專利名稱：用于超聲傳感器組件的多器件襯塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及超聲成像系統(tǒng)，尤其涉及用于超聲換能器陣列的 襯塊和用于處理傳輸?shù)匠暢上裣到y(tǒng)中的超聲換能器陣列和由超聲成 像系統(tǒng)中的超聲換能器陣列接收的信號的方法。
本發(fā)明還涉及超聲傳感器組件，這些超聲波傳感器組件包括換能 器陣列和襯塊，這種襯塊包括混合微波束形成器，微波束形成器將換 能器陣列連接到互聯(lián)電纜，這些互聯(lián)電纜通向主超聲成像系統(tǒng)處理單 元。
背景技術(shù)：
在超聲成像系統(tǒng)中，換能器陣列通常用于超聲波或聲波的傳輸和 接收。通過多維換能器陣列如換能器元件的二維陣列的使用獲得體積 成像，即所涉及的物體的三維區(qū)域的詢問。
在一種超聲換能器設(shè)計(jì)中，將換能器元件附接到并單獨(dú)電氣連接
到專用集成電路(ASIC) 。 ASIC通常稱為微波束形成器、提供換能器 元件的電氣控制如用于波束形成和信號放大等并且通過互聯(lián)電纜界面 連接在換能器元件與超聲成像系統(tǒng)的信號處理信道之間。
在實(shí)踐中用微波束形成器實(shí)現(xiàn)多維換能器陣列要求大量的性能平 衡、功率耗散、形狀因數(shù)(form factor )和到達(dá)市場的成本和時(shí)間。特 別的一組平衡以ASIC及其與將這些ASIC連接到換能器元件的互聯(lián)結(jié) 構(gòu)的關(guān)系的設(shè)計(jì)為中心。目前已對兩種方式做了考慮帶有"倒裝片"
(flip-chip )互聯(lián)的幾何上受限的節(jié)距匹配的ASIC和帶有"襯墊撓曲"
(flex in backing )互聯(lián)的幾何上不受限的ASIC。
倒裝片方法基于利用小型導(dǎo)電凸塊如焊球的電氣互聯(lián)，這種倒裝 方法具有功率低、形狀因數(shù)小、成本和復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，但若進(jìn)行重 復(fù)使用，則這種重復(fù)使用受限，并受到成像假象的影響，因?yàn)樵诨ヂ?lián) 結(jié)構(gòu)中有非故意的聲互動。另一方面，"襯墊撓曲"方式具有較好的 潛在性能和ASIC重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)在于體積大、復(fù)雜而且成 本高。本發(fā)明尋求克服倒裝片方法與襯墊撓曲方法的缺點(diǎn)。
在采用典型的倒裝片構(gòu)造的互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，微波束形成器的尺寸與 聲孔徑的尺寸相同，聲孔徑適用于成像用途并包括節(jié)距與陣列節(jié)距匹 配的單元。在這種受限的尺寸內(nèi)提供所有必要的功能度和性能非常具 有挑戰(zhàn)性并要求極大的折衷。這些折衷包括利用具有較精細(xì)的部件尺
寸的電壓較低的ASIC過程以滲透率降低為代價(jià)來配合換能器外殼中 的可用空間以及重復(fù)使用ASIC的能力的實(shí)質(zhì)性消除(由節(jié)距匹配導(dǎo) 致)。另一種折衷是聲換能器外殼中的有限空間產(chǎn)生壓力的增加，以 僅在必要時(shí)實(shí)現(xiàn)具有折衷和近似的ASIC的最小功能度。此外，由于 ASIC的單元位于每個(gè)換能器元件之下，所以ASIC具有在整個(gè)微波束
形成器中密切混合的模擬和數(shù)字功能性器件。
倒裝片方法的極大局限性是波束形成電子裝置必須位于換能器陣 列的區(qū)域內(nèi)。令人遺憾的是，這種限制往往導(dǎo)致優(yōu)化和性能的平衡， 這些平衡降低圖像的質(zhì)量或產(chǎn)生圖像假象。此外，熱更直接地穿過換 能器陣列被傳遞到患者，從而導(dǎo)致更迫切的功率要求。
美國專利公開號No. 20030085635總體上描述了利用襯墊撓曲方法
的互聯(lián)，該美國專利公開通過參考結(jié)合在本發(fā)明之中，這種互聯(lián)要求 用撓性電路和載模材料板的交替層構(gòu)成導(dǎo)電襯塊組件，用粘合劑將這 些載模材料板層壓在一起。在熱壓合壓力下將這種組件固化，以將連 接到換能器元件的頂部表面磨成光滑飾面并優(yōu)選鍍金以附接到換能器 元件的底側(cè)。用于將導(dǎo)電襯塊組件連接到換能器元件的一種方法是利 用低粘度粘合劑如環(huán)氧樹脂的粘合附接。
通常需要具有用于將換能器陣列的換能器元件連接到微波束形成 器的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種微波束形成器包括多個(gè)電子器件，這些電子器件 提供由此形成的帶有極小尺寸的襯塊，以能夠使襯塊安裝在小尺寸的 換能器外殼中，但也允許較高的電壓和改進(jìn)的功能度以及優(yōu)良的性 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供新式的改進(jìn)的超聲成像系統(tǒng)，尤其是用于 超聲成像系統(tǒng)的超聲傳感器組件，這些超聲傳感器組件包括多維換能 器陣列和微波束形成器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供用于超聲成像系統(tǒng)的新式的改進(jìn)的
微波束形成器，在這種微波束形成器中，模擬和數(shù)字功能由優(yōu)化用于 特定目的的單獨(dú)電子器件執(zhí)行。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供用于超聲成像系統(tǒng)的新式互聯(lián)結(jié) 構(gòu)，這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)稱為襯塊，這種襯塊提供換能器陣列的換能器元件 與連接到主超聲成像系統(tǒng)處理單元的一條或多條互聯(lián)電纜之間的連 接。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供新式襯塊，這種襯塊用于使超聲成 像系統(tǒng)中的換能器陣列的換能器元件與形成微波束形成器的多個(gè)電子 器件互聯(lián)，這種襯塊具有極小的尺寸，以能夠使襯塊安裝在小尺寸的 換能器外殼中，但也允許較高的電壓和改進(jìn)的功能度以及優(yōu)良的性能。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供新式襯塊，這種襯塊用于超聲傳感 器組件，這種超聲傳感器組件能夠使超聲傳感器組件的電子器件易于 更換，并因此而使襯塊能夠被重復(fù)使用并被優(yōu)化用于不同的傳感器組 件以及用于不同的超聲用途。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供新式襯塊，這種襯塊用于超聲成像 系統(tǒng)，這種超聲成像系統(tǒng)包括多片微波束形成器和再分布結(jié)構(gòu)，再分 布結(jié)構(gòu)插在微波束形成器與換能器陣列之間，這種襯塊能夠使換能器 陣列具有不同于微波束形成器的尺寸的尺寸。
為了實(shí)現(xiàn)這些以及其它目的，用于將超聲成像系統(tǒng)的換能器陣列 中的換能器元件陣列與超聲成像系統(tǒng)的主處理單元互聯(lián)的襯塊包括至 少一個(gè)基部電子器件、再分布中間層和至少一個(gè)輔助電子器件，該至 少一個(gè)基部電子器件連接到主處理單元并提供互聯(lián)結(jié)構(gòu)圖案(如接合 焊盤和布線)，該再分布中間層在一側(cè)電氣連接到基部器件上的互聯(lián) 結(jié)構(gòu)上，且在相對的一側(cè)電氣連接到換能器元件陣列，該至少一個(gè)輔 助電子器件電氣連接到基部器件上的互聯(lián)結(jié)構(gòu)?？蓪⒚總€(gè)基部器件以 有線或無線方式連接到系統(tǒng)處理單元，如通過連接到互聯(lián)結(jié)構(gòu)的一條 或多條互聯(lián)電纜。沿著再分布中間層布置每個(gè)輔助器件，以使再分布 中間層和一個(gè)或多個(gè)輔助器件設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)基部器件的共用側(cè)面 上。優(yōu)選用于將一個(gè)或多個(gè)輔助器件安裝在一個(gè)或多個(gè)基部器件的相 同側(cè)面上的空間通過使再分布中間層逐漸變細(xì)來提供，在至少 一個(gè)維 度中，再分布中間層在連接到一個(gè)或多個(gè)基部器件的側(cè)面上的節(jié)距小 于連接到換能器元件陣列的側(cè)面上的節(jié)距。
優(yōu)選每個(gè)基部器件是高壓專用集成電路，而優(yōu)選每個(gè)輔助器件是 低壓專用集成電路?；蛘?，基部器件和輔助器件可以是其它類型的電 子器件，可將這些電子器件設(shè)計(jì)成或?qū)⑺鼈兙幊桃詧?zhí)行總體上與信號 處理有關(guān)尤其是與波束形成有關(guān)的特定功能，如現(xiàn)場可編程門陣列
(FPGA)、用戶模擬或數(shù)字處理引擎、子波束形成器或超波束形成器、 低噪聲模擬電路或有線或無線通信模塊。
更明確地來講，可將每個(gè)基部器件設(shè)計(jì)成執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)波束形 成功能，如放大所接收的信號并向換能器元件傳輸高壓輸出信號以及 預(yù)先放大從換能器元件接收的信號。為了實(shí)現(xiàn)這種目的，每個(gè)基部器 件可包括傳輸放大器和接收預(yù)放大器。也可將每個(gè)輔助器件設(shè)計(jì)成執(zhí) 行一個(gè)或多個(gè)波束形成功能，如信號處理功能，例如，預(yù)先放大信號。 為了實(shí)現(xiàn)這種目的，每個(gè)輔助器件可包括預(yù)放大器。
在一個(gè)特別實(shí)施例中，輔助器件包括射頻(RF)調(diào)制器/發(fā)送器， 在此情形中，通常在襯塊預(yù)系統(tǒng)處理單元之間無線傳輸數(shù)據(jù)，而且通 常并不使用互聯(lián)電纜來將襯塊連接到系統(tǒng)處理單元。其它的無線傳輸 和接收器件也可用作輔助器件。
就由一個(gè)或多個(gè)基部器件所提供的再分布中間層和一個(gè)或多個(gè)輔 助器件與接合焊盤(bond pad)的電氣連接而言，優(yōu)選將再分布中間層 連接到一個(gè)或多個(gè)基部器件的中心區(qū)域中的接合焊盤，而優(yōu)選將每個(gè) 輔助器件連接到從中心區(qū)域向外的一個(gè)或多個(gè)基部器件的側(cè)向區(qū)域中 的接合焊盤。優(yōu)選將每條互聯(lián)電纜連接到位于一個(gè)或多個(gè)基部器件的 極端側(cè)向或外圍邊緣的接合焊盤，以將可用于電氣互聯(lián)到一個(gè)或多個(gè) 基部器件的空間最大化。
因此，根據(jù)本發(fā)明的超聲傳感器組件通常包括用于傳輸和接收脈 沖的換能器元件陣列、用于對由換能器元件陣列進(jìn)行的脈沖的傳輸和 接收進(jìn)行控制的微波束形成器以及再分布中間層，這種再分布中間層 在一側(cè)電氣連接到換能器元件陣列，在相對的另一側(cè)電氣連接到微波 束形成器。在一個(gè)實(shí)施例中，微波束形成器包括分立的集成電路，如 分立的HVIC和LVIC，這些分立的集成電路用于執(zhí)行模擬功能或數(shù)字 功能，且根據(jù)需要對每個(gè)集成電路的功能度進(jìn)行優(yōu)化(或能夠執(zhí)行前 面所描述的相同的或其它信號處理或特定波束形成功能的其它電子器
件)。這些HVIC通過互聯(lián)結(jié)構(gòu)如在這些HVIC上形成的接合焊盤的 圖案電氣連接到一條或多條互聯(lián)電纜、這些LVIC和再分布中間層。 也可將前面所描述的用于襯塊的相同增強(qiáng)用在傳感器組件中。
用于利用前面所描述的互聯(lián)結(jié)構(gòu)將換能器元件陣列與超聲探頭的
中間i的二側(cè)、將再分布中間層;相對的另 一側(cè)電氣連接到提供互聯(lián) 結(jié)構(gòu)的圖案的一個(gè)或多個(gè)基部器件、將一個(gè)或多個(gè)輔助器件電氣連接 到沿著再分布中間層的基部器件的互聯(lián)結(jié)構(gòu)以將再分布中間層和輔助 器件布置在一個(gè)或多個(gè)基部器件的共用側(cè)面上，以及將一個(gè)或多個(gè)基 部器件電氣連接到一條或多條互聯(lián)電纜?？衫玫蜏氐寡b片工藝將一 個(gè)或多個(gè)基部器件附接到再分布中間層?？捎盟谐龅拇涡蚧虿煌?次序來執(zhí)行前面所描述的步驟。
可通過下面的結(jié)合附圖的描述更好地理解本發(fā)明及其其它目的和 優(yōu)點(diǎn)，在這些圖中，相同的附圖標(biāo)記確定相同的元件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的超聲傳感器組件的側(cè)視圖。
圖2是示于圖1中的超聲傳感器組件的另一種側(cè)視圖。
圖3是示于圖1中的超聲傳感器組件的俯視圖。
圖4是示于圖1中的超聲傳感器組件的基部器件的俯視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的多器件襯塊的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖1至圖5，用于根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的超聲傳感器組件 通常用IO表示并包括換能器元件14的陣列12和互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在本說明 書中，將這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)稱為襯塊16，襯塊16插在陣列12與柔性互聯(lián) 電纜18之間并將它們互聯(lián)，這些互聯(lián)電纜18通向超聲成像系統(tǒng)的圖 像處理和顯示器(未示出)。襯塊16包括微波束形成器20和再分布 互聯(lián)裝置或再分布中間層22?？蓪鞲衅鹘M件IO布置在共用換能器外 殼中，這種換能器外殼可相對于超聲成像系統(tǒng)移動。
微波束形成器20包括多個(gè)基部器件24，這些基部器件24限定互 聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖案，這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)即接觸焊盤、接合焊盤或另一種類型的
導(dǎo)電連接構(gòu)件28，能夠使再分布中間層22和多個(gè)輔助電子器件26電 氣連接到這些基部器件24的一個(gè)側(cè)面上。這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)還包括這些接 合焊盤28與這些基部器件24的電子部件之間的布線。這些基部器件 24可以是高壓集成電路(HVIC)，尤其是專用集成電路(ASIC)， 且這些輔助器件26可以是低壓集成電路(LVIC)，尤其是專用集成 電路(ASIC)和/或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
根據(jù)如這些器件的結(jié)構(gòu)和哪種類型的器件能夠最好地執(zhí)行這種功 能來將由微波束形成器20執(zhí)行的形成波束所必要的功能分配給基部和 輔助器件24、 26中的特定器件。因此，在將HVIC用作基部器件24 并將LVIC用作輔助器件26的實(shí)施例中，在分立的高壓和低壓器件中 實(shí)現(xiàn)微波束形成器20的電子功能，尤其是在為最佳性能做準(zhǔn)備的類型 的器件中。
每個(gè)基部器件24通常包括用于生成傳輸脈沖的驅(qū)動器，這種傳輸 脈沖傳輸?shù)綋Q能器元件14，以致使換能器元件14產(chǎn)生傳輸波束，且每 個(gè)輔助器件26包括用于生成傳輸波形的電路、時(shí)延電路和/或累加電 路，這些傳輸波形用作這些基部器件24的輸入，這些時(shí)延電路用于從 換能器元件14接收經(jīng)過反射的脈沖并延遲這些經(jīng)過反射的脈沖，該累 加電路用于將這些經(jīng)過反射的脈沖的組進(jìn)行累加，以產(chǎn)生波束形成的 信號。能夠由這些輔助器件26執(zhí)行的其它功能包括相位失真校正、聚 焦控制、聲速校正、多束處理、子微波束形成、交叉相關(guān)、數(shù)據(jù)處理 和完全波束形成。由于這些基部器件24是從這些換能器元件14接收 信號的第一個(gè)電子器件，所以這些基部器件24還可包括接收預(yù)放大 器，這些接收預(yù)放大器將從這些換能器元件14接收的信號放大。因此， 根據(jù)它們的特定用途，這些基部器件24和輔助器件26的結(jié)構(gòu)不同。
具有不同結(jié)構(gòu)和所分配的功能的不同類型的電子器件如HVIC和 LVIC在微波束形成器20中的出現(xiàn)為微波束形成器性能的折衷問題提 供了解決方案。將由微波束形成器20根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的模擬和數(shù)字功 能分離，且每個(gè)功能由HVIC或LVIC或其它等效的電子器件最佳地 執(zhí)行，等效的電子器件如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、用戶模擬或數(shù) 字處理引擎、子波束形成器或超波束形成器、低噪聲模擬電路或有線 或無線通信模塊。這樣就有利地調(diào)節(jié)了功率消耗、電路復(fù)雜性與功率 傳輸之間的平衡。
將再分布中間層22設(shè)計(jì)成將這些基部器件24的上表面上的接合 焊盤28通過位于再分布中間層22的上和下棵露表面內(nèi)部和上面的導(dǎo) 電材料與這些換能器元件14互聯(lián)?？赏ㄟ^利用標(biāo)準(zhǔn)換能器制造工藝在 這些換能器元件14與再分布中間層20之間形成導(dǎo)電材料30來獲得這 些換能器元件14到再分布中間層20的連接(見圖l和圖2)?？赏ㄟ^ 利用如銀環(huán)氧樹脂浸漬工藝在這些基部器件接合焊盤28與再分布中間 層22之間形成導(dǎo)電材料32來獲得這些基部器件接合焊盤28到再分布 中間層22的連接?？稍谠俜植贾虚g層22的兩個(gè)表面上均提供接合焊 盤，以連接到這些基部器件接合焊盤28和這些換能器元件14。
除了將微波束形成器20的基部器件24與陣列12的換能器元件14 互聯(lián)之外，再分布中間層22的重要目的在于將微波束形成器20上的 空間限制從換能器元件14的陣列12的空間限制脫離，以使陣列12的 覆蓋區(qū)可不同于基部器件24上的接合焊盤28的覆蓋區(qū)。在所示出的 實(shí)施例中，再分布中間層22從一對相對的邊緣或側(cè)面34 (見圖2)上 的基部器件24向外并從另一對相對的邊緣或側(cè)面36 (見圖1)上的基 部器件24向內(nèi)逐漸變細(xì)。因此，在一種維度中，這些換能器元件14 所連接到的再分布中間層22側(cè)面38大于這些基部器件24所連接到的 再分布中間層22側(cè)面40，而在另一種垂直維度中，側(cè)面38小于側(cè)面 40 (見圖1)。再分布中間層22的側(cè)面34、 36的逐漸變細(xì)程度以各種 因數(shù)為基礎(chǔ)，如接合焊盤節(jié)距。實(shí)際上，由于用于倒裝片接合這些基 部器件24的接合焊盤節(jié)距可有IOO微米那樣致密，所以逐漸變細(xì)可大 量進(jìn)行。另一方面，由于換能器外殼通常在仰角維度上略大于換能器 外殼的孔徑，所以除了由逐漸變細(xì)所提供的空間之外，還可得到額外 的空間。
再分布中間層22也對這些基部器件24與這些換能器元件14的隔 離有效，并因此而減少由這些基部器件24與這些換能器元件14之間 的相互作用所造成的聲假象。
與具有各種形狀的換能器陣列 一起使用的再分布中間層22的替代 結(jié)構(gòu)在于2005年1月11日遞交的美國專利申請?zhí)朜o. 60/642,911 (代 理人檔案號PHUS050020US )中公開，該專利申請通過參考結(jié)合在本 發(fā)明之中。例如，可提供彎曲的換能器陣列并利用再分布中間層連接 到這些基部器件24，該再分布中間層具有在本申請中所公開的線性下
表面和相對的曲面。
在所示出的實(shí)施例中，有五個(gè)HVIC作為基部器件24，十個(gè)LVIC 作為輔助器件26,且每個(gè)HVIC具有在上表面(見圖4)上形成的接 合焊盤26的陣列42。再分布中間層22連接到接合焊盤陣列42的中心 互聯(lián)段44中的第一組接合焊盤28，且作為輔助器件24的LVIC對連 接到第二組接合焊盤28，第二組接合焊盤28布置在從中心互聯(lián)段44 向外的側(cè)向段46中。因此，沿著再分布中間層22布置連接到側(cè)向段 46中的接合焊盤28的這些LVIC 。這些互聯(lián)電纜18的撓性電路連接 到從側(cè)向段46向外的外圍段48中的接合焊盤28。每個(gè)段44、 46、 48 包括來自多個(gè)HVIC24的接合焊盤28，以使每個(gè)HVIC24連接到再分 布中間層22、 LVIC對26和互聯(lián)電纜對18。不過，根據(jù)LVIC26的數(shù) 量和尺寸，可將每個(gè)HVIC24連接到更少的元件，如再分布中間層22、 單LVIC26和單互聯(lián)電纜18。
圖5示出了微波束形成器20的總體結(jié)構(gòu)，微波束形成器20包括接 收信號以導(dǎo)致超聲脈沖通過換能器陣列12傳輸?shù)妮斎?輸出(I/O)段 50、初始信號處理段52、主信號處理段54、最終信號處理段56和將 處理過的接收信號輸出的輸入/輸出(I/O)段58，初始信號處理段52 包含LVIC或同等的輔助器件，這些LVIC或同等的輔助器件執(zhí)行一個(gè) 或多個(gè)信號處理功能，如放大、延遲和傳輸波形生成，主信號處理段 54包含HVIC或同等的基部器件(且再分布中間層22通常連接到主信 號處理段54)，這些HVIC或同等的基部器件執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)信號處 理功能，如高壓傳輸和預(yù)放大，最終信號處理段56包含LVIC或同等 的輔助器件，這些LVIC或同等的輔助器件在接收信號上執(zhí)行一個(gè)或 多個(gè)信號處理功能。不同的段與器件之間的互聯(lián)由每個(gè)HVIC的互聯(lián) 結(jié)構(gòu)提供，如在HVIC的一個(gè)表面上形成的接合焊盤以及HVIC的接 合焊盤和部件之間的布線。
如圖l至圖3所示，有將這些基部器件24連接到系統(tǒng)處理單元的 互聯(lián)電纜18。還可提供射頻(RF)調(diào)制器/發(fā)送器而不是提供互聯(lián)電纜 作為輔助器件26或輔助器件26的一部分，在此情形中，可在這些輔 助器件與該系統(tǒng)處理單元之間無線傳輸數(shù)據(jù)。因此，可以用有線或無 線方式進(jìn)行微波束形成器20與系統(tǒng)處理單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。因此， RF調(diào)制器/發(fā)送器可以是信號處理段52、 56的一部分，或者可以是I/0 段50、 58的一部分。
根據(jù)本發(fā)明的襯塊的一般實(shí)施例或包括該襯塊和根據(jù)本發(fā)明的換 能器元件陣列的超聲傳感器組件可具有非常小的單基部器件如HVIC 和單輔助器件如LVIC以及接合到HVIC的上表面上的接合焊盤的再 分布中間層。這可能適合于僅帶有幾個(gè)換能器元件的小陣列。隨著陣 列尺寸的增加，HVIC的數(shù)量、LVIC的數(shù)量和再分布中間層的尺寸通 常會增加。
微波束形成器20的組合有幾種優(yōu)點(diǎn)，這種微波束形成器20包括 分立的電子器件和再分布中間層22，這些電子器件根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)執(zhí) 行不同的功能，如HVIC和LVIC，再分布中間層22在將倒裝片接合 互聯(lián)用作微波束形成器時(shí)對節(jié)距匹配無要求。優(yōu)點(diǎn)包括制造數(shù)字電路 的能力、將高壓模擬電路限制到高壓ASIC的能力以及數(shù)字和模擬段相 互之間的總體分離，從而減少潛在的噪聲和干擾，利用低壓、低功率、 高密度ASIC技術(shù)制造數(shù)字電路，這種技術(shù)在利用可用的標(biāo)準(zhǔn)單元庫時(shí) 具有極大的功能度，這些高壓ASIC具有較大的特征尺寸但可容易地安 裝在可用空間內(nèi)，因?yàn)椴o數(shù)字功能度。此外，互聯(lián)結(jié)構(gòu)的尺寸和重 量類似于倒裝片互聯(lián)，而提供對襯墊撓曲互聯(lián)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。
此外，若將由一個(gè)或多個(gè)基部器件所限定的互聯(lián)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，則 這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)往往會允許ASIC重復(fù)使用，并帶有對再分布中間層的改 變以調(diào)節(jié)不同的陣列節(jié)距。即可以想象，可在新的設(shè)計(jì)可用時(shí)用升級 后的LVIC來替代LVIC，而并不要求制造工藝中的任何改變，如下面 所描述的那樣。這些基部器件24或HVIC通常會留下作為微波束形成 器20的一部分，而這些輔助器件26或LVIC會被替代以構(gòu)成微波束形 成器20的升級。
而且，可同時(shí)制造具有不同能力的各種LVIC并提供給用戶進(jìn)行 選擇以集成到傳感器組件10中。因此，利用相同的基部器件24或HVIC 以及相同的再分布中間層22，可通過改變安裝到HVIC的基部器件24 上的輔助器件26或LVIC的能力來制造不同的微波束形成器20 (并因 此而制造不同的襯塊16和不同的傳感器組件10)。每個(gè)傳感器組件10 的價(jià)格可取決于傳感器組件10中的輔助器件26或LVIC的能力。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于從線性放大器至元件的引線長度短，所以 在驅(qū)動互聯(lián)電容時(shí)浪費(fèi)極少的功率。而且，由于可對高壓ASIC進(jìn)行選
擇而并不考慮數(shù)字特征尺寸，所以可消除導(dǎo)致較低電壓輸出的折衷， 并且可提高滲透率和圖像質(zhì)量。
可以用多種不同的方式制造包括換能器元件14的陣列12、襯塊16 和互聯(lián)電纜18的超聲傳感器組件10。一種示范性制造方法是將陣列12 的換能器元件14電氣連接到再分布中間層22的上表面上的接合焊 盤，例如，利用標(biāo)準(zhǔn)的換能器制造工藝。將基部器件24上的接合焊盤 28 (在段44中)電氣連接到再分布中間層22的下表面上的接合焊盤， 例如，利用低溫倒裝片工藝或銀環(huán)氧樹脂浸漬工藝，且再分布中間層
再分布中間層22的上表面上的接合焊盤。將輔助器件26電氣連接到 基部器件24的外圍上的接合焊盤28 (在段46中)，如利用倒裝片互 聯(lián)。將互聯(lián)電纜18電氣連接到基部器件24的外圍上另外的接合焊盤 28 (在段48中)。
由于優(yōu)選利用村墊撓曲技術(shù)形成再分布中間層22，所以傳感器組 件10的結(jié)構(gòu)既涉及倒裝片互聯(lián)接收的利用又涉及襯墊撓曲接收的利 用。這兩種制造技術(shù)的利用產(chǎn)生混合設(shè)計(jì)，且減少或消除了每種單個(gè) 技術(shù)的缺點(diǎn)。這樣就可提供設(shè)計(jì)目的之間的更有利的平衡。
組裝超聲傳感器組件IO的次序即在器件之間進(jìn)行電氣連接的次序 是可變的。優(yōu)選的電氣連接的次序首先將換能器元件14連接到再分布 中間層22，然后將輔助器件26如LVIC連接到基部器件24如HVIC， 之后將互聯(lián)電纜18連接到HVIC24，最后將這些HVIC24連接到再分 布中間層22。還可在將這些HVIC24連接到再分布中間層22之前對 HVIC24和LVIC26的組件進(jìn)行測試。最后， 一旦完成傳感器組件10，
可對其進(jìn)行測試。
此外，在傳感器組件IO的組裝期間，可進(jìn)行這些器件的各種測試。 例如，可在將這些器件連接在一起之后對換能器元件14與再分布中間 層22之間的連接進(jìn)行測試。
傳感器組件IO可用在包括超聲換能器的任何類型的超聲成像系統(tǒng) 中，例如，醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)。傳感器組件IO尤其適用于需要帶有與 換能器陣列的互聯(lián)的低壓和高壓電子裝置的密集互聯(lián)的用途。
雖然結(jié)合附圖已對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但將會理 解，本發(fā)明并不僅限于這些精確的實(shí)施例，且在并不背離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員可對本發(fā)明進(jìn)行各種變 化和〗務(wù)改。
權(quán)利要求
1.用于將超聲換能器中的換能器元件(14)的陣列(12)與超聲成像系統(tǒng)的處理單元互聯(lián)的襯塊(16)，所述襯塊(16)包括至少一個(gè)基部電子器件(24)，所述至少一個(gè)基部電子器件(24)在其第一側(cè)面上限定了互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)的圖案；再分布中間層(22)，所述再分布中間層(22)在其第一側(cè)面(40)電氣連接到位于所述至少一個(gè)基部器件(24)的所述第一側(cè)面上的所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)，且適于在相對的第二側(cè)(38)上電氣連接到所述換能器元件(14)的陣列(12)，以及至少一個(gè)輔助電子器件(26)，所述至少一個(gè)輔助電子器件(26)在所述至少一個(gè)基部器件(24)的所述第一側(cè)面上通過所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)電氣連接到所述至少一個(gè)基部器件(24)，并且沿著所述再分布中間層(22)布置。
2. 如權(quán)利要求l所述的襯塊(16)，其中所述至少一個(gè)基部器 件(24)包括用于生成傳輸脈沖的驅(qū)動器，所述傳輸脈沖將被傳輸?shù)?所述換能器元件(14)，以致使所述換能器元件(14)產(chǎn)生傳輸波束， 且所述至少一個(gè)輔助器件(26)包括用于生成傳輸波形的電路、時(shí)延 電路和累加電路，所述傳輸波形用作所述至少一個(gè)基部器件(24)的 輸入，所述時(shí)延電路用于從所述換能器元件(14)接收經(jīng)過反射的脈 沖并延遲所述經(jīng)過反射的脈沖，所述累加電路用于將所延遲的所述經(jīng) 過反射的脈沖的組進(jìn)行累加，以產(chǎn)生波束形成的信號。
3. 如權(quán)利要求l所述的襯塊(16)，其中所述至少一個(gè)基部器 件(24)包括高壓集成電路，且所述至少一個(gè)輔助器件(26)包括低 壓集成電路。
4. 如權(quán)利要求l所述的襯塊(16)，其中所述至少一個(gè)輔助器 件(26)包括輔助器件對，所述再分布中間層(22)布置在所迷輔助 電子器件(26)之間。
5. 如權(quán)利要求l所述的襯塊(16),其中所述至少一個(gè)基部器 件(24)包括多個(gè)基部器件，且所述至少一個(gè)輔助器件(26)包括多 個(gè)輔助器件，所述輔助器件(26)布置成使所述再分布中間層(22) 插在至少一對所述輔助器件(26)之間。
6. 如權(quán)利要求l所述的襯塊(16)，其中所述再分布中間層(22)沿著在所述第一和第二側(cè)面(38、 40)之間延伸的至少一個(gè)邊緣向內(nèi) 從所述第一側(cè)面(40)向所述第二側(cè)面(38)逐漸變細(xì)。
7. 如權(quán)利要求1所述的襯塊(16)，其中所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28) 包括在所述再分布中間層(22)周圍的所述至少一個(gè)基部器件(24) 的外圍上形成的接合焊盤。
8. 如權(quán)利要求7所述的襯塊(16),其中所述至少一個(gè)輔助器 件(26)接合到所述接合焊盤U8)的一部分。
9. 如權(quán)利要求7所述的襯塊(16)，其中所述接合焊盤(28) 的至少一部分能夠與通向所述系統(tǒng)處理單元的至少一條互聯(lián)電纜(18)進(jìn)行電氣接合。
10. 如權(quán)利要求1所述的襯塊(16)，其中所述至少一個(gè)輔助 器件(26)包括用于將所述襯塊(16)無線連接到所述系統(tǒng)處理單元 的射頻調(diào)制器/發(fā)送器。
11. 一種傳感器組件，所述傳感器組件包括 如權(quán)利要求1所述的襯塊(16 );換能器元件(14)的陣列(12)，所述陣列(12)用于傳輸和接 收脈沖并連接到所述再分布中間層(22)的所述笫二側(cè)面(38);以 及至少一條互聯(lián)電纜(l8)，所述至少一條互聯(lián)電纜(l8)連接到 所述至少一個(gè)基部電子器件(24)。
12. —種用于將換能器元件(14)的陣列(12)與超聲探頭互聯(lián) 的方法，所述方法包括將所述陣列(12 )電氣連接到再分布中間層(22 )的一個(gè)側(cè)面(38 );將所述再分布中間層(22)的相對的側(cè)面(40)電氣連接到至少 一個(gè)基部電子器件(24),所述至少一個(gè)基部電子器件(24)限定互 聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)的圖案；將至少一個(gè)輔助器件(26)電氣連接到沿著所述再分布中間層 (22)的所述至少一個(gè)基部器件(24)，以將所述再分布中間層(22) 和所述至少一個(gè)輔助器件(26)布置在所述至少一個(gè)基部器件(24) 的共用側(cè)面上，所述至少一個(gè)輔助器件(26)具有不同于所述至少一 個(gè)基部器件(24)的功能的功能；以有線或無線方式將所述至少一個(gè)基部器件(24)連接到所述超聲探頭；以及有差別地構(gòu)造所述至少一個(gè)基部器件(24)和所述至少一個(gè)輔助 器件(26)，并基于它們的結(jié)構(gòu)將不同的功能分配給所述至少一個(gè)基 部器件(24)和所述至少一個(gè)輔助器件(26)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括利用低溫倒裝片工藝將所 述至少一個(gè)基部器件(24)附接到所述再分布中間層(22)。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)包括 接觸焊盤，所述方法還包括將所述再分布中間層(22)連接到所述至少一個(gè)基部器件(24) 的內(nèi)部中的第一組接合焊盤(44);將所述至少一個(gè)輔助器件(26)連接到在所述笫一組接合焊盤 (44)周圍的第二組接合焊盤(46);以及將所述至少一條互聯(lián)電纜(18)連接到在所述第二組接合焊盤 (46)周圍的第三組接合焊盤(48)。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述多個(gè)輔助器件(26) 連接到所述至少一個(gè)基部器件(24)，以使所述再分布中間層(22) 插在所述至少一對輔助器件(26)之間。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)包括 接觸焊盤，所述方法還包括將在所述至少一個(gè)基部器件(24)中的每 一個(gè)上的接合焊盤的布置標(biāo)準(zhǔn)化，以使所述至少一個(gè)輔助器件(26)用于不同的基部器件。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括可拆卸地將所述至少一個(gè) 輔助器件(26)附接到所述至少一個(gè)基部器件(24)，以能夠?qū)⑺?至少一個(gè)輔助器件(26)拆卸和更換。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過將射頻調(diào)制器/發(fā)送器 布置成所述至少一個(gè)輔助器件(26)中的一個(gè)而將所述至少一個(gè)基部 器件(24)無線連接到所述超聲探頭。
全文摘要
用于將換能器陣列(12)與互聯(lián)電纜(18)互聯(lián)的襯塊(16)，這種互聯(lián)電纜(18)將換能器陣列(12)連接到超聲成像系統(tǒng)的主系統(tǒng)處理單元，襯塊(16)包括至少一個(gè)基部電子器件(24)、再分布中間層(22)和至少一個(gè)輔助電子器件(26)，該至少一個(gè)基部電子器件(24)電氣連接到互聯(lián)電纜(18)并提供互聯(lián)結(jié)構(gòu)(28)的圖案，再分布中間層(22)在一個(gè)側(cè)面(40)上電氣連接到基部器件(24)，且在相對的側(cè)面(38)上電氣連接到換能器陣列(12)，該至少一個(gè)輔助電子器件(26)由該基部器件(24)支撐?？裳刂撛俜植贾虚g層(22)布置這些輔助電子器件(26)，即在基部器件(24)的共用側(cè)面上，由于該再分布中間層(22)以至少一個(gè)維度逐漸變細(xì)，所以該再分布中間層(22)在連接到該基部器件(24)的側(cè)面(40)上的節(jié)距小于連接到換能器陣列(12)側(cè)面(38)上的節(jié)距。
文檔編號B06B1/06GK101193711SQ200680020380
公開日2008年6月4日 申請日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者R·戴維森, S·施米特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司