CN102265333B - 具有乱真声学模式抑制的集成电路及其制造方法 - Google Patents
具有乱真声学模式抑制的集成电路及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102265333B CN102265333B CN200980152096.0A CN200980152096A CN102265333B CN 102265333 B CN102265333 B CN 102265333B CN 200980152096 A CN200980152096 A CN 200980152096A CN 102265333 B CN102265333 B CN 102265333B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- groove
- integrated device
- device electronics
- transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 7
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 150
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000011842 Serrate-Jagged Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010036039 Serrate-Jagged Proteins Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005571 horizontal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000013040 rubber vulcanization Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
- B06B1/0677—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a high impedance backing
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
一种集成电路(IC)设备,包括具有相对的第一和第二主侧面和一个或多个边缘的衬底,所述一个或多个边缘界定所述衬底的外周边。衬底可以是半导体材料。该IC设备还可以包括位于所述衬底的所述第一主侧面上的一个或多个换能器;以及形成于所述衬底的所述第二主侧面和一个或多个边缘中的至少一个中的衰减图案。
Description
本系统总体上涉及具有声学模式抑制的集成电路,例如集成换能器电路,更具体而言,涉及在具有乱真模式抑制的集成电路(IC)上一体制造的声换能器,及其制造方法。
超声波换能器用于很多目的,例如成像、探测等。典型地,在用于医疗或其他类型成像的超声波换能器中,这些换能器的声学有源部件可以直接制造在集成电路(IC)上或经由薄互连层连接到IC,以便节省空间并降低成本和复杂性。可以将超声波换能器并入电容性微机械加工的超声波换能器(cMUT)和压电式微机械加工的超声波换能器(pMUT)阵列中,它们是直接制造于硅片上的(例如,参见美国专利No.6430109和No.6493288,在此通过引用将其并入本文)。
直接在IC或硅片上制造换能器的声学有源部件的缺点在于,硅片位于有源元件(例如声学堆)和可能为了衰减不需要的声振动而存在的任何损耗垫层之间。令人遗憾的是,由于硅(Si)衬底是声能的不良衰减器,所以没有适当的衰减,可能在IC中激发出乱真声学模式,并在经IC采集的图像中造成不希望有的人为噪声。
已知有多种方法用于衰减乱真声学模式。例如,Savord等人的题为“Acoustic Imaging Systems Adaptable for Use with Low Drive Voltages”且通过引用并入本文的美国专利No.6685647使用了一种声学去匹配层,该层位于压电换能器(PZT)和垫层之间。声学去匹配层优选呈现出比PZT的声阻抗更大的声阻抗。尽管这种阻抗差异基本防止了声能传播到垫层中,但总是有一些声能仍然能够传播到垫层中,激发出乱真声学模式。
由于诸如硅(Si)的垫层呈现出极低的声衰减特性,所以可以在Si垫层中将从例如初始发射脉冲泄露到Si垫层的声能存储100微秒或更长。在这段时间内,存储的能量可能缓慢泄露回到声学堆中,与所接收的信号(例如回波)发生干涉,导致图像中的人为噪声。这些人为噪声可能表现成为遍及各处的薄雾(generalized haze),或可能具有清晰的空间特征,例如图像中特定角度的线。参考图1更清楚地例示了这种情况,图1是具有人为噪声110的图像100,人为噪声110可归因于换能器结构之内Si垫层中的乱真声学模式。由于发射脉冲的幅度比接收的回波大得多,所以必须实现高水平的抑制以消除人为噪声。因此,需要一种系统和方法来抑制垫层之内的乱真声学模式。
抑制乱真声学模式是很重要的,因为垫层中存储的声能可能以多种载重板模式中的任何模式,例如兰姆波或表面波的形式,沿横向传播。如果这些模式的声速足够高,且垫层足够小,则在存储时间(例如100微秒或更长)期间可能很多次贯穿垫层。因此,需要一种衰减这种声能的系统和/或方法。
本系统、方法、设备和装置的一个目的是克服常规系统和方法的缺点。因此,本系统提供了一种装置和方法,用于干扰传播或通过其他方式诱发诸如硅(Si)的IC衬底材料的天然极低声衰减的过度损耗。衰减方法可以包括干扰声学模式的传播和/或阻尼掉诸如Si晶片的衬底边缘处的反射。
如这里使用的,术语乱真信号将指衬底中可能存在的不希望有的信号。乱真信号例如可以包括噪声信号、乱真声学模式、声能、声噪声、反射、诸如兰姆波或表面波的各种加载板模式中的任一种、体纵向、体切变、Lamb、Stonely、Love、Rayleigh、水平切变和/或结构支持的任何其他信号或导波模式,尤其是结构自身特有的。
根据一个例示性实施例,一种集成电路(IC)设备包括具有相对的第一和第二主侧面和一个或多个边缘的衬底,所述一个或多个边缘界定所述衬底的外周边。衬底可以是半导体材料。该IC设备还可以包括位于所述衬底的所述第一主侧面上的一个或多个换能器;以及形成于所述衬底的所述第二主侧面和一个或多个边缘中的至少一个中的衰减图案。
通过下文提供的具体实施方式,本装置、系统和方法的其他适用领域将变得显而易见。应当理解,详细说明和具体的例子尽管说明了本系统和方法的示范性实施例,但是其仅旨在实现说明的目的,而非旨在限制本发明的范围。
通过以下描述、所附权利要求和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面,以及设备、系统和方法的优点,在附图中:
图1是具有人为噪声的图像,人为噪声可归因于换能器结构之内IC或硅衬底中的乱真声学模式;
图2是包括根据本系统实施例的衬底的换能器的侧视图;
图3是包括根据本系统另一实施例的衬底的换能器的侧视图;
图4是根据本系统实施例的包括沟槽阵列的衬底的立体部分底视图;
图5是根据本系统实施例的复合衬底的侧视图;
图6是根据本系统实施例的有倒角的衬底的侧视图;
图7是根据本系统实施例的具有不平行侧面的衬底的顶视图;
图8是根据本系统实施例的换能器阵列的顶视图;以及
图9示出了根据本系统实施例形成换能器的过程。
特定示范性实施例的以下描述实质上仅仅是示范性的,绝不意在限制本发明、其应用或用途。在本系统和方法实施例的以下详细描述中,参考了形成其一部分的附图,其中以例示方式示出了可以实践所述系统和方法的具体实施例。对这些实施例给出了充分详细的说明,从而使本领域技术人员能够实践现在公开的系统和方法,并且要理解,可以利用其他实施例,且可以做出结构和逻辑改变而不脱离本系统的精神和范围。
因此不应从限制性意义上看待以下详细描述,本系统的范围仅由所附权利要求界定。在这里,附图中附图标记的前导数字通常对应于图号,用相同附图标记标识出现在多幅图中的相同部件除外。此外,为了清晰起见,在特定特征对于本领域技术人员而言显而易见时,将不再论述其详细说明,以免使本系统的描述模糊不清。
为了清晰起见,可以在一些例示中仅示出根据本系统的换能器和/或衬底的部分截面。
图2示出了包括根据本系统实施例的衬底的换能器200的侧视图。换能器200包括一个或多个换能器元件204、一个或多个沟槽206和衬底202。
可以配置多个换能器元件204以形成如图所示配置于衬底202上的换能器元件204的阵列。每个换能器元件204可以包括一个或多个压电元件,例如压电元件(PZT)214。可以包括匹配层,例如层210、212和216,以将声能从PZT 214高效率地耦合到主体。因此,如众所周知的,层210、212和216可以包括导电层,例如可以通过锯割对导电层进行图案化。此外,可以在PZT层214的两侧都提供两个电极层218、220,可以由衬底202等中包括的控制器对其进行驱动。
典型的换能器包括诸如电极和匹配层的各种元件,其中用于超声波换能器的匹配层结构设计是本领域公知的,例如在Ossmann的题为“Methodfor Designing Ultrasonic Transducers with Acoustically ActiveIntegrated Electronics”的美国专利No.7439656中以及Savord等人的题为“Acoustic Imaging Systems Adaptable for Use with Low DriveVoltages”的美国专利No.6685647中所述的那些,在此通过引用将其每篇全文并入。应当指出,在图2中,尽管在垂直方向上示出了换能器元件204,但一个或多个层或其部分可以以其他位置取向,例如水平地取向。
沟槽206可以位于每个换能器元件204的一个或多个侧面上。沟槽206可以彼此具有相同或不同的宽度和/或高度。此外,沟槽206可以扩展到衬底202中和/或由衬底202的一部分形成。
衬底202可以具有顶部205、底部203,可以在一个或多个边缘230之间延伸。衬底202可以由和安装于其上的换能器204兼容的一种或多种材料形成。例如,衬底202可以由半导体材料(例如硅(Si)、砷化镓等)、晶体材料(例如石英或蓝宝石等)、陶瓷(例如氧化铝、氮化硼、玻璃等)、金属(例如铝、黄铜、钢、铜、钨、钛)和/或包括柔性和刚性印刷电路的多种聚合物形成。换能器204可以形成于衬底202的顶部205上和/或附着于顶部205。此外,换能器204的部分可以位于衬底202的顶部205中的沟槽207中。
衬底202可以包括衰减图案,衰减图案包括一个或多个衰减器208,衰减器208可以具有任何适当的形状和/或尺寸以适当衰减乱真信号。例如,多个衰减器208可以包括凹槽(或沟槽)280,设定其形状和尺寸以形成分别具有交替的低区和高区222和224的斜面阵列,其中高区224与峰对应,低区均与谷对应。尽管相邻的峰和谷之间的高度差被图示为彼此相等,但相邻峰和谷的高度差也可以彼此不等。此外,相邻的峰和/或谷之间的距离可以相同或可以在衬底202的一个或多个区域中有所变化。例如,dp1可以相对于dp2和/或dp3变化。类似地,dv1可以相对于dv2和/或dv3变化。
衬底202的边缘230可以包括抑制部分232,以衰减声波。抑制部分232可以包括例如倒角234,沿着衬底202的一个或多个边缘230定位倒角234。不过,抑制部分232可以包括其他形状,例如圆形、粗糙区域、锥形、不平坦边缘和/或其组合。例如,衬底202的一个边缘230可以包括单个倒角边缘234,而相对边缘230可以包括两个倒角边缘234,如图2所示。倒角边缘234可以造成乱真信号的多次反射之间的干涉。由于倒角边缘234可以是比直角边缘效率更低的反射器,所以倒角边缘234可以衰减衬底202之内的声反射。因此,乱真信号中包括的声学模式可以比常规衬底中更迅速地消失。
衬底202还可以包括声阻尼材料240,其与晶片的一个或多个边缘相邻。阻尼材料240可以包括能够衰减可能包括声学模式的乱真信号的任何材料。例如,阻尼材料240可以包括有负载和/或无负载环氧树脂,或可固化弹性体,例如室温硫化橡胶(RTV)等。于是,在使用期间,在从边缘的每次反射上,阻尼材料240都可以吸收至少一些乱真信号能量,例如乱真声学模式,使得它们被迅速衰减,而不与使用期间接收的回波干涉。
于是,通过在衬底的边缘包括抑制区域和材料,可以充分地衰减本来可以基本不损失能量而在衬底边缘反射很多次的乱真信号,例如声波,使得它们不会干扰换能器200和/或其他衬底202上其他部件的运行。
阻尼材料240也可以在其边缘具有倒角。此外,还想到阻尼材料240可以填充衬底202低区222的部分并可以使至少一部分乱真信号衰减。
图3示出了包括根据本系统另一实施例的衬底的换能器300的侧视图。换能器300包括一个或多个换能器元件304、一个或多个沟槽306和衬底302。换能器元件304和沟槽306可以分别类似于图2所示的换能器元件204和沟槽206。因此,为了清晰起见,将不再给出这些元件的进一步描述。例如,衬底302的一个或多个边缘430可以包括一个或多个诸如倒角的衰减部分。也可以在边缘上提供类似于结合图2所描述的阻尼材料240的阻尼材料。
与图2相反,图3所示的类似于衬底202的衬底302可以包括界定台面324的一个或多个沟槽322。可以根据需要确定台面324的宽度WMi和/或高度HMi和/或沟槽322的宽度WTi(其中i表示个体台面或沟槽)和/或高度HTi的尺寸。于是,可以调节台面322的宽度WMi和/或高度HMi和/或台面322之间的距离,以便根据需要衰减例如一个或多个频率的乱真信号。同样地,可以调节沟槽322的宽度WTi和/或高度HTi,以便根据需要衰减例如一个或多个频率的乱真信号。
因此,通过改变相邻台面和/或沟槽的距离和/或高度,可以调谐台面和/或沟槽以衰减对应的频率。因此,可以利用根据本系统的衬底衰减包括某些不希望的声学模式的乱真信号。
图4示出了根据本系统实施例的包括沟槽阵列的带凹槽衬底400,例如硅(Si)衬底的立体部分底视图。带凹槽衬底400是换能器制造的中间阶段,其中在组装到换能器中之前对衬底400刻痕。衬底面向下放在支撑体410,例如切割带(dicing tape)上,衬底具有第一和第二组彼此相交,例如彼此垂直的凹槽420、430。例如,第一组凹槽420可以在一个或多个第一方向上延伸,使得相邻凹槽可能不彼此平行。
同样地,第二组凹槽430可以在另一方向或其他方向上延伸,使得第二凹槽430与一个或多个第一凹槽420相交。第一组凹槽420可以在衬底中界定一个或多个峰440和谷445,第二组凹槽430可以在衬底中界定一个或多个峰450和谷455。
在第一和第二组凹槽420、430彼此相交的那些部分中,峰和谷的阵列例如可以形成诸如金字塔形部分460的对象。尽管示出了金字塔形的对象460,但可以由相交凹槽的对应区域的横截面界定对应的形状。例如,尽管示出了具有“V”形截面的凹槽420、430,其他一个或多个凹槽和/或其部分可以包括其他类型的截面。例如,截面可以包括正方形、圆形和/或“U”形区域。还想到一个或多个凹槽420、430可以部分跨越衬底延伸。于是,可以将具有“U”形截面的凹槽视为沟槽。
衬底的一个或多个边缘可以包括一个或多个衰减部分,例如倒角470。也可以在边缘上提供类似于结合图2所示的阻尼材料240的阻尼材料470。还想到任何其他适当(随机或非随机)的图案和/或纹理(与凹槽420、430相对或除此之外)可以位于衬底中,以产生不相干的反射,导致乱真信号比在常规衬底中更快消失。
可以使用任何适当的方法,在衬底中,例如在衬底的低部和/或边缘中形成沟槽、凹槽、图案和/或纹理。例如,适当的方法包括化学和/或机械方法。例如,一种产生凹槽420、430的方法是在一个或多个不同方向上穿过衬底400的厚度锯掉部分,从而形成带纹理的阵列。使衬底400的下表面纹理化的另一种方法可以包括使用例如化学和/或等离子体蚀刻(随机地或非随机地)蚀刻到衬底400的下表面中。
形成于衬底400上(例如在其下表面上)的凹槽420、430或其他图案/纹理可以具有类似和/或不同形状,可以以规则和/或不规则/随机间隔重复。例如,如果希望仅衰减乱真信号的单个频率,则可以以衰减该特定频率的间隔重复凹槽420、430(或其他图案/纹理)。不过,如果希望衰减多个频率的乱真信号,那么可以形成凹槽420、430(或其他图案/纹理),以便形成无规则、随机或不对称图案,以衰减期望的频率。不过,还可以想到使凹槽彼此间隔恒定距离。不过,在这种情况下,应当特别注意,从而建立起适当的衰减特性,以便衰减本来因为间隔恒定而消失缓慢的不希望频率的共振。
不过,为了衰减宽的频谱,可能希望形成规则分布且可能不彼此平行的凹槽或其他纹理,使得它们的反射不相干且发生相消干涉,以衰减乱真信号。通过这种方式,可以实现乱真信号模式的加速衰减。在衬底下表面上形成纹理的其它方法可以包括通过线网喷砂、激光烧蚀或化学蚀刻。因此,可以形成衬底背侧上的衰减图案,在乱真信号通过衬底传播时,衰减图案可以干扰乱真信号的传播,从而使其衰减。
图5示出了根据本系统实施例的复合衬底的侧视图。换能器500(或其部分)可以包括复合衬底511,可以通过向衬底502粘合或以其他方式附着诸如Si晶片509等薄半导体晶片以形成复合衬底511。衬底502可以包括噪声衰减部分,噪声衰减部分包括用于衰减乱真信号的凹槽506。声学层504附着于衬底502上薄半导体晶片509所附着的一侧。根据凹槽506的尺寸和衬底502的厚度和尺寸,在制造期间,没有复合衬底511提供的支撑,可能难以处理衬底502。因此,在这些情况下,可能希望使用复合衬底511。此外,凹槽506填充有声阻尼材料,即,形成Si衬底502、阻尼材料(填充在凹槽506中)和Si晶片509的夹层结构。
图6示出了根据本系统实施例的有倒角衬底的图示。图6中所示的换能器600包括衬底602、(根据需要)互连层690和换能器元件606中的一个或多个。互连层690提供各种元件间的连接,例如控制器之间,例如专用集成电路(ASIC)芯片和换能器元件。例示地,互连层690包括环氧树脂,其具有嵌入的金属互连,以提供电连接和/或机械支持。换能器元件604具有高度和宽度并由具有高度和宽度的一个或多个沟槽606彼此分开。尽管示出了空的沟槽606,但沟槽606可以包括诸如控制管路、填料等元件。
在存在层690的实施例中,该层位于衬底602和超声波元件604之间,可以利用集成电路(IC)行业公知的倒装芯片互连工艺形成。例如,金属凸起可以附着于IC,利用导电环氧树脂将凸起附着于换能器材料。其次,将环氧树脂底填材料流入剩余空间中并加以固化。
如图6所示,衬底602具有顶部605、底部603和边缘630。衬底602可以由任何适当的材料形成,例如,可以包括任何适当的半导体材料(例如Si)。衬底602的一个或多个边缘630可以包括一个或多个衰减部分,例如倒角634,确定其形状和尺寸以衰减期望的乱真信号。衬底602的底部603可以包括衰减图案692,衰减图案可以延伸到或不延伸到一个或多个边缘630。
图7示出了根据本系统700实施例的具有不平行侧面的衬底的顶视图。衬底702具有顶部705、底部和界定外周边的一个或多个边缘730A-D。诸如超声波换能器阵列704等换能器阵列可以位于衬底702的顶部705上。边缘730A、730B、730C和/或730D可以包括适于衰减乱真信号的形状。例如,侧边730A和730C可以包括直线部分并且彼此不平行。因此,在不平行侧边(即,730A和730C)之间反射的波将比边缘平行的情况下更迅速地消失。此外,不平行边缘的变化可以包括弯曲的、锯齿形或其他类型的不平坦边缘。例如,上边缘730D可以具有弯曲形状,下边缘730B是粗糙的,例如可以具有锯齿形状。超声波换能器阵列704可以位于衬底702上,使得它可以与衬底702外周边的部分比与外周边的其他部分更加接近,例如与上边缘730D相比,更接近下边缘730B。此外,衬底704可以包括其底侧上的衰减图案。尽管图7中示出了具有四个边缘的衬底702,还想到衬底可以具有3个或更多侧面。此外,侧面可以具有相等长度,或者可以彼此不同。衬底704可以由任何适当的半导体材料形成。
还想到一个或多个衬底的边缘可以匹配到或对应于其他相邻衬底的边缘。例如,两个相邻衬底可以包括能够彼此啮合的锯齿形边缘。参考图8更清楚地例示了这种情况,其中示出了根据本系统实施例的换能器阵列的顶视图。换能器阵列800包括多个具有换能器元件804的衬底802-1到802-4。衬底802-1到802-4具有对应的边缘830,使得衬底可以彼此相邻。
应当确定衬底的形状和尺寸,使其厚度在一实施例中可以是没有凹槽处上下表面间的厚度。在这样没有凹槽的实施例中,选择衬底的厚度(和/或形状/尺寸),使其适于导致干涉,从而导致该模式的传播中的高损耗。尽管想到了其他厚度,用于衬底的适当厚度范围例如可以介于30和100微米之间。因此,声学模式可能泄露到IC后方的垫层型支撑结构中,其可能包括具有高声损耗的有损耗材料。为了实现这个目的,有损耗材料的声速应当低于被抑制的声学模式。
图9中示出了根据本系统实施例形成换能器的过程900。过程900可以包括以下步骤、动作或操作中的一个或多个。此外,如果希望,可以组合这些步骤中的一个或多个和/或将其分成子步骤。
在步骤A中,准备并清洁被示为侧视图并具有期望形状和尺寸的半导体衬底902,例如硅(Si)。衬底902包括集成电路,集成电路包含用以驱动换能器元件的电子器件。
在步骤B中,可以向衬底902的表面施加任选的掩模913。
在步骤C中,可以通过去除衬底902的部分来在衬底902中界定空隙(可以包括沟槽、凹槽或其他预定图案)922,可以使用任何适当方法,例如化学和/或机械蚀刻、机械加工或锯开来去除这些部分。空隙922界定可以位于空隙922之间的升高区域或台面924。
在步骤D中,可以从衬底902去除任选的掩模913。
在步骤E中,可以去除沿着衬底902的边缘930的区域,以便界定(适于衰减乱真信号的)形状,例如倒角934、锯齿图案等。可以通过机械加工和/或研磨工艺这样做。
在步骤D和E之间,可以向衬底施加一个或多个其他层,以便在层902和909之间根据需要最终形成其他层(结合步骤G描述)。可以通过常规的锯切、机械加工和/或研磨工艺形成各种层。替代地或此外,可以就地浇铸各层,以便填充空隙922,然后机械加工到任何期望的厚度。可能的材料应当具有高的声学衰减,例如,加载有固体和/或橡胶状颗粒的环氧树脂或浸渍了聚合物的多孔固体。通常,任何未现场浇铸的层将会利用换能器制造的公知方法被胶合到组件上。
在步骤F中,可以向衬底902施加或在衬底902上形成任选的半导体晶片909。半导体晶片909应当具有一定厚度,使其在处理期间向衬底902提供必要的刚度。
在步骤G中,向衬底902附着或在衬底902上形成换能器元件904的阵列,例如在Sudol的题为“Miniaturized Ultrasonic Transducer”的美国专利申请公开No.2006/0116584中所述,在此通过引用将其全文并入本文。这个步骤还可以包括形成过孔和/或控制电路以激活和/或接收来自换能器衬底902的信号。此外,这个步骤还可以包括在衬底902上形成声学层和/或其他电路。在一个实施例中,衬底902包括在这个过程900之前完全形成的集成电路。步骤G中的任何额外“电路”例如是IC和换能器元件之间的电互连。
在步骤H中,可以切割顶视图中所示的衬底902和/或附着的半导体晶片909以界定完成的芯片或集成电路(IC)900H的形状。
尽管已经参考换能器描述了本系统,但本发明也可以与其他类型的IC兼容,所述其他类型的IC可以包括芯片上系统(SOC)部件,例如电源、放大器、固态存储器等。
在研究本公开的基础上,本发明的一些其他优点和特征对于本领域技术人员而言可以是显而易见的,或者可以被采用本发明的新颖系统和方法的人体会到。当然,应当意识到,可以将以上实施例或过程中的任一个与一个或多个其他实施例和/或过程组合或在根据本系统、装置和方法的独立装置或装置部件之间分开和/或执行。
最后,上述讨论的目的只是对本系统进行举例说明,而不应将其理解为将权利要求局限为任何具体的实施例或实施例的集合。因而,尽管已经参考示范性实施例格外详细地描述了本系统,但是还应当认识到在不背离如以下权利要求所阐述的本系统的更宽的预定精神和范围的情况下,本领域普通技术人员可以设计出很多修改和替代实施例。相应地,应当将说明书和附图视为采取了举例说明的方式,而并非旨在限定所附权利要求的范围。
在解释所附权利要求时,应当理解:
a)“包括”一词不排除存在给定权利要求中列出的那些元件或动作之外的其他元件或动作;
b)元件前的“一”一词不排除存在多个这样的元件;
c)权利要求中的任何附图标记均不对权利要求的范围构成限制;
d)可以由相同项或硬件或软件实现的结构或功能表示若干“模块”;
e)任何公开的元件可以包括硬件部分(例如,包括分立的和集成的电子电路)、软件部分(例如,计算机程序设计)和其任何组合;
f)硬件部分可以包括模拟和数字部分之一或两者;
g)可以将所公开的任何装置或其部分结合到一起,或者可以将其拆分成更多的部分,除非另行明确说明;
h)动作或步骤的具体顺序不受任何限定,除非另行明确说明;并且
i)术语“多个”元件包括两个或更多所限定元件,并不暗示任何特定范围数量的元件;亦即,多个元件可以是少到两个元件,且可以包括不可测量的数量的元件。
Claims (20)
1.一种集成电路(IC)设备,包括:
具有相对的第一和第二主侧面和一个或多个边缘的衬底,所述一个或多个边缘界定所述衬底的外周边,所述衬底包括半导体材料;
位于所述衬底的所述第一主侧面上的一个或多个换能器;以及
形成于所述衬底的所述一个或多个边缘中的衰减图案。
2.根据权利要求1所述的集成电路设备,还包括形成于所述衬底的所述第二主侧面中的凹槽作为另一衰减图案。
3.根据权利要求1所述的集成电路设备,其中所述衰减图案包括形成于所述衬底的一个或多个边缘中的至少一个中的一个或多个倒角、圆和锯齿图案。
4.根据权利要求1所述的集成电路设备,还包括在所述衬底的所述第二主侧面上界定台面的沟槽阵列作为另一衰减图案。
5.根据权利要求4所述的集成电路设备,其中相邻沟槽或台面之间的距离有所变化。
6.根据权利要求1所述的集成电路设备,其中所述衬底包括相对的不平行且不相邻侧面。
7.根据权利要求1所述的集成电路设备,还包括附着于所述一个或多个边缘中的至少一个的衰减材料,其中所述衰减材料包括聚合物。
8.根据权利要求1所述的集成电路设备,还包括位于所述衬底的所述第一主侧面和所述一个或多个换能器之间的声学衬底。
9.根据权利要求1所述的集成电路设备,还包括形成于所述衬底的所述第二主侧面中的凹槽作为另一衰减图案,所述IC设备还包括叠加在所述衬底的所述第二主侧面上的由半导体材料形成的晶片,使得所述凹槽位于所述晶片和所述衬底的第一侧之间。
10.一种用于形成换能器的方法,所述方法包括如下动作:
在半导体衬底上形成边缘,所述边缘界定具有相对的第一和第二主表面的封闭区域;
去除所述半导体衬底的一个或多个所述边缘的部分,以便形成衰减图案,所述衰减图案被配置成使所述半导体衬底中的乱真信号衰减;以及
在所述半导体衬底的所述第一主表面上形成换能器阵列。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括去除所述半导体衬底的所述第二主表面的部分,以便形成另一衰减图案,所述另一衰减图案被配置成使所述半导体衬底中的乱真信号衰减。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括在所述半导体表面的所述第二主表面上叠加晶片。
13.根据权利要求10所述的方法,其中去除一个或多个所述边缘的部分,以在对应边缘中形成锯齿或曲线轮廓。
14.根据权利要求11所述的方法,其中所述去除动作包括形成空隙,所述空隙包括凹槽,所述凹槽界定峰或沟槽,所述峰或沟槽界定台面。
15.一种集成电路(IC)设备,包括:
包括多个压电换能器(PZT)的换能器阵列;
具有由边缘界定的相对的第一和第二主要部分的半导体衬底,所述换能器阵列位于所述第一主要部分上;以及
位于所述半导体衬底的一个或多个边缘上的衰减图案,所述衰减图案被配置成使所述半导体衬底之内的乱真信号衰减。
16.根据权利要求15所述的集成电路设备,还包括叠加在所述半导体衬底的所述第二主要部分上的晶片。
17.根据权利要求15所述的集成电路设备,其中所述PZT包括电容性微机械加工的超声波换能器(cMUT)阵列或压电微机械加工的超声波换能器(pMUT)阵列。
18.根据权利要求15所述的集成电路设备,其中所述衰减图案包括在所述半导体衬底的一个或多个边缘中形成的倒角部分。
19.根据权利要求15所述的集成电路设备,还包括形成在所述第二主要部分中的相交的凹槽或沟槽作为另一衰减图案。
20.根据权利要求15所述的集成电路设备,所述衬底的厚度介于30和100微米之间。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14029308P | 2008-12-23 | 2008-12-23 | |
US61/140,293 | 2008-12-23 | ||
PCT/IB2009/055554 WO2010073162A2 (en) | 2008-12-23 | 2009-12-07 | Integrated circuit with spurrious acoustic mode suppression and mehtod of manufacture thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102265333A CN102265333A (zh) | 2011-11-30 |
CN102265333B true CN102265333B (zh) | 2014-06-18 |
Family
ID=42288194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200980152096.0A Active CN102265333B (zh) | 2008-12-23 | 2009-12-07 | 具有乱真声学模式抑制的集成电路及其制造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110254109A1 (zh) |
EP (1) | EP2382619B1 (zh) |
JP (1) | JP5770100B2 (zh) |
CN (1) | CN102265333B (zh) |
RU (1) | RU2547165C2 (zh) |
WO (1) | WO2010073162A2 (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8324006B1 (en) * | 2009-10-28 | 2012-12-04 | National Semiconductor Corporation | Method of forming a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) |
US8563345B2 (en) | 2009-10-02 | 2013-10-22 | National Semiconductor Corporated | Integration of structurally-stable isolated capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) array cells and array elements |
TW201235518A (en) * | 2012-03-06 | 2012-09-01 | Tera Xtal Technology Corp | Sapphire material and production method thereof |
KR101613413B1 (ko) * | 2013-12-09 | 2016-04-19 | 삼성메디슨 주식회사 | 초음파 프로브 및 그 제조방법 |
JP6141537B2 (ja) * | 2014-09-09 | 2017-06-07 | オリンパス株式会社 | 超音波振動子アレイ |
TWI669789B (zh) * | 2016-04-25 | 2019-08-21 | 矽品精密工業股份有限公司 | 電子封裝件 |
WO2019002231A1 (en) | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Koninklijke Philips N.V. | INTRALUMINAL ULTRASONIC IMAGING DEVICE COMPRISING A SUBSTRATE SEPARATED IN A PLURALITY OF SPACED SEGMENTS, INTRALUMINAL ULTRASONIC IMAGING DEVICE COMPRISING A TRENCH, AND METHOD OF MANUFACTURING |
CN110201872B (zh) * | 2019-06-17 | 2021-08-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种检测面板、显示装置、检测面板驱动方法和制作方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5488954A (en) * | 1994-09-09 | 1996-02-06 | Georgia Tech Research Corp. | Ultrasonic transducer and method for using same |
CN1606476A (zh) * | 2001-12-19 | 2005-04-13 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 微型机加工的超声换能器与此换能器的制造方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR657592A (fr) * | 1963-12-24 | 1929-06-06 | Perfectionnements aux conduits de fumée | |
US4156158A (en) * | 1977-08-17 | 1979-05-22 | Westinghouse Electric Corp. | Double serrated piezoelectric transducer |
JPH0660896B2 (ja) * | 1984-11-02 | 1994-08-10 | 株式会社日立製作所 | 超音波探触子 |
JPH04218765A (ja) * | 1990-03-26 | 1992-08-10 | Toshiba Corp | 超音波プローブ |
US5160870A (en) * | 1990-06-25 | 1992-11-03 | Carson Paul L | Ultrasonic image sensing array and method |
WO1994030030A1 (en) * | 1993-06-04 | 1994-12-22 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated acoustic source and receiver |
JP3530580B2 (ja) * | 1994-05-17 | 2004-05-24 | オリンパス株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
US5648941A (en) * | 1995-09-29 | 1997-07-15 | Hewlett-Packard Company | Transducer backing material |
US6430109B1 (en) | 1999-09-30 | 2002-08-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Array of capacitive micromachined ultrasonic transducer elements with through wafer via connections |
US6493288B2 (en) | 1999-12-17 | 2002-12-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Wide frequency band micromachined capacitive microphone/hydrophone and method |
US6685647B2 (en) | 2001-06-28 | 2004-02-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Acoustic imaging systems adaptable for use with low drive voltages |
EP1575429A1 (en) | 2002-12-11 | 2005-09-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Miniaturized ultrasonic transducer |
JP5064797B2 (ja) | 2003-06-09 | 2012-10-31 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 音響活性集積電子機器を備えた超音波送受波器の設計方法 |
US7285897B2 (en) * | 2003-12-31 | 2007-10-23 | General Electric Company | Curved micromachined ultrasonic transducer arrays and related methods of manufacture |
JP2005303980A (ja) * | 2004-03-15 | 2005-10-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 弾性表面波デバイスおよびその形成方法 |
EP1882127A2 (en) * | 2005-05-18 | 2008-01-30 | Kolo Technologies, Inc. | Micro-electro-mechanical transducers |
JP4504255B2 (ja) * | 2005-05-31 | 2010-07-14 | アロカ株式会社 | 超音波探触子及びその製造方法 |
JP4804961B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2011-11-02 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 超音波振動子及びそれを搭載した体腔内超音波診断装置 |
US8234774B2 (en) * | 2007-12-21 | 2012-08-07 | Sitime Corporation | Method for fabricating a microelectromechanical system (MEMS) resonator |
-
2009
- 2009-12-07 CN CN200980152096.0A patent/CN102265333B/zh active Active
- 2009-12-07 RU RU2011130883/28A patent/RU2547165C2/ru active
- 2009-12-07 EP EP09804327.6A patent/EP2382619B1/en active Active
- 2009-12-07 US US13/141,853 patent/US20110254109A1/en not_active Abandoned
- 2009-12-07 WO PCT/IB2009/055554 patent/WO2010073162A2/en active Application Filing
- 2009-12-07 JP JP2011541666A patent/JP5770100B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5488954A (en) * | 1994-09-09 | 1996-02-06 | Georgia Tech Research Corp. | Ultrasonic transducer and method for using same |
CN1606476A (zh) * | 2001-12-19 | 2005-04-13 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 微型机加工的超声换能器与此换能器的制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010073162A2 (en) | 2010-07-01 |
RU2011130883A (ru) | 2013-01-27 |
EP2382619B1 (en) | 2018-04-11 |
WO2010073162A3 (en) | 2011-05-19 |
CN102265333A (zh) | 2011-11-30 |
RU2547165C2 (ru) | 2015-04-10 |
US20110254109A1 (en) | 2011-10-20 |
EP2382619A2 (en) | 2011-11-02 |
JP2012513696A (ja) | 2012-06-14 |
JP5770100B2 (ja) | 2015-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102265333B (zh) | 具有乱真声学模式抑制的集成电路及其制造方法 | |
US20220393095A1 (en) | Electromechanical Transducer Mount | |
US7321181B2 (en) | Capacitive membrane ultrasonic transducers with reduced bulk wave generation and method | |
US5644085A (en) | High density integrated ultrasonic phased array transducer and a method for making | |
US5706820A (en) | Ultrasonic transducer with reduced elevation sidelobes and method for the manufacture thereof | |
US8456958B2 (en) | Capacitive micro-machined ultrasonic transducer for element transducer apertures | |
CA2119954C (en) | Ultrasound transducers with reduced sidelobes and method for manufacture thereof | |
CN100349661C (zh) | 微型机加工的超声换能器与此换能器的制造方法 | |
KR101095912B1 (ko) | 두께 모드 변환기의 주파수 스윕핑을 구비한 메가소닉 처리장치 | |
JP7376008B2 (ja) | 高周波超音波トランスデューサ | |
US6183578B1 (en) | Method for manufacture of high frequency ultrasound transducers | |
JP3655860B2 (ja) | 超音波探触子 | |
DE102004063707A1 (de) | Gekrümmte mikrobearbeitete Ultraschalltransducerarrays und zugehörige Herstellungsverfahren | |
JP2003153391A (ja) | 可変の音響インピーダンスを有する超音波変換器ウェハー | |
JP2007235795A (ja) | 超音波探触子 | |
EP3238629A1 (en) | Integrated acoustic transducer with reduced propagation of undesired acoustic waves | |
US20070189761A1 (en) | Implementing ic mounted sensor with high attenutation backing | |
US20230415197A1 (en) | Planar Phased Ultrasound Transducer Array | |
CN103298409B (zh) | 超声波探头 | |
JP2012249777A5 (zh) | ||
JP2002345094A (ja) | 超音波探触子用バッキング及びその製造方法 | |
JP2022025321A (ja) | 超音波探触子及びその製造方法 | |
Wojcik et al. | Computer modeling of diced matching layers | |
Niederer et al. | Micromachined transducer design for minimized generation of surface waves | |
Olbrish et al. | Physical apodization of ultrasonic arrays |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |