超声换能器和超声换能器的平铺阵列制造技术

一种超声换能器具有控制电路，所述控制电路具有电路部分的阵列，这些电路部分共同限定电路区。cMUT元件被提供在所述控制电路的顶部。通路提供每个cMUT元件与下方的电路部分中的相应的一个电路部分之间的耦合。通路被定位在cMUT元件之间的空间处并且在相对于电路部分的形状的位置处连接到下方的电路部分。阵列的间距大于电路部分在阵列的至少一个方向上的间距，使得在所述至少一个方向上，cMUT元件延伸超出电路区的一边或两边。这使得平铺更加容易并且实现了模块化设计。容易并且实现了模块化设计。容易并且实现了模块化设计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声换能器和超声换能器的平铺阵列


[0001]本专利技术涉及超声换能器，特别是具有在相关联的控制电路上提供的换能器元件的二维阵列。

技术介绍

[0002]众所周知，超声换能器元件的二维阵列例如用于在3D超声探头中使用。这样的探头将换能器元件的二维矩阵阵列与控制ASIC集成在一起。ASIC包含用于控制、传输和接收个体换能器元件的声学信号的电路。
[0003]ASIC所要求的功能被布局在与换能器元件间距匹配的单位控制单元中。换能器元件的尺寸由应用的成像要求(特别是频率和视场)决定。
[0004]2D阵列中的换能器元件的典型尺寸在100到350μm之间。尺寸在水平方向和垂直方向上可能略有不同。典型的矩阵阵列包含1000到10000个换能器元件。
[0005]这样的阵列和相关联的单个ASIC电路在本文档中被称为“超声换能器”。个体感测元件被称为“超声换能器元件”。多个这样的超声换能器的大的平铺或拼接阵列被称为“超声换能器布置”。
[0006]在常规情况下，矩阵阵列已经使用压电材料作为换能器元件进行了构建。如今，使用能够使用标准半导体加工技术制造的电容式微机械超声换能器(cMUT)的成本较低的换能器阵列是可行的。取决于选择的制造路线，这些换能器元件能够被单片集成在控制ASIC上。
[0007]取决于探头的类型，换能器孔径的尺寸和纵横比可能会有显著变化；例如，相控阵心脏探头可以具有1.5(2
×
1.3cm)的纵横比，而线性换能器探头可以具有12(6
×
0.5cm)的纵横比。在大多数情况下，探头孔径的宽度小于2cm。
[0008]实现具有大维度的2D超声换能器布置带来了额外的设计挑战，因为维度超过了最先进的光刻装备(步进器/扫描器)的标线的有用面积。典型的有用面积大约为2.5
×
2.5cm。为了实现更大的换能器阵列，需要阵列拼接的形式，或者需要如上面所提到的平铺换能器阵列。
[0009]对于图像质量，重要的是换能器阵列是同质的。这意味着平铺或拼接解决方案应当使用源自同一晶圆(优选来自相邻位置)的模块。另外，换能器模块之间的间隙应当很小，例如＜0.3λ，并且应当知道间隙尺寸，从而能够(部分)补偿任何这样的间隙对波束成形过程的影响。
[0010]通常，具有单片集成控制ASIC的cMUT换能器元件的二维(矩阵)阵列中最昂贵和最复杂的部分是底层ASIC功能。ASIC(重新)设计非常昂贵且耗时，而先进技术的IC掩模组成本能够在几十万美元到一百万美元之间。因此，在中心频率和/或换能器孔径方面针对不同的换能器设计重复使用ASIC设计的能力是非常有吸引力的。
[0011]在常规的换能器设计中，这几乎是不可能的，因为ASIC单位控制单元与换能器元件的间距匹配不允许在将换能器元件灵活地放置在相对于底层ASIC单位控制单元的不同
位置。
[0012]以准无缝方式平铺在CMOS IC代工厂中实现的模块也很困难。一个重要的限制因素是在CMOS集成电路周围要求密封环以确保可靠运行。
[0013]密封环用于避免晶片切割应力和污染物进入芯片的电路，因为这些因素能够改变电路特性和可靠性。CMOS芯片的电路因此被密封环结构封闭。另外，在密封环结构周围包围有一条划线。这用于晶片切割要求。
[0014]密封环包括触点和通路带以及包围芯片的活跃区的金属层。触点和通路带形成连续的环以阻止移动离子移入芯片。另外，p型扩散通常被放置在触点下方，作为额外的基板触点。
[0015]密封环限定了客户硅区的边界。优选地，密封环与关键活跃电路之间有一定间距。在客户区外部，IC代工厂放置过程控制模块(PCM)以允许监控过程质量。
[0016]US 2016/0136686公开了cMUT单元的六边形阵列。六边形阵列引起了相邻列之间的偏移。存在在两个方向上都具有相同间距的发射
‑
接收单元的阵列作为cMUT单元的阵列。
[0017]US 2005/0094490公开了其中的电路部分再次在两个方向上都具有相同间距的各种其他六边形cMUT单元设计作为cMUT元件阵列。
[0018]仍然存在与(大)换能器阵列的孔径中的接缝有关的问题，该问题能够导致图像伪影。当要形成孔径尺寸大于步进器标线的最大可用面积的换能器布置时，需要这样的接缝。在实现ASIC和cMUT元件阵列的模块化设计而使得ASIC可以与不同的换能器设计一起使用时还存在问题。
[0019]本专利技术指向这些问题中的一些问题。

技术实现思路

[0020]本专利技术由权利要求来限定。
[0021]根据依据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种超声换能器，包括：
[0022]控制电路，其包括集成电路，所述集成电路包括电路部分的阵列；
[0023]电容式微机械超声换能器cMUT元件的阵列，其被提供在所述控制电路的顶部上(或者被布置为覆盖所述控制电路)；以及
[0024]通路的阵列，其中，至少一个通路提供每个cMUT元件与下方的所述电路部分的相应的一个电路部分(所述CMUT元件被布置为覆盖到的所述电路部分)之间的耦合，这些电路部分共同限定电路区，其中，CMUT元件的所述阵列的间距大于所述电路部分在所述阵列的至少一个方向上的间距，使得在所述至少一个方向上，所述cMUT元件延伸超出所述电路区的一边或两边，其中，所述阵列的所述至少一个方向包括行方向或者行方向与列方向两者。
[0025]控制电路优选是ASIC。电路部分的阵列优选是规则阵列，即，在行方向和列方向上具有统一的间距(忽略非预期目的的任何微小的、无关紧要的间距偏差)。
[0026]注意，“电路区”仅仅旨在意指所使用的电路部分的组合。每个电路部分是电路的一个单位单元，它用于执行相同的功能，例如，向cMUT元件传送信号和从cMUT元件接收信号。因此，“电路区”是单位单元(其可以被认为是物理电路的活跃部分)的组合，它例如在电路部分周围具有额外边缘(其可以被认为是非活跃部分)。这个非活跃边缘可以被认为是控制电路的另一区。
[0027]通过在cMUT元件阵列和电路部分的阵列中提供不同的间距，能够提供交叠而使得可以分开(蚀刻或切分)电路，同时保持电路区外部的保护性外部区域。当平铺换能器时，交叠可以用于确保形成cMUT元件的规则阵列，即使底层的电路部分由于保护性外部区域而形成被破坏的阵列也是如此。
[0028]在每个cMUT元件与其相应的电路部分之间优选存在单个通路。
[0029]例如，所述cMUT元件中的每个cMUT元件都占据一个区，并且存在在所占据的区之间限定的空间，并且其中，每个通路都被定位在所述空间中的相应的一个空间处。因此，通路可以被定位在cMUT元件的侧面。
[0030]每个通路在所述电路部分的形状内的相对位置处连接到下方的所述电路部分，并且存在至少两个不同的相对位置，使得第一cMUT元件在第一相对位置处连接到其相应的电路部分并且第二cMUT元件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声换能器，包括：控制电路(202)，其包括集成电路，所述集成电路包括电路部分(204)的阵列；电容式微机械超声换能器cMUT元件(304)的阵列，其被提供为覆盖所述控制电路；以及通路(205)的阵列，其中，至少一个通路提供每个cMUT元件与所述CMUT元件被布置为覆盖到的所述电路部分中的相应的一个电路部分之间的耦合，这些电路部分共同限定电路区，其中，CMUT元件的所述阵列的间距大于所述电路部分在所述阵列的至少一个方向上的间距，使得在所述至少一个方向上，所述cMUT元件在所述至少一个方向上延伸超出所述电路区的一边或两边。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其中，所述cMUT元件(304)中的每个cMUT元件都占据一个区，并且存在在所占据的区之间限定的空间，并且其中，每个通路(205)都被定位在所述空间中的相应的一个空间处。3.根据权利要求1或2所述的超声换能器，其中，每个通路(205)在所述电路部分的形状内的相对位置处连接到下方的所述电路部分，其中，存在至少两个不同的相对位置，使得第一cMUT元件在第一相对位置处连接到其相应的电路部分并且第二cMUT元件在第二相对位置处连接到其相应的电路部分。4.根据权利要求3所述的超声换能器，其中，沿着cMUT元件(304)的每行，每个相对位置在行方向上是不同的，并且在每行的一个端部处的所述cMUT元件在所述行方向上与所述电路区的一边交叠。5.根据权利要求4所述的超声换能器，其中，在每行的相同端部处的所述cMUT元件(304)与所述电路区的相同边交叠。6.根据权利要求4或5所述的超声换能器，其中，沿着cMUT元件的每列，每个相对位置在列方向上是不同的，并且每列的一个端部处的所述cMUT元件在所述列方向上与所述电路区的一边交叠。7.根据权利要求6所述的超声换能器，其中，在每列的相同端部处的所述cMUT元件与所述电路区的相同边交叠。8.根据权利要求4至7中的任一项所述的超声换能器，其中，沿着cMUT元件的每行，第一组cMUT元件的所述通路被定位在相对于所述c...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：