉(zhuǎn)換器可借助其多普勒預(yù)估速度使B-模式結(jié)構(gòu)圖像與對應(yīng)于圖像區(qū)域中若干點處的運動的色彩重疊，以產(chǎn)生在圖像區(qū)域中示出組織和血流運動的彩色多普勒圖像。多平面重定格式器44將從身體的體積區(qū)域中的公共平面中的多個點接收的回聲轉(zhuǎn)換成該平面的超聲圖像，例如在美國專利US 6,443,896(Detmer)中所述。體積繪制器42將3D數(shù)據(jù)集的回聲信號轉(zhuǎn)換成從給定參考點觀察的投影3D圖像，如美國專利6,530,885(Entrekin等人)中所述的。

2D或3D圖像從掃描轉(zhuǎn)換器32、多平面重定格式器44和體積繪制器42聯(lián)接到圖像處理器30供進(jìn)一步增強、緩沖和暫時存儲，以便在圖像顯示器40上顯示。除了用于成像外，多普勒處理器28產(chǎn)生的血流值和B-模式處理器26產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)信息也聯(lián)接到定量處理器34。定量處理器產(chǎn)生不同流動條件的測量值，比如血流的體積率，以及比如器官尺寸和孕齡的結(jié)構(gòu)測量。定量處理器可從用戶控制面板38接收輸入，比如圖像的解剖結(jié)構(gòu)中的將進(jìn)行測量的點。來自定量處理器的輸出數(shù)據(jù)聯(lián)接到圖形處理器36，用于借助顯示器40上的圖像重現(xiàn)測量圖像和值。圖形處理器36也可以產(chǎn)生圖形疊層以便與超聲圖像一起顯示。這些圖形疊層可包括比如患者姓名、圖像日期和時間、成像參數(shù)等的標(biāo)準(zhǔn)識別信息。出于這些目的，圖形處理器從用戶界面38接收輸入，比如患者姓名。

用戶界面也連接到發(fā)射控制器18以控制來自換能器陣列110的超聲信號的產(chǎn)生，以及由換能器陣列和超聲系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像。用戶界面還聯(lián)接到多平面重定格式器44以便選擇和控制多個多平面重定格式(MPR)圖像的平面，所述MPR圖像可用于在MPR圖像的圖像區(qū)域執(zhí)行定量測量。

如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，超聲診斷成像系統(tǒng)的上述實施例旨在給出這種超聲診斷成像系統(tǒng)的非限制性示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將立刻認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，所述超聲診斷成像系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的多種變化形式是可行的。例如，如上述實施例中同樣示出的，微波束成形器12和/或多普勒處理器28可省略，且超聲探針10可不具有3D成像功能，等等。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它變化形式是顯而易見的。

應(yīng)該指出的是，上述實施例旨在示例性說明而非限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將在不背離隨附權(quán)利要求范圍的情況下設(shè)計出許多可供選擇的實施例。在權(quán)利要求書中，置于括號內(nèi)的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對權(quán)利要求進(jìn)行限制。詞語“包括”并不排除列于權(quán)利要求中的元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在。出現(xiàn)在元件前面的詞語“一個”和“一”并不排除多個這種元件的存在。本發(fā)明可通過包括數(shù)個分立元件的硬件實施。在列出幾個部件的裝置權(quán)利要求中，這些部件中的幾個可用同一件硬件來實施。事實上在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載的某些措施并不表明這些措施的組合不能夠用來獲益。