專利名稱：制造超聲換能器組裝件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及制造傳感器陣列組裝件的方法，并且更具體來(lái)說(shuō)涉及傳感器陣列組裝件，其中傳感器陣列耦合到電子器件。
背景技術(shù)：
常用的傳感器陣列包括光傳感器、熱傳感器、及聲傳感器。聲傳感器的一示例是超聲換能器。超聲換能器組裝件通常用于包括無(wú)損評(píng)估(NDE)和醫(yī)療診斷成像(例如，超聲應(yīng)用)的應(yīng)用中。超聲換能器組裝件一般包括耦合到電子器件陣列的超聲換能器陣列。該陣列可以是一維的(ID)(聲元件的直線陣列或排)，以用于二維QD)成像。類似地，該陣列可以是用于容積成像的2D陣列。超聲換能器陣列一般包括數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)單獨(dú)換能器。 類似地，電子器件陣列包括數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)集成接口電路(或“單元”)，這些集成接口電路電耦合以提供換能器的電控制，用于波束形成、信號(hào)放大、控制功能、信號(hào)處理等。壓電換能器(PZT)是廣泛使用的超聲換能器類型。PZT傳感器一般包括能夠在受到電或機(jī)械應(yīng)力時(shí)更改物理尺寸的壓電陶瓷。制造換能器陣列和電子器件陣列并將兩種陣列耦合在一起，提供了多個(gè)設(shè)計(jì)難題?；诎雽?dǎo)體的專用集成電路(ASIC) —般以晶圓形式制造并被切割，提供多個(gè)芯片。PZT傳感器一般通過(guò)切割陶瓷塊材料來(lái)制造。通常，PZT傳感器用陶瓷層、匹配材料和阻尼材料形成。每個(gè)傳感器子陣列通常包括許多傳感器。每個(gè)傳感器子陣列或傳感器陣列中的芯片通常耦合到集成電路芯片以提供對(duì)每個(gè)傳感器的單獨(dú)控制。由于有數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)傳感器和芯片，每個(gè)具有無(wú)數(shù)的電連接，因此，此類傳感器組裝件的制造和組裝可能是一個(gè)難題。這個(gè)難題在應(yīng)用需要傳感器組裝件尺寸減少時(shí)變得更加艱巨。專用集成電路上包含聲陣列的成像換能器當(dāng)前單獨(dú)制造，需要對(duì)每個(gè)制造的換能器重復(fù)多個(gè)處理步驟。這種重復(fù)導(dǎo)致長(zhǎng)制造周期并因而導(dǎo)致較高的產(chǎn)品成本。因此，希望提供一種能夠一次制造多個(gè)電聲換能器的過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面存在于一種制造多個(gè)超聲換能器組裝件的方法中。該方法包括將可圖案化材料的一個(gè)或多個(gè)層施加到包含多個(gè)管芯的晶圓的至少部分表面。該方法進(jìn)一步包括圖案化可圖案化材料以定義多個(gè)開(kāi)口，其中每個(gè)開(kāi)口與管芯中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊，在開(kāi)口的相應(yīng)一些中部署多個(gè)超聲陣列，將超聲陣列耦合到相應(yīng)管芯以形成相應(yīng)超聲換能器組裝件，以及分離超聲換能器組裝件以形成單獨(dú)超聲換能器組裝件。本發(fā)明的另一個(gè)方面存在于一種制造具有一維(ID)矩陣陣列或二維OD)矩陣陣列的多個(gè)聲換能器的方法中。該方法包括將抗蝕材料的一個(gè)或多個(gè)層施加到包含多個(gè)專用集成電路(ASIC)管芯的ASIC晶圓的至少部分表面。該方法進(jìn)一步包括圖案化抗蝕材料以定義多個(gè)開(kāi)口，其中每個(gè)開(kāi)口與ASIC管芯中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊，在開(kāi)口的相應(yīng)一些中部署聲 ID矩陣陣列或2D矩陣陣列，將聲ID矩陣陣列或2D矩陣陣列耦合到相應(yīng)ASIC管芯以形成相應(yīng)聲換能器，以及分割聲換能器以形成具有ID矩陣陣列或2D矩陣陣列的單獨(dú)聲換能器。


通過(guò)參照附圖閱讀以下具體描述，會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，相似符號(hào)貫穿附圖表示相似部件，在附圖中圖1示意描繪了具有多個(gè)專用集成電路(ASIC)管芯的ASIC晶圓；圖2-6是ASIC晶圓的截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、用于制造超聲換能器組裝件的方法的處理步驟；圖7示意描繪了使用圖2-6中示出的方法制造的四種單獨(dú)換能器組裝件；圖8示出了一個(gè)示范聲疊層；圖9是用于在形成使用圖2-6中示出的方法制造的超聲換能器組裝件中使用的凸點(diǎn)電鍍ASIC管芯的頂視圖；圖10是示出制造超聲換能器組裝件的方法的流程圖；圖11和圖12是示出圖10中所示方法的額外可選步驟的流程圖；圖13示出由切縫分離的五個(gè)直線排聲元件；圖14示出聲元件的示范二維陣列；以及圖15是圖9中示出的凸點(diǎn)電鍍ASIC管芯的截面圖，并示意描繪了 ASIC管芯的穿透硅通孔(TSV)。
具體實(shí)施例方式本文所使用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等并不表示任何順序、數(shù)量、或重要性，而是用于元件間的彼此區(qū)分。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“一”并不表示數(shù)量限制，而是表示至少一個(gè)所指項(xiàng)目的存在。與數(shù)量一起使用的修飾語(yǔ)“大約”包含所述值，并且具有上下文所規(guī)定的含義 (例如，包括與具體數(shù)量的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。另外，術(shù)語(yǔ)“組合”包含混和、混合、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，復(fù)數(shù)形式通常意在包括它修飾的項(xiàng)目的單數(shù)和復(fù)數(shù)，由此包括該項(xiàng)目的一個(gè)或多個(gè)(例如，“通孔”可包括一個(gè)或多個(gè)通孔，除非另有說(shuō)明)。說(shuō)明書(shū)中提到“一個(gè)實(shí)施例”、“另一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”等表示結(jié)合該實(shí)施例描述的具體要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)、和/或特性)包含在本文所述的至少一個(gè)實(shí)施例中，并且該具體要素在其它實(shí)施例中可能存在也可能不存在。另外要理解，所述發(fā)明特性在多種實(shí)施例中可通過(guò)任何適當(dāng)方式進(jìn)行組合。參照?qǐng)D1-15描述了一種制造多個(gè)超聲換能器組裝件10的方法。例如，如圖2和 10中所示，該方法包括在步驟60處將可圖案化材料的一個(gè)或多個(gè)層20施加到具有多個(gè)管芯32的晶圓30的至少部分表面。對(duì)于具體實(shí)施例，晶圓30包括專用集成電路(ASIC)晶圓，圖1中描繪了它的一個(gè)示例。如圖1中所示，ASIC晶圓30包含多個(gè)ASIC管芯32，且圖 9示出ASIC管芯32的一個(gè)示例。ASIC管芯32包含用于執(zhí)行所需功能的電路并可能包含多種電組件，包括但不限于晶體管、電阻器和電容器。例如，對(duì)于超聲換能器組裝件的情況， ASIC可用于重新配置陣列結(jié)構(gòu)或處理來(lái)自不同陣列元件的聲信號(hào)。為了便于說(shuō)明，圖2-7 中僅示出四個(gè)ASIC管芯32。但是，晶圓30將通常包含更大的ASIC管芯陣列，例如，標(biāo)準(zhǔn)8英寸晶圓可包含200或更多個(gè)一平方厘米的管芯或超過(guò)一千個(gè)250平方毫米的管芯。另外，應(yīng)該注意，雖然附圖中示出的管芯包括用于連接到聲陣列的凸點(diǎn)(bump) 34，但對(duì)于其它示例配置陣列可包含凸點(diǎn)，而ASIC只具有焊盤。對(duì)于這兩種配置，凸點(diǎn)可以是電鍍、柱形凸點(diǎn)、焊接凸點(diǎn)等，并用于與換能器元件互連，如下面參照?qǐng)D9和12討論的。例如，如圖3和10中所示，該方法進(jìn)一步包括在步驟62處圖案化可圖案化材料 20，以定義多個(gè)開(kāi)口 22。如圖3中所示，每個(gè)開(kāi)口 22與管芯32中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊。對(duì)于具體布置，可圖案化材料20包含光致抗蝕劑，并且圖案化步驟62包括執(zhí)行光刻以形成開(kāi)口 22。適用光致抗蝕劑的非限制性示例包括從MicroChem出售的SU-8光致抗蝕劑產(chǎn)品系列中選擇的材料，MicroChem在馬薩諸塞州紐頓(Newton，Massachusetts)設(shè)有營(yíng)業(yè)所。對(duì)于具體示例，光致抗蝕劑20是負(fù)性光致抗蝕劑，并且通過(guò)在晶圓30上部署光刻掩模(未示出)并應(yīng)用光以去除暴露的光致抗蝕劑20，從而形成開(kāi)口 22。對(duì)于其它布置，可采用其它類型的抗蝕劑。對(duì)于具體配置，圖案化可圖案化材料20以使得開(kāi)口 22具有縱橫比至少為十的側(cè)壁21。根據(jù)更具體的示例，開(kāi)口 22的側(cè)壁21具有至少為十五，且更具體來(lái)說(shuō)，至少為二十的縱橫比。在一個(gè)非限制性示例中，應(yīng)用了厚度直到約5mm的SU-8光致抗蝕劑的層 20。開(kāi)口 22將對(duì)應(yīng)于每個(gè)管芯32上最終將接合到聲陣列的區(qū)域。開(kāi)口周圍剩余的抗蝕劑形成口袋以便裝入聲陣列。參照?qǐng)D4、5和10，該方法進(jìn)一步包括在步驟64處將多個(gè)超聲陣列40部署到開(kāi)口 22的相應(yīng)一些中。有利地，圖案化的材料20開(kāi)口 22充當(dāng)鎖眼以準(zhǔn)確地在晶圓30上對(duì)齊聲陣列并將其保持到位。對(duì)于圖4中所示的具體布置，使用拾放機(jī)器50將超聲陣列40部署到開(kāi)口 22內(nèi)。數(shù)控拾放機(jī)器(也稱作“表面安裝技術(shù)組件放置系統(tǒng)”)是本領(lǐng)域已知的， 并通常用于在印刷電路板上放置表面安裝器件(電組件)。拾放機(jī)器通常包含氣動(dòng)吸料管嘴，并且每個(gè)管嘴頭可三維操縱并獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。例如，如圖5和10中所示，該方法進(jìn)一步包括在步驟66處將超聲陣列40耦合到相應(yīng)管芯32以形成相應(yīng)超聲換能器組裝件10。下面討論用于將超聲陣列40耦合到管芯 32的技術(shù)。參照?qǐng)D6、7和10，該方法進(jìn)一步包括在步驟68處分離超聲換能器組裝件以形成單獨(dú)超聲換能器組裝件10。對(duì)于圖6中示出的示例布置，可使用切片鋸70分割每個(gè)傳感器組裝件10，例如在圖7中。圖11示出用于制造超聲換能器組裝件的方法的、額外的可選步驟。對(duì)于圖11中示出的示例過(guò)程，在部署超聲陣列40之前，可在步驟61處測(cè)試管芯32以識(shí)別好管芯和壞管芯。對(duì)于這個(gè)示例，在步驟64超聲陣列40僅部署到好管芯上。如圖11中所示，該方法進(jìn)一步可選地包括在步驟65處確定用于分離超聲換能器組裝件10的劃線圖案。劃線圖案可在識(shí)別好壞管芯之后確定。但是，通常所有管芯均將被分離。然而，對(duì)于此具體過(guò)程配置， 只有好管芯將接合到超聲陣列40。有利地，在電氣測(cè)試后確定劃線圖案導(dǎo)致識(shí)別最大數(shù)量的有用的超聲換能器組裝件10。通常，通過(guò)組裝壓電陶瓷層與一個(gè)或多個(gè)聲匹配層形成聲陣列40。對(duì)于圖8中示出的示例配置，聲疊層18包含壓電陶瓷層42(例如，PZT) 0對(duì)于示出的示例，前面和背面 44,46是金屬涂敷的。如圖8中所示，導(dǎo)電箔48接合到PZT層42的金屬涂敷的前面44，并且第一聲阻抗匹配層41接合到導(dǎo)電箔48。匹配層41的非限制性示例包括摻金屬石墨、摻陶瓷粉末環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃以及玻璃陶瓷。外部匹配層43的非限制性示例包括ABS塑料、聚乙烯、聚苯乙烯及未填充環(huán)氧樹(shù)脂。也可使用具有相似聲阻抗的其它材料。匹配層41的聲阻抗小于壓電陶瓷層42的聲阻抗。對(duì)于所示示例，聲阻抗小于第一聲阻抗匹配層41的第二聲阻抗匹配層43接合到第一匹配層41的前面。有利地，聲阻抗匹配層41、43將壓電陶瓷的較高聲阻抗轉(zhuǎn)換成人體和水的低聲阻抗，由此改進(jìn)與傳播發(fā)射的超聲波所在介質(zhì)的耦合。雖然所示示例包含兩個(gè)聲阻抗匹配層，但是其它布置可只包含一個(gè)聲阻抗匹配層，或位于PZT前面或后面的兩個(gè)以上的聲阻抗匹配層。另外，具有大于PZT的聲阻抗的匹配層可位于聲陣列中PZT后面。此解匹配層的非限制性示例包括重金屬(例如，鉬和鎢)和高密度陶瓷(例如，碳化鎢)。通常，組裝的壓電陶瓷和聲阻抗匹配層42、41、43 ( S卩，聲疊層18)在部署到開(kāi)口 22 中和耦合到相應(yīng)管芯32之前被切割成單獨(dú)元件。例如并如圖13中所示，組裝的壓電陶瓷和聲阻抗匹配層(一個(gè)或多個(gè))42、41、43在部署在開(kāi)口 22中之前可被切割成聲元件的直線排(直線陣列)12，以使得在聲元件的直線排12的相鄰的一些之間形成多個(gè)切縫14。(為了便于說(shuō)明，上文參照?qǐng)D8討論的導(dǎo)電箔48在圖13中未示出。)如本領(lǐng)域中已知的，換能器元件的直線陣列12用于二維QD)成像。為了在將聲元件的直線排12部署在開(kāi)口 22中之前將它們保持在一起，對(duì)于此過(guò)程配置，該方法可進(jìn)一步可選地包括將不導(dǎo)電材料部署到切縫14中，或者如圖13中所示，頂匹配層43可以是未經(jīng)切割的，以便為直線排12提供支撐。適用的不導(dǎo)電材料的非限制性示例包括硅。對(duì)于圖13中所示的特定配置，組裝的壓電陶瓷和聲阻抗匹配層(一個(gè)或多個(gè))42,41被切割，并然后第二聲阻抗匹配層43被部署到直線陣列12之上。更普遍來(lái)說(shuō)，該方法可進(jìn)一步可選地包括在聲元件的直線排12的上表面16上部署不導(dǎo)電材料(例如，第二聲阻抗匹配層43)，以便在將直線排12部署在開(kāi)口 22中之前將其保持在一起。相似地，取代在聲疊層18 (見(jiàn)圖8)與相應(yīng)管芯32耦合之前將其切割成直線排12， 在將聲疊層18部署在相應(yīng)開(kāi)口 22中之前可將其切割成聲元件40的二維QD)陣列，例如， 如圖14中所示。更具體來(lái)說(shuō)，該方法可進(jìn)一步包括在將組裝的壓電陶瓷和至少一個(gè)聲阻抗匹配層42、41、43部署在開(kāi)口 22中之前將其切割成聲元件的相應(yīng)二維QD)陣列40，以使得在聲元件的相鄰一些之間形成多個(gè)切縫14，例如，如圖14中所示。如本領(lǐng)域中已知的，換能器元件的的2D陣列用于容積成像。為了在將聲元件的2D陣列部署在開(kāi)口 22中之前將其保持在一起，對(duì)于此過(guò)程配置，該方法可進(jìn)一步可選地包括將不導(dǎo)電材料(例如，硅)部署到切縫14中。對(duì)于圖14中所示的特定配置，組裝的壓電陶瓷和聲阻抗匹配層(一個(gè)或多個(gè))42、41被切割，并然后第二聲阻抗匹配層43被部署到2D陣列40之上。更普遍來(lái)說(shuō)，該方法可進(jìn)一步可選地包括在聲元件的相應(yīng)2D陣列40的上表面16上部署不導(dǎo)電材料(例如，第二聲阻抗匹配層43)，以便在將相應(yīng)2D陣列40部署在開(kāi)口 22中之前將它們保持在一起。通常，在制造后，陣列12、40被切成所需的最終尺寸。例如，如果最終產(chǎn)品需要 10mmx25mm的聲陣列，則初始結(jié)構(gòu)可使用例如50mmX25mm的組件來(lái)制造。然后，一旦完成較大工件的制造，對(duì)于此示例，可形成每個(gè)10mmX25mm的五個(gè)分離的部件。通常，聲疊層18將被切割成一組多個(gè)直線陣列或2D陣列，并隨后被切成所需的最終尺寸。備選地，該過(guò)程可顛倒，也就是說(shuō)，聲疊層18可首先被切成所需的最終尺寸，并隨后被切割成換能器元件的 ID陣列或2D陣列。
對(duì)于其它過(guò)程配置，組裝的壓電陶瓷和聲阻抗匹配層02、41、43)在部署在開(kāi)口 20中之前被切成所需的最終尺寸，但在將切成合適尺寸的、組裝的層(聲疊層18)部署在相應(yīng)開(kāi)口 22中之后被切割(例如，切割成聲元件的直線排12或2D陣列40)。圖12示出用于制造超聲換能器組裝件的方法的、額外的可選步驟。對(duì)于圖12中所示的示例過(guò)程，該方法進(jìn)一步可選地包括在步驟58處，在將超聲陣列40部署到開(kāi)口 22中之前將粘合劑分配到開(kāi)口 22中并施加壓力，以使得在兩個(gè)表面之間發(fā)展出電連接，直至粘合劑固化。例如，可將數(shù)量受控的粘合劑(例如，不導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂)分配到開(kāi)口 22中。適用粘合劑的非限制性示例包括以Epo-tek 353nd的商品名進(jìn)行銷售的雙組分高溫環(huán)氧樹(shù)脂、以Epo-tek 301-2FL的商品名進(jìn)行銷售的雙組分環(huán)氧尸、以Namics U8443的商品名進(jìn)行銷售的底部填充粘合劑、以Emerson&Cuming ell72a 的商品名進(jìn)行銷售的毛細(xì)作用底部流動(dòng)型粘合劑或其它非傳導(dǎo)底部填充粘合劑。對(duì)于備選布置，粘合劑可包含施加壓力和溫度以導(dǎo)致相配表面之間的電連接的各向異性傳導(dǎo)粘合劑。對(duì)于圖11的具體過(guò)程，如果包括可選的測(cè)試步驟61，則僅在標(biāo)識(shí)為好管芯的那些管芯上沉積粘合劑。對(duì)于圖12中所示的具體過(guò)程，該方法進(jìn)一步可選地包括在步驟56處凸點(diǎn)電鍍晶圓20上對(duì)應(yīng)于管芯32的相應(yīng)區(qū)域，以形成用于相應(yīng)管芯的凸起電觸點(diǎn)34。例如，可在管芯 32表面形成焊接凸點(diǎn)34。對(duì)于圖9中所示的示例ASIC管芯32，凸起電觸點(diǎn)34是鍍金的。 在一個(gè)非限制性示例中，凸點(diǎn)高度不重要，并可使用5毫米的電鍍高度。更具體來(lái)說(shuō)，且如圖12中所示，凸點(diǎn)電鍍步驟56之后，一種光可定義(photo-definable)材料(例如，厚膜抗蝕劑)可在步驟60處被施加到晶圓30，并在步驟62處被圖案化，以暴露凸起區(qū)域或接觸區(qū)域同時(shí)給晶圓30的其余部分留下厚阻抗蝕劑層(圖幻。根據(jù)一更具體的實(shí)施例，每個(gè)超聲陣列40包含導(dǎo)電背面46(見(jiàn)圖8)，并且超聲陣列40被部署在開(kāi)口 22中，以使得每個(gè)超聲陣列40的背面46面對(duì)相應(yīng)管芯32。該方法進(jìn)一步可選地包括，在步驟58處，在將超聲陣列40部署在開(kāi)口 22中之前分配粘合劑(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)到開(kāi)口 22中，并且在步驟66 處，在將超聲陣列40部署在開(kāi)口 22中之后對(duì)其施加壓力以使每個(gè)超聲陣列40的背面46與相應(yīng)管芯32的電觸點(diǎn)34電接觸。更具體來(lái)說(shuō)，施加壓力直至粘合劑固化為止。有利地，圖案化的抗蝕劑20開(kāi)口 22充當(dāng)鎖眼以準(zhǔn)確地在晶圓30上對(duì)齊聲陣列并將其保持到位，以使得ASIC凸點(diǎn)34與聲陣列元件對(duì)齊。在粘合劑已經(jīng)固化之后、切割以使聲換能器(ASIC上的陣列)互相分離之前，剩余光可定義材料可從晶圓30剝離或不剝離。例如，如果需要，可使用普遍方法(例如，在溶劑中溶解)或者在特定位置(例如，通過(guò)使用激光)將剩余抗蝕材料從晶圓表面去除。對(duì)于具體過(guò)程，該方法進(jìn)一步包括在超聲陣列40已耦合到相應(yīng)管芯32之后將剩余可圖案化材料20從晶圓30去除。例如，可使用普遍技術(shù)(例如，例如在溶劑中溶解)或從特定位置(例如，使用激光)將剩余光致抗蝕劑材料從晶圓30表面去除。此外，可在分割超聲換能器組裝件10之前或之后去除剩余抗蝕劑。該方法進(jìn)一步可選地包括形成到相應(yīng)超聲換能器組裝件10的多個(gè)功率連接、控制連接和信號(hào)連接對(duì)、26的步驟。對(duì)于圖9中所示的示例配置，通過(guò)在晶圓30中形成穿透通孔觀而在晶圓30的背面29(見(jiàn)圖2、中形成功率連接和控制連接M、信號(hào)連接沈及接地27，如圖15中所示。對(duì)于這個(gè)配置，連接對(duì)、26、27可有優(yōu)勢(shì)地在分割超聲換能器組裝件 10之前使用已知TSV技術(shù)在晶圓中使用穿透硅通孔(TSV)來(lái)形成。通常，TSV通孔在硅片中制造并且通孔填充金屬(例如，銅、金、鎢或焊錫)，或者填充諸如多晶硅的高摻雜半導(dǎo)體材料。對(duì)于使用TSV在背面實(shí)現(xiàn)與管芯的互連的配置，可圖案化材料可留在晶圓表面上。對(duì)于其它過(guò)程，該方法進(jìn)一步包括將多個(gè)功率連接、控制連接和信號(hào)連接引線接合到相應(yīng)超聲換能器組裝件10。對(duì)于這個(gè)配置，在分割超聲換能器組裝件10之后并去除剩余抗蝕劑20之后，形成到與聲組件分離的ASIC墊(未示出)的連接。除了上述制造超聲換能器組裝件10的一般方法之外，提供了用于制造具有二維 (2D)矩陣陣列的超聲換能器10的更特殊方法。例如，如圖2和圖10中所示，該方法包括在步驟60處將抗蝕材料的一個(gè)或多個(gè)層20施加到包含多個(gè)專用集成電路(ASIC)管芯32 的ASIC晶圓30的至少部分表面。如圖3和圖10中所示，該方法進(jìn)一步包括在步驟62處圖案化抗蝕材料20以定義多個(gè)開(kāi)口。如圖3中所示，每個(gè)開(kāi)口與ASIC管芯32中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊。例如，這種對(duì)齊可使用用于ASIC晶圓30的光刻掩膜(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4、圖5和圖10中所示，用于制造具有二維OD)矩陣陣列的聲換能器10的方法進(jìn)一步包括在步驟64處將多個(gè)聲2D矩陣陣列40部署在開(kāi)口 22的相應(yīng)一些中。對(duì)于圖4中示出的具體布置，使用數(shù)控拾放機(jī)器50將聲2D矩陣陣列40部署到開(kāi)口 22內(nèi)。對(duì)于圖11中所示的示例過(guò)程，在部署聲2D矩陣陣列40之前，可在步驟61處可選地測(cè)試管芯 32以識(shí)別好管芯和壞管芯。對(duì)于這個(gè)示例，在步驟64中將聲2D矩陣陣列40僅部署在好管芯處。例如，如圖5和圖10中所示，用于制造具有二維OD)矩陣陣列的聲換能器10的方法進(jìn)一步包括在步驟66處將聲2D矩陣陣列40耦合到相應(yīng)管芯32以形成相應(yīng)聲換能器 10。下面討論用于將聲2D矩陣陣列40耦合到ASIC管芯32的技術(shù)。如圖6、圖7和圖10 中所示，用于制造具有二維OD)矩陣陣列的聲換能器10的方法進(jìn)一步包括在步驟68處分割聲換能器以形成具有2D矩陣陣列10的單獨(dú)聲換能器。對(duì)于圖6中所示的示例布置， 可使用切片鋸70分割每個(gè)聲換能器10，例如圖7中所示的。對(duì)于具體過(guò)程配置，抗蝕材料20包含光致抗蝕劑20，并且圖案化步驟62包括執(zhí)行光刻以形成開(kāi)口 22。對(duì)于這些特定過(guò)程配置，該方法進(jìn)一步包括在步驟56處凸點(diǎn)電鍍ASIC 晶圓20上對(duì)應(yīng)于ASIC管芯32的相應(yīng)區(qū)域，以形成凸起電觸點(diǎn)34的相應(yīng)集合，例如圖2中所示的。例如，可在管芯32表面上形成焊接凸點(diǎn)34。更具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)聲2D矩陣陣列40包含導(dǎo)電背面46 (見(jiàn)圖8)，并且聲2D矩陣陣列40被部署在開(kāi)口 22中，以使得每個(gè)聲2D矩陣陣列40的背面46面對(duì)相應(yīng)ASIC管芯32。 如圖12中所示，該方法進(jìn)一步可選地包括，在步驟58處在將聲2D矩陣陣列40部署在開(kāi)口 22中之前分配粘合劑到開(kāi)口 22中，并且在步驟66處，在將聲2D矩陣陣列40部署在開(kāi)口 22中之后對(duì)其施加壓力，以使每個(gè)聲2D矩陣陣列40的背面46與相應(yīng)ASIC管芯32的凸起電觸點(diǎn)34電接觸。更具體來(lái)說(shuō)，施加壓力直至粘合劑固化為止。該方法進(jìn)一步可選地包括在聲2D矩陣陣列40已耦合到相應(yīng)ASIC管芯32之后將剩余光致抗蝕劑20從ASIC晶圓 30去除。另外，該方法可進(jìn)一步可選地包括通過(guò)在ASIC晶圓30中形成穿透硅通孔(TSV) 28 而在ASIC晶圓30的背面四中形成到相應(yīng)聲換能器10的功率連接、控制連接和信號(hào)連接 24,26.示例功率連接、控制連接和信號(hào)連接MJ6在圖9中示出，并且示例TSV在圖15中示意描繪。如上所述，在分割超聲換能器組裝件10之前，可使用已知TSV技術(shù)在ASIC晶圓30中形成TSV 28。另外，可在分割超聲換能器組裝件之前或之后去除剩余抗蝕劑。有利地，上述用于制造聲換能器組裝件的方法在切割A(yù)SIC晶圓之前執(zhí)行，即在晶圓級(jí)上執(zhí)行。因此，該方法用于一次性制造多個(gè)聲換能器組裝件，這可有利地導(dǎo)致減少每部件制造成本以及對(duì)給定制造資源集合的更高容積產(chǎn)能(volume capbility)。雖然本文僅說(shuō)明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求意在涵蓋落入本發(fā)明真正精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。部件表10超聲換能器組裝件12直線陣列(排)14 切縫16聲元件的直線陣列(排)或2D陣列的上表面18聲疊層20可圖案化材料21 側(cè)壁22 開(kāi)口24功率連接和控制連接26信號(hào)連接27 接地28TSV四晶圓的背面30 晶圓32 管芯34用于管芯的凸起電觸點(diǎn)40超聲陣列41第一聲阻抗匹配層42壓電陶瓷層43第二聲阻抗匹配層44壓電陶瓷層的前面46壓電陶瓷層的背面48導(dǎo)電箔50拾放機(jī)器56凸點(diǎn)電鍍晶圓以形成用于管芯的凸起電觸點(diǎn)的步驟58將粘合劑施加在開(kāi)口中的步驟60在晶圓上部署光致抗蝕劑的步驟61測(cè)試管芯的步驟62圖案化抗蝕劑以形成開(kāi)口的步驟64將傳感器元件部署在開(kāi)口中的步驟65確定劃線圖案的步驟
66將傳感器元件耦合到管芯的步驟68分割晶圓的步驟70切片鋸
權(quán)利要求
1.一種制造多個(gè)超聲換能器組裝件(10)的方法，所述方法包括將可圖案化材料00)的一個(gè)或多個(gè)層施加到包含多個(gè)管芯(32)的晶圓(30)的至少部分表面；圖案化所述可圖案化材料00)以定義多個(gè)開(kāi)口(22)，其中所述開(kāi)口的每個(gè)與所述管芯(32)中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊；將多個(gè)超聲陣列GO)部署在所述開(kāi)口 02)的相應(yīng)一些中；將所述超聲陣列GO)耦合到所述相應(yīng)管芯(3 以形成相應(yīng)的所述超聲換能器組裝件 (10)；以及分離所述超聲換能器組裝件以形成單獨(dú)的超聲換能器組裝件(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可圖案化材料OO)包括光致抗蝕劑，并且其中，圖案化的所述步驟包括執(zhí)行光刻以形成所述開(kāi)口 02)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述超聲陣列GO)中的每一個(gè)包含與至少一個(gè)聲阻抗匹配層(41、43)組裝的壓電陶瓷層(42)，所述方法還包括在將所組裝的壓電陶瓷層和所述至少一個(gè)聲阻抗匹配層G2、41、43)部署在所述開(kāi)口 (22)中之前，將其切割成聲元件的直線排(12)，以使得在聲元件的所述直線排(12)的相鄰排之間形成多個(gè)切縫(14)；以及執(zhí)行以下至少一個(gè)(a)將不導(dǎo)電材料部署到所述切縫(14)中和(b)在聲元件的所述直線排(1 的上表面(16)上部署材料，以便在將聲元件的所述直線排(1 部署在所述開(kāi)口 0 中之前將它們保持在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述超聲陣列GO)中的每一個(gè)包含與至少一個(gè)聲阻抗匹配層(41，43)組裝的壓電陶瓷層(42)，所述方法還包括在將所組裝的壓電陶瓷層和所述至少一個(gè)聲阻抗匹配層G2、41、43)部署在所述開(kāi)口 (22)中之前，將其切割成聲元件的相應(yīng)二維OD)陣列(40)，以使得在所述聲元件的相鄰元件之間形成多個(gè)切縫(14)；以及執(zhí)行以下至少一個(gè)(a)將不導(dǎo)電材料部署到所述切縫(14)中和(b)在聲元件的所述相應(yīng)2D陣列的上表面(16)上部署材料，以便在將聲元件的所述相應(yīng)2D陣列部署在所述開(kāi)口 0 中之前將它們保持在一起。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括測(cè)試所述管芯(32)以識(shí)別好管芯和壞管芯；其中，部署所述超聲陣列GO)的所述步驟包括使用拾放機(jī)器(50)將所述超聲陣列 (40)僅部署在所述好管芯(3 處；以及確定用于分離所述超聲換能器組裝件(10)的劃線圖案。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述超聲陣列GO)的每個(gè)包含導(dǎo)電背面(46)，并且其中，所述超聲陣列GO)部署在所述開(kāi)口 02)中，以使得所述超聲陣列GO)的每個(gè)的所述背面G6)面對(duì)所述相應(yīng)管芯(32)，所述方法還包括凸點(diǎn)電鍍所述晶圓OO)上對(duì)應(yīng)于所述管芯(32)的相應(yīng)區(qū)域，以形成相應(yīng)多個(gè)凸起電觸點(diǎn)(34)；在將所述超聲陣列GO)部署在所述開(kāi)口 0 中之前，在所述開(kāi)口 0 中分配粘合劑；以及在將所述超聲陣列GO)部署在所述開(kāi)口 0 中之后對(duì)其施加壓力，以使所述超聲陣列GO)的每個(gè)的所述背面G6)與所述相應(yīng)管芯(32)的所述凸起電觸點(diǎn)(34)電接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述超聲陣列GO)已耦合到所述相應(yīng)管芯(3 之后將剩余可圖案化材料OO)從所述晶圓(30)去除；以及將多個(gè)功率連接、控制連接和信號(hào)連接引線接合到所述相應(yīng)超聲換能器組裝件(10)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成到所述相應(yīng)超聲換能器組裝件(10)的多個(gè)功率連接、控制連接和信號(hào)連接04J6)，其中，所述功率連接、控制連接和信號(hào)連接(M、26) 通過(guò)形成所述晶圓(30)中的穿透通孔08)而在所述晶圓(30)的背面09)中形成。
9.一種制造具有一維(ID)矩陣陣列或二維OD)矩陣陣列的多個(gè)聲換能器(10)的方法，所述方法包括將抗蝕材料OO)的一個(gè)或多個(gè)層施加到包含多個(gè)專用集成電路(ASIC)管芯(32)的 ASIC晶圓(30)的至少部分表面；圖案化所述抗蝕材料OO)以定義多個(gè)開(kāi)口(22)，其中所述開(kāi)口的每個(gè)與所述ASIC管芯(32)中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊；將多個(gè)聲ID矩陣陣列或2D矩陣陣列00)部署在所述開(kāi)口 02)的相應(yīng)一些中；將所述聲ID矩陣陣列或2D矩陣陣列00)耦合到所述相應(yīng)ASIC管芯(32)，以形成相應(yīng)的所述聲換能器(10)；以及分割所述聲換能器，以形成具有ID矩陣陣列或2D矩陣陣列(10)的單獨(dú)聲換能器。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述抗蝕材料OO)包括光致抗蝕劑(20)，其中， 圖案化的所述步驟包括執(zhí)行光刻以形成所述開(kāi)口(22)，其中，所述方法還包括凸點(diǎn)電鍍所述ASIC晶圓OO)上對(duì)應(yīng)于所述ASIC管芯(32)的相應(yīng)區(qū)域，以形成相應(yīng)多個(gè)凸起電觸點(diǎn)(34)。其中，所述聲矩陣陣列GO)的每個(gè)包含導(dǎo)電背面(46)，并且其中，所述聲矩陣陣列 (40)部署在所述開(kāi)口 02)中，以使得所述聲矩陣陣列GO)的每個(gè)的所述背面G6)面對(duì)所述相應(yīng)ASIC管芯(3 ，所述方法還包括在將所述聲矩陣陣列GO)部署在所述開(kāi)口 0 中之前，在所述開(kāi)口 0 中分配粘合劑；在將所述聲矩陣陣列GO)部署在所述開(kāi)口 0 中之后對(duì)其施加壓力，以使所述聲矩陣陣列GO)的每個(gè)的所述背面G6)與所述相應(yīng)ASIC管芯(32)的所述凸起電觸點(diǎn)(34) 電接觸；以及在所述聲矩陣陣列GO)已耦合到所述相應(yīng)ASIC管芯(3 之后，將剩余光致抗蝕劑 (20)從所述ASIC晶圓(30)去除。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“制造超聲換能器組裝件的方法”。提供了一種制造多個(gè)超聲換能器組裝件(10)的方法。該方法包括將可圖案化材料(20)的一個(gè)或多個(gè)層施加到包含多個(gè)管芯(32)的晶圓(30)的至少部分表面。該方法進(jìn)一步包括圖案化可圖案化材料(20)以定義多個(gè)開(kāi)口(20)，在開(kāi)口(22)的相應(yīng)一些中部署超聲陣列(40)，將超聲陣列(40)耦合到相應(yīng)管芯(32)以形成相應(yīng)超聲換能器組裝件(10)，以及分離超聲換能器組裝件以形成單獨(dú)超聲換能器組裝件(10)，其中每個(gè)開(kāi)口與管芯(32)中相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊。
文檔編號(hào)B06B1/06GK102527627SQ20111037787
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者C·E·鮑姆加特納 申請(qǐng)人:通用電氣公司