用于制造超聲換能器和其他部件的方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年9月18日、名稱為"用于制造超聲換能器和其他部件的 方法"的第200980145902. 1號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)要求享有共同于2008年9月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/192, 661和 No. 61/192, 690的利益，所述兩個(gè)申請(qǐng)都通過引用方式在此納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及制造電子部件諸如超聲換能器的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 總體而言，本發(fā)明提供用于制造電子部件諸如陣列超聲換能器的方法。
[0006] -方面，本發(fā)明在于一種制造呈一個(gè)圖案的電極的方法，所述方法包括如下步 驟：提供一個(gè)電氣部件，其包括多個(gè)第一電極；將包括多個(gè)第二電極的連接器放置在所述 電氣部件附近；將包括基質(zhì)材料和顆粒材料的復(fù)合介質(zhì)材料沉積在所述多個(gè)第一電極和 所述多個(gè)第二電極上，其中所述基質(zhì)材料相比于所述顆粒材料在較低能量密度下被激光燒 蝕；將所述復(fù)合介質(zhì)材料的至少一部分激光燒蝕以去除基質(zhì)材料并增加所述復(fù)合介質(zhì)材料 的表面積；將所述復(fù)合介質(zhì)材料激光燒蝕以暴露所述多個(gè)第一電極和所述多個(gè)第二電極； 以及在所述復(fù)合介質(zhì)材料中從所述多個(gè)第一電極中的每一個(gè)電極到所述多個(gè)第二電極中 的相應(yīng)電極激光燒蝕一個(gè)溝；在已經(jīng)被燒蝕的區(qū)域上沉積導(dǎo)電金屬；在所述導(dǎo)電金屬上沉 積抗蝕劑，其中與其他燒蝕區(qū)域相比，所述抗蝕劑在所述多個(gè)第一電極、多個(gè)第二電極以及 所述溝上更厚；以及去除所述抗蝕劑的一部分使得以呈一個(gè)負(fù)的圖案來暴露所述導(dǎo)電金屬 并蝕刻所述導(dǎo)電金屬的暴露部分以制造呈所述圖案的電極。本方法還可包括將經(jīng)過蝕刻的 導(dǎo)電金屬區(qū)域進(jìn)行激光燒蝕，以去除位于其中的至少一部分所述復(fù)合介質(zhì)材料。在該可選 步驟中，基本上所有的所述復(fù)合介質(zhì)材料和位于經(jīng)過蝕刻的導(dǎo)電金屬區(qū)域下方的部件的一 部分可被燒蝕。
[0007] 在一個(gè)相關(guān)方面，本發(fā)明在于一種用于制造呈一個(gè)圖案的電極的方法，所述方法 包括以下步驟：提供一個(gè)超聲陣列換能器堆，所述堆具有一個(gè)壓電層和在所述堆內(nèi)延伸預(yù) 定深度的多個(gè)第一切口槽，其中所述多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)超聲陣列元件；將具有用于 多個(gè)陣列元件中的每一個(gè)陣列元件的電連接的連接器放置在所述堆的附近；在所述堆的底 面以及所述連接器的一部分上沉積包括基質(zhì)材料和顆粒材料的復(fù)合介質(zhì)材料，其中所述基 質(zhì)材料相比于所述顆粒材料在較低能量密度下被激光燒蝕；將所述復(fù)合介質(zhì)材料的至少一 部分激光燒蝕以去除基質(zhì)材料并增加所述復(fù)合介質(zhì)材料的表面積；將所述復(fù)合介質(zhì)材料激 光燒蝕以暴露所述多個(gè)陣列元件；以及在所述復(fù)合介質(zhì)材料中從每個(gè)陣列元件到連接器中 的一個(gè)電連接激光燒蝕一個(gè)溝，其中所述燒蝕不暴露所述多個(gè)第一切口槽；在步驟已經(jīng)燒 蝕的區(qū)域上沉積導(dǎo)電金屬；在所述導(dǎo)電金屬上沉積抗蝕劑，其中與所述多個(gè)第一切口槽相 比，在每個(gè)陣列元件和溝上的抗蝕劑更厚；以及去除所述抗蝕劑的一部分使得以呈一個(gè)相 對(duì)所述電極的圖案為負(fù)的圖案來暴露所述導(dǎo)電金屬的一部分，以及蝕刻所述導(dǎo)電金屬的暴 露部分以制造呈所述圖案的電極。本方法還可包括將經(jīng)過蝕刻的導(dǎo)電金屬區(qū)域進(jìn)行激光燒 蝕，以去除在所述多個(gè)第一切口槽上的所述復(fù)合介質(zhì)材料從而在單個(gè)陣列元件之間形成凹 陷。在這個(gè)實(shí)施方案中，所述第一切口槽可被固體材料諸如環(huán)氧樹脂填充。本方法還可包括 對(duì)單個(gè)陣列元件之間的凹陷進(jìn)行激光燒蝕，其中接下來對(duì)凹陷的燒蝕在相比于制造凹陷所 用的能量密更高的能量密度下進(jìn)行。本方法還可包括從圖案化后的電極去除所述抗蝕劑。 本方法可包括又一個(gè)蝕刻步驟以去除由激光燒蝕形成的導(dǎo)電金屬毛刺。優(yōu)選的，沒有步驟 在高于70°C時(shí)進(jìn)行。本方法還可包括在沉積導(dǎo)電金屬一一例如，金一一之前沉積一個(gè)粘合 劑層一一例如，包括鉻的粘合劑層。所述蝕刻步驟可去除沉積在粘合劑層上的導(dǎo)電金屬，同 時(shí)對(duì)所述復(fù)合材料的激光燒蝕還可去除通過蝕刻暴露的粘合劑層。優(yōu)選地，在不足以燒蝕 所述導(dǎo)電金屬的能量密度下通過燒蝕去除所述抗蝕劑。所述多個(gè)陣列元件的間距優(yōu)選至多 100 μ m，例如，至多65 μ m。在所述復(fù)合介質(zhì)材料中的示例基質(zhì)材料是環(huán)氧樹脂，示例顆粒材 料是二氧化硅或碳化硅。
[0008] 本發(fā)明還在于通過上述方法制造的超聲換能器。該換能器包括一個(gè)陣列換能器 堆，其具有在所述堆內(nèi)延伸預(yù)定深度的多個(gè)第一切口槽，并且其中所述多個(gè)第一切口槽限 定多個(gè)超聲陣列元件；連接器，其具有用于每個(gè)陣列元件的一個(gè)電極；以及包括位于所述 堆的底面以及所述連接器的一部分上的基質(zhì)材料和顆粒材料的復(fù)合介質(zhì)材料，其中所述基 質(zhì)材料相比于所述顆粒材料在較低能量密度下被激光燒蝕，其中所述復(fù)合介質(zhì)材料被放置 在所述堆的底面以及所述連接器的一部分上面；其中在所述復(fù)合介質(zhì)材料中的溝將每個(gè)陣 列元件連接至所述連接器的電極中的一個(gè)；并且其中在每個(gè)溝內(nèi)沉積的金屬提供在每個(gè)活 性元件和連接器的電極中的一個(gè)電極之間的電連接。可選地，所述多個(gè)第一切口槽被固體 材料填充，以及所述堆的底面包括在所述固體材料中的凹陷。所述換能器還可包括布置在 所述復(fù)合介質(zhì)材料、所述溝和每個(gè)陣列元件的至少一部分上的背襯層（backing layer)。所 述換能器還可包括附著至所述堆的頂面的匹配層，和/或附著至所述堆的頂面的透鏡。所 述陣列元件一般在至少20MHz的中心頻率下運(yùn)行。所述復(fù)合介質(zhì)層還可傾斜相鄰于所述陣 列元件中的每一個(gè)，以提供變跡（apodization)并抑制高度上的旁瓣（side lobes)。所述 換能器還可包括限定在所述壓電堆中的多個(gè)第二切口槽，每個(gè)第二切口槽在所述堆內(nèi)延伸 預(yù)定深度，其中每個(gè)第二切口槽相鄰于至少一個(gè)第一切口槽，并且所述多個(gè)第二切口槽限 定多個(gè)陣列子元件。
[0009] 另一方面，本發(fā)明在于一種形成超聲匹配層的方法，所述方法包括以下步驟：提供 一個(gè)聲陣列換能器堆，其包括一個(gè)壓電層并具有一個(gè)頂面和多個(gè)陣列元件，其中所述頂面 包括多個(gè)未布置在所述多個(gè)陣列元件上的隔離物；提供一個(gè)透鏡組件，其具有頂面和底面； 將所述透鏡組件的底面與多個(gè)隔離物相接觸；以及將換能器堆的頂面與透鏡組件的底面之 間的粘合劑熟化，以形成超聲匹配層，其中所述粘合劑結(jié)合至透鏡組件的底面和換能器堆 的頂面，由所述多個(gè)隔離物產(chǎn)生的在所述換能器堆的頂面和所述透鏡組件的底面之間的距 離適合一個(gè)超聲匹配層。所述透鏡組件可包括一個(gè)透鏡一一其例如，由Rexol i te或TPX 制備一一和形成組件的底面的第二匹配層一一其例如，包括氰基丙烯酸鹽粘合劑。所述第 二匹配層可直接附著至透鏡。所述換能器堆還可包括在堆內(nèi)延伸預(yù)定深度的多個(gè)第一切口 槽，并且其中所述多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)陣列元件。所述換能器堆還可包括布置在所述 壓電層和所產(chǎn)生的匹配層之間的第三和第四匹配層。
[0010] 在一個(gè)相關(guān)方面，本發(fā)明在于一種超聲換能器，其包括具有頂面和底面的透鏡組 件；具有頂面和底面的陣列換能器堆；以及一個(gè)匹配層，其附著至所述透鏡組件的底面和 所述換能器堆的頂面，其中所述換能器堆包括一個(gè)壓電層和多個(gè)陣列元件，所述換能器堆 的頂面包括多個(gè)未放置在所述多個(gè)陣列元件上面的隔離物，并且所述透鏡組件的底面與所 述多個(gè)隔離物相接觸。所述換能器堆還可包括在所述堆內(nèi)延伸預(yù)定深度的多個(gè)第一切口 槽，并且其中所述多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)陣列元件；以及可選地在壓電堆內(nèi)限定的多個(gè) 第二切口槽，每個(gè)第二切口槽在所述堆內(nèi)延伸預(yù)定深度，其中每個(gè)第二切口槽相鄰于至少 一個(gè)第一切口槽，以及所述多個(gè)第二切口槽限定多個(gè)陣列子元件。所述透鏡組件可包括一 個(gè)透鏡一一其例如，由Rexolite或TPX制備一一和形成組件的底面的第二匹配層一一其例 如，包括氰基丙烯酸鹽粘合劑。所述第二匹配層可直接附著至透鏡。所述換能器堆還可包 括布置在所述壓電層和附著至所述透鏡組件的底面的匹配層之間的第三匹配層和第四匹 配層。所述陣列元件優(yōu)選在至少20MHz的中心頻率下運(yùn)行。所述換能器還可包括對(duì)于每個(gè) 陣列元件有一個(gè)電極的連接器，以及包括位于所述堆的底面以及所述連接器的一部分上的 基質(zhì)材料和顆粒材料的復(fù)合介質(zhì)材料，其中所述基質(zhì)材料相比于所述顆粒材料在較低能量 密度下被激光燒蝕，其中所述復(fù)合介質(zhì)材料被放置在所述堆的底面以及所述連接器的一部 分上面；其中所述復(fù)合介質(zhì)材料中的溝將每個(gè)陣列元件與所述連接器的電極中的一個(gè)電極 相連接；并且其中在每個(gè)溝內(nèi)沉積的金屬提供在每個(gè)活性元件和所述連接器的電極中的一 個(gè)電極之間的電連接。
[0011] 另一方面，本發(fā)明在于一種在表面上沉積材料 例如，金屬或粘合劑 的方 法，所述方法包括以下步驟：提供包括基質(zhì)材料（例如，聚合物諸如環(huán)氧樹脂）和顆粒材料 (例如，二氧化硅或碳化硅）的復(fù)合介質(zhì)襯底；在足以將所述基質(zhì)材料而非顆粒材料燒蝕的 能量密度下激光燒蝕復(fù)合襯底的表面，以形成具有比所述復(fù)合襯底的表面更大面積的燒蝕 面；以及將所述材料沉積在所述燒蝕面上，其中將所述材料粘合至燒蝕襯底的強(qiáng)度大于將 所述材料粘合至未燒蝕襯底的強(qiáng)度。用于沉積的示例金屬是金，本方法還可包括在沉積金 之前施加粘合劑層。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明中部分給出，部分將從本說明中顯然可見，或者可 通過實(shí)踐本發(fā)明了解到。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將借助于在所附權(quán)利要求中具體給出的元件和組合 被實(shí)現(xiàn)和獲得。應(yīng)理解的是，正如已聲明的，上述的概括說明和下面的詳細(xì)說明都僅是示例 性和解釋性的，不意在限制本發(fā)明。
【附圖說明】
[0013] 圖1是一個(gè)舉例示意的壓電堆的橫截面圖（未按比例示出），示出了 ：PZT層；地電 極層，其安裝至PZT層的頂面的一部分并且向外延伸超出PZT層的縱向邊緣；第一和第二匹 配層，其安裝在地電極層的頂面的一部分上；透鏡；第四匹配層，其安裝至透鏡的底面；第 三匹配層，其安裝至第二匹配層的頂面和第四匹配層的底部的一部分；以及介質(zhì)層，其位于 換能器的非活性區(qū)域下方。還示出了形成在地電極層的頂表面上的多個(gè)隔離物，所述隔離 物相對(duì)于PZT層的頂面向上延伸預(yù)定距離，使得第四匹配層的底面可位于相對(duì)于PZT層和 居間的第一和第二匹配層的預(yù)期距離處。
[0014] 圖2是一個(gè)示例透鏡的示意性橫截面圖（未按比例示出）。
[0015] 圖3是圖1的PZT堆的示例橫截面圖，示出了換能器的活性區(qū)域和非活性區(qū)域。 [0016]圖4是被示為安裝至支持構(gòu)件的完整的PZT堆的橫截面圖，并且示出了背襯層和 介質(zhì)層。所述信號(hào)電極（該信號(hào)電極未在此處示出，但是其覆蓋了陣列元件和相應(yīng)柔性電 路之間的介質(zhì)層的一些部分）可操作地將柔性電路結(jié)合至PZT堆中限定的具體陣列元件， 地電極電結(jié)合至相應(yīng)的柔性電路的地。
[0017] 圖5是PZT堆的頂部的俯視圖，其中所示的匹配層1和2相附著。
[0018] 圖6是PZT堆的頂部的俯視圖，其中一個(gè)銅箔使用導(dǎo)電粘合劑安裝至該P(yáng)ZT堆。盡 管所示的箔片延伸超過PZT堆的方位長(zhǎng)度，但這兩個(gè)末端薄片最終會(huì)在接下來的制造步驟 中被去除。
[0019] 圖7是圖6的PZT堆的頂部的俯視圖，其中所述銅箔的末端薄片已被去除。
[0020] 圖8是安裝有透鏡的PZT堆的頂部的俯視圖。
[0021] 圖9是PZT堆的頂部的俯視圖，其將透鏡示為透明層以便觀察下方的層的校準(zhǔn)，以 及所述銅箔、隔離物以及透鏡的曲率半徑的相對(duì)校準(zhǔn)和定位。
[0022] 圖10是在PZT堆已被磨合（lap)以實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)厚度之后、且即將與柔性電路集 成以形成陣列組件的PZT堆的示意性橫截面圖。在本實(shí)施方案中，所述堆的其余層在以后 被完成。
[0023] 圖11是將被機(jī)械加工進(jìn)PZT堆的示例