專利名稱：實施裝有ic并帶有高衰減背載的傳感器的制作方法
本公開總體上涉及用在醫(yī)學超聲方面的換能器陣列，更具體地，涉及一種用來實施裝有IC并帶有高衰減背載的傳感器的方法和設(shè)備。
在醫(yī)學超聲方面，現(xiàn)有技術(shù)中的換能器通常安裝在集成電路(IC)的表面上。換能器的聲學元件附接于并單個地電連接于IC的表面。用于完成上述安裝的一般技術(shù)是倒裝法。該IC提供各元件的電控，例如用于波束形成、信號放大等。


圖1中描述了一個超聲換能器一般設(shè)計的例子。該超聲換能器10包括聲學元件的平面陣列12，其通過倒裝導電凸塊16連接于集成電路14。倒裝充填材料18包括在倒裝導電凸塊16、集成電路14和聲學元件的平面陣列12之間的區(qū)域內(nèi)。換能器10還包括換能器基座20和互連電纜22。互連電纜22用于在集成電路14和外部電纜(未示出)之間互連。集成電路14采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法通過絲焊電線24而電連接于互連電纜22。
倒裝法的不利之處是IC在換能器的聲波衰減方面的效果。在換能器操作期間，一些由壓電元件產(chǎn)生的聲波能量在裝置的理想操作方向內(nèi)被引導。剩余能量在相反方向內(nèi)被引導。在一般超聲換能器中采用吸聲背載來吸收這些多余能量。然而，對于裝有IC的傳感器，由于IC的位置在聲學元件之后而不可能采用這種手段。
圖2顯示了一般超聲換能器30的一部分的剖視圖。超聲換能器30包括由壓電元件34與連接于相應(yīng)壓電元件的匹配層元件36組成的陣列32。由壓電元件產(chǎn)生的聲波能量由參考數(shù)字38指示而在相反方向內(nèi)被引導的剩余能量由參考數(shù)字40指示。剩余能量40由衰減背載材料42進行衰減。然而，這種裝置的不利之處是衰減背載材料42包括與陣列32的各個壓電元件34的電接頭44。其結(jié)果是，材料42會包括例如提供在材料中的大約數(shù)千個電接頭。
圖3是另一傳統(tǒng)型超聲換能器50的一部分的剖視圖。超聲換能器50包括由壓電元件54與連接于相應(yīng)壓電元件的匹配層元件56組成的陣列52。超聲換能器50包括位于壓電諧振器后面的聲波反射層58以降低對于聲波衰減器的需求。超聲換能器50還包括集成電路60，該集成電路通過倒裝電接頭62和填充材料64連接于陣列52。由壓電元件產(chǎn)生的聲波能量由參考數(shù)字60指示而在相反方向內(nèi)被引導的剩余能量由參考數(shù)字62指示，其中該剩余能量62由聲波反射層58反射。然而本方法使得換能器裝置的制造非常困難。
因此，希望得到一種改良的換能器探測頭和用于操作換能器探測頭的方法以克服現(xiàn)有技術(shù)問題。
根據(jù)本公開的實施例，超聲換能器探測頭包括衰減背載基底、集成電路和壓電元件陣列，其中該集成電路連接于該衰減背載基底且其中該集成電路對于聲波是半透徹的(translucent)。壓電元件和匹配層元件的陣列連接于該集成電路。
圖1是傳統(tǒng)型超聲傳感器的平面圖；圖2是傳統(tǒng)型超聲傳感器的剖視圖；圖3是另一傳統(tǒng)型超聲傳感器的剖視圖；圖4是根據(jù)本公開中實施例的帶有集成電路和聲波衰減的超聲換能器的一部分的剖視圖；以及圖5是帶有根據(jù)本公開中實施例的超聲換能裝置的超聲診斷成像系統(tǒng)一部分的方框圖。
圖4是根據(jù)本公開中實施例的帶有集成電路和聲波衰減的超聲換能器80的一部分的剖視圖；超聲換能器80包括由壓電元件84和連接于相應(yīng)壓電元件的匹配層元件86組成的陣列82。超聲換能器80還包括集成電路88，該集成電路通過倒裝電接頭90和填充材料92連接于陣列82。
根據(jù)一個實施例，該集成電路88對于聲波大致是半透徹的，其中IC的厚度制成處于5-50微米之間的范圍。特別理想的IC厚度還依賴于特定的超聲應(yīng)用。在一個實施例中，集成電路的厚度可在機械研磨處理減小之后進行化學拋光得到。此外，IC可例如包括硅基IC。
此外，換能器80包括衰減背載材料94。由壓電元件產(chǎn)生的聲波能量由參考數(shù)字96指示而在相反方向內(nèi)被引導的剩余能量由參考數(shù)字98指示。剩余能量98穿過集成電路88并由衰減背載材料94衰減。
圖5是帶有根據(jù)本公開中實施例的超聲換能器的超聲診斷成像系統(tǒng)的方框圖。超聲診斷成像系統(tǒng)100包括適合與超聲換能器探測頭104一起使用的基本單元102。超聲換能器探測頭104包括這里所述的超聲換能器80。基本單元102包括用來實施超聲診斷成像的傳統(tǒng)型附加電子設(shè)備。超聲換能器探測頭104通過適當?shù)倪B接方式連接于基本單元102，例如通過電子電纜、無線連接或其它適當?shù)姆绞?。超聲診斷成像系統(tǒng)100能用于實現(xiàn)各種類型的醫(yī)學診斷超聲成像。
根據(jù)本公開的一個實施例，該超聲換能器提供一種用以實施裝有IC并帶高衰減背載的換能器的解決方案。該IC的厚度制成處于5-50微米(依賴于應(yīng)用)之間的范圍，從而使得IC對于聲波成為半透徹的。如所述的，在一個實施例中，集成電路(IC)的厚度可在機械研磨處理減小之后進行化學拋光得到。此外，位于IC材料薄層后面的聲波吸收材料提供充分的衰減。
本公開中實施例的一個例子包括二維換能器。本公開中的實施例在裝有IC的換能器的其它設(shè)計方案中也是有利的。例如，在諸如心內(nèi)應(yīng)用的一維(1D)換能器應(yīng)用中，IC可提供諸如印刷電路板(PCB)、柔性電路等傳統(tǒng)互連技術(shù)所不能達到的布線密度。
根據(jù)本公開中的實施例，超聲換能器探測頭包括衰減背載基底、集成電路和壓電元件陣列。該集成電路連接于衰減背載基底，其中該集成電路對于聲波是半透徹的。該壓電元件陣列連接于該集成電路，其中該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
該衰減背載基底可包括任何能夠提供相當于大約10dB/cm(在5MHz下)至50dB/cm(在5MHz下)的衰減的材料。此外，衰減背載基底可包括由環(huán)氧化物和極高與極低聲阻抗粒子的混合物組成的厚度大約0.125英寸的環(huán)氧復合材料。
在一個實施例中，超聲換能器探測頭包括集成電路，該集成電路具有足夠小的厚度從而使得該集成電路對于聲波是半透徹的。此外，集成電路的厚度大約為5-50微米。此外，集成電路包括硅基、鎵基、鍺基集成電路中的至少一個。此外，在一個實施例中，壓電元件陣列包括二維陣列。在另一個實施例中，壓電元件陣列包括一維陣列。
然而在另一個實施例中，超聲換能器探測頭包括衰減背載基底、連接于該背載基底的集成電路和壓電元件陣列。該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。正如這里所述，在一個實施例中，集成電路對于聲波是半透徹的，其中該集成電路包括大約5-50微米的厚度并且厚度足夠小從而使得該集成電路對于聲波是半透徹的。更進一步，壓電元件陣列連接于集成電路；其中該壓電元件陣列包括設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
然而在另一實施例中，制造超聲換能器探測頭的方法包括提供衰減背載基底。集成電路連接于該衰減背載基底，其中該集成電路對于聲波是半透徹的。此外，壓電元件陣列連接于該集成電路；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。例如，該衰減背載基底可包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。
根據(jù)本公開中的一個實施例，制造超聲換能器探測頭的方法包括提供衰減背載基底，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。集成電路連接于該衰減背載基底，其中該集成電路對于聲波是半透徹的，其中該集成電路包括大約5-50微米的厚度且厚度足夠小從而使得該集成電路對于聲波是半透徹的。最后，壓電元件陣列連接于該集成電路，并且其中該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
雖然以上僅描述了一些示例性的實施例，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員很容易想見，可以在示例性實施例中做出許多修改而不會從本質(zhì)上脫離本公開中實施例的獨創(chuàng)性教導和有利之處。因此，所有這些修改應(yīng)包括在如隨后的權(quán)利要求所定義的本公開中實施例的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求中，裝置加功能的字句用來涵蓋用于實現(xiàn)所述功能的此處所描述的結(jié)構(gòu)，不但包括結(jié)構(gòu)相同的而且包括等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種超聲換能器探測頭，包括衰減背載基底；連接于該衰減背載基底的集成電路，其中該集成電路對于聲波是半透徹的；以及連接于該集成電路的壓電元件陣列；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該衰減背載基底包括含有環(huán)氧化物和極高與極低聲阻抗粒子的混合物的環(huán)氧復合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該集成電路的厚度足夠小從而使得該集成電路對于聲波半透徹。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該集成電路的厚度大約5-50微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該集成電路包括硅基、鎵基以及鍺基集成電路中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該壓電元件陣列包括二維陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探測頭，其中該壓電元件陣列包括一維陣列。
9.一種超聲換能器探測頭，包括衰減背載基底，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。連接于該衰減背載基底的集成電路，其中該集成電路對于聲波是半透徹的，其中該集成電路包括大約5-50微米并足以使得該集成電路對于聲波半透徹的厚度；以及連接于該集成電路的壓電元件陣列；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲換能器探測頭，其中該衰減背載基底包括含有環(huán)氧化物和極高與極低聲阻抗粒子的混合物的環(huán)氧復合材料，并且其中該集成電路包括硅基集成電路。
11.一種利用超聲換能器探測頭的超聲診斷成像系統(tǒng)，該換能器探測頭包括衰減背載基底，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料；連接于該衰減背載基底的集成電路，其中該集成電路對于聲波是半透徹的，其中該集成電路包括大約5-50微米且足以使得該集成電路對于聲波半透徹的厚度；以及連接于該集成電路的壓電元件陣列；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
12.一種制造超聲換能器探測頭的方法，包括提供衰減背載基底；將集成電路連接于該衰減背載基底，其中該集成電路對于聲波是半透徹的；以及將壓電元件陣列連接于該集成電路；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該衰減背載基底包括含有環(huán)氧化物和極高與極低聲阻抗粒子的混合物的環(huán)氧復合材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該集成電路的厚度足夠小從而使得該集成電路對于聲波半透徹。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該集成電路的厚度大約為5-50微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該集成電路包括硅基集成電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該壓電元件陣列包括二維陣列。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該壓電元件陣列包括一維陣列。
20.一種制造超聲換能器探測頭的方法，包括提供衰減背載基底，其中該衰減背載基底包括一種能夠提供在5MHz下大約10dB/cm至50dB/cm的衰減的材料；將集成電路連接于該衰減背載基底，其中該集成電路包括大約5-50微米并足夠小使得該集成電路對于聲波半透徹的厚度；以及將壓電元件陣列連接于該集成電路；該壓電元件陣列具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
全文摘要
根據(jù)本公開中的實施例，一種超聲換能器探測頭(80)包括衰減背載基底(94)、集成電路(88)和壓電元件陣列(84)。集成電路(88)連接于衰減背載基底(94)，該集成電路(88)對于聲波是半透徹的。壓電元件陣列(84)連接于該集成電路(88)；壓電元件陣列(84)具有設(shè)置在其陣列第一表面上的聲波匹配層。
文檔編號B06B1/06GK1890707SQ200480036012
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者W·蘇多爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司