CN101102853B - 用于(多个)微束形成器的重分布互连和医学超声系统 - Google Patents
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Abstract
一种超声换能器，包括一个或多个微束形成器集成电路芯片、声学元件阵列以及该一个或多个集成电路芯片和声学元件阵列之间经由导电元件耦合的重分布互连。该一个或多个微束形成器集成电路芯片每一个都包括彼此隔开第一节距设置的多个接合焊盘。该阵列的声学元件彼此隔开第二节距设置，该第二节距设置不同于第一节距设置。此外，重分布互连经由导电元件在重分布互连的第一侧耦合到一个或多个微束形成器集成电路芯片。重分布互连经由导电元件在第二侧耦合到换能器元件阵列。该重分布互连在具有第一节距设置的一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘和具有第二节距设置的阵列的声学元件的相应那些之间提供互连。
Description
技术领域
本公开内容基本上涉及医学超声系统，并且尤其涉及(多个)倒装芯片微束形成器和医学超声系统的重分布(redistribution)互连。
背景技术
在医学超声中，换能器阵列通常用于在超声诊断成像期间发射和接收超声或声波。直到前不久，大多数换能器阵列还包括一维(1D)换能器元件阵列，用于询问基本上为二维的感兴趣区域。一维阵列通常包括高达数百个元件，沿着阵列的水平轴线性布置。施加到这些元件和从这些元件接收的电信号的时间选择和幅度控制了水平方向上的聚焦和调整，而在正交的垂直方向上的聚焦由阵列的垂直高度和机械透镜的特性控制。
最近，换能器阵列得到发展，通过在垂直方向上的控制改进，提供了改善的图像质量和/或新的成像模式。通过在水平方向(azimuth)上的每个位置处在垂直方向上细分阵列元件而获得所述改进的控制。例如，通过使用扩大垂直孔、垂直聚焦和像差校正，可以获得二维感兴趣区域的改进图像质量；提供这些能力的阵列通常分别称作1.25D、1.5D和1.75D。一般而言，这些阵列中的元件在垂直方向上比在水平方向上大数倍。
体积成像，即基本上为三维的感兴趣区域的询问，通过使用2D阵列而获得，其中每个元件的垂直高度约等于或甚至小于其水平宽度。虽然在这些更新类型的换能器阵列的每个之间存在显著差别，由于它们物理上包括换能器元件的二维阵列而不是换能器元件的一维阵列，它们都区别于常规阵列。此外如在此所述，术语“二维”和“2D”用于表示元件的物理布置，并不在任何方面暗示控制这些元件使其发射声束进入感兴趣区域和从感兴趣区域接收声信号的方式。
现有技术的二维阵列通常包括具有数千换能器元件的平面阵列。在一种类型的二维超声换能器设计中，使用导电突块通过“倒装芯片”技术，将阵列的所有换能器元件附着并单独电连接到集成电路(IC)的表面。该“微束形成器”IC提供了对元件的电控制，诸如，用于束形成、信号放大等，并且提供了将数千阵列元件接口到最多具有数百个信号处理通道的超声系统的手段。此处使用的术语“倒装芯片”用于描述使用诸如焊球的小导电突块的电互连。
图1中示出了超声换能器的已知设计的一个范例。超声换能器10包括声学元件12的平面阵列，这些声学元件经由倒装芯片导电突块16耦合到集成电路14的表面。倒装芯片底层填料(underfill)材料18包括在集成电路14和声学元件12的平面阵列之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块16。换能器10还包括换能器底座20和互连电缆22。互连电缆22用于在集成电路14和外部电缆(未示出)之间进行互连。使用本领域中已知技术，诸如经由通过引线接合的导线24，将集成电路14电耦合到互连电缆22。
图2是本领域中已知的图1中超声换能器10的一部分的示意性横截面视图。微束形成器IC14上的接合焊盘的节距与换能器阵列12的元件的节距相同。这里，如上所述，超声换能器10包括声学元件12的平面阵列，这些声学元件经由倒装芯片突块16耦合到集成电路14的表面。倒装芯片底层填料材料18包括在集成电路14和声学元件12的平面阵列之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块16。
用于微束形成器的倒装芯片结构提供了大量优于其它互连方法的优点。不幸的是，仅有倒装芯片结构可能不适于所有微束形成器应用。例如，存在诸如高频超声换能器阵列之类的应用，其中可能不能在单个换能器元件的空间印迹(footprint)中为换能器阵列元件安装所有必须的微束形成器电子装置。
另外，弯曲阵列对倒装芯片结构提出了巨大的挑战。例如，弯曲阵列不提供用于倒装芯片接合的平坦表面。因此，将倒装芯片结构用于弯曲阵列面临巨大的挑战。
此外，倒装芯片结构要求换能器阵列和微束形成器IC是节距匹配的。因此，每个换能器阵列必须具有特有的微束形成器IC。因此，对特有微束形成器IC的要求不希望地限制了再使用的机会，增加了开发成本并且增加了进入市场的时间。
更进一步，芯片平铺(tiling)是用于支持大于微束形成器IC的最大尺寸的换能器阵列的一种方法。芯片平铺可以允许使用较小的IC芯片，伴随的效果是增加了IC制造的产出率和较低的成本。然而，当频率增加时，对准精度和容差要求变得更为严格。
因此，需要一种改进的方法和装置，用于具有倒装芯片结构的微束形成器IC，以克服本领域中的问题。
发明内容
本公开内容的实施例，通过提供一种手段，将微束形成器集成电路芯片受到的空间限制与换能器阵列受到的空间限制分离，解决了上面所提到的问题。根据本公开内容的一个实施例，超声换能器包括一个或多个微束形成器集成电路芯片、声学元件阵列以及在该一个或多个集成电路芯片和声学元件阵列之间经由倒装芯片突块耦合的重分布互连。该一个或多个微束形成器集成电路芯片每一个都包括多个接合焊盘，相邻焊盘以第一节距设置隔开。该阵列的声学元件中相邻的元件以第二节距设置隔开，该第二节距设置不同于第一节距设置。另外，重分布互连经由倒装芯片突块在第一侧连接到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片。该重分布互连经由倒装芯片突块在第二侧耦合到换能器元件阵列。该重分布互连在该一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘(具有第一节距设置)与所述阵列的声学元件的相应那些(具有第二节距设置)之间提供互连。
根据本公开内容的另一实施例，超声换能器包括一个或多个微束形成器集成电路芯片、声学元件的弯曲阵列以及该第一个或多个集成电路芯片和声学元件阵列之间的经由倒装芯片突块耦合的重分布互连。在该实施例中，重分布互连提供了从换能器阵列的弯曲表面和所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的平坦表面的几何重映射(remapping)。
附图说明
图1是本领域中已知的超声换能器的平面视图，包括使用微束形成器IC和声学元件之间的倒装芯片互连而制造的2D阵列；
图2是本领域中已知的超声换能器一部分的示意性横截面视图；
图3是根据本公开内容的一个实施例的超声换能器的平面图，特征在于重分布互连；
图4是根据本公开内容的一个实施例，图3的重分布互连在水平方向上的分解平面图；
图5是根据本公开内容的一个实施例，图3的重分布互连在垂直方向上的平面图；
图6是根据本公开内容的另一实施例，图3的重分布互连在垂直方向上的平面图；
图7示出了根据本公开内容的又一实施例的重分布互连的一部分的示意性平面图，其中微束形成器节距大于换能器阵列节距；
图8是根据本公开内容的一个实施例，图7的重分布互连在垂直方向上的示意性平面图；
图9是根据本公开内容的另一实施例，图7的重分布互连在垂直方向上的示意性平面图；
图10是根据本公开内容的另一实施例的超声换能器的平面图，特征在于用于两个或更多个微束形成器的重分布互连；
图11-13示出了根据本公开内容的更多实施例，用于两个或更多个微束形成器的重分布互连的一部分的示意性平面图；
图14是根据本公开内容的另一实施例的重分布互连的平面图；
图15是根据本公开内容的又一实施例的弯曲线性阵列超声换能器的平面图，特征在于重分布互连；
图16是根据本公开内容的又一实施例，用于弯曲线性阵列超声换能器的重分布互连的一部分的示意性平面图；
图17是根据本公开内容的另一实施例，图16的重分布互连的顶视图；
图18是根据本公开内容的又一实施例的弯曲线性阵列超声换能器的平面图，特征在于用于两个或更多个微束形成器的重分布互连；以及
图19是根据本发明的一个实施例，具有超声换能器的超声诊断成像系统的结构图。
附图中，相同的参考数字指代相同的元件。另外，应当注意到，附图未按比例描绘。
具体实施方式
根据一个实施例，将专用互连重分布级引入到具有微束形成器IC的超声换能器阵列的声学堆栈中。互连重分布级包括重分布连接，它与在互连重分布块的一个表面处的换能器阵列在水平和垂直两个方向都是节距匹配的，且与在互连重分布块的第二表面处的微束形成器IC是节距匹配的，其中换能器阵列的换能器元件在水平和垂直方向的节距，不同于微束形成器IC的相应电接触点或接合焊盘在水平和垂直方向的节距。换句话说，通过图形化互连块的互连层中的互连迹线和/或对准在互连块的顶部和底部具有不同节距的互连层的金属线，该互连重分布级在重分布互连块的顶部和底部(或者，备选地，侧面)提供不同的互连节距。此外，在相同的表面上垂直和水平节距可以不同，其中，为简单起见，垂直节距和水平节距一同称为特定表面上的节距设置。
在一个实施例中，互连重分布块包括多层重分布互连块。使用多层平面互连构建该块，其中所述多个层在该多个层的各层之间没有互连。每层包括平面内图形，该平面内图形提供了换能器阵列和微束形成器(或多个微束形成器)的特定组合的给定节距重分布。另外，例如使用常规印刷电路板(PCB)和/或柔性电路板制造技术，可以制造该平面互连的每层。
图3是根据本公开内容的一个实施方式，特征在于重分布互连(或互连块)32的超声换能器30的平面图。互连块32能够实现声学元件34的阵列的连接，该阵列的阵列印迹不同于微束形成器IC38的倒装芯片连接36的印迹。在一个实施例，例如，通过层叠大量印刷电路板或者使用另一相似处理，如在此进一步讨论的，产生图3的互连块32。通过创建三维导线框(例如，使用立体光刻(stereolithography))，并且使用合适的绝缘材料(例如环氧树脂)填充导线之间的空间，可以以基本上三维的方式形成互连块32。
在一个实施例中，超声换能器30包括声学元件34的平面阵列，所述声学元件34经由互连块32和倒装芯片导电突块耦合到微束形成器集成电路38的表面。具体而言，例如，如图3中的圆形视图中所示的，声学元件34的平面阵列的换能器元件经由倒装芯片导电突块而耦合到互连块32的第一表面。在图3的圆形视图中，换能器元件35经由倒装芯片突块37耦合到互连块32的导电迹线52，还包括芯片倒装底层填料材料39。另外，微束形成器IC38的接合焊盘经由倒装芯片导电突块36耦合到互连块32的第二表面。倒装芯片底层填料材料40可以包括在集成电路38和互连块32的底面之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块36。换能器30还包括换能器底座42和互连电缆44。互连电缆44用于在集成电路38和外部电缆(未示出)之间进行互连。使用本领域中已知的技术，诸如经由引线结合的导线46，将集成电路38电耦合到互连电缆44。
图4是根据本公开内容的一个实施例，图3的重分布互连32的分解平面图32-1。具体而言，重分布互连32-1包括多层层叠互连块。该层叠互连块包括多个互连层50。每层互连层50包括互连迹线52，迹线52被图形化成提供第一表面54处的微束形成器集成电路芯片38的接合焊盘和第二表面56处的声学元件34阵列的声学元件的相应那些之间的电信号重分布。互连层50还包括给定厚度尺寸，并且在接近第一和第二表面(54，56)的区域中分隔开(这可能是合适的)，以提供各个表面处相邻互连层50之间的互连迹线52的合适间隔。另外，互连层50可以包括柔性印刷电路板、刚性印刷电路板或柔性和刚性印刷电路板的组合，或者具有图形化的互连迹线的其它平面结构。
例如通过可能是合适的任何适合的隔离材料(未示出)，可以实现相邻互连层之间的互连层间隔，其中隔离材料放置成至少靠近第一和第二表面(54，56)，从而在各个表面处在垂直方向上提供相邻互连层之间的互连迹线52的合适间隔。例如，隔离材料可以包括具有适当厚度的粘合剂或其它合适材料。第一表面54处在垂直方向上相邻的互连层之间的适当间隔确保第一表面处的互连迹线正确地对准微束形成器IC38的接合焊盘中相应的那些。此外，第二表面56处在垂直方向上相邻互连层之间的适当间隔确保第二表面处的互连迹线正确地对准换能器阵列34的换能器元件中相应的那些。
在图4所示的实施例中，重分布互连32-1包括多层层叠互连块。注意，每层独立互连层50上的互连迹线52仅可以提供垂直或水平方向之一上的重分布。如在此上面讨论的，还可能必须提供互连层之间的另一方向上的互连重分布。因此，重分布互连的间隔开的层叠多层平面层提供了平面外(out of plane)重分布。除了使用如上讨论的隔离材料之外，层叠多层块可以包括在重分布互连的顶部和底部上分别具有第一和第二间隔的板，以在相邻平面互连层之间提供必须的间隔，还在顶部和底部背垫板(backing plate)之间具有缝隙，以允许平面外重分布。
图5示出了用于在互联层之间的方向上实现互连重分布的技术。如图所示，图5是根据本公开内容一个实施例，在垂直方向上的图3的重分布互连32的平面视图32-2。互连层50插入框架60中，该框架60在框架60的一端64在相邻互连之间使用第一节距隔开互连层50，在框架60的另一端66在相邻互连之间使用第二节距隔开互连层50。然后，将环氧树脂或其它合适的材料分配(dispense)到框架中并且进行固化。在对已分配的材料进行固化之后，通过机械加工或其他合适的处理去除框架60以制造图3的重分布互连块32。
备选地，参考图5的实施例，可以使用多层中的非导电材料中铸造的金属部件而形成重分布互连32-2。然后，层叠该多个层以形成重分布互连。例如，金属部件可以包括每层都具有多个金属引线的引线框架。
图6是根据本公开内容的又一实施例，重分布互连32-3的一部分在垂直方向上的平面视图。在该实施例中，通过层叠柔性互连层形成重分布互连块。每层互连层50上的互连迹线(未示出)仅在垂直或水平方向之一上提供重分布。在该实施例中，在另一方向上的重分布通过在互连块的两端使用不同隔离物(70、72)层叠互连层50来提供。互连块32-3第一端74处的隔离物70设置节距以与微束形成器IC的接合焊盘的节距相匹配，同时互连块32-3第二端76处的隔离物72设置节距以与2D换能器阵列(未示出)的换能器元件的节距相匹配。
在迄今提出的实施例中，阵列元件的节距描述为大于微束形成器IC电路的节距，阵列元件通过重分布互连而连接到所述电路。如上所述，还存在微束形成器IC的节距大于阵列元件节距的情况；例如，高频阵列具有小元件，而支持所需电路功能所需的微束形成器IC电子装置可以大于阵列元件。
图4-6中所示的重分布互连实施例也可以在阵列节距小于微束形成器IC节距时使用。图7-9示出了根据本公开内容的其他实施例，用于微束形成器IC的重分布互连的一部分的示意性平面图。图7示出了重分布互连32-4的一部分的平面图，其中微束形成器节距大于换能器阵列节距。具体而言，重分布互连32-4包括具有多层互连层50(为简单起见仅示出一层)的多层层叠互连块。每层互连层50包括互连迹线52，互连迹线52被图形化成在第一表面54处的微束形成器集成电路芯片的接合焊盘和第二表面56处声学元件阵列的声学元件的相应那些之间提供电信号重分布。如图7中所示，接近第一表面54(相应于微束形成器IC138)的互连迹线52的节距大于接近第二表面56(相应于换能器阵列134)的互连迹线52的节距。
这里，与上面参考图5所讨论的相似，图8示出了用于在互连层之间的方向上实现互连重分布的技术。如图所示，图8是根据本公开内容的一个实施例，图7的重分布互连32-4在垂直方向上(垂直于水平方向)的平面图32-5。将互连层50插入框架60中，该框架60在框架60一端64处在相邻互连之间使用第一节距隔开互连层50，在框架60另一端66处在相邻互连之间使用第二节距隔开互连层50。然后，将环氧树脂或其它合适的材料分配到框架中并且进行固化。在对已分配的材料进行适当固化之后，通过机械加工或其他合适的处理去除框架60。如图8中所示，接近第一表面54(相应于微束形成器IC138)的互连层50(因此，相邻互连层之间的互连迹线)的节距，大于接近第二表面56(相应于换能器阵列134)的互连层50(因此，相邻互连层之间的互连迹线)的节距。
这里，与上面参考图6所讨论的相似，图9是根据本公开内容的又一实施例，重分布互连32-6的一部分在垂直方向(垂直于水平方向)的平面图。在该实施例中，通过层叠柔性互连层而形成重分布互连块。每层互连层50上的互连迹线(未示出)仅在垂直或水平方向之一上提供重分布。在该实施例中，在另一方向上的重分布通过在互连块的两端使用不同隔离物(70、72)层压互连层50而提供。互连块32-6第一端54处的隔离物70设置节距以与微束形成器IC的接合焊盘的节距相匹配，同时互连块32-6第二端56处的隔离物72设置节距以与2D换能器阵列134的换能器元件的节距相匹配。如图9中所示，接近第一表面54(相应于微束形成器IC138)的互连层50(因此，相邻互连层之间的互连迹线)的节距，大于接近第二表面56(相应于换能器阵列134)的互连层50(因此，相邻互连层之间的互连迹线)的节距。
图10是根据本公开内容的又一实施例的超声换能器80的平面图，所述超声换能器80特征在于用于将换能器阵列84耦合到两个或多个微束形成器IC(86、88)的重分布互连82。在该实施例中，单个换能器阵列84和多个微束形成器IC(86、88)连接到重分布互连(或互连块)82。该重分布互连82可以包括类似于在此参考图4-6所述的实施例的充分布互连，其中对重分布互连82配置成，在第一侧为多个微束形成器IC(86、88)的接合焊盘提供所需的节距匹配，同时在第二侧为2D换能器阵列84的换能器元件提供所需的节距匹配。因此，该实施例能够制造很大元件数的换能器。此外，可以使用多于两个微束形成器IC。
图11-13分别示出了根据本发明其它实施例的用于两个或更多微束形成器IC(86、88)的重分布互连82-1、82-2和82-3的一部分的示意性平面图。图11的实施例类似于图4的实施例，包括多层印刷电路板叠层，并具有下列差别。在该实施例中，换能器阵列元件的节距小于所述两个或更多个平铺的微束形成器IC(86、88)的接合焊盘的节距。
图12的实施例类似于图5的实施例，包括在非导电材料中铸造的金属部件的层叠层，并具有下列差别。在该实施例中，换能器阵列元件的节距小于所述两个或更多个微束形成器IC(86、88)的接合焊盘的节距。
图13的实施例类似于图6的实施例，具有层叠互连层50和隔离物(70、72)，并且具有下列差别。在该实施例中，换能器阵列元件的节距小于所述两个或多个微束形成器IC(86、88)的接合焊盘的节距。
在互连块中使用柔性电路还为两个互连表面彼此不平行的情况形成重分布互连提供机会。在图14中示出了这种重分布互连90，其中每层互连层50在第一表面92和第二表面94之间经历例如直角弯曲，如标记96所指示。在该实施例中，第一表面包括方向垂直于第二表面94的两个表面92-1和92-2。这种方法在如下的应用中是有优势的，其中，IC所需要的表面积大于甚至使用重分布互连时换能器阵列后面可以提供的表面积。
图15是根据本公开内容的又一实施例，特征在于重分布互连102的弯曲线性阵列超声换能器100的平面图。该实施例类似于在此参考图3-6讨论和描述的实施例，然而，应用到弯曲二维换能器阵列104。在该实施例中，换能器阵列104的元件形成弯曲表面，同时，微束形成器IC38的表面是平坦表面。重分布互连102提供了将弯曲换能器阵列104连接到平面微束形成器IC38所需的物理重映射(remap)。因此，图15的实施例允许弯曲换能器阵列设计。用于建立重分布互连102的技术可以从图4-9中所述的实施例中获得，具有为换能器阵列104提供弯曲表面的附加特征。
图16包括根据本公开内容的另一实施例，用于弯曲线性阵列超声换能器100-1的重分布互连102-1的一部分的示意性平面图。重分布互连102-1包括类似于在此上面参考图3-6描述和讨论的用于信号重分布的实施例的重分布互连。具体而言，重分布互连102-1为弯曲换能器阵列104的每个元件35提供了单独的垂直布置的导电迹线52，如图16中所示。弯曲换能器阵列104的换能器元件35耦合到互连块102-1的相应导电迹线52。另外，微束形成器IC38的接合焊盘经由倒装芯片导电突块36耦合到重分布互连102-1的另一表面。倒装芯片底层填料材料40可以包括在集成电路38和重分布互连块102-1的底面之间的区域中，围绕倒装芯片导电突块36。
对弯曲阵列而言，制作2D弯曲阵列时的主要挑战在于在换能器阵列104的各个元件35与重分布互连102-1中各个导线52之间提供互连。换能器阵列104必须足够柔软以符合重分布互连102-1的弯曲表面。在一个实施例中，用于实现此目的的一种方法是使用复合材料形成换能器阵列104。复合材料使用在本领域中已知的技术形成，并且足够柔软，使得换能器阵列104可以符合重分布互连102-1的相应弯曲表面。一旦换能器阵列104符合并接合到重分布互连102-1的弯曲表面，将阵列切成各个元件35。
构建弯曲一维阵列的一般方法是在一种材料构成的衬底或“载体”上构建平面阵列，当所述材料足够薄时，它也足够柔软，从而可以符合所需的曲率半径。由于制造容差，将阵列分成各个元件的划片切口通常也进入载体，但是必须保留一定的载体厚度，以在阵列元件永久地接合成弯曲形式之前的后续处理过程中为阵列元件提供机械支撑。因此，如果载体导电并且均匀，到各个元件的电学连接不能通过载体产生，并且因此载体必须是阵列的所有元件的共用电极。
仍然参考图16，根据本公开内容的又一实施例的弯曲阵列超声换能器提供了具有非均匀电导性的载体。载体从其顶面穿过其厚度到达其背面提供分离的互连。例如，载体可以包括具有分离的通孔37的柔性电路39，分离的通孔37为每个表面上的每个元件35连接互连焊盘(图16-1)。载体衬底足够厚，以在使阵列符合所需曲率半径(图16-2)以及将其接合到重分布互连(图16-3)所需的处理过程中，为阵列提供机械支撑。
在一些情况下，载体的存在提供了在载体部件中包括一些附加功能的机会。例如，二维阵列可以以关于垂直尺度的中心对称的方式操作；即，在每个特定水平位置，其中成对的、与垂直方向的中心距离相等的两个元件电学地连接在一起。这里，这种形式称为“成行配对(row pairing)”，通常用于扩张孔(1.25D)和垂直聚焦(1.5D)应用中。在载体中包括成行配对的互连，使必须通过重分布互连导出换能器的电学信号的数目减少一半。图17是根据本公开内容的一个实施例的包括成行配对的互连的载体的示意性图示。在图17中，载体101包括柔性电路，该电路至少具有两层互连层103(仅示出一层)以及在该至少两层互连层之间提供连接的通孔105。顶层互连层包括用于连接到换能器阵列(未示出)的表面焊盘106。(多个)下层互连层具有用于连接到重分布互连的焊盘，以及成行配对的元件连接107。通过在除了顶层的互连层上保持成行配对的元件连接，分离各个阵列元件的划片切口108可以稍稍向下伸入载体材料，而切断成行配对的元件连接。在包括结合到重分布互连的后续处理期间，互连层的剩余载体材料为换能器阵列提供机械支撑。
应当注意到，虽然柔性载体是弯曲二维阵列的该实施例的必要部件，但是具有成行配对的元件连接的载体也可有利地用于平面阵列，以减少必须通过重分布互连从阵列出来的电学连接的数量。然而在该情况下，载体的柔性是附带的，载体可以由非柔性材料制成。
还应当注意到，尤其对于高频阵列，元件的水平节距可能过小而不允许成行配对的元件连接包括在载体中。在这种情况下，成行配对的元件连接可以形成在与阵列对立的重分布互连的表面上，在这里互连的节距可以较大，并且重分布互连焊盘的位置不需要与阵列元件的位置相同。
图18是根据本公开内容的又一实施例的弯曲线性阵列超声换能器110，特征在于用于将换能器阵列114耦合到两个或多个微束形成器IC(116、118)的重分布互连112。在该实施例中，单个弯曲换能器阵列114和多个微束形成器IC(116、118)连接到重分布互连(或互连块)112。该重分布互连可以包括类似于在此参考图15和16所述实施例的重分布互连，进一步应用到两个或多个平铺的微束形成器IC(116、118)。例如，对重分布互连112进行配置，用于在第一侧为多个微束形成器IC(116、118)的接合焊盘提供所需的节距匹配，同时为相对侧的弯曲2D换能器阵列114的换能器元件提供所需的节距匹配。因此，该实施例允许制作很大元件数的弯曲换能器。此外，可以使用两个以上的微束形成器IC。用于构建重分布互连112的技术可以从图11-13中所示的实施例中获得，具有为换能器阵列114提供弯曲表面的附加特征。
图19是根据本公开内容的具有超声换能器的超声诊断成像系统150的结构图。超声诊断成像系统150包括基底单元152，适于与超声换能器探头154一同使用。超声换能器探头154包括超声换能器156，其中超声换能器156包括如在此参考图3-18所讨论的实施例之一。基底单元152包括合适的电子装置，用于根据特定超声诊断应用的要求执行超声诊断成像。超声换能器探头154，经由合适的连接158，耦合到基底单元152，所述合适的连接例如是电缆、无线连接或其他合适的装置。超声诊断成像系统150可以用于执行各种类型的医学诊断超声成像。此外，超声换能器应用可以包括心脏应用、腹部应用、经食道(TEE)应用，或者其他诊断或治疗超声应用。
还应当注意到，包括重分布互连的材料可以设计成超声换能器的声学设计的一部分。例如，重分布互连可以设计成具有特定衰减、声速、声阻抗等，这对换能器阵列的声学性能具有有利的贡献。
根据本公开内容的实施例，提供了倒装芯片结构的很多优点，同时通过将专用互连重分布块(或重分布互连)引入声学堆栈而解决一些其限制。如在此所用，一些实施例中与声学元件阵列的连接描述成倒装芯片连接，然而，连接机制也可以包括不同于倒装芯片连接的机制。即，术语“倒装芯片”也可以指使用导电突块之外的结构的电学互连。本实施例还允许二维(2D)阵列可能应用于这样的微束形成器IC，所述微束形成器IC具有允许或者适于包括重分布互连块的额外尺寸和重量的形状因数。此外，声学元件的阵列可以具有不同于所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的印迹的形状。
本实施例有利地提供了平面二维阵列几何形状到到不同的平面集成电路(IC)ASIC几何形状的映射。该实施例还用于将弯曲二维阵列几何形状映射到不同的平面集成电路(IC)几何形状，在另一实施例中，该ASIC基本上位于声学换能器的“阴影”中，而不是横向布置。
虽然上面仅详细描述了少数典型实施例，本领域技术人员将易于意识到，实质上不脱离本公开内容的实施例的新教导和优点，可以在典型实施例中进行许多修改。因此，所有这种修改都将包括在如下权利要求书中所定义的本公开内容的实施例的范围中。在权利要求书中，装置-加-功能从句意为覆盖了在此所描述的执行所述功能的结构，并且不仅覆盖结构的等效，而且还覆盖等效结构。
Claims (23)
1.一种超声换能器，包括：
一个或多个微束形成器集成电路芯片，该一个或多个微束形成器集成电路芯片每一个都包括多个接合焊盘，相邻的接合焊盘在水平和垂直方向上分开第一节距设置；
声学元件阵列，该声学元件阵列包括声学元件的二维阵列，并且其中相邻的声学元件在水平和垂直方向上分开第二节距设置，该第二节距设置不同于第一节距设置；以及
重分布互连，在该重分布互连的第一侧经由导电元件电学地耦合到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片，并且在第二侧经由导电元件电学地耦合到换能器元件阵列，该重分布互连在具有第一节距设置的所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘和具有第二节距设置的所述阵列的声学元件中相应的声学元件之间提供互连，
其中所述声学元件阵列包括声学元件的弯曲阵列，并且所述重分布互连提供了从所述声学元件的弯曲阵列的弯曲表面到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的平坦表面的几何重映射。
2.根据权利要求1的超声换能器，其中对所述重分布互连进行配置，使得能够实现所述声学元件阵列与所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的电学耦合，该声学元件阵列具有不同于该一个或多个微束形成器集成电路芯片的印迹的形状。
3.根据权利要求1的超声换能器，其中所述重分布互连包括多层层叠互连块。
4.根据权利要求3的超声换能器，其中所述层叠互连块包括多个互连层，并且每层互连层包括互连迹线，所述互连迹线被图形化以在所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和所述声学元件阵列的相应部分之间提供电信号重分布。
5.根据权利要求4的超声换能器，其中互连层还包括柔性或刚性印刷电路板。
6.根据权利要求1的超声换能器，其中重分布互连包括块，所述块包括多层平面互连，其中所述多个层在该多个层的各个层之间没有互连。
7.根据权利要求6的超声换能器，其中每层包括平面内图形化的导体，该平面内图形化的导体提供换能器阵列元件和所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的特定组合的给定信号重分布。
8.根据权利要求1的超声换能器，其中重分布互连包括在非导电材料中铸造的多个导体。
9.根据权利要求8的超声换能器，其中所述多个导体中的每一个提供所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和声学元件阵列的相应部分之间的电信号重分布。
10.根据权利要求1的超声换能器，其中所述重分布互连包括平面外重分布块，其包括环氧树脂填充的引线框架、印刷电路板或柔性电路板互连层。
11.根据权利要求1的超声换能器，其中所述一个或多个微束形成器集成电路芯片包括两个集成电路芯片。
12.一种超声换能器，包括：
一个或多个微束形成器集成电路芯片，该一个或多个微束形成器集成电路芯片每一个都包括多个接合焊盘，相邻的接合焊盘在水平和垂直方向上分开第一节距设置；
声学元件阵列，该声学元件阵列包括声学元件的二维阵列，并且其中相邻的声学元件在水平和垂直方向上分开第二节距设置，该第二节距设置不同于第一节距设置，进一步，其中该声学元件阵列包括声学元件的弯曲阵列；以及
重分布互连，在该重分布互连的第一侧经由导电元件耦合到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片，并且在第二侧经由导电元件耦合到换能器元件阵列，该重分布互连在具有第一节距设置的所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘和具有第二节距设置的所述阵列的声学元件中相应的声学元件之间提供互连，其中该重分布互连配置成能够实现所述声学元件阵列与所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的电学耦合，该声学元件阵列具有不同于所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的印迹的形状，
其中所述重分布互连提供了从所述声学元件的弯曲阵列的弯曲表面到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的平坦表面的几何重映射。
13.根据权利要求12的超声换能器，其中所述重分布互连包括多层层叠互连块或者非导电材料中铸造的多个导体。
14.根据权利要求13的超声换能器，其中所述层叠互连块包括多个印刷电路板，并且每个印刷电路板提供所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和所述声学元件阵列的相应部分之间的电信号重分布。
15.根据权利要求13的超声换能器，其中所述多个导体中的每一个提供所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和所述声学元件阵列的相应部分之间的电信号重分布。
16.根据权利要求13的超声换能器，其中所述重分布互连包括重分布块，其包括环氧树脂填充的引线框架、印刷电路板或柔性电路板互连层。
17.一种制造超声换能器的方法，包括：
提供一个或多个微束形成器集成电路芯片，该一个或多个微束形成器集成电路芯片每一个都包括多个接合焊盘，相邻的接合焊盘在水平和垂直方向上分开第一节距设置；
提供声学元件阵列，该声学元件阵列包括选自声学元件的二维阵列构成的组中的一种，并且其中相邻的声学元件在水平和垂直方向上分开第二节距设置，该第二节距设置不同于第一节距设置；以及
使用重分布互连的第一侧上的倒装芯片附连将所述声学元件阵列耦合到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片，所述重分布互连经由导电元件耦合到该一个或多个微束形成器集成电路芯片，并且在与第一侧相对的该重分布互连的第二侧，所述重分布互连经由导电元件耦合到换能器元件阵列，该重分布互连在具有第一节距设置的所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘和具有第二节距设置的所述阵列的声学元件中相应的声学元件之间提供互连，
其中所述声学元件阵列包括声学元件的弯曲阵列，并且所述重分布互连提供了从所述声学元件的弯曲阵列的弯曲表面到所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的平坦表面的几何重映射。
18.根据权利要求17的方法，其中声学元件阵列具有不同于该一个或多个微束形成器集成电路芯片的印迹的形状。
19.根据权利要求17的方法，其中重分布互连包括多层层叠互连块，此外其中，层叠互连块包括多层互连层，并且每个互连层包括互连迹线，所述互连迹线图形化成在所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和声学元件阵列的相应部分之间提供电信号重分布，并且其中互连层包括柔性或刚性印刷电路板。
20.根据权利要求17的方法，其中提供重分布互连包括提供具有多层平面互连的块，其中所述多个层在该多个层的各个层之间没有互连，其中每层包括平面内图形化的导体，该平面内图形化的导体提供换能器阵列元件和所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的特定组合的给定信号重分布。
21.根据权利要求17的方法，其中提供所述重分布互连包括在非导电材料中铸造多个导体，其中该多个导体中的每一个在所述一个或多个微束形成器集成电路芯片的接合焊盘的一部分和声学元件阵列的相应部分之间提供电信号重分布。
22.根据权利要求17的方法，其中所述重分布互连包括重分布块，该重分布块包括环氧树脂填充的引线框架、印刷电路板或柔性电路板互连层。
23.根据权利要求17的方法，其中所述一个或多个微束形成器集成电路芯片包括两个集成电路芯片。
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