EP4461422A1 - Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen ultraschallwandlers und ultraschallwandler - Google Patents

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EP4461422A1
EP4461422A1 EP24401015.3A EP24401015A EP4461422A1 EP 4461422 A1 EP4461422 A1 EP 4461422A1 EP 24401015 A EP24401015 A EP 24401015A EP 4461422 A1 EP4461422 A1 EP 4461422A1
Authority
EP
European Patent Office
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ultrasonic transducer
chip
another
cells
substrate
Prior art date
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Granted
Application number
EP24401015.3A
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English (en)
French (fr)
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EP4461422C0 (de
EP4461422B1 (de
Inventor
Chris Stöckel
Sarah Katja Meinel
Marcel Melzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Chemnitz
Original Assignee
Technische Universitaet Chemnitz
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Publication date
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Publication of EP4461422A1 publication Critical patent/EP4461422A1/de
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Publication of EP4461422B1 publication Critical patent/EP4461422B1/de
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • 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
    • B06B1/0607—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 multiple elements
    • B06B1/0622—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 multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a micromechanical ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer according to the first and ninth patent claims.
  • Micromachined ultrasonic transducers consist of mechanical and electrical elements, as well as electromechanical transducers.
  • the geometry of the mechanical components e.g. a membrane
  • Electromechanical transducers transform electrical energy into mechanical energy and vice versa, for example through electrostatics, piezoelectrics or other transducer methods.
  • the electrical components are electrical conductors. In state-of-the-art MUTs, these basic components are defined in a layout.
  • the chip size and the electrical interconnection of MUTs is determined in the lithography levels. After production using microtechnologies at the wafer level, the chips are separated, for example by sawing. The chip size for a MUT layout cannot be changed and the electrical interconnection of the individual converter elements on the chip cannot be adapted.
  • the publication US 2017/0165715 A1 describes a method for singulating sensor elements with a defined singulation structure, but without a defined sawing line.
  • the shape of the chip is predefined by an additional lithographic mask and a deep reactive ion beam etching of the substrate in the mask layout.
  • the chip size and shape are therefore predefined in the production design and cannot be freely selected.
  • Paragraph [0012] defines that the chip size must be a multiple of the base cell.
  • the inventive step from claim 1 and the dependent claims arises from the fact that the chip geometry is not defined in the wafer level layout.
  • the electrical wiring at chip level is predefined and cannot be freely selected, which is explained, among other things, in Figure 6 is shown.
  • the related solutions from the state of the art define the interconnection of individual converter elements on the substrate by means of an electrical connection using a thin-film metal that is photolithographically defined and cannot be adapted. Due to the defined electrical contacts and the positions of the converter elements, the chip size is defined in the design. The wafer is sawn according to the dimensions of the chip. The sawing dimension is defined in the design and cannot be adapted.
  • a disadvantage of the current state of the art is that customer-specific requests for their own chip geometries and types of connection of the converter elements, such as the number of independently operating electrical channels or the shape of a channel as a line, rectangular area, circular area, ring, etc., can only be met by a new design and new fabrication.
  • the basic costs (setup costs) are very high and the production time is long. Economical systems cannot be offered for small and medium quantities.
  • the technology design according to the current state of the art determines the type of connection and the chip size in the lithography levels during production using microtechnologies.
  • the repeating basic elements of the MUTs correspond to the image of a chip.
  • the electrical conductors of the individual channels are defined in the design at wafer level according to the current state of the art and cannot be subsequently changed.
  • the mechanically movable membranes with the electrodes are also not modular, adaptable or subsequently changeable for each channel due to the lithographic structuring of the elements.
  • the chip cannot be separated at any position, as this would destroy the functionality. New setup costs arise for each customer-specific design.
  • the object of the invention is to develop a method for producing a micromechanical ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer which allows micromechanical ultrasonic transducers to be constructed at substrate level in a modular manner in terms of chip size and channel shape and number and to be made available as "off the shelf” components with one-time setup costs.
  • the micromechanical ultrasonic transducer is formed from a plurality of modular base cells, wherein a plurality of base cells are arranged in a grid on a substrate and each base cell has at least one electrode and at least one electromechanical transducer.
  • a plurality of base cells form a chip, wherein the chip is individually separated from the substrate by separating along at least one separation line depending on the requirements.
  • the base cells are only contacted with one another after microtechnological production.
  • the base cells are electrically connected to one another at the level of the thin-film electrodes and their electrical connection is individually separated after microtechnological processing.
  • micromechanical ultrasonic transducers are manufactured as semi-finished products with identical layouts and are subsequently separated according to individual requirements, so that a large number of base cells are available depending on the requirements and contact between the base cells is made or removed according to the requirements.
  • the ultrasonic transducers can be interconnected without the use of an additional electrical carrier.
  • the basic cells are advantageously produced on the substrate in the form of a wafer by thin-film deposition and lithographic processes.
  • the separation and singulation takes place in particular in a free form and particularly preferably by sawing along a saw line or by breaking edges.
  • the distance between the singulation structures is not necessarily a multiple of the dimensions of the base cells.
  • the separation creates an actively usable chip area, whereby the actively used chip area corresponds to a multiple of a basic cell and can be connected to one another or separated from one another.
  • a passive chip area can also be created.
  • the passive chip area is in the area of at least one separation line and cannot be used for the acoustic function of the chip.
  • the micromechanical ultrasonic transducer according to the invention has a plurality of base cells arranged at least partially in a grid pattern, which are in contact with one another and have at least one electrode and an electromechanical transducer, wherein a large number of base cells are arranged on a substrate and form a chip and the micromechanical ultrasonic transducer is delimited at the edge by at least one separation line.
  • This is possible because the base cells are not connected to one another at the substrate level. After separation, every base cell that is not in the area of the separation line (break edge, saw line, etc.) is functionally present on the chip.
  • the base cells are either electrically connected to one another or separated from one another at the substrate level. The assignment of the electrical functionalities, such as electrical connections, to one another takes place after wafer processing by separating the connections or respectively contacting the base cells with one another.
  • the separation line is preferably in the form of a straight line, free form or a radius/circle.
  • the electrical level is completely present for each basic cell.
  • the chip has a passive chip surface and an actively usable chip surface, wherein the actively used chip surface corresponds to a multiple of a basic cell and the passive chip surface lies in the area of at least one separation line.
  • the design of a chip without a passive chip surface is also possible.
  • the basic cells are arranged in a grid and, in one possible embodiment, extend along a first direction and an orthogonal second direction next to one another.
  • other arrangements such as a free-form or a radially symmetrical arrangement, are also possible.
  • the ultrasonic transducer can have several channels depending on the contact between the base cells. The contact is made depending on the requirements of the ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer has at least one electrical channel, wherein one channel is contacted with another ultrasonic transducer or another electrical functionality.
  • an ultrasonic transducer according to the invention can be effectively manufactured.
  • the invention provides basic cells which can only be electrically assigned at a later stage at chip or wafer level and the chip areas can be defined at substrate level after production.
  • the presence of the micromechanical ultrasonic transducers in the form of modular basic cells makes it possible to spend the basic costs for MUT production at substrate level once and to produce a larger number of MUT basic cells with modularly adaptable chip areas and electrical connections, for example the number of channels, on substrates.
  • Customer-specific MUTs can be produced by processing downstream of microtechnological production with separation and electrical connection of the substrate.
  • the substrates are available as "off the shelf" components.
  • the production of MUTs for small and medium quantities becomes economical and the delivery times for customer-specific components are significantly reduced. SMEs thus gain access to MUT components which were previously only worthwhile for large companies and new fields of application can be opened up.
  • a basic cell 1 of an electromechanical ultrasonic transducer is shown, wherein the basic cell has a substrate 2 and arranged thereon one or more electrodes 3, at least one or a group of electromechanical transducer elements 4 and optionally further electrical contacts 5 as thin films, which were produced by thin film deposition and photolithographic processes on the substrate level.
  • the arrangement of the individual electromechanical transducer elements 4, the electrodes 3 and connections (not shown here) to another basic cell or another substrate can vary depending on the design.
  • the specific design of the basic cell in Figure 1 is merely an illustration.
  • the arrangement of the electrodes 3 and the electrical contacts 5 can also differ from the exemplary illustration in Figure 1 differ.
  • the Figures 2 , 3 and 4 show an arrangement of nine basic cells 1 in a 3 x 3 arrangement of the basic cells 1, which can be individually electrically connected after microtechnological processing via contacts 6 on the upper sides of the electrodes 3.
  • Basic cells arranged next to each other are contacted with each other.
  • a three-channel ultrasonic transducer with three basic cells per channel is shown.
  • the Figure 3 is a two-channel ultrasonic transducer with three or six basic cells 1 per channel.
  • Figure 4 shows a single-channel ultrasonic transducer with nine basic cells 1 per channel.
  • the basic cells 1 are designed in such a way that they are electrically connected to one another via a contact area 7 during microtechnological production at the level of the thin-film electrodes. Only after their microtechnological processing is the electrical connection separated individually. This separation can along a separation line or in free form.
  • One possible technology for separation could be laser ablation.
  • FIG. 6 and 7 the individual separation of the chip 15 from the substrate/wafer composite 2 by separating, for example sawing along a separation line 8 is shown, whereby a sawn chip surface 10 with an actively usable chip surface 9 and a passive chip surface 11 is created.
  • the actively used chip surface 9 corresponds to a multiple of a basic cell 1.
  • Figure 7 shows the actively usable chip area 9, which lies within the separation line 8. Furthermore, the sawn chip area 10 and the unused chip area 11 are visible.
  • Figure 8 shows an alternative individual separation of the chip 15 and its base cells 1 from the substrate/wafer composite 2 by separating them along the separation line 8.
  • the separation line 8 is circular.
  • the separation creates a passive chip area 11 and an actively usable chip area 9.
  • the actively used chip area 9 corresponds to a multiple of a base cell 1.
  • the base cells 1 are connected to one another by electrical contacts 6.
  • the ultrasonic transducer has two channels, each of the channels having an electrical contact from the chip 15 to another electrical functionality such as an electronics or circuit board (not shown).
  • Figure 9 shows the individual separation of the basic cells 1 from the substrate/wafer composite 2 by separating, for example sawing along a straight separation line 8 in the form of a saw line, whereby no passive chip area is created due to optimal division.
  • the actively used chip area 9 corresponds to a multiple of a basic cell 1.
  • the basic cells 1 can be connected to one another by electrical contacts (not shown).
  • Figure 10 and Figure 11 is the section AA according to Figure 1 for two possible manufacturing technologies. It can be seen that in the substrate 2 of the basic cell 1 in the area of the electromechanical transducer element 4 there are recesses 12 which allow a mechanical movement of the membrane 13 located above or, if necessary, a cantilever beam.
  • the dashed areas in the Figures 10 and 11 define or surround an electromechanical transducer element 4. Alternatively, another electrically insulating material could be arranged in the recesses 12.
  • On the top of the substrate 2 is the mechanically movable substrate 13, which extends over the recesses 12.
  • the structure of the electromechanical transducer elements 4 and the electrodes 3 on the substrate 2 depends on the transducer principle and design-specific parameters.
  • the structure in Figure 10 and 11 is merely an illustration.
  • FIG 10 and 11 the structure of a piezoelectric, electromechanical transducer element 4 is shown as an example.
  • the mechanically movable substrate 13 can function as an electrode.
  • an electrode layer can be introduced between the mechanically movable substrate 13 and the piezoelectric layer 14 (not shown here).
  • the piezoelectric layer 14 of the electromechanical transducer element 4 was deposited on the mechanically movable substrate 13.
  • In the upper electrode layer there are one or more gaps b so that areas are electrically insulated from one another and the electrode(s) 3 and the contacts 5 are formed.
  • the geometry and connection of the electrodes 3 can vary depending on the design.
  • a capacitive transducer (not shown), its two electrodes are usually mounted vertically between a recess.
  • a piezoelectric layer is not required in a capacitive transducer.
  • the substrate 2 preferably consists of silicon, but can also consist of silicon oxide and other suitable materials.
  • the electrode 3 of the electromechanical transducer 4 preferably consists of an electrically conductive material, e.g. in the form of an electrically conductive metallic coating made of aluminum, gold, copper, silver or an electrically conductive semiconductor material.
  • the mechanically movable substrate 13 preferably also consists of silicon or silicon oxide, silicon nitride or glass or carbonate glass. The use of a polymer or metal is also possible. If the substrate material 13 is not electrically conductive, then another electrode layer must be installed between the substrate material 13 and the piezoelectric layer 14.
  • the layer 14 of the electromechanical transducer preferably consists of piezoelectric material.
  • the electromechanical transducer element is essentially formed from the electrically conductive layer 3 and the layer 14 made of piezoelectric material.
  • the piezoelectric layer 14 requires two, usually vertical, electrodes that make it possible to generate or measure an electric field in the electromechanical transducer element. These electrical contacts are formed by layers 3 and 13.
  • the usual mode of operation of the electromechanical ultrasonic transducer 4, here a piezoelectric ultrasonic transducer, is essentially as follows: A material with an asymmetrical lattice forms electrical charge centers. This means that the material deforms mechanically under an electric field or a dielectric flow. By applying the piezoelectric layer to a mechanically movable substrate, this deformation is transferred into a movement and generates a sound pressure. If the piezoelectric ultrasonic transducer is used as a sensor, the conversion chain is reciprocal. This means that a sound pressure leads to a mechanical deformation of the components on the mechanically movable substrate and the charge carrier differences generated by the piezoelectric layer are passed through the electrodes to a measuring device.
  • the electromechanical conversion can also be carried out by capacitive converters.
  • an electric field is generated in the recess 12 by electrodes.
  • a change in the field strength leads to a mechanical deformation and vice versa.
  • FIG 12 An insight into the PMUTs (piezoelectric micromechanical ultrasonic transducers) is given to improve the understanding of the invention.
  • PMUT piezoelectric micromechanical ultrasonic transducers
  • FIG 12 A PMUT produced according to the process to be patented is shown.
  • Each basic cell 1 in this design contains 36 individual ultrasonic transducer elements (not visible here) with a resonance frequency of around 2.5 MHz.
  • the basic cells 1 (1x1 mm 2 ) were arranged in a grid on a chip 15 (12x12 mm 2 ).
  • the electrical wiring in the form of the electrical Contact 6 between the tops of the electrodes not shown here was assembled for an application in optoacoustics to form 10 acoustic channels each measuring 1x10 mm 2 (several of these chips 15 on a non-planar substrate are used for optoacoustic imaging, for example).
  • This connection was made by automated wire bonding and without the use of an electrical carrier and without wiring levels at wafer level (lithography levels or similar).
  • the same wafer material is used, for example, to construct a square PMUT (1x1 mm 2 ) or a round PMUT with a diameter of 5 mm, each with an acoustic channel.
  • the use of an electrical carrier with wiring levels or additional mask lithography can be dispensed with.
  • the shape of the chip and the acoustic channels can be freely selected according to the microtechnological process.
  • the chips are prefabricated and then later configured according to customer requirements using the method according to the invention, which results in significant time and cost savings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers und einen Ultraschallwandler. Der mikromechanische Ultraschallwandler wird aus mehreren modularen Basiszellen (1) auf einem Substrat (2) in einer mikrotechnologischen Fertigung per Dünnschichtabscheidung und lithografischem Verfahren gebildet wird, wobei eine Vielzahl von Basiszellen (1) rasterförmig auf einem Substrat (2) angeordnet sind und jede Basiszelle (1) mindestens eine Elektrode (3) und mindestens ein elektromechanischen Wandlerelement (4) aufweist und dass eine Gruppe von Basiszellen (1) einen Chip (15) bilden, wobei der Chip (15) aus dem Substrat (2) durch Auftrennen entlang wenigstens einer frei definierbaren Vereinzelungslinie (8) vereinzelt wird und
- dass nebeneinander angeordnete Basiszellen (1) erst nach der mikrotechnologischen Fertigung mittels eines elektrischen Kontakts (6) miteinander kontaktiert werden
oder
- dass die nebeneinander angeordneten Basiszellen in der mikrotechnologischen Fertigung elektrisch miteinander über einen Kontaktbereich (7) verbunden wurden und deren elektrische Verbindung nach der mikrotechnologischen Fertigung durch Trennung des Kontaktbereiches (7) getrennt werden.
Der mikromechanische Ultraschallwandler weist mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode (3) und mindestens ein elektromechanisches Wandlerelement (4) aufweisende Basiszellen (1) auf, wobei eine Vielzahl von Basiszellen (1) auf einem Substrat (2) angeordnet sind und einen Chip (15) bilden, wobei die Basiszellen (1) auf Substratebene nicht elektrisch miteinander verbunden sind und dass der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine frei definierbare Vereinzelungslinie (8) randseitig begrenzt ist. (Figur 7)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers und einen Ultraschallwandler nach dem ersten und neunten Patentanspruch.
  • Mikromechanische Ultraschallwandler (engl. micromachined ultrasonic transducer-MUTs) bestehen aus mechanischen und elektrischen Elementen, sowie elektromechanischen Wandlern. Durch die Geometrie der mechanischen Komponenten (bspw. eine Membran) werden die Eigenfrequenzen des Wandlers bestimmt. Elektromechanische Wandler transformieren die elektrische in mechanische Energie und umgekehrt, beispielsweise durch Elektrostatik, Piezoelektrik oder andere Wandlerverfahren. Die elektrischen Komponenten sind elektrische Leitbahnen. Bei MUTs gemäß dem Stand der Technik werden diese Grundkomponenten in einem Layout festgelegt.
  • Die Chipgröße und die elektrische Verschaltung von MUTs wird hierbei in den Lithografieebenen festgelegt. Nach der Herstellung durch Mikrotechnologien im Waferlevel werden die Chips zum Beispiel durch Sägen vereinzelt. Die Chipgröße für ein MUT-Layout ist nicht veränderbar und die elektrische Verschaltung der einzelnen Wandlerelemente auf dem Chip nicht adaptierbar.
  • Die Druckschrift US 7,531,371 B2 beschreibt ein Verfahren und bezieht sich auf Mehrflächenarrays, die sich hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden, wobei bei dem auf einem oder auch mehreren Wafern Mikrobauelemente bereitgestellt werden. Die einzelnen Chips werden anschließend getrennt und auf einem Substrat positioniert. Im Anschluss erfolgt die Herstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Chips. Nachteilig ist, dass die elektronische Konfiguration im Layout festgelegt und nachträglich nicht mehr anpassbar ist.
  • In der Druckschrift EP 3 684 081 B1 wird ein Herstellungsverfahren für mehrere MEMS-Schallwandler beschrieben. Auf einem Wafer ist eine Vielzahl von MEMS-Schallwandlern angeordnet. Diese sind durch Piezoelemente miteinander verbunden, die in einer Vergussmasse fixiert sind. Entsprechend den Anforderungen der konkreten Anwendung werden die erforderlichen Piezoelemente freigestellt, sodass sie aktiv werden. Diese Freisetzung erfolgt mittels Ätzen oder Laserbehandlung. Nachteilig ist, dass die Wandler mit einer Formmasse umgossen werden müssen. Durch die Formmasse werden die gesägten Chips "handhabbar gemacht" und nachträglich zu einem größeren Chip (Schallwandler) angeordnet.
  • Die Druckschrift DE 10 2020 204 773 A1 beschreibt gemäß Anspruch 1 eine Sensoranordnung einzelner Sensorelemente die eigenständig funktionsfähig sind und zur Vereinzelung insbesondere eine Sägestraße aufweist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Sensorfläche eine definierte Vereinzelungsstruktur und eine definierte Sägestraße aufweisen muss und damit die Form und Größe des Chips limitiert ist.
  • Ein weiterer Nachteil bei dem in Druckschrift DE 10 2020 204 773 A1 beschriebenen Verfahren ist die gemäß Absatz [0021] definierte Montage und elektrische Verdrahtung der einzelnen Sensoren. Diese werden auf einem separaten elektrischen Träger miteinander verbunden und weitere Technologien zur Montage werden benötigt. Darüber hinaus ist dieses Verfahren nur eingeschränkt adaptierbar, da im elektrischen Träger das Design zur Verdrahtung festgelegt ist. Die Lösung nach dieser Druckschrift sieht die elektrische Verdrahtung auf einem separaten Träger vor.
  • Die Druckschrift US 2017/0165715 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vereinzelung von Sensorelementen mit definierter Vereinzelungsstruktur, aber ohne definierte Sägestraße. Die Form des Chips ist durch eine zusätzliche lithografische Maske und einer tiefen reaktiven lonenstrahlätzung vom Substrat im Maskenlayout vordefiniert. Die Chipgröße und Form ist demnach im Fertigungsdesign vordefiniert und kann nicht frei gewählt werden. In Absatz [0012] wird definiert, dass die Chipgröße zwingend ein Vielfaches der Basiszelle sein muss. Die erfinderische Tätigkeit aus Anspruch 1 und den abhängigen Ansprüchen ergibt sich daraus, dass die Chipgeometrie nicht im Waferlevel-Layout festgelegt ist. Zudem ist in der Druckschrift die elektrische Verdrahtung auf Chipebene vordefiniert und nicht frei wählbar, was unter Anderem in Figur 6 abgebildet ist. Wäre es einem Fachmann ohne erfinderische Tätigkeit möglich gewesen die Ansprüche einer Freiform-Chip-Geometrie und einem freien Design zur Verdrahtung der akustischen Kanäle zu formulieren, dann wären diese unter Anderem in den Abschnitten [0012] ff beschrieben.
  • Die nahestehenden Lösungen aus dem Stand der Technik definieren die Verschaltung von einzelnen Wandlerelementen auf dem Substrat durch eine elektrische Verbindung mittels eines Dünnschichtmetalls, das fotolithografisch festgelegt und nicht adaptierbar ist. Aufgrund der festgelegten elektrischen Kontakte und der Positionen der Wandlerelemente ist die Chipgröße im Design festgelegt. Der Wafer wird entsprechend der Abmaße des Chips gesägt. Das Sägemaß wird im Design festgelegt und ist nicht adaptierbar.
  • Nachteilig gemäß dem Stand der Technik ist, dass kundenspezifische Wünsche nach eigenen Chip-Geometrien und Verschaltungsarten der Wandlerelemente wie zum Beispiel die Anzahl der unabhängig arbeitenden elektrischen Kanäle oder die Form eines Kanals als Linie, rechteckige Fläche, kreisförmige Fläche, Ring, etc. nur durch ein Neudesign und eine neue Fabrikation gelöst werden können. Die Grundkosten (Setupkosten) sind sehr hoch und die Herstellungsdauer hierfür ist lang. Für kleinere und mittlere Stückzahlen können keine wirtschaftlichen Systeme angeboten werden. Das Technologiedesign gemäß dem Stand der Technik legt die Verschaltungsart und die Chipgröße in den Lithografieebenen bei der Herstellung durch Mikrotechnologien fest. Die sich wiederholenden Grundelemente der MUTs entsprechen der Abbildung eines Chips. Die elektrischen Leitbahnen der einzelnen Kanäle sind gemäß dem Stand der Technik auf Waferlevel im Design festgelegt und können nicht nachträglich verändert werden. Auch die mechanisch beweglichen Membranen mit den Elektroden sind je Kanal durch die lithografische Strukturierung der Elemente nicht modular, nicht adaptier- oder nachträglich änderbar. Der Chip kann nicht an einer beliebigen Position vereinzelt werden, da sonst die Funktionalität zerstört wird. Für jedes kundenspezifische Design entstehen neue Setupkosten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers und einen Ultraschallwandler zu entwickeln, das es erlaubt, mikromechanischen Ultraschallwandler auf Substratebene als in Chipgröße und Kanalform und -anzahl modular adaptierbar aufzubauen und als "off the shelf" Komponenten in mit einmaligen Setupkosten bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten und neunten Patentanspruchs gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers wird der mikromechanische Ultraschallwandler aus mehreren modularen Basiszellen gebildet, wobei eine Vielzahl von Basiszellen rasterförmig auf einem Substrat angeordnet sind und jede Basiszelle mindestens eine Elektrode und mindestens einen elektromechanischen Wandler aufweist. Eine Vielzahl von Basiszellen bilden einen Chip, wobei der Chip in Abhängigkeit der Anforderungen individuell aus dem Substrat durch Auftrennen entlang wenigstens einer Vereinzelungslinie vereinzelt wird.
  • Verfahrensgemäß werden die Basiszellen in einer ersten Variante der Erfindung erst nach der mikrotechnologischen Fertigung miteinander kontaktiert. In einer zweiten Variante werden die Basiszellen auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander verbunden und deren elektrische Verbindung nach der mikrotechnologischen Prozessierung einzeln getrennt.
  • Die mikromechanischen Ultraschallwandler werden als im Layout identische Halbfabrikate gefertigt und nachfolgend entsprechend der individuellen Anforderungen vereinzelt, so dass in Abhängigkeit der Anforderungen eine Vielzahl von Basiszellen zur Verfügung stehen und entsprechend der Anforderungen eine Kontaktierung der Basiszellen erfolgt oder aufgehoben wird.
  • Die Ultraschallwandler können ohne die Verwendung eines zusätzlichen elektrischen Trägers miteinander verschalten werden.
  • Die Basiszellen werden vorteilhafter Weise auf dem Substrat in Form eines Wafers per Dünnschichtabscheidung und lithografischem Verfahren hergestellt.
  • Das Auftrennen und Vereinzeln erfolgt insbesondere in einer Freiform und besonders bevorzugt durch Sägen entlang einer Sägelinie oder durch Bruchkanten. Der Abstand der Vereinzelungsstrukturen zueinander ist nicht notwendigerweise ein Vielfaches der Abmessungen der Basiszellen.
  • Durch die Vereinzelung entsteht eine aktiv nutzbare Chipfläche, wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle entspricht und miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Je nach Verfahren der Vereinzelung kann zusätzlich eine passive Chipfläche entstehen. Die passive Chipfläche liegt im Bereich der wenigstens einen Vereinzelungslinie und ist für die akustische Funktion des Chips nicht nutzbar.
  • Der erfindungsgemäße mikromechanische Ultraschallwandler weist mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode und einen elektromechanischen Wandler aufweisenden Basiszellen auf, wobei eine Vielzahl von Basiszellen auf einem Substrat angeordnet sind und einen Chip bilden und der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine Vereinzelungslinie randseitig begrenzt ist. Möglich wird dies, da die Basiszellen auf Substratebene nicht miteinander verbunden sind. Nach der Vereinzelung ist jede Basiszelle, die nicht im Bereich der Vereinzelungslinie liegt (Bruchkante, Sägelinie, etc.) funktional auf dem Chip vorhanden. Je nach Ausführung sind die Basiszellen elektrisch auf Substratebene entweder miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Die Zuordnung der elektrischen Funktionalitäten, wie elektrische Verbindungen, zueinander erfolgt nach der Waferbearbeitung durch Auftrennen der Verbindungen oder respektive Kontaktierung der Basiszellen miteinander.
  • Die Vereinzelungslinie ist vorzugsweise in Form einer Geraden, Freiform oder eines Radius/kreisförmig ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische Ebene für jede Basiszelle vollständig vorhanden.
  • In einer Ausgestaltung des Ultraschallwandlers weist der Chip eine passive Chipfläche und eine aktiv nutzbare Chipfläche auf, wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle entspricht und die passive Chipfläche im Bereich der wenigstens einen Vereinzelungslinie liegt. Auch die Ausgestaltung eines Chips ohne passive Chipfläche ist möglich.
  • Die Basiszellen sind in einem Raster angeordnet und erstrecken sich in einer möglichen Ausgestaltung entlang einer ersten Richtung und einer orthogonalen zweiten Richtung nebeneinanderliegend. Jedoch sind auch weitere Anordnungen, zum Beispiel eine Freiform oder eine radialsymmetrische Anordnung möglich.
  • Der Ultraschallwandler kann in Abhängigkeit der Kontaktierung der Basiszellen untereinander mehrere Kanäle aufweisen. Die Kontaktierung erfolgt in Abhängigkeit der Anforderungen an den Ultraschallwandler.
  • Bevorzugt weist der Ultraschallwandler wenigstens einen elektrischen Kanal auf, wobei der eine Kanal mit einem weiteren Ultraschallwandler oder einer anderweitigen elektrischen Funktionalität kontaktiert ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler effektiv hergestellt werden.
  • Gegenüber dem Stand der Technik stellt die Erfindung Basiszellen bereit, die wiederum erst nachträglich auf Chip- oder Waferlevel elektrisch zugeordnet und die Chipflächen nach der Fertigung auf Substratebene festgelegt werden können. Das Vorhandensein der mikromechanischen Ultraschallwandler in Form der modularen Basiszellen erlaubt es, die Grundkosten für eine MUT-Fertigung auf Substratebene einmalig aufzuwenden und eine größere Anzahl von MUT-Basiszellen modular adaptierbaren Chipflächen und elektrischen Verbindungen, zum Beispiel Kanalanzahl, auf Substraten herzustellen. Kundenspezifische MUTs können durch die der mikrotechnologischen Produktion nachgelagerten Bearbeitung mit Vereinzelung und elektr. Verschaltung des Substrats hergestellt werden. Die Substrate liegen als "off the shelf" Komponenten vor. Die Produktion von MUTs für kleinere und mittlere Stückzahlen wird wirtschaftlich und die Lieferzeiten kundenspezifischer Komponenten sinken signifikant. KMUs erhalten somit Zugriff zu MUT-Komponenten, die sich bisher nur für Großunternehmen lohnen und neue Anwendungsfelder können erschlossen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Basiszelle eines elektromechanischen Ultraschallwandlers,
    Figur 2
    einen dreikanaligen Ultraschallwandler,
    Figur 3
    einen zweikanaligen Ultraschallwandler,
    Figur 4
    einen einkanaligen Ultraschallwandler,
    Figur 5
    Gruppe von Basiszellen, die während der mikrotechnologischen Produktion auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander verbunden sind und in einzelne elektrische Kanäle getrennt werden können,
    Figur 6
    Individuelle Vereinzelung der Chip aus dem Waferverbund durch Auftrennen,
    Figur 7
    Individuelle Vereinzelung der Chip aus dem Waferverbund durch Auftrennen mit funktionsfähig dargestellten Basiszellen,
    Figur 8
    eine alternative Trennung aus dem Waferverbund,
    Figur 9
    eine weitere alternative Auftrennung der Basiszellen,
    Figur 10
    Schnitt A-A gem. Figur 1,
    Figur 11
    Schnitt A-A gem. Figur 1 mit einem alternativen Aufbau,
    Figur 12
    Chip 15 auf Leiterplatte
  • In der Figur 1 ist eine Basiszelle 1 eines elektromechanischen Ultraschallwandlers dargestellt, wobei die Basiszelle ein Substrat 2 und darauf angeordnet eine oder mehrere Elektroden 3, mindestens einen oder eine Gruppe von elektromechanischen Wandlerelementen 4 und optional weitere elektrische Kontakte 5 als Dünnschichten aufweist, die per Dünnschichtabscheidung und fotolithografischer Verfahren auf Substratebene hergestellt wurden. Die Anordnung der einzelnen elektromechanischen Wandlerelemente 4, der Elektroden 3 und von hier nicht dargestellten Anschlüssen zu einer weiteren Basiszelle bzw. einem weiteren Substrat kann je nach Design variieren. Das spezifische Design der Basiszelle in Figur 1 stellt lediglich eine Illustration dar. Die Anordnung der Elektroden 3 und der elektrischen Kontakte 5 kann ebenfalls von der beispielhaften Darstellung in Figur 1 abweichen.
  • Die Figuren 2 , 3 und 4 zeigen eine Anordnung von neun Basiszellen 1 in einer 3 x 3 Anordnung der Basiszellen 1, die nach der mikrotechnologischen Prozessierung über Kontaktierungen 6 an den Oberseiten der Elektroden 3 einzeln elektrisch verbunden werden können. Es werden nebeneinander angeordnete Basiszellen miteinander kontaktiert. In Figur 2 ist ein dreikanaliger Ultraschallwandler mit je drei Basiszellen pro Kanal dargestellt. In der Figur 3 ist ein zweikanaliger Ultraschallwandler mit drei, beziehungsweise sechs Basiszellen 1 pro Kanal. Figur 4 zeigt einen einkanaligen Ultraschallwandler mit neun Basiszellen 1 pro Kanal.
  • Eine alternative Ausgestaltung der Basiszellen ist in der Figur 5 dargestellt.
  • Die Basiszellen 1 sind derart gestaltet, dass sie während der mikrotechnologischen Produktion auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander über einen Kontaktbereich 7 verbunden worden sind. Erst nach deren mikrotechnologischen Prozessierung wird die elektrische Verbindung einzeln getrennt. Diese Auftrennung kann entlang einer Vereinzelungslinie oder in Freiform erfolgen. Eine mögliche Technologie zum Auftrennen kann hierbei die Laserablation sein.
  • In den Figuren 6 und 7 ist die individuelle Vereinzelung des Chips 15 aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, beispielweise Sägen entlang einer Vereinzelungslinie 8 dargestellt, wodurch eine gesägte Chipfläche 10 mit einer aktiv nutzbaren Chipfläche 9 und einer passiven Chipfläche 11 entsteht. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht dem Vielfachen einer Basiszelle 1.
  • Figur 7 zeigt die aktiv nutzbare Chipfläche 9, welche innerhalb der Vereinzelungslinie 8 liegt. Weiterhin sind die gesägte Chipfläche 10 und die ungenutzte Chipfläche 11 ersichtlich.
  • Es besteht die Möglichkeit, die aktiv nutzbare Chipfläche 9 vor oder nach dem Herstellen der Vereinzelungslinie 8 durch Verbinden der Basiszellen 1 mittels der Kontaktierungen 6 (hier nicht dargestellt) zu erzeugen.
  • Figur 8 zeigt eine alternative individuelle Vereinzelung des Chips 15 und dessen Basiszellen 1 aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, entlang der Vereinzelungslinie 8. Die Vereinzelungslinie 8 ist kreisförmig ausgebildet. Es entsteht durch die Vereinzelung eine passive Chipfläche 11 und eine aktiv nutzbare Chipfläche 9. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht auch hier dem Vielfachen einer Basiszelle 1. Die Basiszellen 1 sind durch elektrische Kontakte 6 miteinander verbunden. Der Ultraschallwandler weißt zwei Kanäle auf, wobei jeder der Kanäle eine elektrische Kontaktierung vom Chip 15 zu einer weiteren elektrischen Funktionalität wie beispielsweise einer Elektronik oder Leiterplatte aufweist (nicht dargestellt).
  • Figur 9 zeigt die individuelle Vereinzelung der Basiszellen 1 aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, beispielweise Sägen entlang einer geraden Vereinzelungslinie 8 in Form einer Sägelinie, wobei durch optimale Aufteilung keine passive Chipfläche entsteht. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht dem Vielfachen einer Basiszelle 1. Die Basiszellen 1 können durch nicht dargestellte elektrische Kontakte miteinander verbunden sein.
  • In Figur 10 und Figur 11 ist der Schnitt A-A gemäß Figur 1 für zwei mögliche Herstellungstechnologien dargestellt. Es ist ersichtlich, dass in dem Substrat 2 der Basiszelle 1 im Bereich des elektromechanischen Wandlerelementes 4 Aussparungen 12 vorhanden sind, die eine mechanische Bewegung der darüberliegenden Membran 13 oder ggf. eines Freiträgers erlauben. Die gestrichelt umrandenden Bereiche in den Figuren 10 und 11 definieren bzw. umringen jeweils ein elektromechanisches Wandlerelement 4. Alternativ könnte in den Aussparungen 12 auch ein anderes elektrisch isolierendes Material angeordnet sein. Auf der Oberseite des Substrats 2 befindet sich das mechanisch bewegliche Substrat 13, welches sich über den Aussparungen 12 erstreckt. Der Aufbau der elektromechanischen Wandlerelemente 4 und der Elektroden 3 auf dem Substrat 2 ist abhängig vom Wandlerprinzip und designspezifischen Parametern. Der Aufbau in Figur 10 und 11 stellt lediglich eine Illustration dar. In Figur 10 und 11 ist der Aufbau eines piezoelektrischen, elektromechanischen Wandlerelementes 4 beispielhaft gezeigt. Das mechanisch bewegliche Substrat 13 kann als Elektrode fungieren. Alternativ kann eine Elektrodenschicht zwischen dem mechanisch beweglichen Substrat 13 und der piezoelektrischen Schicht 14 eingebracht werden (hier nicht dargestellt). Auf dem mechanisch beweglichen Substrat 13 wurde die piezoelektrischen Schicht 14 des elektromechanischen Wandlerelementes 4 abgeschieden. Auf der Oberseite der Basiszelle 1 befinden sich eine oder mehrere Elektroden 3 als elektrisch leitfähige abgeschiedene Schicht/en. In der oberen Elektrodenschicht sind ein oder mehrere Abstände b vorhanden, so dass Bereiche voneinander elektrisch isoliert sind und die Elektrode/n 3 und die Kontakte 5 gebildet werden. Die Geometrie und der Anschluss der Elektroden 3 kann je nach Design variieren.
  • Wird ein kapazitiver Ultraschallwandler aufgebaut, dann unterscheidet sich der Querschnitt und das horizontale Design.
  • Beispielsweise bei einem nicht dargestellten kapazitiven Wandler sind dessen beide Elektroden meist vertikal zwischen einer Aussparung angebracht. Eine piezoelektrische Schicht entfällt bei einem kapazitiven Wandler.
  • Das Substrat 2 besteht bevorzugt aus Silizium, kann aber auch aus Siliziumoxid und anderen geeigneten Materialien bestehen.
  • Die Elektrode 3 des elektromechanischen Wandlers 4 bestehen bevorzugt einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. in Form einer elektrisch leitfähigen metallischen Beschichtung aus Aluminium, Gold, Kupfer, Silber oder einem elektrisch leitfähigen Halbleitermaterial.
  • Das mechanisch bewegliche Substrat 13 besteht bevorzugt ebenfalls aus Silizium oder auch aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Glas bzw. Carbonatglas. Ebenfalls ist die Verwendung eines Polymers oder Metalle möglich. Ist das Substratmaterial 13 nicht elektrisch leitfähig, dann muss zwischen dem Substratmaterial 13 und der piezoelektrischen Schicht 14 eine weitere Elektrodenschicht eingebaut werden.
  • Die Schicht 14 des elektromechanischen Wandlers besteht bevorzugt aus piezoelektrischem Material.
  • Das elektromechanische Wandlerelement wird im Wesentlichen aus der elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der Schicht 14 aus piezoelektrischem Material gebildet. Die piezoelektrische Schicht 14 benötigt zwei, zumeist vertikale, Elektroden, die es ermöglichen ein elektrisches Feld im elektromechanischen Wandlerelement zu erzeugen oder zu messen. Diese elektrischen Kontakte werden durch die Schichten 3 und 13 gebildet.
  • Die übliche Wirkungsweise des elektromechanischen Ultraschallwandlers 4, hier eines piezoelektrischen Ultraschallwandlers ist im Wesentlichen folgende:
    Ein Material mit nichtsymmetrischem Gitter bildet elektrische Ladungsschwerpunkte aus. Daraus folgt, dass sich das Material unter einem elektrischen Feld oder einem dielektrischen Fluss mechanisch deformiert. Durch das Aufbringen der piezoelektrischen Schicht auf einem mechanisch beweglichen Substrat wird diese Deformation in eine Bewegung übertragen und erzeugt einen Schalldruck. Wir der piezoelektrische Ultraschallwandler als Sensor genutzt, dann erfolgt die Wandlungskette reziprok. Das heißt, dass ein Schalldruck zu einer mechanischen Deformation der Komponenten auf dem mechanisch beweglichen Substrat führt und die von der piezoelektrischen Schicht generierten Ladungsträgerdifferenzen durch die Elektroden zu einer Messeinrichtung geleitet werden.
  • Die elektromechanische Wandlung kann ebenfalls durch kapazitive Wandler erfolgen. Hierbei wird in der Aussparung 12 ein elektrisches Feld durch Elektroden erzeugt. Eine Änderung der Feldstärke führt zu einer mechanischen Deformation und umgekehrt.
  • Darüber hinaus soll mit Figur 12 noch ein Einblick zu den PMUTs (Piezoelektrischer mikromechanischer Ultraschallwandler) gegeben werden, um das Verständnis für die Erfindung zu verbessern. In Figur 12 ist ein nach dem zu patentierenden Verfahren hergestellter PMUT dargestellt. Jede Basiszelle 1 enthält in diesem Design 36 einzelne Ultraschallwandlerelemente (hier nicht ersichtlich) mit einer Resonanzfrequenz von rund 2,5 MHz. Die Basiszellen 1 (1x1 mm2) wurden auf einem Chip 15 (12x12 mm2) rasterförmig angeordnet. Die elektrische Verdrahtung in Form der elektrischen Kontaktierung 6 zwischen den Oberseiten der hier nicht bezeichneten Elektroden wurde für eine Anwendung in der Optoakustik zu 10 akustischen Kanälen mit einer Abmessung von jeweils 1x10 mm2 zusammengefügt (mehrere dieser Chips 15 auf einem nicht planaren Substrat werden beispielsweise für eine optoakustische Bildgebung eingesetzt). Diese Verbindung erfolgte durch automatisierten Drahtbond und ohne Verwendung eines elektrischen Trägers und ohne Verdrahtungsebenen auf Waferlevel (Lithografieebenen o.ä.). Für eine andere Anwendungen (nicht abgebildet) wird beispielsweise das gleiche Wafermaterial genutzt, um beispielsweise einen quadratischen PMUT (1x1 mm2) oder einen runden PMUT mit 5 mm Durchmesser und jeweils einem akustischen Kanal aufzubauen. Für jede Anwendung kann auf die Nutzung eines elektrischen Trägers mit Verdrahtungsebenen oder auf zusätzliche Maskenlithografie verzichtet werden.
  • In diesem Beispiel ist nur eine aktiv genutzte Chipfläche 9 vorhanden.
  • In Figur 12 ist weiterhin die üblich verwendete Leiterplatte 16 sowie die dazugehörigen elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel eine Kontaktierung 17 von Chip zu einem elektrischen Pad auf der Leiterplatte 18 und weiteren Kontaktierungen 19 von Leiterplatte zu einer Messeinrichtung ersichtlich.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung können die Form des Chips und der akustischen Kanäle nach dem mikrotechnologischen Prozess frei gewählt werden.
  • Die Chips werden vorgefertigt und dann später nach Kundenwunsch fertig nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konfiguriert, wodurch eine hohe Zeit- und Kostenersparnis gegeben ist.
  • Dem Kunden können in sehr kurzer Zeit seine kundenspezifischen Ultraschallwandler gefertigt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Basiszelle
    2
    Substrat/Waferverbund
    3
    Elektrode
    4
    elektromechanisches Wandlerelement
    5
    optionaler Kontakt
    6
    elektrischer Kontakt/Kontaktierung
    7
    Kontaktbereich
    8
    Vereinzelungslinie
    9
    aktiv genutzte Chipfläche
    10
    gesägte Chipfläche
    11
    passive Chipfläche
    12
    Aussparungen / Löcher / Isolation
    13
    mechanisch bewegliches Substrat / Membran
    14
    Schicht des elektromechanischen Wandlers
    15
    Chip
    16
    Leiterplatte
    17
    Kontaktierung von Chip zu Leiterplatte
    18
    Kontaktpad auf der Leiterplatte
    19
    Kontaktstecker für konfektionierte Kabel zur Messeinrichtung / Elektronik
    b
    Abstand zwischen Elektroden

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers, dadurch gekennzeichnet, dass der mikromechanische Ultraschallwandler aus mehreren modularen Basiszellen (1) auf einem Substrat (2) in einer mikrotechnologischen Fertigung per Dünnschichtabscheidung und lithografischem Verfahren gebildet wird, wobei eine Vielzahl von Basiszellen (1) rasterförmig auf einem Substrat (2) angeordnet sind und jede Basiszelle (1) mindestens eine Elektrode (3) und mindestens ein elektromechanischen Wandlerelement (4) aufweist und dass eine Gruppe von Basiszellen (1) einen Chip (15) bilden, wobei der Chip (15) aus dem Substrat (2) durch Auftrennen entlang wenigstens einer frei definierbaren Vereinzelungslinie (8) vereinzelt wird und
    - dass nebeneinander angeordnete Basiszellen (1) erst nach der mikrotechnologischen Fertigung mittels eines elektrischen Kontakts (6) miteinander kontaktiert werden
    oder
    - dass die nebeneinander angeordneten Basiszellen in der mikrotechnologischen Fertigung elektrisch miteinander über einen Kontaktbereich (7) verbunden wurden und deren elektrische Verbindung nach der mikrotechnologischen Fertigung durch Trennung des Kontaktbereiches (7) getrennt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (15) in Abhängigkeit der Anforderungen individuell aus dem Substrat (2) durch Auftrennen entlang der frei definierbaren Vereinzelungslinie (8) vereinzelt wird,
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vereinzelung entlang der Vereinzelungslinie (8) eine passive Chipfläche (11) und eine aktiv nutzbare Chipfläche (9) des Chips (15) entstehen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle (1) entspricht, die miteinander verbunden oder voneinander getrennt wurden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Chipfläche (11) im Bereich oder außerhalb der wenigstens einen Vereinzelungslinie (8) erzeugt wurde.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszellen (1), durch welche die Vereinzelungslinien (8) erzeugt werden, eine ungenutzte gesägte Chipfläche bilden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung von nebeneinander angeordneten Basiszellen (1) mittels eines Kontakts (6) in Form eines Kontaktdrahtes
    - von einer Oberseite einer Elektrode (3) auf der Oberseite einer Basiszelle (1)
    - zur Oberseite einer Elektrode (3) einer benachbarten Basiszelle (1) hergestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen entlang der wenigstens einen frei definierbaren Vereinzelungslinie (8) entlang einer Sägelinie oder Bruchkante erfolgt.
  9. Mikromechanischer Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der mikromechanische Ultraschallwandler mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode (3) und mindestens ein elektromechanisches Wandlerelement (4) aufweisende Basiszellen (1) aufweist, wobei eine Vielzahl von Basiszellen (1) auf einem Substrat (2) angeordnet sind und einen Chip (15) bilden, wobei die Basiszellen (1) auf Substratebene nicht elektrisch miteinander verbunden sind und dass der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine frei definierbare Vereinzelungslinie (8) randseitig begrenzt ist.
  10. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vereinzelungslinie (8) in Form einer Gerade, Freiform oder eines Radius/kreisförmig ausgebildet ist.
  11. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Ebene für jede Basiszelle (1) vollständig vorhanden ist.
  12. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (15) eine passive Chipfläche (11) und eine aktiv nutzbare Chipfläche (9) aufweist, wobei die aktiv nutzbare Chipfläche (9) dem Vielfachen einer Basiszelle (1) entspricht und bevorzugt die passive Chipfläche (11) im Bereich oder neben der wenigstens einen Vereinzelungslinie (8) liegt und/oder die Basiszellen (1), entlang der Vereinzelungslinien (8), eine gesägte Chipfläche (10) aufweisen.
  13. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszellen (1) in einem Raster angeordnet sind und sich entlang einer ersten Richtung und/oder entlang einer orthogonalen zweiten Richtung nebeneinanderliegend erstrecken.
  14. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler in Abhängigkeit der Kontaktierung der Basiszellen untereinander mehrere Kanäle aufweist.
  15. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler wenigstens einen elektrischen Kanal aufweist und der eine Kanal mit einem weiteren Ultraschallwandler oder einer anderweitigen elektrischen Funktionalität kontaktiert ist.
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