柔性微機(jī)械換能器設(shè)備及其制造方法
【專利摘要】提供了微機(jī)械換能器陣列的柔性的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式中，換能器陣列包括多個(gè)換能器元件，每一個(gè)換能器元件包括壓電元件和一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在支撐層中或支撐層上的電極。支撐層被結(jié)合至包括聚合物材料的柔性層，其中換能器陣列的柔性部分由柔性層的總厚度所產(chǎn)生。在另一實(shí)施方式中，換能器陣列的柔性部分由在其中形成的一個(gè)或多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生。
【專利說(shuō)明】
柔性微機(jī)械換能器設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及微機(jī)械換能器陣列，且更特別地涉及到用于提供此類陣列的柔性的結(jié)構(gòu)。【背景技術(shù)】
[0002]換能器設(shè)備通常包括能夠響應(yīng)于時(shí)變驅(qū)動(dòng)電壓而振動(dòng)的隔膜，以在與換能器元件的暴露的外表面接觸的傳播介質(zhì)(如，空氣、水或身體組織)中生成高頻壓力波。該高頻壓力波可以傳播至其他介質(zhì)中。相同的壓電隔膜還可以從傳播介質(zhì)接收反射的壓力波，并將所接收的壓力波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。電信號(hào)可以與驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)一起處理來(lái)獲得關(guān)于在傳播介質(zhì)中的密度或彈性系數(shù)的變化的信息。
[0003]使用各種微機(jī)械技術(shù)(如，材料沉積、平版印刷圖案化、通過(guò)蝕刻的特征形成等)， 換能器設(shè)備可以以過(guò)高的維度公差被方便地廉價(jià)制造。例如，這種陣列設(shè)備包括微機(jī)械超聲波換能器(MUT)陣列，諸如電容式換能器(cMUT)或壓電換能器(pMUT)。
[0004]許多超聲波應(yīng)用——諸如血管內(nèi)超聲(IVUS)、超聲內(nèi)鏡(EUS)或其他醫(yī)學(xué)超聲掃描(sonography)技術(shù)一一使用導(dǎo)管或其他具有非平面表面的此類儀器。通常，換能器陣列被確定位置以避免或按大小分類以適應(yīng)此類非平面表面的有點(diǎn)小的曲率半徑(如，?5-l〇nm)。然而，隨著連續(xù)幾代的此類儀器繼續(xù)在大小上擴(kuò)展規(guī)模，存在隨之而來(lái)的對(duì)換能器陣列支持在具有較小的曲率半徑的表面上進(jìn)行操作的迫切要求。【附圖說(shuō)明】
[0005]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式在附圖的示圖中通過(guò)示例的方式而不是限制的方式被示出，并且其中:
[0006]圖1A至圖1D根據(jù)各自的實(shí)施方式示出了設(shè)備的示例配置，每一個(gè)設(shè)備包括柔性換能器陣列。
[0007]圖2A至圖2P是橫截面視圖，每一個(gè)視圖根據(jù)各自的實(shí)施方式示出了制造柔性換能器的過(guò)程的階段的元素。
[0008]圖3是根據(jù)實(shí)施方式示出了制造柔性換能器陣列的方法的元素的流程圖。
[0009]圖4A是根據(jù)實(shí)施方式示出了柔性換能器陣列的元件的布局圖示。[〇〇1〇]圖4B是根據(jù)實(shí)施方式示出了柔性換能器陣列的元件的布局圖示。
[0011]圖5是根據(jù)實(shí)施方式示出了采用柔性換能器陣列的超聲波換能器設(shè)備的元件的功能框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]于此所討論的實(shí)施方式不同地允許壓電換能器元件陣列的柔性。例如，于此所討論的技術(shù)和結(jié)構(gòu)不同地提供了包括微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)的換能器陣列，其中換能器陣列可以被折曲為曲率半徑小到1mm，或甚至小于1mm。
[0013]于此所討論的特定技術(shù)和結(jié)構(gòu)額外地或可替換地使能適合于應(yīng)用的電互連體(interconnect)和/或布線，其中換能器陣列將在小傳感器設(shè)備的曲面上進(jìn)行操作。例如，特定實(shí)施方式不同地提供了參考電壓(如，接地)和/或驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)信令，以通過(guò)換能器陣列的“后”側(cè)進(jìn)行通信一一即其中陣列的壓電隔膜結(jié)構(gòu)被配置為經(jīng)由換能器陣列的相對(duì)的“前”側(cè)來(lái)傳送/接收超聲波(或其他)信號(hào)。相反，現(xiàn)有的平面(非柔性)傳感器在它們各自的前側(cè)上具有互連體觸點(diǎn)。
[0014]在一些實(shí)施方式中，換能器陣列的壓電隔膜結(jié)構(gòu)和互連體/信令結(jié)構(gòu)一起集成在分層結(jié)構(gòu)中，該分層結(jié)構(gòu)包括聚合物材料的柔性層。換能器元件的互連體可以延伸通過(guò)此類柔性層，以允許參考電壓、驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)信號(hào)和/或類似物的交換。例如，換能器元件可以經(jīng)由柔性層不同地與另一潛在的柔性層、與專用集成電路(ASIC)和/或類似物交換此類電壓/信號(hào)。
[0015]在特定實(shí)施方式中，換能器陣列結(jié)構(gòu)可以在某些情況下形成在晶片上和/或耦合至晶片，從而它們可以在晶片級(jí)(例如，不是晶粒級(jí)(die level)或其他更小的級(jí))進(jìn)行處理。隨后的處理可以包括將換能器陣列結(jié)構(gòu)切割成一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的換能器陣列以用于各自的晶粒級(jí)應(yīng)用。例如，這種切割可以形成一個(gè)或多個(gè)ID(如，包括I Xn陣列的換能器元件，對(duì)于整數(shù)η>1)換能器陣列和/或一個(gè)或多個(gè)2D換能器陣列(如，包括mXn陣列的換能器元件，其中整數(shù)m、n>l)。
[0016]圖1A-1D示出了包括壓電換能器元件的柔性陣列的設(shè)備的示例性配置。在一些實(shí)現(xiàn)中，換能器設(shè)備包括彎曲的換能器陣列，該彎曲的換能器陣列包括單排換能器元件。多個(gè)換能器陣列的元件中的一些或所有可以沿曲線分布。如圖1A所示，換能器設(shè)備10a可以包括手柄部分104。設(shè)備10a的換能器陣列106可以在一個(gè)末端108附著至手柄部分104，其中手柄104的形狀被修改(如，放寬、變平等)以適應(yīng)換能器陣列106的形狀和大小。在這個(gè)示例中，換能器陣列106的振動(dòng)表面是呈弧形的，弧形面向的部分沿著手柄104的長(zhǎng)軸。在其他實(shí)現(xiàn)中，換能器陣列106的暴露表面可以替換為是呈弧形的，弧形面向的部分垂直(或銳角)于手柄104的長(zhǎng)軸。換能器設(shè)備10a的操作員可以操縱手柄104以根據(jù)所需(如，面向成像區(qū)域)改變換能器陣列106的振動(dòng)表面的方向和位置。
[0017]壓電換能器陣列10a可選擇地包括在振動(dòng)元件106的陣列下面和在手柄部分104內(nèi)部(如，在放寬且變平的第一末端108內(nèi)部)的集成ASIC晶片(未示出)。連接至ASIC晶片的外部輸入連接體的線110可以從手柄104的后端伸出并連接至外部裝備(如，控制設(shè)備和/或顯示設(shè)備)。
[0018]在一些實(shí)現(xiàn)中，換能器設(shè)備可以包括二維換能器陣列。每一個(gè)二維換能器陣列可以包括分布在彎曲的二維陣列中的多個(gè)換能器元件。二維陣列覆蓋的區(qū)域可以是各種形狀的，如，矩形、正方形、圓形、八邊形、六邊形、圓形等。二維陣列中的振動(dòng)元件可以被分布在由線構(gòu)成的點(diǎn)陣上(如，正方形點(diǎn)陣或六邊形點(diǎn)陣)或更復(fù)雜的圖案構(gòu)成的點(diǎn)陣上。二維換能器陣列的振動(dòng)表面實(shí)質(zhì)上可以在平面內(nèi)，雖然特定實(shí)施方式并未限定在這一點(diǎn)上。二維換能器陣列可以被附著至手柄(如，在直的圓柱體手柄的一個(gè)末端)以形成換能器設(shè)備。換能器陣列的振動(dòng)表面的平面可以包括一個(gè)或多個(gè)部分，這一個(gè)或多個(gè)部分不同地面向垂直于手柄的長(zhǎng)軸的方向或不同地面向基本上平行于手柄的長(zhǎng)軸的方向。
[0019]換能器設(shè)備的操作員可以操縱換能器設(shè)備的手柄以根據(jù)所需(如，面向成像區(qū)域)改變二維換能器的振動(dòng)表面的面向方向和位置。例如，如圖1B所示，換能器設(shè)備100b包括側(cè)向換能器陣列126,該側(cè)向換能器陣列126沿著手柄124的末端128的圓周運(yùn)行。換能器設(shè)備 100b還包括連接至ASIC晶片(未示出)并伸出手柄124的后端的線120。
[0020]現(xiàn)在參考圖1C，根據(jù)另一實(shí)施方式的換能器設(shè)備100c包括前向二維換能器陣列 136。換能器設(shè)備100c可以包括手柄部分134,其中換能器陣列136沿著手柄134的末端138的曲面延伸。如圖1C所示，換能器陣列136可以沿著末端138的表面在多個(gè)方向上彎曲。換能器設(shè)備100c可以進(jìn)一步包括連接至ASIC晶片(未示出)并伸出手柄134的后端的線170。
[0021]圖1A-1C所示的換能器設(shè)備的配置僅僅是示意性的。在換能器設(shè)備的各種實(shí)現(xiàn)中， 整個(gè)換能器陣列的振動(dòng)表面的面向方向(如，前向、側(cè)向或其他面向角度)和全部形狀(如， 平的或彎曲的、線狀的、多邊形的或環(huán)形的)、手柄上換能器陣列的位置及換能器陣列上振動(dòng)元件的布局的不同結(jié)合是可能的。[〇〇22]現(xiàn)在參考圖1D，根據(jù)另一實(shí)施方式的換能器設(shè)備100d包括設(shè)置在柔性襯底160上的換能器元件150的陣列。如圖1D的視圖170和詳細(xì)視圖180(不按比例)所示，柔性襯底160 可以允許換能器元件150相對(duì)彼此容易重新定位。相應(yīng)地，換能器設(shè)備100d可以充當(dāng)繃帶、 貼片、薄板或可以被放置、穿戴或可以另外施加于一些用戶(如，示意性的患者172)的其他柔性結(jié)構(gòu)的至少部分。例如，換能器元件150可以符合患者172的組織182的表面并將壓力波傳播入(和/或接收壓力波自)組織182——如，經(jīng)由耦合流體184(如，膠體)。在實(shí)施方式中， 包括在或耦合至換能器設(shè)備100d的電纜174包括一個(gè)或多個(gè)線，例如連接至ASIC晶片的外部輸入連接體的線和/或連接至其他外部裝備(如，控制設(shè)備和/或顯示設(shè)備)的線。
[0023]此外，根據(jù)應(yīng)用(如，所需的操作頻率、成像區(qū)域、成像分辨率等)，換能器陣列中的振動(dòng)元件的總數(shù)量、換能器陣列的大小及換能器陣列中振動(dòng)元件的大小和間距也可以改變。在給定的陣列中，換能器元件各自的壓電隔膜每一者可以包括各自的半球形或半橢球形圓頂結(jié)構(gòu)。壓電隔膜可以跨越具有例如從25wii至250mi的斷面寬度范圍的空腔。在一些實(shí)施方式中，陣列可以包括所有都沿著第一維度相對(duì)排列的換能器元件。例如，一維(1D)陣列可以包括排列的間距為150mi的128個(gè)換能器元件，其中每一個(gè)換能器元件具有跨越了具有 60wii寬度的空腔的半球形圓頂。在另一示例中，1D陣列包括間距為350wii的128個(gè)換能器元件，每一個(gè)元件具有跨越了具有在64wii到92wii之間的寬度的空腔的半球形圓頂。在又一示例中，1D相控陣列可以包括排列的間距為130mi的96個(gè)換能器元件，其中陣列的所有半橢球形圓頂都具有沿著第一維度的相同的第一主軸直徑和沿著第二維度的類似的第二主軸直徑一一如，主軸直徑的范圍為40wii到lOOwii?？商鎿Q地或額外地，陣列可以包括不同地沿著兩個(gè)維度排列的換能器元件集。在一個(gè)示意性的實(shí)施方式中，二維(2D)陣列可以包括區(qū)域間距為120wii的64X16個(gè)換能器元件——如，其中陣列的圓頂結(jié)構(gòu)的每一者跨越各自的具有在60mi到70mi之間的寬度的空腔。[〇〇24]圖2A-2M根據(jù)實(shí)施方式顯示了制造柔性換能器陣列的過(guò)程的各個(gè)階段的橫截面視圖。圖2N-2P根據(jù)實(shí)施方式顯示了各自的橫截面視圖，每一個(gè)視圖都是針對(duì)柔性換能器陣列。圖2A-2J所示的處理可以形成例如換能器陣列106、126、136中的一者或多者。[〇〇25]圖2A示出了制造的階段200a，在該階段200a期間，設(shè)備晶片201為隨后的在設(shè)備晶片201內(nèi)或上形成各自的換能器元件的各種結(jié)構(gòu)的處理做準(zhǔn)備。設(shè)備晶片201可以包括適合微電子/微機(jī)械處理的現(xiàn)有技術(shù)已知的各種襯底材料中的任意材料。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，設(shè)備晶片201可以包括諸如硅和/或各種類型的半導(dǎo)體晶片材料的大塊晶體半導(dǎo)體。雖然特定的實(shí)施方式不限于這方面，但示意性的設(shè)備晶片201包括絕緣硅(SOI)材料。
[0026]于此討論的特定實(shí)施方式是關(guān)于制造微圓頂類型的換能器元件，這些微圓頂類型的換能器元件的每一者包括設(shè)置在支撐層上的凸面壓電結(jié)構(gòu)。然而，這里所討論的可以延伸為額外地或可替換地應(yīng)用于各種其他類型的換能器元件中的任意類型一一如，包括替代包括平的壓電結(jié)構(gòu)和/或凹面壓電結(jié)構(gòu)的換能器元件。例如，如圖2A所示，在設(shè)備晶片201中和/或在設(shè)備晶片201上制造壓電換能器元件可以包括蝕刻或另外形成一個(gè)或多個(gè)孔一一如包括示意性的孔202a、202b，例如，每一個(gè)孔延伸至或延伸通過(guò)設(shè)備晶片201中的絕緣層。
[0027]現(xiàn)在參照?qǐng)D2B，在階段200b，另一晶片203可以結(jié)合至設(shè)備晶片201。晶片203可以提供材料以促進(jìn)形成換能器元件的凸面結(jié)構(gòu)。例如，晶片203可以包括半導(dǎo)體材料，諸如設(shè)備晶片201的材料一一如，其中，晶片203包括絕緣硅(SOI)材料。
[0028]如圖2C的階段200c所示，磨制、蝕刻(如，采用Κ0Η)、拋光和/或其他處理可以導(dǎo)致晶片203變薄到厚度dx，這促進(jìn)在晶片201上形成凸塊結(jié)構(gòu)。例如dx可以在6微米與12微米之間，然而特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)。
[0029]現(xiàn)在參考圖2D的階段200d，晶片203剩余的材料可以被形成為微凸塊——如包括示意性的凸塊結(jié)構(gòu)204a、204b——其延伸到表面205之上。這種微凸塊的形成可以選擇性地包括移除變薄的晶片203的部分一一如，采用適應(yīng)自傳統(tǒng)的平版印刷和蝕刻技術(shù)的操作一一并將凸塊回流處理應(yīng)用至晶片203的其他剩余的部分。
[0030]在形成這種微凸塊之后，可以執(zhí)行多種刪減的和/或添加的半導(dǎo)體處理技術(shù)(如，包括材料沉積、平版印刷圖案化、通過(guò)蝕刻的特征形成等中的一者或多者)中的任何技術(shù)以在設(shè)備晶片201中或設(shè)備晶片201上沉積或另外形成換能器結(jié)構(gòu)。例如，如圖2E的階段200e所示，結(jié)構(gòu)206可以在表面205上不同地形成，其中凸塊結(jié)構(gòu)204a、204b促進(jìn)形成結(jié)構(gòu)206的凸面部分。
[0031]通過(guò)這種處理產(chǎn)生的一些換能器元件的示例在圖2F的階段200f中示出。更特別地，階段200f形成的多個(gè)換能器元件可以包括換能器元件214a和換能器元件214b。雖然特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)，但是一個(gè)或多個(gè)其他結(jié)構(gòu)可以被蝕刻或另外形成在換能器元件之間一一從而以例如促進(jìn)隨后的在換能器元件214a,214b之間的彎曲點(diǎn)。例如，階段200f包括在設(shè)備晶片201中蝕刻的空腔216(并且，在實(shí)施方式中，通過(guò)在設(shè)備晶片201上形成的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu))。
[0032]圖2G示出了換能器元件的詳細(xì)視圖200g，諸如那些在階段200f的處理中被制造的換能器元件的一者。如視圖200g所描述的，底部電極236可以設(shè)置在薄膜介電層246上，諸如二氧化硅，其可以充當(dāng)支撐、制造期間的蝕刻終止、電絕緣體和/或擴(kuò)散屏障。介電層246可以通過(guò)例如熱氧化來(lái)設(shè)置。在實(shí)施方式中，壓電元件232下面的介電層246的部分隨后被蝕刻掉(除了設(shè)備晶片201的部分)，在蝕刻處理期間形成空腔230。壓電元件232隨后可以在底部電極236上形成。
[0033]在示意性的實(shí)施方式中，壓電元件232包括鋯鈦酸鉛(PZT)，盡管現(xiàn)有技術(shù)已知的適合傳統(tǒng)微機(jī)械處理的任何壓電材料也可以被利用，諸如但不限于聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物顆粒、BaTi03、單個(gè)晶體PMN-PT和氮化鋁(AlN)。底部電極236可以包括與壓電隔膜材料兼容(如，熱穩(wěn)定的、具有良好粘附力、低壓力)的傳導(dǎo)性材料的薄膜層，諸如但不限于Au、Pt、N1、Ir、Sn等的一個(gè)或多個(gè)、它們的合金(如，AuSn、IrTiW、AuTiW、AuNi等)、它們的氧化物 (如，Ir02、Ni02、Pt02、氧化銦錫(ITO)等)或兩種或更多種這樣的材料的復(fù)雜堆疊。[〇〇34]第二介電層224(例如，包括SiNx或S1x)可以被設(shè)置——如經(jīng)由等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)——在底部電極236和/或壓電元件232之上。介電層224可以提供底部電極236和將設(shè)置在介電層224之上的頂部電極234的電絕緣。如圖所示，頂部電極234可以被設(shè)置與第二介電層224的頂部表面直接接觸。在該示意性的實(shí)施方式中，頂部電極234被實(shí)施為參考(接地)平面來(lái)使換能器元件免遭在操作期間周?chē)h(huán)境中的電磁干擾和表面電荷。同樣地，底部電極236可以被實(shí)施為耦合至壓電換能器元件的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)信號(hào)終端。底部電極236和/或頂部電極234可以例如通過(guò)物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)等而被設(shè)置。
[0035]在實(shí)施方式中，蝕刻、掩模和/或其他處理可以提供各種空腔以延伸通過(guò)換能器元件的部分。例如，這樣的處理可以形成一個(gè)或多個(gè)空腔以用于安置互連體結(jié)構(gòu)?；ミB體結(jié)構(gòu)可以包括用于提供參考電壓(如接地)的參考互連體228和另一互連體238—一簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，這里指僅作為驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)(或簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，僅驅(qū)動(dòng))互連體一一該另一互連體238用于提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)和/或感應(yīng)信號(hào)。于此所使用的“驅(qū)動(dòng)信號(hào)”指的是激活換能器設(shè)備的壓電元件的信號(hào)，以及“感應(yīng)信號(hào)”指的是響應(yīng)于此類壓電元件的激活而生成的信號(hào)。例如，驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體可以可替換地被稱為信號(hào)互連體或主動(dòng)互連體(active interconnect)。[〇〇36]在詳細(xì)視圖200g中，參考互連體228和驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體238的各自空腔的每一者從換能器元件的頂部表面226延伸通過(guò)至設(shè)備晶片201?；ミB體228、238可以被不同地建立， 例如鍍銅的互連體228、238,并分別電連接至頂部電極234和底部電極236。這種空腔的開(kāi)口寬度可以是?6或7微米，雖然特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)。互連體228、238可以包括能夠提供低電阻并適合圖案化的任何常規(guī)成分的導(dǎo)電材料(如，通過(guò)PVD、ALD、CVD等沉積)的各自薄膜層，諸如但不限于Au、Al、W或Cu。在一些實(shí)施方式中，互連體228、238可以通過(guò)隔離材料 220(諸如A1203,如其中隔離材料通過(guò)ALD沉積)與設(shè)備晶片201的半導(dǎo)體材料和/或換能器元件的一種或多種結(jié)構(gòu)電隔離。[〇〇37]在實(shí)施方式中，另一空腔230可以在換能器元件232下面蝕刻或另外形成。空腔230 可以隨后提供跨越空隙(spanning void)以允許換能器元件232的振動(dòng)。空腔230可以至少部分通過(guò)相互對(duì)立的設(shè)備晶片201的側(cè)壁218來(lái)限定?？涨?30可以具有?100微米(如90-100微米)的寬度(如直徑，其中換能器元件232為圓形)，雖然特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)。 如于此所討論的，換能器元件可以進(jìn)一步包括或鄰接允許換能器陣列的柔性的一個(gè)或多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)。[〇〇38] 現(xiàn)在參考圖2H，顯示了制造過(guò)程的階段200h，其中子組件240經(jīng)由臨時(shí)結(jié)合材料 242(諸如聚酰亞胺(日立化學(xué)杜邦顯微系統(tǒng)(Hitachi Chemical Dupont Microsystems)的 HD-3007)、布魯爾科技(Brewer Sc i ence)的Waf erBOND HT系列、光刻膠和SU-8中的任何材料)結(jié)合至犧牲(sacrificial)晶片244。子組件240可以包括在設(shè)備晶片中形成的換能器元件一一如階段200f所示的。犧牲晶片244可以為子組件240的操作和/或隨后的處理提供機(jī)械支撐。例如，犧牲層244可以在子組件240倒置(invers1n)和/或設(shè)備晶片變薄期間保護(hù)換能器元件。[〇〇39]通過(guò)說(shuō)明而不是限制的方式，設(shè)備更安全的子組件240可以變薄，從階段200h所示的總厚度dl變薄到修改后的子組件241產(chǎn)生的如圖21的階段200i所示相對(duì)小的總厚度d2。這種變薄可以使用機(jī)械研磨、干式化學(xué)蝕刻(DCE)和/或各種其他適應(yīng)傳統(tǒng)的晶片變薄技術(shù)的方法中的任意方法來(lái)執(zhí)行?？偤穸萪2可以等于或小于100微米(例如)并且在特定實(shí)施方式中可以等于或小于30微米。
[0040]子組件240中設(shè)備晶片的材料可以充當(dāng)支撐層，該支撐層在換能器元件中/上提供對(duì)換能器元件的機(jī)械支撐。將支撐層變薄到總厚度d2可以允許換能器元件中和/或換能器元件之間的折曲，同時(shí)支撐層在該折曲期間提供對(duì)換能器元件的機(jī)械支撐。
[0041]例如，支撐層變薄形成子組件241可能暴露支撐層的側(cè)邊284。側(cè)邊284的暴露還可能暴露形成在支撐層中的各自空腔的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，支撐層變薄可能暴露開(kāi)口 280a、280b，開(kāi)口 280a、280b每一者對(duì)應(yīng)各自換能器元件的各自跨越空隙。額外地或可替換地，這種變薄可能對(duì)于此所討論的充當(dāng)柔性結(jié)構(gòu)的通道暴露開(kāi)口 282。
[0042]在實(shí)施方式中，支撐層變薄可能額外地或可替換地暴露換能器元件的一個(gè)或多個(gè)互連體。例如，暴露的側(cè)邊284可以包括各自的換能器元件的各個(gè)參考互連體和/或驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體的暴露部分。如于此所討論的，額外的處理可以不同地耦合這些暴露的互連體的一些或全部，互連體的每一者對(duì)應(yīng)柔性聚合物層的相應(yīng)互連體。
[0043]現(xiàn)在參考圖2J的階段200j，額外的蝕刻或其他刪減的處理可以通過(guò)暴露的開(kāi)口280a、280b來(lái)執(zhí)行，以移除促進(jìn)形成換能器元件的凹面結(jié)構(gòu)的晶片203的剩余材料。在實(shí)施方式中，這樣的刪減的處理會(huì)暴露換能器元件的底部電極236的下側(cè)。
[0044]現(xiàn)在參考圖2K，處理階段200k被顯示，其中子組件250包括階段200i所示的粘附或另外結(jié)合至子組件252的結(jié)構(gòu)。例如，子組件241的支撐層的側(cè)邊284可以經(jīng)由包括導(dǎo)電填料260的粘合劑258而被結(jié)合至子組件252?？梢苑植荚谡澈蟿┎牧?58的各個(gè)地方的導(dǎo)電填料260可以在相互對(duì)準(zhǔn)的一對(duì)互連體之間提供導(dǎo)電路徑，并通過(guò)粘合劑材料258粘附。然而，填料260之間的粘合劑材料可以電隔離不同對(duì)的相互對(duì)準(zhǔn)的互連體。在一個(gè)示意性的實(shí)施方式中，粘合劑材料258包括苯開(kāi)環(huán)丁烯酮(BCB)和金屬(和/或金屬涂覆的)球體。可替換地，諸如杜邦公司(DuPont)的HD-700的聚酰亞胺材料可以代替用于粘合劑材料258的BCB來(lái)使用。
[0045]子組件252可以包括用于換能器元件的柔性支撐結(jié)構(gòu)和各種電連接體結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式中，在粘附至子組件250之前，子組件252在隔開(kāi)的晶片上被制造——如其中一些或所有電連接體結(jié)構(gòu)通過(guò)刪減的和/或添加的處理不同地形成在柔性支撐載體中或柔性支撐載體上。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，子組件250可以包括結(jié)合至或另外形成在犧牲層254上的結(jié)構(gòu)，該犧牲層254在隨后的處理(諸如階段200k期間的結(jié)合)期間為其他結(jié)構(gòu)子組件250提供機(jī)械支撐。
[0046]在實(shí)施方式中，子組件252提供的柔性支撐結(jié)構(gòu)包括聚合物層256，該聚合物層256包括諸如聚酰亞胺的彎曲的聚合物材料。用于聚合物層256的其他適合的聚合物材料的示例包括聚酯(PET)、聚乙烯奈(PEN)、聚醚酰亞胺(PEI)、連同各種含氟聚合物(fluropolymers)(FEP)和聚酰亞胺共聚物膜。聚合物層256可以被涂覆為單層或多層聚合物材料。
[0047]子組件252的電連接體結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)互連體，每一個(gè)互連體對(duì)應(yīng)于子組件250的支撐層中的各自互連體。例如，子組件252可以包括每一者都延伸通過(guò)層256的聚合物材料的互連體。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，各個(gè)刪減的和/或添加的半導(dǎo)體處理技術(shù)(如，包括材料沉積、平版印刷圖案化、通過(guò)蝕刻的特征形成等中的一者或多者)可以被適應(yīng)，以不同地以聚合物材料形成這種互連體結(jié)構(gòu)。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，這種互連體可以包括接地互連體266a、266b，接地互連體266a、266b的每一者耦合至子組件250的各自換能器元件的相應(yīng)接地互連體。在實(shí)施方式中，子組件252進(jìn)一步包括接地觸點(diǎn)262a、262b，該接地觸點(diǎn) 262a、262b被電鍍或另外設(shè)置在聚合物層256的表面上。接地互連體266a、266b可以不同地分別在接地觸點(diǎn)262a、262b與子組件250的換能器元件之間提供電連接性。[〇〇48] 可替換地或額外地，這種互連體可以包括驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體268a、268b，驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體268a、268b的每一者耦合至子組件250的各自換能器元件的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體。 子組件252可以包括驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)觸點(diǎn)264a、264b，該驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)觸點(diǎn)264a、264b被電鍍或另外設(shè)置在聚合物層256上——如其中驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體268a、268b不同地分別在驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)觸點(diǎn)264a、264b與子組件250的換能器元件之間提供電連接性。[〇〇49] 現(xiàn)在參考圖2L，顯示了處理的階段2001，其中子組件250、252結(jié)合在一起。在階段 2001之后，可以執(zhí)行隨后的處理來(lái)移除子組件250的犧牲層244和/或子組件252的犧牲層 254。圖2M中顯示了處理階段200m產(chǎn)生的組件。在階段200m中，換能器陣列包括換能器A1、 B1，其中折曲結(jié)構(gòu)270在換能器A1、B1之間提供了柔性。這種柔性可能額外地或可替換地促進(jìn)換能器A1、B2的支撐層的總厚度d2,和/或通過(guò)換能器A1、B2下面的聚合物層促進(jìn)換能器 A1、B2的支撐層的總厚度d2。例如，圖2N根據(jù)可替換的實(shí)施方式顯示了制造過(guò)程的階段 200n。在階段200n，形成類似的包括換能器A2、B2的換能器陣列，其中沒(méi)有諸如折曲結(jié)構(gòu)270 的結(jié)構(gòu)位于換能器A2、B2之間。圖2N的換能器陣列的柔性至少部分可能是由換能器A2、B2的足夠薄(如小于或等于30微米)的支撐層和支撐層下面的柔性聚合物層所產(chǎn)生。
[0050]在另一實(shí)施方式中，子組件250與子組件252之間的粘附可以通過(guò)低溫共晶結(jié)合獲得，諸如采用Au和AuSn獲得。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，Au層可以被沉積在將結(jié)合至子組件 252的子組件250的部分上，并且AuSn層可以被沉積在子組件252的部分上。在共晶結(jié)合之前，一個(gè)或兩個(gè)此類層可以使用光刻和蝕刻被圖案化以形成換能器A3、B3的所需的結(jié)合表面一一如其中產(chǎn)生的結(jié)合點(diǎn)280不同地被圖案化以封閉開(kāi)口，為互連體提供各自的傳導(dǎo)路徑和/或另外提供牢固的機(jī)械結(jié)合。[〇〇511在特定實(shí)施方式中，子組件250和子組件252使用非傳導(dǎo)糊料(NCP)(諸如包括BCB 或聚酰亞胺的材料)作為結(jié)合材料。子組件250上金屬互連體之間的電流觸點(diǎn)和子組件252 上各自的金屬觸點(diǎn)可以至少部分通過(guò)子組件252的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)獲得一一諸如互連體266a、 266b,268a,268b——被蝕刻或另外形成從而不同地從此類金屬觸點(diǎn)延伸出并以至少等于粘附結(jié)合線厚度的高度形成延伸到聚合物層256之上的突出物。
[0052]在特定實(shí)施方式中，換能器陣列的柔性層包括一層或多層電分布結(jié)構(gòu)，該電分布結(jié)構(gòu)例如提供換能器元件的操作和/或與換能器元件的信號(hào)通信。例如，圖2P顯示了制造過(guò)程的階段200p，該制造過(guò)程例如包括圖2A-2M所示的過(guò)程的一些或所有特征。在階段200p， 包括換能器A4、B4的換能器陣列被類似地形成，其中換能器A4、B4的柔性層包括傳導(dǎo)部分 290,該傳導(dǎo)部分290不同地從互連體結(jié)構(gòu)(如接地互連體266a、266b和/或驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體 268a、268b)延伸出。在實(shí)施方式中，此類傳導(dǎo)部分290不同地在柔性層內(nèi)橫向(laterally) 延伸，并額外地或可替換地在柔性層的下側(cè)上耦合至各自觸點(diǎn)，從而不同地分配功率、接地和/或信令至換能器，從換能器分配功率、接地和/或信令，和/或在換能器中分配功率、接地和/或信令。
[0053]圖3根據(jù)實(shí)施方式示出了制造柔性換能器陣列的方法300的元素。方法300可以包括微加工和/或其他制造操作，從而不同地形成例如圖2A-2J所示的一些或所有結(jié)構(gòu)。
[0054]在實(shí)施方式中，方法300包括在310接收諸如設(shè)備晶片210的支撐層。方法300可以進(jìn)一步包括在320形成多個(gè)換能器元件，每一個(gè)換能器元件例如包括各自的壓電元件及各自的電極和互連體。在實(shí)施方式中，在320的形成包括針對(duì)多個(gè)換能器元件中的每一者在支撐層的第一側(cè)上形成換能器元件的電極和換能器元件的壓電元件，及進(jìn)一步在支撐層中形成換能器元件的互連體，其中互連體被親合至換能器元件的電極。通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式，針對(duì)多個(gè)換能器元件中的每一者，形成換能器元件可以包括在支撐層的第一側(cè)上形成參考電極和驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極，及在支撐層中形成參考互連體和驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體。如圖2F、2G所示，例如，換能器元件的參考互連體和驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體可以分別耦合至該換能器元件的參考電極和驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極。
[0055]方法300可以進(jìn)一步包括在330變薄支撐層一一如在在320形成多個(gè)換能器元件之后一一以暴露支撐層的第二側(cè)。例如，支撐層可以在330變薄到等于或小于35微米的總厚度。在一些實(shí)施方式中，支撐層在330變薄為等于或小于30微米的總厚度。
[0056]在實(shí)施方式中，在330變薄支撐層包括針對(duì)在320形成的多個(gè)換能器元件中的每一者暴露各自的對(duì)于延伸通過(guò)支撐層的跨越空隙的開(kāi)口。在實(shí)施方式中，多個(gè)換能器元件的各自壓電元件的每一者跨越支撐層的各自側(cè)壁之間的距離，該距離包括跨越空隙?？商鎿Q地或額外地，多個(gè)換能器元件的各自互連體的每一者可以延伸通過(guò)支撐層的第一側(cè)與支撐層的第二側(cè)之間的支撐層。例如，在330變薄支撐層可以包括暴露多個(gè)換能器元件的各自的參考互連體和/或驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體。
[0057]方法300進(jìn)一步包括在340將支撐層的暴露的第二側(cè)結(jié)合至柔性層。在實(shí)施方式中，柔性層包括聚合物材料并且在320針對(duì)多個(gè)換能器元件的各自互連體的每一者形成延伸通過(guò)柔性層的相應(yīng)互連體。例如，聚合物材料可以包括聚酰亞胺。支撐層和換能器元件可以在不同的晶片上首先形成而不是在其上首先形成柔性層。在實(shí)施方式中，在340將第二側(cè)結(jié)合至柔性層可以包括與包括導(dǎo)電填料的粘合劑粘附。在另一實(shí)施方式中，在340的結(jié)合可以采用共晶結(jié)合。
[0058]雖然特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)，但是方法300可以包括在第一換能器元件與第二換能器元件之間形成一個(gè)或多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)。此類折曲結(jié)構(gòu)可以將支撐層的部分相互隔開(kāi)一一如其中折曲結(jié)構(gòu)包括延伸通過(guò)支撐層的第一側(cè)與第二側(cè)之間的支撐層的通道。在實(shí)施方式中，多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)可以被形成，每一個(gè)折曲結(jié)構(gòu)在多個(gè)換能器元件的各對(duì)之間。例如，多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)可以包括通道，每一個(gè)通道形成在換能器元件的各行之間。在實(shí)施方式中，此類多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)可以包括通過(guò)支撐層的第一通道和通過(guò)支撐層的第二通道，其中第一通道和第二通道沿著相互交叉的各自的方向線延伸。
[0059]圖4A根據(jù)實(shí)施方式示出了柔性2DpMUT陣列400的元件。例如，陣列400可以包括圖2M-2P中所示的換能器陣列中的一者的一些或所有特征。
[0060]在實(shí)施方式中，陣列400可以包括多個(gè)換能器元件，如示意性的二十(20)個(gè)換能器元件？11-?15、？21-?25、？31-?35、？41-?45和?41-?45所表示的。陣列400的換能器元件可以以行和列分配，如示意性的沿著X維度的行R1-R5級(jí)和沿著y維度的列C1-C4所表示的。
[0061]—個(gè)或多個(gè)通道——如包括示意性的通道G1、G2、G3——可以在陣列400的支撐層中形成(如，通過(guò)陣列400的支撐層)。此類通道可以充當(dāng)允許陣列400的柔性的折曲結(jié)構(gòu)。例如，此類折曲結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)換能器陣列400的柔性，從而符合非平面表面。因此，此類換能器陣列例如可以被安裝到彎曲的傳感器表面上。通道G1、G2、G3可以起到支撐層中的截?cái)嗑€的功能，其中陣列在截?cái)嗑€處通過(guò)下面的聚合物(如，聚酰亞胺)層機(jī)械地被支撐。在實(shí)施方式中，額外的聚合物層(未示出)可以在第一聚合物層的背面上建立一一如額外的聚合物層包括傳導(dǎo)連接體，以將參考電勢(shì)和/或信號(hào)線導(dǎo)向其他測(cè)試設(shè)備電路。
[0062]例如，陣列400可以包括信號(hào)線D1-D4的集合一一如包括驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)信號(hào)線和/或參考電壓線一一其不同地在柔性層下面延伸并耦合至設(shè)置在柔性層表面上的各自的互連體觸點(diǎn)。所示的信號(hào)線D1-D4不同地沿著列C1-C4中的各自的一者延伸，雖然特定實(shí)施方式不限于這一點(diǎn)。在實(shí)施方式中，通道G1、G2、G3和信號(hào)線D1-D4在陣列400的相對(duì)側(cè)(如，前側(cè)和后側(cè))。[〇〇63]圖4B是根據(jù)實(shí)施方式的多模式MUT陣列450平面視圖。陣列450包括多個(gè)電極軌道 460、470、480、490，這些軌道設(shè)置在由襯底450的第一維度x和第二維度y限定的區(qū)域上。驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極軌道中的每一者(如，460)是從任意其他驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極軌道(如，470或480)獨(dú)立電可尋址的，并且從功能上將陣列450的通道隔開(kāi)。一個(gè)或多個(gè)通道一一如包括示意性的通道GX、GY、GZ—一可以不同地在各自一個(gè)此類電極軌道間在陣列405的支撐層中形成(如通過(guò)陣列405的支撐層)。
[0064]每一個(gè)通道具有特征頻率響應(yīng)，該特征頻率響應(yīng)是來(lái)自通道內(nèi)單個(gè)換能器元件的響應(yīng)的合成。每一個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極并行電親合至每一個(gè)元件。例如在圖4B中，換能器元件461^、462六、463六等被親合在一起以由驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極軌道460電驅(qū)動(dòng)(如經(jīng)由功能上對(duì)應(yīng)于底部電極236的各自的結(jié)構(gòu))。類似地，另一通道的所有換能器元件(如包括471A)全部并行地一起耦合至驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極軌道470。通常，許多換能器元件可以在通道內(nèi)被一起分組一一如根據(jù)隔膜直徑、元件傾斜度(pitches)和分配給每一個(gè)通道的襯底面積。
[0065]在實(shí)施方式中，至少一個(gè)隔膜維度因設(shè)備的相同通道的元件而變化。通道內(nèi)的和/ 或通道之間的這種變化可以提供陣列405的超寬帶操作特征。如圖4B所示，圓形隔膜直徑沿著襯底的至少一個(gè)維度(如y維度)而變化，從而每一個(gè)通道包括一系列的隔膜大小。在所描述的陣列450的實(shí)施方式中，每一個(gè)通道包括相同數(shù)量的特定大小的隔膜和相同數(shù)量的不同大小的隔膜。由于共振頻率是隔膜大小(與較小隔膜大小所關(guān)聯(lián)的較大頻率)的函數(shù)，在給定電驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加于通道時(shí)，引起特定頻率響應(yīng)，或者在給定頻率響應(yīng)通過(guò)介質(zhì)返回時(shí)，生成特定電感應(yīng)信號(hào)。對(duì)于圖4B所描述的實(shí)施方式，其中每一個(gè)通道具有相同種類的元件(相同數(shù)量和大小分布)和相同的空間布局，每一個(gè)通道可以被認(rèn)為具有非常接近的相同頻率響應(yīng)?？商鎿Q地，具有不同元件種類的通道(g卩，不同數(shù)量的隔膜大小、不同數(shù)量的特定大小的隔膜、或襯底上的不同空間排列)可以被認(rèn)為具有明顯不同的頻率響應(yīng)。[〇〇66]如圖4B所描述的，第一大小的換能器元件111A(如，最小直徑的隔膜)接近第二大小的元件112A(如，下一個(gè)較大直徑的隔膜)，并且隔膜大小在一直增加的隔膜大小的第一系列的元件中以步進(jìn)式的方式逐漸增加，且然后第二系列步進(jìn)式減小大小至最小的直徑。 圖4B提供了對(duì)于任意數(shù)量的不同隔膜大小(如，圖4B所描述的三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)不同大小等)，具有一些通道種類的每一個(gè)元件接近相同大小的另一元件或下一個(gè)最小的另一元件或下一個(gè)最大大小的另一元件。
[0067]圖5是根據(jù)實(shí)施方式的采用柔性換能器陣列的超聲波換能器設(shè)備500的功能框圖。在示例性實(shí)施方式中，超聲波換能器設(shè)備500用于產(chǎn)生和感應(yīng)介質(zhì)(諸如水、組織物等)中的壓力波。超聲波換能器設(shè)備500具有許多應(yīng)用，在這些應(yīng)用中對(duì)諸如在醫(yī)學(xué)診斷、產(chǎn)品缺陷檢測(cè)等中的一種介質(zhì)或多種介質(zhì)內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變的成像感興趣。設(shè)備500包括至少一個(gè)換能器陣列516，該換能器陣列516可以是于此在其他地方描述的任意柔性換能器陣列。在示例性實(shí)施方式中，換能器陣列516被嵌入在手柄部分514中，該手柄部分514可以通過(guò)機(jī)器或通過(guò)設(shè)備500的使用者來(lái)操作以改變所需的換能器陣列516的外表面的面向方向和位置(如，面向成像區(qū)域)。電連接器520將換能器陣列516的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極電耦合至手柄部分514外部的通信接口。
[0068]在實(shí)施方式中，設(shè)備500包括至少一個(gè)信號(hào)生成器(該信號(hào)生成器可以是本領(lǐng)域出于該目的任意已知的技術(shù))，該信號(hào)生成器例如通過(guò)電連接器520的方式耦合至換能器陣列516。信號(hào)生成器提供各個(gè)驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極上的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在實(shí)施方式中，每一個(gè)信號(hào)生成器包括解串器(de-serializer)504來(lái)解串控制信號(hào)，該控制信號(hào)然后通過(guò)解復(fù)用器506來(lái)解復(fù)用。示例性信號(hào)生成器進(jìn)一步包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)508以針對(duì)換能器陣列516中單獨(dú)的換能器元件通道將數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。各自的時(shí)間延遲可以通過(guò)可編程時(shí)間延遲控制器510添加至單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，以進(jìn)行波束引導(dǎo)、創(chuàng)造所需的波束形狀、聚焦和定向等。PMUT通道連接器502與信號(hào)生成器之間的耦合是交換網(wǎng)絡(luò)512，以對(duì)換能器陣列516在驅(qū)動(dòng)與感應(yīng)模式之間交換換能器陣列516。
[0069]在實(shí)施方式中，設(shè)備500包括至少一個(gè)信號(hào)接收器(該信號(hào)接收器可以是本領(lǐng)域出于該目的任意已知的技術(shù))，該信號(hào)接收器例如通過(guò)電連接器520的方式耦合至換能器陣列516。信號(hào)接收器從換能器陣列516中的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極通道收集電響應(yīng)信號(hào)。在信號(hào)接收器的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)514接收電壓信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)然后可以被存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器(未描述)或首先被傳遞至信號(hào)處理器。示例性信號(hào)處理器包括數(shù)據(jù)壓縮單元526，用于壓縮數(shù)字信號(hào)。在將所接收到的信號(hào)中繼到存儲(chǔ)器、其他存儲(chǔ)或下游處理器(諸如基于所接收到的信號(hào)產(chǎn)生圖形化顯示的圖像處理器)之前，復(fù)用器518和串行器528可以進(jìn)一步處理所接收到的信號(hào)。
[0070]于此描述了用于提供柔性換能器陣列的技術(shù)和架構(gòu)。在以上描述中，出于解釋的目的，許多具體細(xì)節(jié)是為了提供特定實(shí)施方式的深入理解而進(jìn)行陳述的。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，特定實(shí)施方式可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行。在另外的實(shí)例中，為了避免使描述模糊，結(jié)構(gòu)和設(shè)備以框圖的形式顯示。
[0071]在說(shuō)明書(shū)中涉及的“一個(gè)實(shí)施方式”或“實(shí)施方式”意思是所描述的與實(shí)施方式有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。說(shuō)明書(shū)中在各個(gè)地方出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方式中”不是都必然指的是相同的實(shí)施方式。
[0072]這里具體的描述的一些部分是根據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)比特的操作的算法和符號(hào)表示提出的。這些算法的描述和表示是計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)人員使用的意思，以最有效地向本領(lǐng)域其他人員傳達(dá)他們工作的實(shí)質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，這里的算法表達(dá)的是達(dá)到需要的結(jié)果的一貫序列的步驟。這些步驟需要對(duì)物理量進(jìn)行物理操作。通常，即使沒(méi)有必要，這些量采用能夠被存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、結(jié)合、比較及另外地操作的電信號(hào)或磁信號(hào)的形式。主要出于習(xí)慣用語(yǔ)的原因，把這些信號(hào)稱作比特、值、元素、符號(hào)、字符等，已經(jīng)證明有時(shí)是方便的。
[0073]應(yīng)當(dāng)考慮到的是，所有這些和類似的術(shù)語(yǔ)與合適的物理量相關(guān)聯(lián)并僅僅是應(yīng)用于這些量的方便的標(biāo)簽。除非特別說(shuō)明，如果不是根據(jù)這里討論顯而易見(jiàn)的，應(yīng)當(dāng)理解在說(shuō)明書(shū)中，使用諸如“處理”或“估算”或“計(jì)算”或“確定”或“顯示”等術(shù)語(yǔ)的討論指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作或處理，操作并轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器中表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其他此類信息存儲(chǔ)、傳輸或看是設(shè)備中類似地表示為物理量的其他數(shù)據(jù)。
[0074]特定實(shí)施方式還涉及用于執(zhí)行這里的操作的設(shè)備。該設(shè)備出于所需要的目的而被特別創(chuàng)立，或者其可以包括通用計(jì)算機(jī)，該通用計(jì)算機(jī)由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重新配置。此類計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中并耦合至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)諸如但不限于，包括軟盤(pán)、光盤(pán)、CD-ROM和磁光盤(pán)的任何類型的盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)(諸如動(dòng)態(tài)RAM(DRAM))、EPR0M、 EEPR0M、磁卡或光卡、或適于存儲(chǔ)電子指令的任何類型的介質(zhì)。[〇〇75]這里呈現(xiàn)的算法和顯示并非固有地涉及任何特定計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備。各種通用系統(tǒng)可以根據(jù)這里的啟示與程序一起使用，或者可以證明便于構(gòu)建更特別的設(shè)備來(lái)執(zhí)行所需的方法步驟。用于各種這些系統(tǒng)的所需的結(jié)構(gòu)將從本說(shuō)明書(shū)中呈現(xiàn)。此外，特定實(shí)施方式并非參考任何特定編程語(yǔ)言來(lái)描述。應(yīng)當(dāng)理解的是各種編程語(yǔ)言都可以被用于實(shí)施這里所描述的實(shí)施方式的啟示。
[0076]除了這里所描述的，可以對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施方式及其實(shí)現(xiàn)在不背離其范圍的情況下進(jìn)行各種修改。因此，這里的說(shuō)明和示例應(yīng)當(dāng)被解釋為示意性的，而非限制性的功能。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考權(quán)利要求書(shū)來(lái)單獨(dú)量度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造微機(jī)械換能器陣列的方法，該方法包括: 形成多個(gè)換能器元件，包括針對(duì)所述多個(gè)換能器元件中的每一者: 在支撐層的第一側(cè)上形成所述換能器元件的電極； 在所述支撐層的所述第一側(cè)上形成所述換能器元件的壓電元件；以及在所述支撐層中形成所述換能器元件的互連體，該互連體耦合至所述換能器元件的所述電極； 在形成所述多個(gè)換能器元件之后，將所述支撐層變薄以暴露所述支撐層的第二側(cè)，其中所述多個(gè)換能器元件的各自互連體在所述支撐層的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間延伸；以及 將所述第二側(cè)結(jié)合至柔性層，其中所述柔性層包括聚合物材料和延伸通過(guò)所述柔性層的相應(yīng)的互連體，該相應(yīng)的互連體針對(duì)所述多個(gè)換能器元件的各自互連體中的每一者。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述支撐層變薄至等于或小于35微米的總厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述支撐層變薄至等于或小于30微米的厚度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物材料包括聚酰亞胺。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述多個(gè)換能器元件包括針對(duì)所述多個(gè)換能器元件中的每一者: 在所述支撐層的所述第一側(cè)上形成所述換能器元件的參考電極； 在所述支撐層的所述第一側(cè)上形成所述換能器元件的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極； 在所述支撐層中形成所述換能器元件的參考互連體，所述參考互連體耦合至所述換能器元件的所述參考電極；以及 在所述支撐層中形成所述換能器元件的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體，所述驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體耦合至所述換能器元件的所述驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述支撐層變薄以暴露所述支撐層的所述第二側(cè)包括:針對(duì)所述多個(gè)換能器元件中的每一者，暴露用于延伸通過(guò)所述支撐層的跨越空隙的開(kāi)口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述第二側(cè)結(jié)合至所述柔性層使用包括導(dǎo)電填料的粘合劑來(lái)執(zhí)行。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括在第一換能器元件與第二換能器元件之間形成折曲結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述折曲結(jié)構(gòu)將所述支撐層的部分相互隔開(kāi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括形成多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)，并且每一個(gè)折曲結(jié)構(gòu)在所述多個(gè)換能器元件的各對(duì)之間。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多個(gè)折曲結(jié)構(gòu)中的每一者在換能器元件的行之間形成通道。12.一種微機(jī)械換能器陣列，該微機(jī)械換能器陣列包括: 多個(gè)換能器元件，每一個(gè)換能器元件包括: 設(shè)置在支撐層的第一側(cè)的各自的電極； 設(shè)置在所述支撐層的所述第一側(cè)的各自的壓電元件；以及 在所述支撐層中的耦合至所述換能器元件的所述各自的電極的各自的互連體，其中所述互連體延伸通過(guò)在所述支撐層的所述第一側(cè)和第二側(cè)之間的所述支撐層；以及結(jié)合至所述支撐層的所述第二側(cè)的柔性層，其中所述柔性層包括聚合物材料和延伸通 過(guò)所述柔性層的相應(yīng)的互連體，該相應(yīng)的互連體針對(duì)所述多個(gè)換能器元件的所述各自的互 連體中的每一者。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中在所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間 的所述支撐層的總厚度等于或小于100微米。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中所述聚合物材料包括聚酰亞胺。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中所述多個(gè)換能器元件中的每一者 包括:設(shè)置在所述支撐層的所述第一側(cè)上的參考電極；設(shè)置在所述支撐層的所述第一側(cè)上的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極；在所述支撐層中的參考互連體，所述參考互連體耦合至所述換能器元件的所述參考電 極；以及在所述支撐層中的驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體，所述驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)互連體耦合至所述換能器元件的 所述驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中包括導(dǎo)電填料的粘合劑將所述柔 性層粘附至所述支撐層的所述第二側(cè)。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中所述支撐層進(jìn)一步包括在第一換 能器元件與第二換能器元件之間的折曲結(jié)構(gòu)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微機(jī)械換能器陣列，其中所述折曲結(jié)構(gòu)將所述支撐層的部 分相互隔開(kāi)。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中采用共晶結(jié)合，所述柔性層被結(jié)合 至所述支撐層的所述第二側(cè)。20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機(jī)械換能器陣列，其中所述柔性層包括第一互連體，該第 一互連體包括沿著所述柔性層橫向攜帶信號(hào)的第一部分。21.—種用于生成和感應(yīng)介質(zhì)中的壓力波的設(shè)備，該設(shè)備包括:權(quán)利要求12至17所述的微機(jī)械換能器陣列；生成裝置，耦合至所述微機(jī)械換能器陣列，用于將電驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)/感 應(yīng)電極上；接收裝置，耦合至所述微機(jī)械換能器陣列，用于從至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極接收電響應(yīng) 信號(hào)；以及信號(hào)處理裝置，耦合至所述接收裝置，用于處理從所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)電極接收到的電 響應(yīng)信號(hào)。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述生成裝置施加電驅(qū)動(dòng)信號(hào)以使所述多個(gè)換 能器元件中的至少一個(gè)壓電元件以超聲波頻率進(jìn)行共振。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK106028942SQ201480075257
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日
【發(fā)明人】D·拉特夫, A·哈賈蒂, D·T·艾邁, U·陳
【申請(qǐng)人】富士膠片戴麥提克斯公司