用于多维换能器阵列的直接阵列上芯片制造技术

针对用于多维换能器阵列（10）的直接阵列上芯片，通常刚性且导电的去匹配层（12）延伸超出换能器阵列（10）的占用空间。ASIC（26）在一侧上直接连接到去匹配层（12），而另一侧提供了去往阵列（10）的元件（20）的电连接、以及用于去往超声成像系统的连接（例如，柔性到去匹配层（12））的I/O焊盘。通过使用去匹配层（12）刚性，可以在声学堆叠的形成期间保护ASIC（26）。通过使用去匹配层（12）导电性，任何未对准由通过去匹配层（12）的路由来补偿，和/或为I/O提供了大的平坦区域，从而允许良好的低温粗糙接触连接，该连接具有比倒装芯片焊料凸块更大的面积。通过在去匹配层（12）的与ASIC（26）不同的一侧上提供用于系统连接的I/O，可以避免由于底部填充剂所致的大的禁止进入距离。部填充剂所致的大的禁止进入距离。部填充剂所致的大的禁止进入距离。

【技术实现步骤摘要】
用于多维换能器阵列的直接阵列上芯片

技术介绍

[0001]本实施例涉及多维换能器阵列与电子器件的互连。实现声学阵列与相关联的发射和/或接收电子器件之间的互连是针对多维（矩阵）换能器的技术挑战。在两个维度（方位（azimuth）和俯仰（elevation））中分布的数百或数千个（例如，直到10000个）不同的元件需要沿着z轴（深度或范围）的互连，该互连至少针对被其他元件所围绕的元件。由于这些元件较小（例如，100
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500μm），因此用于去往每个元件的单独电连接的空间有限。
[0002]典型的超声成像系统具有从64个直到256个的有限数量的通道，该有限数量是由线缆数量确定的，该系统通过这些通道与超声换能器进行通信。有限数量的线缆不能够将电压从该系统传输到矩阵换能器中的所有声学元件，并且然后从这些元件接收回信号。为了减少信号数量，使用微型波束形成专用集成电路（ASIC）以在换能器探头中进行波束形成。ASIC被放置得尽可能靠近声学元件。在阵列上芯片（chip
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on
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array，COA）方法中，声学阵列被直接构建在ASIC芯片的输入/输出（I/O）上，诸如使用倒装芯片（flip
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chip）连接。COA方法包含两个关键的互连：（1）ASIC的中间区域中的ASIC到声学元件I/O；以及（2）ASIC的外围区域中的柔性到ASIC（flex
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to
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ASIC）互连。用于ASIC到声学I/O的1:1直接互连通常由倒装芯片技术制成。柔性到ASIC互连用于在换能器与超声系统之间来回地（back and forth）发送/接收电源/接地（power/ground）、波束形成的输出和控制信号。
[0003]在声学堆叠仅被构建在ASIC的一部分中，而ASIC芯片的外周周围的区域被保留用于柔性到ASIC连接的情况下，在将若干个声学层层压在一起时所施加的压力可能会损坏ASIC的有源晶体管电路，诸如在其中声学堆叠结束并且外围的柔性到ASIC键合区开始的边界线处使该芯片破裂。包含关键有源电路的ASIC的正面在整个换能器形成过程中直接暴露于机械应力、各种化学品（环氧树脂、底部填充剂（underfill）、助焊剂（solder flux）等）和静电放电（ESD）。由于管芯贴装（die attach）机器的能力和管芯贴装材料的流动性，因此在芯片铺瓦（tiling）（或管芯贴装）过程期间可能无法避免芯片移位或偏移，这可能导致跨用于柔性到ASIC连接的铺瓦芯片（tiled chip）的不一致的电气间距（pitch）。
[0004]该柔性到ASIC连接是在完成声学构建过程之后进行的，因此用于形成该阵列的环氧树脂、以及压电体的居里温度将该连接过程限制到100℃或更低，然而ASIC具有不平整的表面，该表面在使用更高温度过程的情况下被最好地电连接。该柔性到ASIC连接需要较大的禁止进入距离（keep
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out distance），以避免用于ASIC到声学元件I/O的倒装芯片连接中使用的底部填充剂所造成的污染。与其中声学堆叠和ASIC两者都是刚性且尺寸稳定的ASIC到声学I/O连接相比，由于柔性电路的尺寸不稳定性，柔性到ASIC接头可能需要更大的焊盘来获得可靠的电连接。当针对ASIC到声学堆叠和柔性到ASIC连接两者都考虑焊料接头（solder joint）时，使不同大小的焊料凸块（solder bump）在一个晶圆上生长是不容易的，这是因为不同的焊盘大小会改变凸块镀覆（plating）过程条件。

技术实现思路

[0005]作为介绍，下面描述的优选实施例包括用于多维换能器阵列的直接COA的方法、系
统、换能器探头、以及组件。通常刚性且导电的去匹配层（dematching layer）延伸超出换能器阵列的占用空间（footprint）。ASIC在一侧上直接连接到去匹配层，而另一侧提供了去往该阵列的元件的电连接、以及用于去往超声成像系统的连接（例如，柔性到去匹配层）的I/O焊盘。通过使用去匹配层刚度（rigidness），可以在声学堆叠的形成期间保护ASIC。通过使用去匹配层导电性，任何未对准可以由通过去匹配层的路由（routing）来补偿。通过使用去匹配层导电性，为I/O提供了大的平坦区域，从而允许良好的低温粗糙接触连接，该连接具有比倒装芯片焊料凸块更大的面积。通过在去匹配层的与ASIC不同的一侧上提供用于系统连接的I/O，可以避免由于底部填充剂所致的大的禁止进入距离。
[0006]在第一方面，提供了一种多维换能器阵列系统。声学阵列具有分布在第一和第二维度上的网格中的换能器元件。声学阵列具有沿着第一维度的换能器元件的第一区间（extent）。去匹配层与声学堆叠中的声学阵列连接。去匹配层在第一侧上支撑换能器元件，并且沿着第一维度以第二区间延伸。第二区间大于第一区间。专用集成电路的芯片直接键合到去匹配层的第二侧。第二侧与第一侧相对。柔性电路在第一侧上连接到去匹配层。
[0007]在第二方面，提供了一种超声换能器探头。提供了电连接到多维换能器阵列的半导体芯片的阵列上芯片布置。多维换能器阵列是具有去匹配层的四分之一波长换能器。半导体芯片通过去匹配层电连接到多维换能器阵列。接触焊盘在去匹配层上，以用于从半导体芯片到超声成像系统的信令和接地。去匹配层提供了从接触焊盘到半导体芯片以及从半导体芯片到多维换能器阵列的信号路由。
[0008]在第三方面，提供了一种用于将电子器件与声学元件阵列进行连接的方法。集成电路直接连接到声学元件的去匹配层的第一表面。导体连接到去匹配层的第二表面。第二表面与第一表面相对。导体连接到在声学元件的去匹配层上的占用空间之外的第二表面上的焊盘。
[0009]本专利技术由所附权利要求限定，并且本部分中的任何内容均不应当视为对这些权利要求的限制。下面结合优选实施例来讨论本专利技术的另外的方面和优点，并且可以稍后独立地或以组合的形式来要求保护这些另外的方面和优点。不同的实施例可以实现或未能实现不同的目的或优点。
附图说明
[0010]组件和附图不一定按比例绘制，而是将重点置于说明本专利技术的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记遍及不同的视图表示对应的部分。
[0011]图1A和图1B分别是声学阵列与集成电路的阵列上芯片互连的一个实施例的一部分的截面图和顶部区域视图；图2A和图2B分别是图1B和图1A的阵列上芯片互连的实施例的顶部区域视图和截面图；图3A和图3B分别是使用去匹配层以用于与多个ASIC连接的超声换能器系统的顶部区域视图和截面图；图4示出了由于使用中间去匹配层而允许的芯片移位的示例；图5图示了在去匹配层的表面上提供的粗糙接触的示例；图6图示了由于使用去匹配层以用于信号路由而提供的示例接地路径；
图7图示了另一个示例接地路径；以及图8是用于将电子器件与声学元件阵列进行连接的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
[0012]声学堆叠的去匹配层使得能够实现四分之一波长声学设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多维换能器阵列（10）系统，所述系统包括：声学阵列（10），其具有分布在第一和第二维度上的网格中的换能器元件（20），所述声学阵列（10）具有沿着第一维度的所述换能器元件（20）的第一区间；去匹配层（12），其与声学堆叠中的所述声学阵列（10）连接，所述去匹配层（12）在第一侧上支撑所述换能器元件（20），并且沿着第一维度以第二区间延伸，所述第二区间大于所述第一区间；专用集成电路的芯片（26），其直接键合到所述去匹配层（12）的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对；以及柔性电路（30），其在所述第一侧上连接到所述去匹配层（12）。2.根据权利要求1所述的多维换能器阵列（10）系统，其中所述声学堆叠包括至少一个匹配层（16、18）、所述换能器元件（20）、以及所述去匹配层（12），并且其中将所述换能器元件（20）分离的切缝（22）也将所述去匹配层（12）分离，其中所述芯片（26）具有沿着第一维度的第三区间，所述第三区间等于所述第二区间或比所述第二区间更长，其中所述专用集成电路包括波束形成电路，其中所述芯片（26）与倒装芯片接头直接键合，分离的倒装芯片接头与所述换能器元件（20）中的分离的换能器元件电连接，并且其中另外的分离的倒装芯片接头通过所述去匹配层（12）将电源、接地、波束形成的输出、以及时钟信号电连接到所述柔性电路（30）。3.根据权利要求1所述的多维换能器阵列（10）系统，其中所述柔性电路（30）利用粗糙键合连接到所述去匹配层（12），所述粗糙键合将所述柔性电路（30）电连接到所述去匹配层（12），该去匹配层（12）电连接到所述专用集成电路。4.根据权利要求1所述的多维换能器阵列（10）系统，其中将所述换能器元件（20）分离的第一切割切缝（22）延伸穿过所述去匹配层（12），由所述切割切缝（22）形成的所述换能器元件（20）具有沿着第一维度的第一间距，并且其中，在沿着第一维度延伸超出所述换能器元件（20）的区域中穿过所述去匹配层（12）的第二切割切缝（22）形成了用于所述柔性电路（30）的接触焊盘，所述接触焊盘具有大于所述第一间距的第二间距。5.根据权利要求1所述的多维换能器阵列（10）系统，其中所述柔性电路（30）在沿着所述声学阵列（10）的第一维度的一个元件（20）宽度内电连接到所述去匹配层（12）。6.根据权利要求1所述的多维换能器阵列（10）系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏雨，
申请(专利权)人：美国西门子医疗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：