專(zhuān)利名稱(chēng)：用于超聲系統(tǒng)的cmut封裝的制作方法
用于超聲系統(tǒng)的CMUT封裝優(yōu)先權(quán)本申請(qǐng)要求2007年12月3日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/992，020以及2008 年1月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/024，843的優(yōu)先權(quán)。
背景本申請(qǐng)涉及電容式微機(jī)械超聲換能器(CMUT)，尤其是涉及基于CMUT的超聲換能 器、器件和系統(tǒng)的封裝。導(dǎo)管允許外科手術(shù)人員通過(guò)將導(dǎo)管的遠(yuǎn)端通到可能存在某種疾病的部位來(lái)診斷 并治療患者體內(nèi)深處的疾病。接著，外科手術(shù)人員可在該部位操作各種傳感器、儀器等來(lái)對(duì) 患者執(zhí)行具有最小侵入影響的某些過(guò)程。得到廣泛使用的一種器件是超聲掃描儀。超聲掃 描儀在針對(duì)其能力選擇的頻率處產(chǎn)生聲波，以允許該聲波穿透各種組織和其它生物結(jié)構(gòu)并 從其返回回波。選擇大約20MHz或更高的頻率常常是希望的?？蓮倪@些返回的回波得到在 超聲掃描儀周?chē)慕M織的圖像。另一種超聲器件用于通過(guò)配備有超聲換能器的導(dǎo)管執(zhí)行高 強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)；它可安全和有效地消除來(lái)自跳動(dòng)的心臟的外表面的心房顫動(dòng)(AF)。 存在兩種超聲換能器，即，基于壓電晶體(即，由壓電材料或壓電復(fù)合材料制造的晶體)的 超聲換能器和基于電容式微機(jī)械超聲換能器(CMUT和嵌入式彈簧CMUT或ESCMUT)的超聲 換能器。CMUT 一般包括兩個(gè)間隔開(kāi)的電極，膜附到這兩個(gè)電極中的一個(gè)。在操作中，交流電 (AC)信號(hào)用于將電極充電到不同的電壓。差分電壓引起附到膜的電極移動(dòng)，因而導(dǎo)致膜本 身的移動(dòng)。壓電換能器(PZT)還將AC信號(hào)應(yīng)用于其中的晶體，使它振動(dòng)并產(chǎn)生聲波。返回 到晶體的回波用于得到周?chē)M織的圖像。因此，外科手術(shù)人員發(fā)現(xiàn)使用配備有超聲掃描儀的導(dǎo)管來(lái)獲得人類(lèi)(和動(dòng)物)患 者體內(nèi)的某些組織(例如，血管)、結(jié)構(gòu)等的圖像并觀察對(duì)其的治療效果是有用的。例如，超 聲換能器可提供允許醫(yī)療人員確定血液是否流經(jīng)特定的血管的圖像。某些導(dǎo)管包括位于導(dǎo)管的遠(yuǎn)端處或附近的單個(gè)超聲換能器，而其它導(dǎo)管包括在導(dǎo) 管的遠(yuǎn)端處的超聲換能器的陣列。這些超聲換能器可沿著導(dǎo)管的側(cè)面布置并可從其指向 夕卜。如果是這樣，它們可被稱(chēng)為“側(cè)視”換能器。當(dāng)導(dǎo)管只有一個(gè)側(cè)視換能器時(shí)，可旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 管，以獲得在導(dǎo)管周?chē)乃蟹较蛏系慕M織的圖像。否則，導(dǎo)管可具有指向?qū)Ч苤車(chē)乃?方向的超聲換能器。在其它情況下，導(dǎo)管可具有布置在導(dǎo)管的遠(yuǎn)端處的超聲換能器，這些換能器從導(dǎo) 管的端部指向遠(yuǎn)側(cè)方向。這些類(lèi)型的超聲換能器可稱(chēng)為“前視”換能器。前視換能器對(duì)獲 得在導(dǎo)管前面(即，前方)的組織的圖像可能是有用的。因?yàn)樵诔暢上窈统曋委熤?，超聲系統(tǒng)將超聲聚焦在目標(biāo)區(qū)中以獲得成像或治 療，用于成像的基于導(dǎo)管的超聲系統(tǒng)也可配置成通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)某曨l率和能量輸入來(lái)執(zhí) 行治療。概述實(shí)施方式提供了超聲換能器、器件和系統(tǒng)(例如，掃描儀或HIFU器件)以及制造超聲系統(tǒng)的方法。更具體地，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式實(shí)踐的方法包括集成柔性電子器件(例如，集成電路)與柔性構(gòu)件以及集成柔性超聲換能器(例如，圓形CMUT陣列的一部分)與柔性 構(gòu)件。集成的柔性電子器件、柔性超聲換能器和柔性構(gòu)件可形成柔性子組件，柔性子組件 被卷起以形成超聲換能器。這里公開(kāi)的封裝方法可用于制造小型化的超聲換能器、器件和 系統(tǒng)。這些方法還可用于制造柔性超聲換能器、器件和系統(tǒng)。而且，所產(chǎn)生的超聲換能器、 器件和系統(tǒng)可在機(jī)械上是柔性的。在一些實(shí)施方式中，這些超聲換能器、器件和系統(tǒng)也可 在操作上是靈活的，因?yàn)樗鼈兛蓱?yīng)用于各種情況，包括IVUS/ICE成像和各種形式的治療。 例如，這些超聲換能器、器件和系統(tǒng)可用于但不限于對(duì)病人的心臟的AF的高強(qiáng)度聚焦超聲 (HIFU)消融。在一些實(shí)施方式中，柔性電子器件和柔性超聲換能器與柔性構(gòu)件的集成同時(shí)出 現(xiàn)。此外，可從包括其作用表面的超聲換能器的側(cè)面執(zhí)行對(duì)超聲換能器的集成。在可選方 案中，柔性電子器件的集成可出現(xiàn)在柔性超聲換能器的集成之前(或之后)。而且，柔性超 聲換能器的集成可包括使用半導(dǎo)體技術(shù)。在一些實(shí)施方式中，卷起的柔性子組件形成管腔， 其可耦合到導(dǎo)管的管腔。然而，卷起的柔性子組件可替代地連接到導(dǎo)管的管腔。在一些實(shí) 施方式中，該方法包括將柔性構(gòu)件(其托住柔性超聲換能器)的一部分折疊大約90度的角 度以形成前視超聲換能器。一些實(shí)施方式的柔性構(gòu)件可包括連接到CMUT換能器的圓形陣 列的部分的一對(duì)臂。當(dāng)該臂(和柔性構(gòu)件的其余部分)卷起時(shí)，圓形CMUT陣列可折疊大約 90度以形成環(huán)狀CMUT陣列。環(huán)狀CMUT陣列可接著用作前視CMUT陣列。這里公開(kāi)的超聲系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式包括柔性電子器件(例如，集成電路)、柔性 超聲換能器和柔性構(gòu)件，柔性電子器件和柔性超聲換能器與柔性構(gòu)件集成在一起。集成的 柔性電子器件、柔性超聲換能器和柔性構(gòu)件可形成柔性子組件，柔性子組件卷起以形成超 聲掃描儀。在一些實(shí)施方式中，卷起的柔性子組件是管腔，或替代地可連接到導(dǎo)管的管腔。 柔性超聲換能器可包括貫穿晶片互連和與其相通的圓形CMUT陣列的一部分。而且，超聲換 能器可為前視、環(huán)狀CMUT陣列。因此，實(shí)施方式提供了優(yōu)于以前可用的超聲換能器，更具體地，優(yōu)于基于PZT的超 聲系統(tǒng)的很多優(yōu)點(diǎn)。例如，實(shí)施方式提供了可在較高的頻率操作的并具有比此前可能的寬 的帶寬的超聲掃描儀。實(shí)施方式還提供具有比以前可用的超聲換能器的形狀因子小的形狀 因子的超聲系統(tǒng)。此外，實(shí)施方式提供制造超聲掃描儀的方法，其比以前可用的超聲制造方 法更簡(jiǎn)單、成本更小和更快。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出基于CMUT的超聲掃描儀和柔 性子組件的透視圖。圖2對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出另一基于CMUT的超聲掃描儀 和柔性子組件的透視圖。圖3對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出柔性子組件的透視圖。圖4對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu) 件集成的方法。圖5對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件 集成的另一方法。
圖6對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件 集成的另一方法。圖7對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu) 件集成的另一方法。圖8對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu) 件集成的又一方法。圖9對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出柔性子組件的透視圖。圖10對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出制造柔性IC子組件的方法。
圖11對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出制造CMUT陣列和CMUT元件 的另一方法。圖12示出制造CMUT陣列的各種實(shí)施方式的方法。詳細(xì)描述不同實(shí)施方式的基于電容式微機(jī)械超聲換能器(CMUT)的系統(tǒng)(例如，IVUS/ICE掃 描儀、小型高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)器件等)的一個(gè)部件是具有集成在其上的CMUT陣列和 /或IC的柔性構(gòu)件。CMUT陣列和IC的集成可使用半導(dǎo)體以及MEMA制造和封裝技術(shù)(在 下文中的“半導(dǎo)體”技術(shù))被同時(shí)執(zhí)行，或可在不同的時(shí)間被執(zhí)行。半導(dǎo)體技術(shù)可用在批量 處理中，從而提供制造基于CMUT的超聲系統(tǒng)的相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠和有成本效率的方法。集成 的柔性構(gòu)件(具有CMUT陣列和/或IC)可被折疊或以另外方式布置，以安裝在有限的空間 內(nèi)，并可被制成符合各種表面(甚至具有空間曲率的那些表面)。更具體地，這里公開(kāi)的超 聲系統(tǒng)可包括在各種類(lèi)型的導(dǎo)管上或中。更具體地，這些半導(dǎo)體批量處理可提供制造超聲 系統(tǒng)的方法，其比制造基于壓電換能器(PZT)的超聲系統(tǒng)的方法更簡(jiǎn)單、更可靠和更有成 本效率。雖然壓電換能器(PZT)可執(zhí)行一些期望的診斷和治療功能，但獲得具有小形狀因 子的壓電換能器(PZT)仍然很難。更具體地，由于與制造PZT的材料相關(guān)的限制，設(shè)計(jì)和制 造具有PZT的導(dǎo)管且PZT小到足以安裝在設(shè)計(jì)成通過(guò)各種心血管、神經(jīng)血管和其它生物結(jié) 構(gòu)的很多導(dǎo)管內(nèi)仍然很難。而且，PZT材料往往在相對(duì)高頻的頻域并不是表現(xiàn)很好。例如， 很難設(shè)計(jì)和制造能夠在對(duì)使生物組織成像有用的20MHz附近(和之上)的區(qū)域內(nèi)操作的 PZT。此外，為了形成PZT的圓柱形陣列(例如，希望包括在各種導(dǎo)管上的圓柱形陣列)， 必須從換能器的平板切割單獨(dú)的PZT。單獨(dú)的PZT可接著布置在導(dǎo)管上的圓柱形陣列中。 作為結(jié)果，一些單獨(dú)的PZT(或多組PZT)可能在切割和組裝操作期間被切口或其它污染物 損壞或污染。此外，單獨(dú)的PZT的切割操作和到導(dǎo)管上的組裝可導(dǎo)致單獨(dú)PZT的操作特性 的變化。因此，以前可用的PZT只在某些超聲應(yīng)用中得到使用。本公開(kāi)提供了基于CMUT的 超聲系統(tǒng)和配備有這樣的CMUT的導(dǎo)管，解決了 PZT的至少一些缺點(diǎn)。如這里討論的，在這 里公開(kāi)的基于CMUT的超聲系統(tǒng)和導(dǎo)管也處理其它優(yōu)點(diǎn)。CMUT使用布置成形成電容器的兩個(gè)板狀結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸并檢測(cè)相鄰介質(zhì)中的聲波。板 (或耦合到板的電極)可被反復(fù)充電，以使一個(gè)板相對(duì)于另一個(gè)板移動(dòng)，從而產(chǎn)生聲波。一 般，交流電(AC)給板充電。在可選方案中，板可被充電到選定的電壓(使用例如直流或DC 信號(hào))，并可用于感測(cè)聲波，這些聲波撞擊在被暴露的板上，因而使該板相對(duì)于另一個(gè)板移動(dòng)。被暴露的板的移動(dòng)引起CMUT的電容的變化?？煞治鲇蒀MUT產(chǎn)生的作為結(jié)果的電信號(hào)， 以產(chǎn)生在CMUT周?chē)慕橘|(zhì)的圖像。一些基于CMUT的超聲系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)開(kāi)關(guān)在一 個(gè)位置時(shí)，開(kāi)關(guān)允許CMUT傳輸聲波，而當(dāng)開(kāi)關(guān)在另一位置時(shí)，開(kāi)關(guān)允許CMUT檢測(cè)聲波。CMUT可被單獨(dú)地制造或可按各種陣列制造。例如，可制造CMUT的一維(1_D)陣 列，其中各種CMUT以線性陣列形成。也可制造2-DCMUT陣列，其中各種CMUT以包括例如行 和列的各種模式形成。行和列可產(chǎn)生通常正方形、矩形或其它形狀的陣列。而且，單獨(dú)的 CMUT可被單獨(dú)的操作；可結(jié)合其它CMUT操作；或可結(jié)合在特定的陣列或掃描儀中的所有 CMUT操作。例如，驅(qū)動(dòng)各種CMUT的信號(hào)可被計(jì)時(shí)來(lái)操作作為相控陣的多個(gè)CMUT，以在特定 的方向上引導(dǎo)聲能。
CMUT陣列可被形成為柔性的，以便陣列可符合具有期望或給定形狀或曲率的表 面、腔等。例如，CMUT陣列可被安裝成符合特定儀器、導(dǎo)管或其它器件的形狀。類(lèi)似地，用于 驅(qū)動(dòng)CMUT (并感測(cè)來(lái)自其的信號(hào))的IC(或其它電路)也可被形成為柔性的。此外，CMUT 和IC可同時(shí)使用相同的技術(shù)或在不同的時(shí)間使用與這里公開(kāi)的相同(或不同)的技術(shù)與 彼此和儀器集成。更具體地，一些實(shí)施方式的CMUT和IC可使用半導(dǎo)體或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造和 封裝技術(shù)(下文中的“半導(dǎo)體”技術(shù))彼此同時(shí)集成在柔性構(gòu)件上。其上有CMUT和IC的 柔性構(gòu)件可被纏繞在導(dǎo)管(或其它器件)上，以形成具有基于CMUT的超聲系統(tǒng)的導(dǎo)管。用 作超聲掃描儀的這些基于CMUT的超聲系統(tǒng)可為前視的、側(cè)視的或其組合。它們也可用于執(zhí) 行成像、治療功能(例如，組織消融)或其組合。在一些實(shí)施方式中，其它換能器(例如，壓 力、溫度等)可被制造并與CMUT和IC 一起集成在柔性膜上。圖IA對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于電容式微機(jī)械換能器(CMUT)的超聲系統(tǒng)示出柔性子 組件的透視圖。柔性子組件108包括CMUT陣列110、CMUT陣列110的支持性電子器件120 和柔性構(gòu)件130。在一些實(shí)施方式中，支持性電子器件120是以一個(gè)或多個(gè)集成電路(IC) 的形式。柔性構(gòu)件130機(jī)械地耦合CMUT陣列110和支持性電子器件120，同時(shí)允許CMUT陣 列110和支持性電子器件120在組裝期間相對(duì)于彼此移動(dòng)。柔性構(gòu)件130還可提供CMUT陣 列110和支持性電子器件120之間的電連通性。而且，在CMUT陣列110內(nèi)的每個(gè)CMUT元 件靈活地耦合到彼此。同樣，支持性電子器件120的各個(gè)部分可靈活地耦合到彼此。圖IB示出一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)(例如，掃描儀)的透視圖。更 具體地，基于CMUT的超聲系統(tǒng)109可從柔性子組件108形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，柔性子 組件108按參考箭頭136所示卷成圓柱形形狀，以形成基于CMUT的超聲系統(tǒng)109。如圖IB 所示，基于CMUT的超聲系統(tǒng)109可為側(cè)視超聲掃描儀?；贑MUT的掃描儀109可連接到 導(dǎo)管的管腔或其它器件，并可用于使患者體內(nèi)的組織成像?；贑MUT的掃描儀109也可將 超聲聚焦到通常相鄰于掃描儀的區(qū)域，以進(jìn)行HIFU消融。而柔性子組件108可纏繞在物體 周?chē)⒕淼焦茏?、部分管腔或管腔中、或形成其它形?甚至具有空間曲率的那些形狀)。圖2對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出另一柔性子組件的透視圖。柔 性子組件208包括圓形CMUT陣列210、支持性IC 220和柔性構(gòu)件230。柔性構(gòu)件230包括 從IC 220突出并到達(dá)圓形CMUT陣列210的一對(duì)弓形臂232。臂232也可界定空腔234，這 將允許臂232符合如圖2B所示的基于CMUT的超聲系統(tǒng)209的總的圓柱形形狀。為了從柔 性子組件208形成超聲系統(tǒng)209，當(dāng)柔性子組件208卷成圓柱形形狀時(shí)，圓形CMUT陣列210可向內(nèi)折疊。因此，圓形CMUT陣列210的單獨(dú)的元件可從基于CMUT的超聲系統(tǒng)209指向遠(yuǎn)側(cè)。因此，基于CMUT的超聲系統(tǒng)209可為前視的、基于CMUT的超聲掃描儀?；贑MUT 的超聲系統(tǒng)209也可將超聲聚焦到掃描儀前方的區(qū)域中，以進(jìn)行HIFU消融?，F(xiàn)在參考圖3A，其對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出柔性子組件的透 視圖。柔性子組件308包括在柔性構(gòu)件330上彼此平行放置并間隔開(kāi)的CMUT陣列310和 IC 320。CMUT陣列310可為單個(gè)元件CMUT或CMUT陣列(例如，一維、二維、1. 5維或任何其 它類(lèi)型的CMUT陣列)。因此，柔性構(gòu)件330的部分350跨越至少一些IC 320和CMUT陣列 310之間的距離。柔性組件308可在柔性構(gòu)件330的這些部分350處折疊，以形成緊湊的超 聲系統(tǒng)309 (見(jiàn)圖3B)。緊湊的超聲系統(tǒng)309可類(lèi)似于IC320的堆棧，CMUT陣列310在堆棧 的一端，而柔性構(gòu)件的部分350界定CMUT陣列310和IC 320之間的柔性構(gòu)件的層。緊湊 的超聲系統(tǒng)309可被制造得足夠小，以便它可安裝在導(dǎo)管內(nèi)和其它類(lèi)似有限的空間內(nèi)。雖 然柔性組件308可被折疊成堆棧，它也可纏繞在物體周?chē)⒕淼焦茏踊蚬芮恢?、或形成其?形狀(甚至具有空間曲率的那些形狀)?，F(xiàn)在參考圖4-8，示出了使IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件集成的各種方法。這些方法 可使用各種半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)執(zhí)行IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件的集成。實(shí)際上，在一些實(shí)施方 式中，相同的半導(dǎo)體技術(shù)用于集成IC與柔性構(gòu)件以及集成CMUT陣列與柔性構(gòu)件。相反，基 于PZT的超聲掃描儀需要不同的技術(shù)來(lái)集成基于PZT的超聲系統(tǒng)的PCT換能器和IC(或其 它支持性電子器件)。圖4對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出使IC和CMUT與柔性構(gòu)件集成 以形成柔性子組件408的方法。更具體地，使用各種半導(dǎo)體技術(shù)在晶片400 (或某個(gè)其它基 底)上制造柔性構(gòu)件430。圖4進(jìn)一步示出，晶片400可用于將CMUT陣列410和IC 420與 柔性構(gòu)件430集成。在CMUT陣列410和IC 420的集成期間，可形成各種結(jié)構(gòu)例如柔性構(gòu) 件430，其包括至少一個(gè)絕緣層431-435、至少一個(gè)傳導(dǎo)層432-434和結(jié)合區(qū)439。在圖4所 示的方法中，可分開(kāi)地制造CMUT陣列410和IC 420。部分地由于用于制造柔性構(gòu)件430的半導(dǎo)體技術(shù)，相比于在基于PZT的超聲系統(tǒng) 中使用的印刷電路板(PCB)中的互連的相應(yīng)尺寸，可在更大的程度上控制柔性構(gòu)件430中 形成的各種互連的尺寸。此外，圖4所示的方法允許通過(guò)以較好的尺寸控制來(lái)制造多個(gè)傳 導(dǎo)層432-434而增加互連密度(與基于PZT的超聲換能器互連密度相比)。因此，可制造根 據(jù)各種實(shí)施方式的小型超聲系統(tǒng)?，F(xiàn)在參考圖4. 1，絕緣層431可被涂覆并摹制到晶片400上，以形成柔性構(gòu)件430 的第一層。注意，晶片400可為硅晶片、玻璃晶片或某個(gè)其它基底，以及絕緣層431可由例 如氧化物、氮化物、聚對(duì)二甲苯基、聚酰亞胺、聚合物、PDMS、Kapton等涂覆或形成。傳導(dǎo)層432之一可形成并摹制到晶片400上(如圖4. 2所示)，以在柔性構(gòu)件430 內(nèi)形成各種互連。如前所述，額外的絕緣層433-435和額外的傳導(dǎo)層432-434可按需要被涂 覆并摹制到晶片400上，以在柔性構(gòu)件430內(nèi)形成額外的互連(見(jiàn)圖4. 3)。傳導(dǎo)層432-434 的材料可為Al、Au、Cr、Ti、Cu等。圖4. 4示出結(jié)合區(qū)439可由在前面的各種互連上的傳導(dǎo)材料制造和摹制，以與 CMUT陣列410、IC 420和其它部件上的相應(yīng)觸頭緊密配合?？筛鶕?jù)在圖4. 4和4. 5所示的 過(guò)程中被選擇用來(lái)使CMUT陣列410和IC420與柔性構(gòu)件430集成的技術(shù)選擇形成結(jié)合區(qū)439的材料。因此，如圖4. 5所示，CMUT陣列410和IC 420可位于結(jié)合區(qū)439上并與其鍵 合。更具體地，可使用共晶鍵合、熱壓縮鍵合以及各種倒裝鍵合方法來(lái)執(zhí)行CMUT陣列410和 IC 420與結(jié)合區(qū)439的在器件級(jí)或在晶片級(jí)的鍵合。包括柔性構(gòu)件430、CMUT陣列410和 IC 420的柔性子組件408接著可如圖4. 6所示與晶片400分離。柔性構(gòu)件包括層431-435 和結(jié)合區(qū)439。在一些實(shí)施方式中，集成的柔性子組件可接著隨后被組裝到超聲系統(tǒng)中。因 此，使用與用于集成IC 420與柔性構(gòu)件430相同的技術(shù)(且更具體地，半導(dǎo)體批量處理技 術(shù))可集成CMUT陣列410與柔性構(gòu)件430。圖5對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件 集成的另一方法。更具體地，與圖4所示在生產(chǎn)晶片(prime wafer)上形成柔性構(gòu)件不同， 圖5中的柔性構(gòu)件530在具有制造好的CMUT陣列510的S0I晶片上形成?，F(xiàn)在參考圖5. 1，在S0I晶片500上制造了 CMUT陣列510。S0I晶片包括器件層 501、絕緣層502和處理層503。在圖5. 2中，從CMUT制造基底的頂側(cè)形成第一模式(例如， 溝槽或開(kāi)口)570、571。第一模式包括可界定晶片上的每個(gè)CMUT陣列510的邊界的溝槽(或 開(kāi)口)571和可界定CMUT陣列510中的每個(gè)CMUT元件的邊界的溝槽(或開(kāi)口)570。溝槽 的最深端可到達(dá)絕緣層502。第一模式(例如，溝槽或開(kāi)口)570、571可在CMUT制造期間或 之后完成。在該步驟之后，隨后的處理可類(lèi)似于從圖4. 1到圖4. 4的圖4的方法，以在CMUT 陣列上形成柔性構(gòu)件530 (圖5. 3)。如圖5. 4所示，IC 520可位于結(jié)合區(qū)539上并與其鍵 合。更具體地，可使用共晶鍵合、熱壓縮鍵合以及各種倒裝鍵合方法來(lái)執(zhí)行IC 520與結(jié)合 區(qū)539的在器件級(jí)或在晶片級(jí)的鍵合?？梢瞥齋0I晶片500的處理層503。包括柔性構(gòu)件 530,CMUT陣列510和IC 520的柔性子組件508接著可如圖5. 5所示與晶片500分離。此 外，如圖5. 5所示，圖5所示方法可能導(dǎo)致CMUT陣列510位于柔性構(gòu)件530的一側(cè)(例如， 被制造在晶片500上的那一側(cè))上，而IC 520位于柔性構(gòu)件530的另一側(cè)上。圖6對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件 集成的另一方法。更具體地，與圖4所示在生產(chǎn)晶片上形成柔性構(gòu)件不同，圖6中的柔性構(gòu) 件630在其上制造有IC 610的S0I晶片上形成。現(xiàn)在參考圖6. 1，可在S0I晶片600上制造支持性IC 620。S0I晶片包括器件層 601、絕緣層602和處理層603。在圖6. 2中，可從IC制造基底的一側(cè)(例如，頂側(cè))形成第 一模式(例如，溝槽或開(kāi)口)671。第一模式包括可界定晶片上的每個(gè)IC 610的邊界的溝 槽(或開(kāi)口)671。溝槽的最深端可到達(dá)絕緣層602。在該步驟之后，隨后的處理可類(lèi)似于 從圖4. 1到圖4. 4的圖4的方法，以在IC 620上形成柔性構(gòu)件630 (圖6. 3)。如圖6. 4所 示，CMUT陣列610可位于結(jié)合區(qū)639上并與其鍵合。更具體地，可使用共晶鍵合、熱壓縮鍵 合以及各種倒裝鍵合方法來(lái)執(zhí)行CMUT陣列610與結(jié)合區(qū)639的在器件級(jí)或在晶片級(jí)的鍵 合。可移除S0I晶片600的處理層603。包括柔性構(gòu)件630、CMUT陣列610和IC 620的柔 性子組件608接著可如圖6. 5所示與晶片600分離。圖7對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu)件 集成的另一方法。在圖7所示的方法中，可使用各種半導(dǎo)體技術(shù)在各種CMUT陣列710和IC 720上形成柔性構(gòu)件730。圖7的方法可用于通過(guò)增加傳導(dǎo)層的數(shù)量并減小在柔性構(gòu)件730 中的傳導(dǎo)線的線寬和間隔來(lái)增加所形成的超聲系統(tǒng)的互連密度(與基于PZT的超聲系統(tǒng)和 常規(guī)PCB相比)。而且，圖7的方法可作為批量處理執(zhí)行，從而利用與半導(dǎo)體批量處理技術(shù)
9相關(guān)的規(guī)模效益。因此，很多CMUT陣列710和IC720可同時(shí)集成在各種柔性構(gòu)件730上?，F(xiàn)在參考圖7. 1，其中所示的方法可使用晶片700來(lái)形成柔性構(gòu)件730并將CMUT 陣列710和IC 720與其集成。更具體地，圖7示出使用可包括嵌入式絕緣層702和處理層 703的SOI晶片700。此外，圖7示出可在晶片700上制造各種結(jié)構(gòu)，例如閂鎖結(jié)構(gòu)705、絕 緣層731和732以及傳導(dǎo)層732。更具體地，圖7. 1示出閂鎖結(jié)構(gòu)705可在晶片700上形成?？稍谇?21的璧上設(shè) 計(jì)這些閂鎖結(jié)構(gòu)，以將CMUT陣列710和IC 720鎖在腔721中的適當(dāng)位置，腔721在為CMUT 陣列710和IC 720選擇的位置處形成。使用閂鎖結(jié)構(gòu)705可將CMUT陣列710和IC 720 鎖在其各自的腔721中適當(dāng)?shù)奈恢?圖7. 2)?？山又褂酶鞣N半導(dǎo)體技術(shù)例如旋涂、蒸發(fā)、 濺射、沉積等在晶片700上形成并摹制絕緣層731 (以提供對(duì)CMUT陣列710和IC 720的通 路)(圖7. 3)。而且，絕緣層731可從各種絕緣材料例如聚對(duì)二甲苯基、PMDS、聚酰亞胺、聚 合物、氧化物、氮化物等形成。 現(xiàn)在參考圖7. 4，傳導(dǎo)層732可在晶片700上形成，以提供在柔性構(gòu)件730內(nèi)以及 在CMUT陣列710、IC 720和各種其它部件之間的互連。傳導(dǎo)層732可從各種傳導(dǎo)材料例如 Al、Au、Cu、Ti等形成并被摹制在晶片700上。而且，可使用各種半導(dǎo)體技術(shù)例如蒸發(fā)、濺 射、沉積等制造傳導(dǎo)層732。如果需要，額外的傳導(dǎo)層731和傳導(dǎo)層732可在晶片700上形 成，以增加所形成的柔性構(gòu)件730的互連密度。圖7. 5示出柔性絕緣層733作為柔性子組件708的保護(hù)層可形成并被摹制在晶片 700上。柔性絕緣層733可從各種絕緣材料例如聚對(duì)二甲苯基、PMDS、聚酰亞胺、聚合物、氧 化物、氮化物等形成，并可通過(guò)旋涂、蒸發(fā)、濺射、沉積等被制造。柔性絕緣層733可被制造 有足夠的厚度和材料特性，以保護(hù)柔性構(gòu)件730 (和其各個(gè)層731-732以及CMUT陣列710 和IC 720)免遭機(jī)械損傷和不受環(huán)境的影響。圖7. 6示出，可從晶片700的表面移除處理層703和絕緣層702，該表面與晶片700 的托住CMUT陣列710、IC 720和柔性構(gòu)件730的那一側(cè)相對(duì)。因此，可從晶片700移除包 括集成的柔性構(gòu)件730、CMUT陣列710和IC 720的柔性子組件708。相應(yīng)地，集成的柔性 構(gòu)件730可用于組裝各種超聲系統(tǒng)。圖8對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲掃描儀示出將IC和CMUT陣列與柔性構(gòu) 件集成的又一方法。更具體地，圖8. 1示出CMUT陣列810可首先被制造在晶片800上，接 著IC 820可被閂鎖結(jié)構(gòu)805鎖在具有所制造的CMUT陣列的晶片中適當(dāng)?shù)奈恢?。相反，圖 8. 2示出IC 820可首先被制造在晶片800上，接著CMUT陣列810可被鎖在具有所制造的IC 的晶片中適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ趫D8. 1和8. 2所示的方法中，柔性構(gòu)件830及其與CMUT陣列810 和IC 820的集成可類(lèi)似于圖7. 2-7. 6所示的方法。完成的柔性子組件可類(lèi)似于圖7. 6中 的柔性子組件708。圖9示出柔性組件900的頂視圖，其中多個(gè)CMUT陣列910和多個(gè)IC 920封裝在 柔性構(gòu)件930上以形成一個(gè)實(shí)施方式的多個(gè)基于CMUT的柔性子組件908。使用圖4_8所示 的方法可構(gòu)造具有多個(gè)柔性子組件908的柔性組件900。每個(gè)柔性子組件908可用于構(gòu)造 基于CMUT的超聲系統(tǒng)。可使用類(lèi)似于這里公開(kāi)的方法的方法來(lái)制造圖9所示的基于CMUT 的超聲柔性組件900。更具體地，圖9中的放大窗中的圖示出從柔性子組件908構(gòu)造的基 于CMUT的超聲系統(tǒng)的透視圖，柔性子組件908可包括使用各種半導(dǎo)體批量處理技術(shù)與柔性構(gòu)件930集成的CMUT陣列910和IC 920。而且，可制造柔性構(gòu)件930中的各種接觸墊937 以提供與在基于CMUT的超聲系統(tǒng)908外部的部件的電子接口。因此，可同時(shí)以各種半導(dǎo)體 技術(shù)提供的尺寸精度制造柔性構(gòu)件930中的互連936 (在CMUT陣列910、IC 920和各種其 它部件之間)和接觸墊937。在圖4-8中所述的方法中，CMUT陣列(例如，410、710)和IC(例如，420、720)中的 至少一個(gè)可從第一基底(例如，其原始制造基底)分離，并接著可集成在第二封裝基底(例 如，400、700)上的柔性構(gòu)件(例如，430、730)上。因此，CMUT陣列和IC中的至少一個(gè)可首 先在其原始制造基底上被制造，并可接著被分離以及可準(zhǔn)備用于這里描述的封裝方法。通 常，多個(gè)IC可單獨(dú)地集成在柔性構(gòu)件上。但它們也可首先在其原始制造基底上與柔性子構(gòu) 件集成以形成柔性IC，接著柔性IC可與CMUT陣列一起集成在封裝基底上的柔性構(gòu)件上。 通常，具有多個(gè)元件的CMUT陣列可被制造為柔性的，之后它們與IC 一起集成在封裝基底上 的柔性構(gòu)件上。圖10-12示出制造可在圖4-8中的封裝方法以及其它方法中使用的柔性 CMUT陣列(例如，410、720)和柔性IC(例如，410、720)的幾種方法。參考圖10-12，在各種超聲系統(tǒng)的電子器件(和其它部件)中形成CMUT陣列中的 多個(gè)元件和多個(gè)芯片的貫穿晶片互連可能是合乎需要的。而且，從柔性CMUT陣列的非作用 側(cè)形成互連可能是合乎需要的。因此，在CMUT陣列和IC中制造貫穿晶片互連可能是合乎 需要的。在 Huang 于 2006 年 5 月 18 日提交的標(biāo)題為 “THR0UGH-WAFERINTERC0NNECTI0N，， 的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朠CT/IB2006/051566、Huang于2006年6月19日提交的標(biāo)題為“FLEXIBL EMICRO-ELECTRO-MECHANICAL TRANSDUCER” 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?11/425，128、Huang 于 2008
年12月3日提交的標(biāo)題為“THROUGH-WAFERINTERCONNECT”的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朹、以
及 Huang 于 2008 年 12 月 3 日提交的標(biāo)題為"PACKAGING AND CONNECT INGELECTROSTATIC
TRANSDUCER ARRAYS”的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朹中描述了包括貫穿晶片互連的柔性CMUT
陣列或IC和制造這樣的CMUT陣列或IC的方法，這些專(zhuān)利在這里如同所闡述的被全部并 入。如前述專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的，柔性CMUT陣列或IC可通常如下形成。分離溝槽的模式 可在托住IC、CMUT陣列或其組合的晶片中形成。溝槽可從晶片的托住IC或CMUT陣列的側(cè) 面形成。這些溝槽可形成到選定的深度，并可隨后被填充期望的材料(例如，絕緣體)。可 從與托住IC或CMUT陣列的側(cè)面相對(duì)的晶片側(cè)面移除材料，直到溝槽被暴露。圖10-12示 出形成各種實(shí)施方式的柔性CMUT或IC的各種方法。現(xiàn)在參考圖10，很多超聲掃描儀包括多于一個(gè)的IC以支持超聲換能器，且也許執(zhí) 行其它功能。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可使用半導(dǎo)體技術(shù)使多個(gè)IC與超聲掃描儀的柔性構(gòu)件集 成。更具體地，IC可被制造為柔性IC并接著與柔性構(gòu)件集成。此外，圖10示出可從S0I晶片1000制造具有柔性子構(gòu)件1030 (見(jiàn)圖10. 5)和多 個(gè)IC芯片1020a-1020c的柔性IC 1020，在S0I晶片1000上制造各種結(jié)構(gòu)，例如器件層
1001、絕緣層1002、處理層1003、一個(gè)或多個(gè)IC1020、絕緣層1031、傳導(dǎo)層1032和各種溝 槽1070。如圖10. 1所示，可在S0I晶片1000上制造多個(gè)IC 1020a-1020c，且厚度可被器 件層1001所限定。圖10. 2示出溝槽1070的模式可被蝕刻而通過(guò)器件層1001到達(dá)絕緣層
1002。在隨后的步驟中，包括絕緣層1002和處理層1003的晶片1000的背側(cè)可被移除以到 達(dá)溝槽1070，從而產(chǎn)生柔性IC 1020。絕緣層1231可按被選擇成保持IC 1020a-1220c上的不同觸頭暴露的模式被涂覆到晶片1000上(如圖10. 3所示)。絕緣層1031可由柔性材料 例如聚對(duì)二甲苯基、聚合物、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氧化物、氮化物等制成。在 圖10. 5中，柔性子構(gòu)件1030包括一個(gè)絕緣層1031和一個(gè)傳導(dǎo)層1032。然而，通過(guò)重復(fù)圖 10. 3和圖10. 4的處理步驟，柔性子構(gòu)件1030可包括多個(gè)絕緣層1031和多個(gè)傳導(dǎo)層1032， 以增加其連接密度。圖10. 4示出傳導(dǎo)層1032可按被選擇成提供與IC 1020的互連的模式被涂覆到晶 片1000上。如果需要(例如)增加互連的密度，額外的絕緣層1031和傳導(dǎo)層1032可被涂 覆到晶片1000上?？扇鐖D10. 5所示移除處理層1003和絕緣層1002以暴露溝槽1070。注 意，由于溝槽1070暴露，使IC彼此連接的唯一材料可為具有絕緣層1031和傳導(dǎo)層1032的 柔性子構(gòu)件1030。因此，通過(guò)選擇這些層1031和1032的尺寸和材料，可制造柔性子構(gòu)件 1030以允許各種IC芯片1020在組裝期間相對(duì)于彼此移動(dòng)，然而仍然保持互連。因此，柔 性子構(gòu)件1030可被制造成柔性的，而層1031和1032形成柔性IC 1020。隨后，各種CMUT、 CMUT陣列和其它器件可使用圖4-8所示的方法以及其它方法與柔性IC 1020 一起集成在柔 性構(gòu)件中。現(xiàn)在參考圖11，其對(duì)一個(gè)實(shí)施方式的基于CMUT的超聲系統(tǒng)示出制造CMUT陣列與 多個(gè)CMUT元件的另一方法。圖11所示的CMUT陣列可使用半導(dǎo)體技術(shù)與超聲系統(tǒng)的柔性 構(gòu)件集成。更具體地，CMUT陣列可被制造為柔性的CMUT陣列并接著與柔性構(gòu)件集成。圖11中的左側(cè)的圖示出多個(gè)CMUT陣列1110，1110a禾口 1110b在同一基底1100上 被制造。圖11中的右側(cè)的圖是CMUT陣列1110的部分的詳細(xì)視圖，其更詳細(xì)地示出CMUT 陣列1110中的CMUT元件1110-1禾P 1110-2的結(jié)構(gòu)。更具體地，圖11. 1示出柔性CMUT陣列1110可從S0I晶片1100 (包括處理晶片 1103、絕緣層1102和器件層1101)制造，在S0I晶片1100上可制造基底或底部電極1101、 絕緣層1102、CMUT陣列1110 (或CMUT元件)、絕緣層1131和各種溝槽1170和1171。每個(gè) CMUT陣列1110可包括柔性膜1111、第一電極1113、腔1116和彈簧固定器1118連同其它可 能的部件?？稍趫D11. 1-11. 4中所示的詳細(xì)視圖中更詳細(xì)地看到CMUT的這些部件1111、 1113、1116和1118。此外，在一些實(shí)施方式中，CMUT可為嵌入式彈簧ESCMUT。圖11. 2示出一旦制造了 CMUT陣列1110，就可制造溝槽1170 (其使CMUT彼此分 離)的模式。這些溝槽1170可足夠深，以便到達(dá)絕緣層1102，其如這里討論的可被移除以 暴露溝槽。在一些實(shí)施方式中，溝槽1170和1171在CMUT陣列1110的制造期間形成。在溝 槽1170形成的同時(shí)，可制造另一模式的溝槽1171。這些溝槽1171可被形成為使得當(dāng)絕緣 層1102被移除時(shí)，溝槽1171也可被暴露，從而使各個(gè)CMUT陣列1110彼此分離。溝槽1170 可界定單獨(dú)的CMUT換能器元件1110-1和1110-2的邊界。溝槽1171可界定在同一晶片上 的單獨(dú)的CMUT換能器陣列1110、1110a和1110b的邊界。絕緣層1131可被摹制和涂覆在晶片1100上以如圖11. 2所示保持CMUT陣列1110 的作用表面暴露。當(dāng)絕緣層1131被制造時(shí)，制造它的材料可填充溝槽1170和1171。絕緣 層1131可由各種半導(dǎo)體材料例如聚對(duì)二甲苯基、聚酰亞胺、聚合物、PDMS、氧化物、氮化物 等制成。圖11. 4示出絕緣層1102可被移除以暴露溝槽1170和1171 (其可分別位于單獨(dú)的 CMUT元件和CMUT陣列1110之間)。因此，CMUT陣列1110可具有多個(gè)CMUT元件1110-1和
121110-2，可彼此分離，如圖11. 4所示。這些CMUT陣列1110和CMUT元件隨后可使用圖4_8 所示的方法集成在各種柔性構(gòu)件例如柔性構(gòu)件130、230和330上(見(jiàn)圖1-3)。雖然圖11 示出可制造CMUT陣列1110的晶片1100可為氧化物上硅晶片，其它類(lèi)型的晶片可用于制造 CMUT陣列1110。例如，生產(chǎn)晶片可用于制造CMUT陣列1110 (或CMUT元件)。圖12示出從生產(chǎn)晶片制造CMUT陣列的各種實(shí)施方式的方法。更具體地，圖12A 示出溝槽1270和1271可被蝕刻(從托住CMUT陣列1210的晶片的側(cè)面)到選定的厚度。 接著，在一些實(shí)施方式中，晶片1200可變薄(從與CMUT陣列1110相對(duì)的側(cè)面)，直到溝槽 1170和1171被暴露。因此，被托在生產(chǎn)晶片1100上的CMUT陣列1110 (或CMUT元件)可 彼此分離?，F(xiàn)在參考圖12B，示出了制造一個(gè)實(shí)施方式的CMUT陣列1210的另一方法。在圖 12B所示的方法中，該方法可以包括嵌入式腔1208的晶片1200開(kāi)始。可在晶片1200中與 腔1208相鄰的區(qū)域上制造CMUT陣列1210。溝槽1270和1271可接著被蝕刻到晶片1200 中，并可到達(dá)嵌入式腔1208。其后，在一些實(shí)施方式中，晶片1200可變薄(例如，可移除處 理晶片1203)以暴露溝槽1270和1271，從而使CMUT陣列1210 (以及CMUT元件)分離?，F(xiàn)在參考圖12C，示出了制造一個(gè)實(shí)施方式的CMUT陣列1210的另一方法。與在完 成CMUT制造之后形成溝槽1270和1271不同，溝槽1270和1271可在CMUT制造期間形成。 例如，圖12C中的溝槽1270和1271可在形成膜1212和頂部電極1213之前被蝕刻。根據(jù) 一些實(shí)施方式，在圖11. 2所示的方法中，嵌在膜1212之下的溝槽可在溝槽蝕刻期間避免蝕 刻電極1213和膜1212。這對(duì)一些CMUT系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可能是合乎需要的。在制造了具有嵌入 式溝槽1270和1271的CMUT陣列之后，下面的過(guò)程可用于形成柔性CMUT陣列1210并類(lèi)似 于圖11、圖12A和圖12B所示的過(guò)程?；贑MUT的超聲掃描儀提供了優(yōu)于基于PZT的超聲掃描儀的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu) 點(diǎn)部分地從CMUT的相對(duì)低的聲阻抗產(chǎn)生。CMUT —般具有比空氣、水、組織等低的聲阻抗。 作為結(jié)果，且與PZT不同，可使用CMUT，而不使用使CMUT的聲阻抗與周?chē)橘|(zhì)的聲阻抗匹配 的材料層。PZT還從其前表面和后表面?zhèn)鬏斅暷?即，聲波)。作為這個(gè)特征的結(jié)果，PZT需 要其后表面上的襯背層以吸收從其發(fā)射的聲能。否則，從PZT的后部傳輸?shù)穆暡蓮母鱾€(gè) 結(jié)構(gòu)反射并干擾PZT的操作。然而，在吸收從PZT的后部傳輸?shù)穆暷苤校r背層產(chǎn)生熱。作 為結(jié)果，PZT可能在操作期間變暖或甚至變熱，從而減小用在某些應(yīng)用例如HIFU中的滿意 度。因?yàn)镃MUT只從前表面?zhèn)鬏斅暷埽?，基于CMUT的超聲掃描儀不用考慮由于方向錯(cuò)誤 的聲能而產(chǎn)生的熱。此外，襯背層(和前面討論的聲匹配層)復(fù)雜化了基于PZT的超聲系 統(tǒng)的制造。相反，基于CMUT的超聲系統(tǒng)可省略這些層和所伴隨的制造步驟。而且，使用半導(dǎo)體制造技術(shù)可生產(chǎn)基于CMUT的超聲掃描儀。因?yàn)檫@些半導(dǎo)體技術(shù) 受益于半導(dǎo)體工業(yè)的不同部分的數(shù)十年的投資，這些技術(shù)可在所生產(chǎn)的CMUT中提供相對(duì) 高的水平的一致性、精度、可重復(fù)性、尺寸控制、可重復(fù)性等。仍然進(jìn)一步地，很多前述半導(dǎo) 體技術(shù)可為批量處理。作為結(jié)果，與這些技術(shù)相關(guān)的規(guī)模效益可允許基于CMUT的超聲系統(tǒng) 的較低的每單位成本，特別是當(dāng)可能需要相對(duì)大量的超聲系統(tǒng)時(shí)。例如，因?yàn)樵谔囟ň?的CMUT陣列的所有特征可被同時(shí)摹制，與單個(gè)CMUT陣列的制造比較，多個(gè)CMUT陣列的制 造不引入(或引入很少的)開(kāi)銷(xiāo)。
此外，因?yàn)榭墒褂冒雽?dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)基于CMUT的超聲系統(tǒng)，集成電路(IC)和其它半 導(dǎo)體器件可相對(duì)容易地與CMUT陣列集成。因此，可使用相同的技術(shù)在同一晶片上同時(shí)制造 CMUT陣列和IC。在可選方案中，CMUT和IC可在不同的時(shí)間集成到各種換能器中。此外， 可從相同或類(lèi)似的生物相容的材料制造CMUT和IC。相反，由于PZT材料所強(qiáng)加的限制，使用半導(dǎo)體技術(shù)制造PZT和集成PZT與其它部 件(例如，IC)是不可行的。而且，與可用PZT有關(guān)的制造和集成技術(shù)具有幾個(gè)缺點(diǎn)，包括 是勞動(dòng)密集的、昂貴的、受到制造變化影響等。此外，當(dāng)單獨(dú)的PZT器件的尺寸接近相對(duì)高 頻器件的所需的小尺寸(例如，數(shù)十微米)時(shí)，可利用的PZT技術(shù)遭受額外的困難。例如， 單獨(dú)的PZT器件的分離通過(guò)研磨和切割技術(shù)來(lái)控制，這些技術(shù)導(dǎo)致一個(gè)器件到另一器件的 易變性。因此，基于CMUT的超聲系統(tǒng)享有優(yōu)于基于PZT的超聲系統(tǒng)的性能和成本優(yōu)點(diǎn)。更 具體地，因?yàn)槌曄到y(tǒng)有具有高頻操作范圍和小物理尺寸的換能器一般是合乎需要的，基 于CMUT的超聲系統(tǒng)可具有優(yōu)于基于PZT的超聲系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。首先，可使用比PZT的超聲系統(tǒng)更好的尺寸控制來(lái)制造基于CMUT的超聲系統(tǒng)。更 具體地，可使用小于大約1微米的最小尺寸制造基于CMUT的超聲系統(tǒng)，而基于PZT的超聲 系統(tǒng)的最小尺寸大于大約10微米。因此，基于CMUT的超聲系統(tǒng)可被相應(yīng)地制造有較小的 元件間距。其次，基于CMUT的超聲系統(tǒng)互連的最小寬度和間距可小于大約2-3微米，而基 于PZT的超聲系統(tǒng)的最小互連寬度和間距大于大約25微米。因此，可制造具有比基于PZT 的超聲系統(tǒng)互連的密度高的基于CMUT的超聲系統(tǒng)互連。因此，基于CMUT的超聲系統(tǒng)可具 有更多的換能器(對(duì)于給定的系統(tǒng)尺寸)或可比基于PZT的超聲系統(tǒng)更小(對(duì)于給定數(shù)量 的換能器)。而且，給定基于CMUT的超聲掃描儀的改進(jìn)的器件尺寸，與基于PZT的超聲掃描儀 比較，可產(chǎn)生可在高達(dá)大約100MHz操作的基于CMUT的超聲掃描儀。相反，基于PZT的超聲 掃描儀被限制到完全低于20MHz的操作區(qū)域。此外，因?yàn)槌晸Q能器的分辨率取決于其工 作頻率，可制造具有相應(yīng)地提高的分辨率的基于CMUT的超聲掃描儀。出于類(lèi)似的原因，基 于CMUT的超聲掃描儀的帶寬比基于PZT的超聲掃描儀的帶寬更寬。因此，基于CMUT的超 聲掃描儀可適用于比基于PZT的超聲掃描儀更多的情況?；贑MUT的超聲系統(tǒng)的較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和制造(與基于PZT的超聲換能器比較)也 產(chǎn)生某些優(yōu)點(diǎn)。例如，因?yàn)榭墒褂孟嗤募夹g(shù)制造用于支持CMUT的IC和CMUT本身，CMUT 和IC聯(lián)合在一起的制造可被簡(jiǎn)化。此外，因?yàn)镃MUT不需要匹配層或襯背層，也可消除與這 些層相關(guān)的制造步驟。同樣，與使CMUT和IC集成相關(guān)的步驟也可被消除，或如果沒(méi)有被消 除，則可被簡(jiǎn)化。參考其中的具體實(shí)施方式
描述了本公開(kāi)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本公開(kāi)不 限于此?？蓡为?dú)或聯(lián)合地使用上述公開(kāi)的各個(gè)特征和方面。進(jìn)一步地，可在超出這里所述的 環(huán)境和應(yīng)用的任何數(shù)量的環(huán)境和應(yīng)用中利用本公開(kāi)而不偏離說(shuō)明書(shū)的更寬的精神和范圍。 我們要求落在本公開(kāi)的范圍和精神內(nèi)的所有這樣的更改和變化。說(shuō)明書(shū)和附圖因此被視為 例證性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
一種封裝超聲系統(tǒng)的方法，包括集成超聲換能器與柔性構(gòu)件；使電路與所述柔性構(gòu)件集成，集成電路、所述超聲換能器和所述柔性構(gòu)件是柔性子組件；以及使所述柔性子組件成形為有至少一個(gè)彎曲的部分并且成為所述超聲系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲換能器是柔性的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子器件是柔性的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將電子器件和所述超聲換能器與所述柔性構(gòu)件 集成之前將所述電子器件和所述超聲換能器集成在基底的器件層上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括形成通過(guò)基底的器件層的至少一個(gè)溝槽。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括形成具有至少一個(gè)嵌入式腔的所述器件層。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在S0I晶片上形成所述器件層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使電子器件和所述超聲換能器同時(shí)與所述柔性構(gòu) 件集成。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中集成所述超聲換能器包括使用半導(dǎo)體技術(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所成形的柔性構(gòu)件界定管腔或部分管腔。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述超聲換能器中形成貫穿晶片互連，且其中 從不包括所述柔性超聲換能器的作用表面的所述超聲換能器的側(cè)面對(duì)所述柔性換能器進(jìn) 行集成。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所成形的柔性構(gòu)件連接到管腔。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性超聲換能器包括至少一個(gè)電容式微機(jī)械 超聲換能器(CMUT)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括折疊所述柔性構(gòu)件中托住所述柔性超聲換能器 的部分，其中所述柔性構(gòu)件的所折疊的部分和所述柔性超聲換能器形成前視超聲換能器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性超聲換能器包括圓形CMUT陣列的至少一 部分。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性構(gòu)件包括一對(duì)臂。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述柔性構(gòu)件的相對(duì)側(cè)面集成所述超聲換能器 和集成所述電路。
18.一種超聲系統(tǒng)，包括電路；超聲換能器；以及柔性構(gòu)件，所述電路和所述超聲換能器與所述柔性構(gòu)件集成，集成電路、所述超聲換能 器和所述柔性構(gòu)件是柔性子組件，所述柔性子組件被成形為有至少一個(gè)彎曲的部分并且成 為所述超聲系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器是柔性超聲換能器。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所成形的柔性子組件是管腔。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述柔性超聲換能器包括貫穿晶片互連。
22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器包括至少一個(gè)CMUT元件。
23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器是包括至少兩個(gè)CMUT元件的 CMUT陣列。
24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括與所述柔性構(gòu)件集成的溫度傳感器或壓力傳感器之一。
25.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器包括圓形CMUT陣列的至少一部分。
26.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器是前視超聲換能器。
27.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述超聲換能器和所述電路在所述柔性構(gòu)件的相 對(duì)側(cè)上。
28.—種超聲系統(tǒng)，包括 集成電路；電容式微機(jī)械超聲換能器(CMUT)；柔性構(gòu)件，所述集成電路和所述CMUT與所述柔性構(gòu)件集成，所述集成電路、所述CMUT 和所述柔性構(gòu)件是柔性子組件，所述柔性子組件被成形為有至少一個(gè)彎曲的部分并且是管 腔的至少一部分，所述CMUT位于超聲掃描儀的遠(yuǎn)端上并且是前視環(huán)狀超聲換能器。
29.一種制造超聲換能器的方法，所述方法包括使多個(gè)超聲換能器和多個(gè)電路與其中構(gòu)造有互連的柔性基底集成，以形成柔性子組 件；以及使所述柔性子組件成形為緊湊的形狀，所成形的柔性子組件是超聲換能器。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中將所述多個(gè)超聲換能器與所述柔性基底集成包括形成包括所述互連的所述柔性基底；在所述柔性基底上形成多個(gè)結(jié)合區(qū)，所述結(jié)合區(qū)傳導(dǎo)地連接到所述互連；以及 將所述多個(gè)超聲換能器中的每個(gè)連接到所述多個(gè)結(jié)合區(qū)中的相應(yīng)一個(gè)。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中將所述多個(gè)超聲換能器與所述柔性基底集成包括設(shè)置支撐基底；將所述多個(gè)超聲換能器放置在所述支撐基底上；以及 在所述多個(gè)超聲換能器之上形成具有所述互連的所述柔性基底。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括 移除所述支撐基底的至少一部分。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述柔性子組件的成形包括卷起所述柔性子組件。
全文摘要
超聲掃描儀和制造超聲掃描儀的方法。方法的一個(gè)實(shí)施方式包括使柔性電子器件(例如，IC)和柔性超聲換能器(例如，圓形CMUT陣列的一部分)與柔性構(gòu)件集成。IC、換能器和柔性構(gòu)件可形成柔性子組件，柔性子組件被卷起以形成超聲掃描儀。IC和換能器的集成可同時(shí)發(fā)生。在可選方案中，電子器件的集成可出現(xiàn)在換能器的集成之前。而且，換能器的集成可包括使用半導(dǎo)體技術(shù)。此外，卷起的子組件可形成管腔或可連接到管腔。該方法可包括折疊柔性子組件的一部分以形成前視換能器。一些子組件的柔性構(gòu)件可包括一對(duì)臂。
文檔編號(hào)A61B8/12GK101868185SQ200880117482
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者黃勇力 申請(qǐng)人:科隆科技公司