切口圖案的示意圖。在這方面，較長的線代 表在陣列元件之間的第一切口槽，較短的線代表第二切口槽，即，子方塊（sub-dice)切口。
[0024] 圖12A和12B是用于供圖10的PZT堆使用的支持構(gòu)件的示意性俯視圖和立體圖， 示出第一縱向延伸的側(cè)邊緣部分和相對的第二縱向延伸的側(cè)邊緣部分，每個側(cè)邊緣部分具 有各自的內(nèi)表面和相對的外表面，其中第一和第二縱向延伸的側(cè)邊緣部分的各自內(nèi)表面的 一部分被配置如下，使得電路板一一諸如，例如但不意在限制，柔性電路板一一的遠端部分 可與其連接，其中所述支持構(gòu)件在各自的第一和第二縱向延伸的側(cè)邊緣部分之間具有一個 中間部分，該中間部分限定了一個居于中心的、縱向延伸的開口，其中圖10的PZT堆被配置 安裝在支持構(gòu)件的中間部分的一部分上。
[0025] 圖13是被示為粘合至圖10的PZT堆的圖12A和12B的支持構(gòu)件的示意性橫截面 圖。
[0026] 圖14是具有PZT堆固定安裝于其中的支持構(gòu)件的示意性仰視圖，示出了被激光 切割進支持結(jié)構(gòu)、并且相對于各自的陣列切口布置的柔性校準特征（feature)。一方面，右 側(cè)的柔性校準特征相對于左側(cè)的特征偏離如下一段距離，該距離基本等于陣列的間距（Pi tch)。還示出了 一個放大的俯視圖。
[0027] 圖15是具有PZT堆固定安裝于其中的支持構(gòu)件的示意性仰視圖，示出了柔性電路 對相對于陣列切口校準的情況。紅色條紋代表在柔性電路的頂側(cè)上的銅跡線。
[0028] 圖16是以芯片方式被接合（be die attached to)至兩個柔性電路之后的PZT堆 的示意性橫截面圖。
[0029] 圖17是示出施加的介質(zhì)層的示意性橫截面圖。
[0030] 圖18是所完成的介質(zhì)層的示意性橫截面圖。在這方面，介質(zhì)層限定了陣列的高度 尺寸并且在實現(xiàn)信號電極的沉積方面提供了從柔性電路到所述堆的平滑過渡面。
[0031] 圖19是信號電極層的信號電極圖案的示意圖。在本示例中，橙色條紋代表已被去 除的電極，紅色條紋代表每個相應(yīng)柔性電路的引線框（Ieadframe)。在本示意圖中，示出了 在每個柔性電路上方和下方的附加電極圖案。
[0032] 圖20是對于示例256元件換能器的全信號電極圖案的示意圖。青色方框限定了 PZT堆的活性區(qū)域，粉色方框限定了總括信號電極（blanket signal electrode)的周界。 激光修整（橙色）延伸超過Au周界，使得每個信號電極都被絕緣。
[0033] 圖21是示出應(yīng)用背襯材料的示意性橫截面圖。
[0034] 圖22A和22B是在沉積信號電極圖案之前，安裝在支持構(gòu)件上的陣列組件的示意 性橫截面圖。圖22A代表在將柔性電路進行接地之前的陣列組件，圖22B代表了進行接地 使得完成信號回路之后的陣列組件。
[0035] 圖23是示出連接至示例PZT堆的一對柔性電路的示意圖。在一個示例實施方案 中，示出了組件的引腳1 (即，元件1)，其連接至陣列組件左側(cè)的柔性電路。在本非限制性實 施例中，陣列組件左側(cè)的柔性電路連接至奇數(shù)元件，陣列組件右側(cè)的柔性電路連接至偶數(shù) 元件。
【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明在于用于制造電氣部件諸如超聲換能器的方法。具體而言，本發(fā)明提供了 在表面上沉積材料諸如金屬的方法；圖案化電極的方法，例如在將超聲換能器連接至電路 的部件方面；以及為超聲換能器制造集成匹配層的方法。本發(fā)明還在于由此處描述的方法 制造的超聲換能器。
[0037] 沉積材料
[0038] 本發(fā)明提供了用于使材料附著至表面一一例如金屬薄膜或諸如環(huán)氧樹脂的粘合 劑一一的改進方法。本方法還涉及使用復(fù)合材料的襯底。所述復(fù)合材料包括基質(zhì)材料和顆 粒材料，所述基質(zhì)材料相比于所述顆粒材料在較低激光能量密度下被燒蝕。當該襯底在合 適能量密度下燒蝕時，基質(zhì)材料被去除，但是顆粒材料得到保留，除非包圍所述顆粒的所有 基質(zhì)材料都被去除。該方法得到的是，一個由基質(zhì)和部分暴露的顆粒材料相結(jié)合形成的高 度三維的表面。相比于未燒蝕的表面，該新形態(tài)的表面區(qū)域極大地增加。然后將材料諸如金 屬或粘合劑沉積到燒蝕后的表面上，由于燒蝕形成的形態(tài)，粘附力增加。增加的粘附力優(yōu)選 允許選定區(qū)域內(nèi)的材料稍后燒蝕，而不使未燒蝕區(qū)域中的材料分層。示例的基質(zhì)材料是聚 合物諸如環(huán)氧樹脂，示例的顆粒材料是二氧化硅和碳化硅。用于沉積的示例金屬是金。如 本領(lǐng)域所知的，對于某些金屬，諸如金，粘合層一一例如包括鉻的粘合層也可被沉積。此處 提供了本方法的條件和用途的實施例。
[0039] 電極圖案化
[0040] 本發(fā)明還提供了用于圖案化電極的方法。本方法可被用于將能夠耐得住鍍金屬 法步驟（最高溫度約60°C -70°c之間）的任意電氣部件直接連接至柔性或其他電路板類 型的部件。本方法可被用于沿X，Y和Z方向，于mm規(guī)模的路程上制造小于5 μπι的特征 (feature)〇
[0041] 通常，本方法包括提供需要電極圖案化的電氣部件。所述部件被涂覆以材料，諸如 上述的復(fù)合材料。該涂層被常規(guī)地燒蝕，并按照電極的預(yù)期圖案被選擇性去除。接下來將 導(dǎo)電金屬層沉積在燒蝕后的表面上。然后將抗蝕劑應(yīng)用在金屬層上。因為所述涂層按照電 極圖案被去除，其中在涂層被去除處所施加的金屬被沉積在槽或溝中。這些槽或溝被注滿 抗蝕劑，導(dǎo)致形成高出電極圖案的更厚的抗蝕劑層。接下來從不構(gòu)成電極圖案部分的區(qū)域 中去除所述抗蝕劑，并蝕刻所述金屬。然后將這些區(qū)域中任何剩下的金屬和涂層燒蝕。最 后，所述抗蝕劑可被去除，形成電極圖案。如此處更加詳細描述的，電氣部件的一部分-- 例如，換能器的切口槽中的填料--會被燒蝕以形成相對于圖案化電極的凹陷。接下來可 使用在相對高能量密度下在這些凹陷中的燒蝕，以去除先前步驟后留下的無關(guān)金屬。所述 凹陷保護圖案化電極免受燒蝕的副作用（其原本可能會導(dǎo)致分層）的影響。
[0042] 本方法的一個示例用途在于制造與陣列超聲換能器的電連接。陣列的每個元件 一般都連接至一個同軸電纜。在高頻（例如，20MHz及以上）時，構(gòu)成陣列的元件一般都太 小且易損，因而不適于常規(guī)的引線接合法（其通常需要至少約75 μπι)。另外，引線接合法 所需的熱聚集（thermal budgets)也會成為問題。對于高頻換能器，濕蝕刻也會無效，這 是由于熱聚集而無法對抗蝕劑進行硬烤（hard bake)，因為抗蝕劑會在去除金屬之前就融 解。電極的激光燒蝕也會成問題，因為薄膜可被去除，但是頻繁破裂，以及提供抗裂性的較 厚膜（> 約6000埃）由于激光燒蝕中的金屬的濺射，傾向于短路。此外，燒蝕過程可能會 造成電極的附帶損害。然而，本發(fā)明的方法可被用來制備與陣列的多個元件的多個電連接， 所述陣列例如具有40 μm或更?。ɡ纾∮?5 μm)的間距，以及小到16 μm寬的子元件 (sub-element)〇
[0043] 可結(jié)合本發(fā)明用于燒蝕的激光器是短波激光器諸如KrF受激準分子激光器系統(tǒng) (具有例如約248nm波長）或氟化氬激光器（具有例如約193nm波長）。另一方面，用于切 割壓電層的激光器是短脈沖長度激光器。例如，可以使用被修改為發(fā)射大約ps到fs的短 脈沖長度的激光器。可使用具有大約0-20J/cm2的能量密度范圍的KrF受激準分子激光器 系統(tǒng)（具有大約248nm波長的UV光）?？稍诘陀谌コ龑?dǎo)電材料所需的能量密度下去除抗蝕 劑（例如，小于〇.8J/cm2)。當希望如此處所述通過燒蝕來去除殘留的導(dǎo)電金屬、粘合層以 及復(fù)合材料時，能量密度可在〇. 8-1. OJ/cm2之間。較高能量密度一一例如，高達5J/cm2-一 下的燒蝕可被用來去除位于凹陷中的復(fù)合材料（以及位于其下的部分電氣部件）。
[0044] 此處提供了本方法的條件和用途的進一步實施例。
[0045] 集成匹配層
[0046] 本發(fā)明在于用于制造集成匹配層的方法。對于高頻應(yīng)用，用于聚焦超聲陣列的透 鏡通常被制造為一個分立的部件，其必須附著至換能器。在高頻下，使用粘合劑附著透鏡很 復(fù)雜，因為對于20MHz，需要將任一粘合線減少至小于大約1 μ m，對于較高頻，則需要減少 至較薄。產(chǎn)生這樣的粘合線存在以下挑戰(zhàn)：i)當粘合劑中的基本球形的小空隙被擠平時， 產(chǎn)生大空隙。這樣的空隙可能由任一個表面上的潮濕問題造成，或者由粘合劑中截留的小 空隙造成。ii )將粘合線擠壓成這樣的尺寸會干擾分子在粘合劑中的迀移率并降低性能。 iii)為了將粘合線壓至合適尺寸，必須將位于粘合在一起的兩個部分之間的多余的粘合劑 從中擠壓出。隨著粘合厚度減少，克服粘合劑內(nèi)的剪切力所需的力隨著粘合厚度非線性增 加，并且會迅速超出所述堆和/或透鏡材料可接受的力預(yù)算。為了確保粘合線對所述堆沒 有不利影響，本發(fā)明提供了一種將粘合線制造進匹配層的方法。本方法消除了對于超薄層 的需要，從而擺脫了上述顧慮。
[0047] 本方法利用了施加在換能器周界的、并繼而被磨合以實現(xiàn)集成匹配層的預(yù)期最終 高度的隔離物。然后通過將透鏡（以及附著至透鏡的任意匹配層）和隔離物所附著至的 表面之間的粘合劑進行熟化來制造匹配層。如果在粘合劑中使用顆粒例如用于調(diào)整聲阻 抗，可使用納米顆粒摻雜質(zhì)以確保所形成的未熟化的膠能夠以不超出少量微米的誤差被 向下壓到隔離物上（由于顆粒被限制在隔離物的頂部和透鏡的底部之間）。希望隔離物 非常小以使限制的粉末最少化，但是又得大到足以被準確磨合至一個高度，其直徑例如約 0. 25-0. 75mm。在預(yù)期頻率范圍內(nèi)，該方法所需的夾緊力非常小，因為粘合線相對較厚，例如 在5-25 μ m之間。此處提供了本方法的條件和用途的實施例。
[0048] 對換能器的綜述
[0049] 還將圍繞可使用此處描述的方法而制造的超聲換能器來進一步描述本發(fā)明。換能 器堆的部件，包括壓電層、匹配層、透鏡以及背襯層在本領(lǐng)域是公知的，并被描述在美國專 利No. 7, 230, 368、美國公開文本No. 2007/0222339、美國公開文本No. 2007/0205698以及美 國公開文本No. 2007/0205697中。
[0050] -方面，超聲換能器包括一個堆，該堆具有第一面、相對的第二面以及延伸在二者 之間的縱向軸線Ls。所述堆包括多個層，每層都具有頂面和相對的底面。一方面，所述堆的 多個層包括壓電層和介質(zhì)層（其可如此處所述被沉積并被圖樣化）。一方面，所述介質(zhì)層連 接至壓電層的至少一部分并位于其下面。
[0051] 所述堆的多個層還可包括地電極層、信號電極層、背襯層，以及至少一個匹配層。 附加的層的切面可包括但不限于暫時性保護層（未示出）、聲透鏡、光致抗蝕劑層（未示 出）、導(dǎo)電環(huán)氧樹脂（未示出）、粘合劑層（未示出）、聚合物層（未示出）、金屬層（未示 出）等。
[0052] 所述壓電層可由各種材料制成。例如，形成壓電層的材料包括陶瓷、單晶體、聚合 物和共聚物材料、具有〇-3、2-2和/或3-1連接性（connectivity)的陶瓷-聚合物和陶 瓷-陶瓷復(fù)合物等。在一個實施例中，壓電層包括鋯鈦酸鉛（PZT)陶瓷。
[0053] 所述介質(zhì)層可限定所述壓電層的活性區(qū)域。所述介質(zhì)層可被應(yīng)用至所述壓電層的 底面。一方面，所述介質(zhì)層不會覆蓋所述壓電層的整個底面。一方面，所述介質(zhì)層限定一個 開口或間隙，其沿著與所述堆的縱向軸線基本平行的方向延伸第二預(yù)定長度。所述介質(zhì)層 中的開口優(yōu)選與壓電層的底面的中心區(qū)域?qū)?。所述開口限定陣列的高度尺寸。一方面， 陣列的每個元件都具有相同的高度尺寸，且開口的寬度在如下的壓電層區(qū)域內(nèi)是恒定的， 該區(qū)域被保留用于已形成切口槽的器件的活性區(qū)域。一