CN110743772A - 超音波探头及超音波探头的制造方法 - Google Patents

超音波探头及超音波探头的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的超音波探头，超音波探头包括微机械超音波换能器基板、导电胶、电路板及声波传递介质，微机械超音波换能器基板具有发射面，导电胶环绕发射面上的区域且区域具有第一凹部，电路板具有开口，电路板配置在导电胶上且开口对应区域，电路板具有第二凹部，声波传递介质形成于第一凹部及第二凹部内，如此，能够能够提高操作性及减弱阻抗。

Description

超音波探头及超音波探头的制造方法
技术领域
本发明涉及一种超音波探头及超音波探头的制造方法，尤其涉及一种具有导电胶的超音波探头及超音波探头的制造方法。
背景技术
已知超音波探头包含电路板及声波产生数组。目前，大多采用焊线(bondingwire)横向地跨接电路板及声波产生数组，以电性连接声波产生数组与电路板。然而，采用焊线连接的方式需要特别考虑打线工具头的操作性(如是否有足够操作空间)且焊线通常具有长度，其构成阻抗的一部分。
因此，有必要设计一种新型的超音波探头及超音波探头的制造方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超音波探头及超音波探头的制造方法，能够提高操作性及减弱阻抗。为达到上述目的，本发明提供了一种超音波探头，其特征在于，包括：微机械超音波换能器基板，具有发射面；导电胶，环绕该发射面上的区域，且该区域具有第一凹部；电路板，具有开口，该电路板配置在该导电胶上且该开口对应该区域，该电路板具有第二凹部；以及声波传递介质，形成于该第一凹部及该第二凹部内。
较佳的，该导电胶为异方性导电胶。
较佳的，该导电胶沿声波发射方向位于该微机械超音波换能器基板与该电路板之间。
较佳的，该超音波探头还包括：盖板，配置在该电路板上且遮盖该开口。
较佳的，该微机械超音波换能器基板包括多个声波产生单元及多条导线，各该导线连接于对应的该声波产生单元，该导电胶包括彼此分离的多个导电胶垫，各该导电胶垫覆盖对应的该导线。
较佳的，该电路板包括多个接垫，各该导电胶垫沿声波发射方向位于相对应的该导线与该接垫之间且电性连接该相对应的导线与接垫。
较佳的，该导电胶还包括挡墙，该多个导电胶垫与该挡墙围绕出该第一凹部。
本发明还提供了一种超音波探头的制造方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：形成导电胶于微机械超音波换能器基板的发射面上且环绕该发射面上的区域，其中该导电胶对应该区域形成一第一凹部；配置电路板在该导电胶上，该电路板具有开口，该开口对应该区域于该第一凹部上方形成第二凹部；以及形成于声波传递介质于该第一凹部及该第二凹部内。
较佳的，该方法还包括下列步骤：配置盖板遮盖该电路板的该开口，其中该盖板遮盖于该第一凹部及该第二凹部上。
较佳的，该微机械超音波换能器基板包括多个声波产生单元及多条导线，各该导线连接于对应的该声波产生单元，该电路板还包括多个接垫，而该导电胶为异方性导电胶；在配置该电路板在该导电胶上的步骤中，该导电胶电性连接相对应的该导线与该接垫。
与现有技术相比，本发明提供的超音波探头包括微机械超音波换能器基板、导电胶、电路板及声波传递介质，微机械超音波换能器基板具有发射面，导电胶环绕发射面上的区域且区域具有第一凹部，电路板具有开口，电路板配置在导电胶上且开口对应区域，电路板具有第二凹部，声波传递介质形成于第一凹部及第二凹部内，如此，能够能够提高操作性及减弱阻抗。
附图说明
图1A为本发明一实施例的超音波探头的俯视图；
图1B为图1A的超音波探头沿方向1B-1B’的剖面图；
图2A为本发明另一实施例的超音波探头的俯视图；
图2B为图2A的超音波探头沿方向2B-2B’的剖面图；
图2C为图2A的超音波探头沿方向2C-2C’的剖面图；
图3A～3F为图1A的超音波探头的制造过程图；
图4A、图4B及图4C为图2A的超音波探头的制造过程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参照图1A和图1B，图1A为本发明一实施例的超音波探头的俯视图，图1B为图1A的超音波探头沿方向1B-1B’的剖面图。超音波探头100包括微机械超音波换能器(Micromachined Ultrasonic Transducer,MUT)基板110(以粗线绘制图1A的微机械超音波换能器基板110)、导电胶120、电路板130、声波传递介质140、盖板150及封装体160。微机械超音波换能器基板110具有发射面110u。导电胶120环绕发射面110u的区域R1，且对应区域R1具有第一凹部120r。电路板130具有开口130a，电路板130配置在导电胶120上且开口130a对应区域R1，电路板130具有第二凹部130r。如此，微机械超音波换能器基板110可透过导电胶120电性连接于电路板130。具体的说，微机械超音波换能器基板110不需要透过焊线，就能电性连接于电路板130。
微机械超音波换能器基板110还包括声波产生数组111及至少一条导线，如至少一条接地线110g及至少一条讯号线110s。声波产生数组111、接地线110g及讯号线110s形成于发射面110u。声波产生数组111包括至少一个声波产生单元1111，其中一条接地线110g及一条讯号线110s连接对应的一个声波产生单元1111并延伸至发射面110u的边缘。此处的「边缘」例如是声波产生数组111以外的区域，其范围例如可延伸至微机械超音波换能器基板110的外侧面110e，然本发明实施例不受此限。
如图1B所示，各声波产生单元1111包括至少一个共振腔1111r及至少一个共振膜1112，各共振膜1112形成于发射面110u且覆盖共振腔1111r。以一个声波产生单元1111的控制来说，控制器10的控制讯号C1可透过电路板130传送给讯号线110s，再通过与各共振膜1112连接之讯号连接线1111s及接地连接线1111g后，经由接地线110g及电路板130回到控制器10。控制讯号C1可控制各声波产生单元1111的所有共振膜1112上下震荡，以发出超声波。此外，依据声波聚焦特性而定，不同声波产生单元1111可由不同的控制讯号C1控制，例如由不同延迟时间的控制讯号C1控制，使所有声波产生单元1111聚焦于同一区域，如同一点。
此外，共振腔1111r、共振膜1112、讯号连接线1111s、接地连接线1111g可采用半导体制程形成，其中半导体制程例如包含微影蚀刻技术、涂布技术及/或其它任何可形成声波产生数组111的半导体技术。
导电胶120沿声波发射方向E1位于微机械超音波换能器基板110与电路板130之间，以电性连接于微机械超音波换能器基板110与电路板130。导电胶120允许一Z轴向(Z轴向例如是与声波发射方向E1大致平行)的电性传输，但不允许X及Y轴向(例如是与Z轴向大致垂直)的电性传输，因此即使导电胶120为连续延伸的导电胶，相邻两条讯号线110s不会透过导电胶120电性短路且相邻两条接地线110g不会透过导电胶120电性短路。在本实施例中，导电胶120为异方性导电胶(Anisotropic Conductive Film,ACF)，或其它仅允许Z轴向电性传输的导电材料。此外，图示的X轴与Y轴的其中之一轴例如是超音波探头100的长轴发射方向，而X轴与Y轴的其中之一的另一轴例如是超音波探头100的短轴发射方向。
电路板130例如式软性电路板(Flexible Print Circuit,FPC)，然本发明实施例不受此限。电路板130配置在导电胶120上。电路板130包括至少一个接垫，如至少一个接地垫130g及至少一个讯号垫130s。前述导电胶120位于微机械超音波换能器基板110的接地线110g与电路板130的接地垫130g之间，且位于微机械超音波换能器基板110的讯号线110s与电路板130的讯号垫130s之间。在本实施例中，各接地垫130g与对应的接地线110g上下重叠且二者透过位于其间的导电胶120电性连接，而各讯号垫130s与对应的讯号线110s上下重叠且二者透过位于其间的导电胶120电性连接。如此，微机械超音波换能器基板110的接地线110g及讯号线110s不需要透过焊线，就能电性连接于电路板130的接地垫130g及讯号垫130s。
声波传递介质140形成于第一凹部120r及第二凹部130r内。例如，声波传递介质140填满于第一凹部120r及第二凹部130r的至少一部分。声波传递介质140例如是硅油、甘油或其它不导电且可传递声波的介质。声波传递介质140可帮助声波产生数组111所产生的超声波传递出去。如图1A所示，导电胶120具有封闭环形，使第一凹部120r与导电胶120的外侧面不连通，且电路板130具有封闭环形，使第二凹部130r与电路板130的外侧面不连通。如此，位于第一凹部130r及第二凹部140r内的声波传递介质140不会从导电胶120及电路板130侧向地外漏。
此外，如图1B所示，第二凹部130r与第一凹部120r大致上重叠，如至少部分重叠。在实施例中，第二凹部130r的大小(如俯视面积)可小于或大致等于第一凹部120r的大小(如俯视面积)，然第二凹部130r的大小也大于第一凹部120r的大小。
盖板150配置在电路板130上且遮盖开口130a，以遮盖第一凹部120r及第二凹部130r，可避免位于第一凹部120r及第二凹部130r内的声波传递介质140从开口130a外漏。此外，虽然图未绘示，超音波探头100还包括黏合层，其形成于盖板150与电路板130之间以黏合盖板150与电路板130。综上，声波传递介质140被导电胶120、电路板130与盖板150封闭在第一凹部120r及第二凹部130r内。盖板150允许声波穿出，其具有例如是80％、85％、90％或95％以上的声波穿透率。在实施例中，盖板150可以是透光或非透光盖板。以材质来说，盖板155的材料包含树脂，如聚胺酯。
如图1B所示，封装体160包覆微机械超音波换能器基板110、导电胶120、电路板130的一部分、声波传递介质140及盖板150。电路板130的另一部分突出于封装体160，以电性连接于控制器10。封装体160的材料包括酚醛基树脂(Novolac-based resin)、环氧基树脂(epoxy-based resin)、硅基树脂(silicone-based resin)或其他适当之包覆剂。封装体160还可包括适当之填充剂，例如是粉状的二氧化硅。此外，可利用数种封装技术形成封装体160，例如是压缩成型(compression molding)、液态封装型(liquid encapsulation)、注射成型(injection molding)或转注成型(transfer molding)。
请参照图2A、图2B和图2C，图2A为本发明另一实施例的超音波探头的俯视图，图2B为图2A的超音波探头沿方向2B-2B’的剖面图，图2C为图2A的超音波探头沿方向2C-2C’的剖面图。超音波探头200包括微机械超音波换能器基板210(以粗线绘制图2A的微机械超音波换能器基板210)、导电胶220、电路板130、声波传递介质140、盖板150及封装体160。微机械超音波换能器基板210具有发射面110u、声波产生数组111、至少一个挡墙212及至少一条导线，如至少一条接地线110g及至少一条讯号线110s。声波产生数组111、接地线110g、讯号线110s及挡墙212形成于发射面110u。声波产生数组111包括至少一个声波产生单元1111，其中一条接地线110g及一条讯号线110s连接对应的一个声波产生单元1111并延伸至发射面110u的边缘。
导电胶220包括多个分离的导电胶垫221。各导电胶垫221覆盖对应的接地线110g或对应的讯号线110s。在本实施例中，导电胶220的电性传输无方向性，即允许沿Z轴向、X轴向及Y轴向的电性传输。由于多个导电胶垫221彼此分离，因此即使导电胶220的电性传输无方向性，也不会导致相邻二导电胶垫221电性短路。在实施例中，导电胶220例如是银胶，还可为其它导电材料。
如图2A、图2B和图2C所示，导电胶220的多个导电胶垫221分布在微机械超音波换能器基板210的发射面110u的相对二边缘，而二挡墙212分别位于发射面110u的另相对二边缘，其中多个导电胶垫221与二挡墙212围绕出第一凹部220r，第一凹部220r露出声波产生数组111，如露出全部的声波产生单元1111。电路板130具有第二凹部130r。声波传递介质140位于第一凹部220r及第二凹部130r内。由于挡墙212的配置，可阻挡位于第一凹部220r及第二凹部130r内的声波传递介质140外漏。此外，由于多个分离的导电胶垫221相邻配置(但不接触)，因此也对位于第一凹部220r及第二凹部130r内的声波传递介质140产生一定的外漏阻力，此可减少外漏量或甚至无外漏；另外也可以在分离的导电胶垫221之间填注非导电材质可避免导电胶垫221短路以及使声波传递介质140不外漏。在实施例中，挡墙212与微机械超音波换能器基板210的板体为一体成形结构。此外，挡墙212例如是绝缘挡墙。
如图2B所示，电路板130配置在导电胶220上。电路板130包括至少一个接垫，如至少一个接地垫130g及至少一个讯号垫130s。在本实施例中，各导电胶垫221沿声波发射方向E1位于相对应的微机械超音波换能器基板210的导线与电路板130的接垫之间且电性连接相对应的导线与接垫。例如，各导电胶垫221沿声波发射方向E1位于相对应的讯号线110s与讯号垫130s之间且电性连接相对应的讯号线110s与讯号垫130s，且位于相对应的接地线110g与接地垫130g之间且电性连接相对应的接地线110g与接地垫130g。
请参照图3A～3F，图3A～3F为图1A的超音波探头的制造过程图。提供微机械超音波换能器基板110，其中微机械超音波换能器基板110包括发射面110u、声波产生数组111、至少一个挡墙212及至少一条导线，如至少一条接地线110g及至少一条讯号线110s。声波产生数组111包括至少一个声波产生单元1111，一条接地线110g及一条讯号线110s自对应的声波产生单元1111延伸至发射面110u的边缘。
如图3B1和3B2所示，可采用例如是涂布技术，形成导电胶120于微机械超音波换能器基板110的发射面110u上且环绕区域R1。导电胶120对应区域R1形成第一凹部120r。第一凹部120r露出声波产生数组111。如图3B1和3B2所示，导电胶120覆盖各接地线110g的一部分及各讯号线110s的一部分。
如图3C所示，配置电路板130在导电胶120上，电路板130具有开口130a，开口130a对应区域R1于第一凹部120r上方形成第二凹部130r。
如图3D所示，可采用例如是注射技术，形成于声波传递介质140于第一凹部120r及第二凹部130r内。例如，声波传递介质140填满第一凹部120r及第二凹部130r的至少一部分。
如图3E所示，配置盖板150遮盖电路板130之开口130a，其中盖板150遮盖第一凹部120r及第二凹部130r上。虽然未绘示，然盖板150与电路板130之间可形成有黏合层，以固定盖板150与电路板130之间的相对位置。
如图3F所示，可采用例如是压缩成型、液态封装型、注射成型或转注成型，形成封装体160包覆微机械超音波换能器基板110、导电胶120、电路板130的一部分及盖板150，以形成超音波探头100。电路板130的另一部分突出于封装体160，以电性连接于控制器10(控制器10绘示于图1B)。
请参照图4A、图4B和图4C，图4A、图4B及图4C为图2A的超音波探头的制造过程图。
如图4A所示，提供微机械超音波换能器基板210，其中微机械超音波换能器基板110包括发射面110u、声波产生数组111、至少一个挡墙212及至少一条导线，如至少一条接地线110g及至少一条讯号线110s。声波产生数组111包括至少一个声波产生单元1111，一条接地线110g、一条讯号线110s自对应的声波产生单元1111延伸至发射面110u的边缘。如图4A所示，二个挡墙212分别形成于发射面110u的相对二边缘。
如图4B所示，可采用例如是涂布技术，形成导电胶120于微机械超音波换能器基板210的发射面110u上，例如是形成于发射面110u的另相对二边缘。二个挡墙212与导电胶120环绕区域R1，且对应区域R1形成第一凹部120r。第一凹部120r露出声波产生数组111。如图4B所示，导电胶120覆盖各接地线110g的一部分及各讯号线110s的一部分。
如图4C所示，可采用例如是切割技术，将导电胶220切割成数个分离的导电胶垫221，其中各接地线110g被对应的导电胶垫221覆盖且各讯号线110s被对应的导电胶垫221覆盖。由于多个导电胶垫221彼此分离，因此即使导电胶220的电性传输无方向性，也不会导致相邻二导电胶垫221电性短路。此外，前述切割步骤例如是可采用刀具或激光完成。
超音波探头200的其余制程步骤相似于超音波探头100的对应制程步骤，于此不再赘述。
综上所述，本发明提供的超音波探头包括微机械超音波换能器基板、导电胶、电路板及声波传递介质，微机械超音波换能器基板具有发射面，导电胶环绕发射面上的区域且区域具有第一凹部，电路板具有开口，电路板配置在导电胶上且开口对应区域，电路板具有第二凹部，声波传递介质形成于第一凹部及第二凹部内，如此，能够能够提高操作性及减弱阻抗。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施方式旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚描述所需的部件，示意性附图中的比例并不表示实际部件的比例关系。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种超音波探头，其特征在于，包括：
微机械超音波换能器基板，具有发射面；
导电胶，环绕该发射面上的区域，且该区域具有第一凹部；
电路板，具有开口，该电路板配置在该导电胶上且该开口对应该区域，该电路板具有第二凹部；以及
声波传递介质，形成于该第一凹部及该第二凹部内。
2.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该导电胶为异方性导电胶。
3.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该导电胶沿声波发射方向位于该微机械超音波换能器基板与该电路板之间。
4.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，还包括：
盖板，配置在该电路板上且遮盖该开口。
5.如权利要求1所述的超音波探头，其特征在于，该微机械超音波换能器基板包括多个声波产生单元及多条导线，各该导线连接于对应的该声波产生单元，该导电胶包括彼此分离的多个导电胶垫，各该导电胶垫覆盖对应的该导线。
6.如权利要求5所述的超音波探头，其特征在于，该电路板包括多个接垫，各该导电胶垫沿声波发射方向位于相对应的该导线与该接垫之间且电性连接该相对应的导线与接垫。
7.如权利要求6所述的超音波探头，其特征在于，该导电胶还包括挡墙，该多个导电胶垫与该挡墙围绕出该第一凹部。
8.一种超音波探头的制造方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
形成导电胶于微机械超音波换能器基板的发射面上且环绕该发射面上的区域，其中该导电胶对应该区域形成第一凹部；
配置电路板在该导电胶上，该电路板具有开口，该开口对应该区域于该第一凹部上方形成第二凹部；以及
形成于声波传递介质于该第一凹部及该第二凹部内。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该方法还包括下列步骤：
配置盖板遮盖该电路板的该开口，其中该盖板遮盖于该第一凹部及该第二凹部上。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该微机械超音波换能器基板包括多个声波产生单元及多条导线，各该导线连接于对应的该声波产生单元，该电路板还包括多个接垫，而该导电胶为异方性导电胶；在配置该电路板在该导电胶上的步骤中，该导电胶电性连接相对应的该导线与该接垫。
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