JP5497657B2 - 超音波システム用ｃｍｕｔパッケージング - Google Patents

Description

優先権
本出願は、２００７年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６０／９９２，０２０号および２００８年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／０２４，８４３号からの優先権を主張する。

本出願は、容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）に関し、より具体的には、ＣＭＵＴによる超音波変換器、装置、およびシステムのパッケージングに関する。

カテーテルにより、外科関係者は、カテーテルの遠位端を何らかの状態が存在し得る部位に誘導することによって、患者の体内の深部の状態を診断および治療することができる。次いで、外科関係者は様々なセンサ、器具等をその部位で操作し、患者に対する最小の侵襲効果で所定の手順を行うことができる。広く使用されている装置の一種は超音波スキャナである。超音波スキャナは、音波が様々な組織および他の生物学的構造を貫通し、そこからエコーを戻すことができる能力に対して選択される周波数で音波を発生させる。多くの場合、約２０ＭＨｚ以上の周波数を選択することが望ましい。超音波スキャナの周囲組織の画像は、これらの戻されたエコーに由来し得る。別の種類の超音波装置を使用し、超音波変換器を備えるカテーテルを通じて高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を行い、拍動する心臓の外側表面から安全かつ効果的に心房細動（ＡＦ）を除去することができる。２種類の超音波変換器が存在し、１つは圧電性結晶（すなわち、圧電材料または複合圧電材料から製造される結晶）に基づき、もう１つは、容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴおよび埋込型スプリングＣＭＵＴまたはＥＳＣＭＵＴ）に基づく。

ＣＭＵＴは、典型的には通常、２つの電極のうちの１つに取り付けられる膜を有する２つの離間した電極を含む。操作中に、交流電流（ＡＣ）信号を使用して、電極を異なる電圧に充電する。差動電圧は、膜に取り付けられる電極の移動を誘発し、したがって膜自体の移動を誘発する。圧電変換器（ＰＺＴ）は、ＡＣ信号をその中の結晶にも印加し、結晶を振動させて音波を生成する。結晶に戻されたエコーを使用して、周囲組織の画像を得る。

そのため、外科関係者は、ヒト（および動物）患者の体内の所定組織（例えば、血管）、構造等の画像を得るため、およびそこでの治療効果を見るために、超音波スキャナを備えるカテーテルを採用することが有用であることを見出している。例えば、超音波変換器が画像を提供し得ることによって、医療関係者は血液が特定の血管を流れているか否かを判断することができる。

一部のカテーテルは、カテーテルの遠位端またはその付近に位置する単一の超音波変換器を含むが、他のカテーテルは、超音波変換器の配列をカテーテルの遠位端に含む。これらの超音波変換器は、カテーテルの側面に沿って配置でき、そこから外側を向き得る。その場合、それらは「側方視型変換器」と称され得る。カテーテルが片側向き変換器のみを有する場合、カテーテルを回転させて、カテーテルの周囲の全方向で組織の画像を得ることができる。そうでなければ、カテーテルは、超音波変換器をカテーテルの周囲の全方向に向かせることができる。

他の状況において、カテーテルは、カテーテルの末端から遠位方向を向くカテーテルの遠位端に超音波変換器を配置させることができる。これらの種類の超音波変換器は、「前方視型」変換器と称され得る。前方視型変換器は、カテーテルの正面（すなわち、「前方」）にある組織の画像を取得するために有用にすることができる。

超音波画像診断および超音波治療の両方において、超音波システムは標的ゾーンに超音波を集中させて画像診断または治療のいずれかを達成するため、画像診断用カテーテルによる超音波システムを構成して、適切な超音波周波数およびエネルギー入力を選択することによって、治療を行うこともできる。

実施態様は、超音波変換器、装置、およびシステム（例えば、スキャナまたはＨＩＦＵ装置）、ならびに超音波システムを製造する方法を提供する。より具体的には、一実施態様に従って実践される方法は、可撓性電子装置（例えば、集積回路）を可撓性部材と一体化するステップ、および可撓性超音波変換器（例えば、円形ＣＭＵＴアレイの一部分）を可撓性部材と一体化するステップを含む。一体化された可撓性電子装置、可撓性超音波変換器、および可撓性部材は、可撓性サブアセンブリを形成でき、丸められて超音波変換器を形成する。本明細書に開示されるパッケージング方法を使用して、超音波変換器、装置、およびシステムを最小化することができる。これらの方法を使用して、可撓性超音波変換器、装置、およびシステムを形成することもできる。また、結果として得られた超音波変換器、装置、およびシステムは、機械的に可撓性にすることができる。一部の実施態様において、これらの超音波変換器、装置、およびシステムは操作的に可撓性にでき、ＩＶＵＳ／ＩＣＥ画像診断および様々な形態の治療を含む、多様な状況に適用することができる。例えば、これらの超音波変換器、装置、およびシステムは、ヒト患者の心臓におけるＡＦの高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）切除に使用することができるが、それに限定されない。

一部の実施態様において、可撓性電子装置および可撓性超音波変換器と可撓性部材との一体化は、同時に行われる。さらに、超音波変換器の一体化は、その活性表面を含む超音波変換器の側面から行うことができる。代替案において、可撓性電子装置の一体化は、可撓性超音波変換器の一体化前（または後）に行うことができる。さらに、可撓性超音波変換器の一体化は、半導体技術を使用するステップを含むことができる。一部の実施態様において、丸められた可撓性サブアセンブリは、カテーテルの内腔に連結できる内腔を形成する。しかしながら、代わりに、丸められた可撓性サブアセンブリは、カテーテルの内腔に取り付けることができる。一部の実施態様において、可撓性部材（可撓性超音波変換器をホストする）の一部分を約９０度の角度に折り曲げ、前方視型超音波変換器を形成するステップを含む。一部の実施態様の可撓性部材は、ＣＭＵＴの円形配列の一部に取り付けられる一対のアームを含むことができる。アーム（および可撓性部材の残り）が丸められるにつれて、円形ＣＭＵＴアレイを９０度に折り曲げ、リング型ＣＭＵＴアレイを形成することができる。リング型ＣＭＵＴアレイは、次いで、前方視型ＣＭＵＴアレイとして使用することができる。

本明細書で開示される超音波システムの一実施態様は、可撓性電子装置（例えば、集積回路）、可撓性超音波変換器、および可撓性部材を含み、可撓性電子装置および可撓性超音波変換器は、可撓性部材と一体化される。一体化された可撓性電子装置、可撓性超音波変換器、および可撓性部材は、可撓性サブアセンブリを形成することができ、丸められて超音波スキャナを形成する。一部の実施態様において、丸められた可撓性サブアセンブリは内腔であるか、または代わりに、カテーテルの内腔に取り付けることができる。可撓性超音波変換器は、スルーウエハ相互接続およびそこで連通する円形ＣＭＵＴアレイの一部分を含むことができる。さらに、超音波変換器は、前方視型リング型ＣＭＵＴアレイにすることができる。

したがって、実施態様は、これまで可能であった超音波変換器を越える、より具体的には、ＰＺＴによる超音波システムを越える多くの利点を提供する。例えば、実施態様は、高周波且つこれまで可能であった帯域幅よりも広い帯域幅で操作できる、超音波スキャナを提供する。実施態様は、これまで利用可能であった超音波変換器よりも小型の要素を有する超音波システムも提供する。加えて、実施態様は、これまで利用可能であった超音波製造方法よりも簡単で、低コスト、且つ高速な超音波スキャナを製造する方法を提供する。

ＣＭＵＴによる超音波スキャナおよび一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性サブアセンブリの斜視図を示す図である。 別のＣＭＵＴによる超音波スキャナおよび一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性サブアセンブリの斜視図を示す図である。 一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性サブアセンブリの斜視図を示す図である。 ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性部材と一体化する方法を示す図である。 ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性部材と一体化する方法を示す図である。 ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性部材と一体化する方法を示す図である。 ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性部材と一体化する別の方法を示す図である。 ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性部材と一体化するさらに別の方法を示す図である。 一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性サブアセンブリの斜視図を示す図である。 一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性ＩＣサブアセンブリを製造する方法を示す図である。 一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナのＣＭＵＴアレイおよびＣＭＵＴ要素を製造する別の方法を示す図である。 ＣＭＵＴアレイを製造する様々な実施態様の方法を示す図である。

様々な実施態様の容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）によるシステム（例えば、ＩＶＵＳ／ＩＣＥスキャナ、小型高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）装置等）の構成要素は、その上に一体化されるＣＭＵＴアレイおよび／またはＩＣを備える可撓性部材である。ＣＭＵＴアレイおよびＩＣの一体化は、半導体およびＭＥＭＳの加工ならびにパッケージング技術（以下、「半導体」技術）を使用して同時に行うことができるか、または異なる時間に行われ得る。半導体技術は、バッチプロセスにおいて使用することができ、それによって比較的簡素で信頼性があり、コスト効率のよいＣＭＵＴによる超音波システムの製造方法を提供する。（ＣＭＵＴアレイおよび／またはＩＣと）一体化された可撓性部材を折り曲げるか、または他の方法で制限された空間内に適合するようにでき、また（複合局率を有するものも含む）様々な表面に一致するように形成することができる。より具体的には、本明細書で開示される超音波システムは、様々な種類のカテーテル上、または内部に含むことができる。より具体的には、これらのバッチ半導体プロセスは、圧電変換器（ＰＺＴ）による超音波システムよりも簡素で、信頼性が高く、コスト効率のよい超音波システムの製造方法を提供できる。

圧電変換器（ＰＺＴ）は、いくつかの望ましい診断および治療機能を行うことができるが、小型要素を有する圧電変換器（ＰＺＴ）を得ることは依然として困難である。より具体的には、ＰＺＴが製造される材料に関連する制限のため、様々な心血管、神経血管、および他の生物学的構造を通じて誘導される多くのカテーテル内に適合するように十分小さいＰＺＴを有するカテーテルを設計および製造することは依然として困難である。さらにＰＺＴ材料は、比較的高周波のレジームに好適でない。例えば、生物学的組織を撮像するために有用な２０ＭＨｚ付近（以上）の領域における動作が可能なＰＺＴを設計および製造することは困難である。

さらに、ＰＺＴの円筒形アレイ（様々なカテーテル上の包含に望ましい円筒形アレイ等）を形成するため、個別のＰＺＴを平板変換器からダイスカットしなければならない。個別のＰＺＴは、次いで、カテーテル上の円筒形アレイに配置できる。結果として、個別のＰＺＴ（またはそれらの群）の一部が、ダイスカット中および組立作業中に、切り口または他の汚染物質で損傷または汚染され得る。追加として、個別のＰＺＴのダイスカット作業およびカテーテル上での組立は、個別のＰＺＴの操作特性の変化に至り得る。そのため、これまでに利用可能なＰＺＴは、所定の超音波用途においてのみ使用されている。本開示は、ＣＭＵＴによる超音波システム、およびＰＺＴの短所の少なくとも一部に対処するかかるＣＭＵＴを備えるカテーテルを提供する。本明細書で記載されるように、本明細書で開示される超音波システムおよびカテーテルは、他の利点も有する。

ＣＭＵＴは、コンデンサを形成するように配置される２つのプレート状構造を使用して、隣接する媒体における音波を伝送および検出する。プレート（またはプレートに連結される電極）は、繰り返し充電されて、一方のプレートを他方に関連して移動させることにより、音波を発生できる。典型的に、交流電流（ＡＣ）がプレートを充電する。代替案において、プレートを選択した電圧に（例えば、直流すなわちＤＣ信号を用いて）充電してもよく、当該プレートを使用して、露出したプレートに作用する音波を感知するために使用することができ、したがって、そのプレートを他のプレートに対して相対的に変位させることができる。露出したプレートの移動は、ＣＭＵＴのキャパシタンスにおいて変化をもたらす。結果として得られたＣＭＵＴにより生成される電気信号を解析し、ＣＭＵＴを取り囲む媒体の画像を生成することができる。一部のＣＭＵＴによる超音波システムは、スイッチを含み、当該スイッチが一方の位置にある場合は、ＣＭＵＴに音波を伝送させることができ、当該スイッチが他方の位置にある場合は、ＣＭＵＴに音波を検出させることができる。

ＣＭＵＴは、別途に製作できるか、または様々な種類のアレイで製作することができる。例えば、一次元（１−Ｄ）アレイのＣＭＵＴを製作することができ、そこでは様々なＣＭＵＴが直線配列で形成される。２−Ｄ ＣＭＵＴアレイを製造することもでき、そこでは様々なＣＭＵＴが、例えば、行および列を含む多様なパターンで形成される。行および列は、一般に正方形、長方形、または他の形状のアレイを形成することができる。さらに、個別のＣＭＵＴは、個別に操作するか、他のＣＭＵＴと併せて操作するか、またはすべてのＣＭＵＴを併せて特定のアレイまたはスキャナで操作することができる。例えば、様々なＣＭＵＴを駆動する信号を多数のＣＭＵＴを段階的なアレイとして操作するように調節し、音響エネルギーを特定の方向に配向することができる。

アレイが所望または所定の形状あるいは曲線で表面、空洞等に一致することができるように、ＣＭＵＴアレイを可撓性に形成することができる。例えば、ＣＭＵＴアレイは、特定の器具、カテーテル、または他の装置の形状に一致するように適合することができる。同様に、ＣＭＵＴを駆動するため（およびそこからの信号を感知するため）に使用されるＩＣ（または他の電子回路）も可撓性に形成することができる。さらに、本明細書で開示されるものと同様の技術を使用してＣＭＵＴおよびＩＣを相互に、および器具と同時に一体化するか、または本明細書で開示されるものと同様（または異なる）技術を使用して個別の時間に一体化することができる。

より具体的には、一部の実施態様のＣＭＵＴおよびＩＣは、半導体またはマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）加工およびパッケージング技術（以下、「半導体」技術）を使用して、互いに可撓性膜上で同時に一体化できる。表面にＣＭＵＴおよびＩＣを有する可撓性部材をカテーテル（または他の装置）の上に巻きつけ、ＣＭＵＴによる超音波システムを備えるカテーテルを形成することができる。超音波スキャナとして機能する、これらのＣＭＵＴによる超音波システムは、前方視型、側方視型、またはそれらの組み合わせにすることができる。それらを使用して、画像診断、治療機能（例えば、組織除去）、またはそれらの組み合わせを行うこともできる。一部の実施態様において、他の変換器（例えば、圧力、温度等）を製作し、可撓性膜上のＣＭＵＴおよびＩＣと一体化することができる。

図１Ａは、一実施態様の容量性マイクロマシン加工変換器（ＣＭＵＴ）の可撓性サブアセンブリの斜視図を示す。可撓性サブアセンブリ１０８は、ＣＭＵＴアレイ１１０、ＣＭＵＴアレイ１１０の支持電子機器１２０、および可撓性部材１３０を含む。一部の実施態様において、支持電子機器１２０は、１つまたは複数の集積回路（ＩＣ）の形態である。可撓性部材１３０は、ＣＭＵＴアレイ１１０および支持電子機器１２０を電気的に連結する一方で、ＣＭＵＴアレイ１１０および支持電子機器１２０が組み立て中に相対的に移動できるようにする。可撓性部材１３０は、ＣＭＵＴアレイ１１０と支持電子機器１２０との間の電気的接続性も提供する。さらに、ＣＭＵＴアレイ１１０内のＣＭＵＴ要素は、それぞれ互いに可撓性に連結される。同様に、支持電子装置１２０の様々な部分は、互いに可撓性に連結できる。

図１Ｂは、一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システム（例えば、スキャナ）の斜視図を示す。より具体的には、ＣＭＵＴによる超音波システム１０９は、可撓性サブアセンブリ１０８から形成できる。一実施態様において、可撓性サブアセンブリ１０８は、参照矢印１３６により示されるように、円筒形に丸められ、ＣＭＵＴによる超音波システム１０９を形成する。図１Ｂに示されるように、ＣＭＵＴによる超音波システム１０９は、側方視型超音波スキャナにすることができる。ＣＭＵＴによる超音波スキャナ１０９は、内腔または他の装置に取り付けすることができるか、または患者の体内組織の画像診断に使用され得る。ＣＭＵＴによる超音波スキャナ１０９は、一般にスキャナに隣接する領域に超音波を集中させてＨＩＦＵ除去を行うこともできる。可撓性サブアセンブリ１０８は、物体の周囲に巻きつけできるか、チューブ、部分的内腔、または内腔に丸められるか、または他の形状（複合曲線を有するものでも）に形成できる。

図２は、一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの別の可撓性サブアセンブリの斜視図を示す。可撓性サブアセンブリ２０８は、円形ＣＭＵＴアレイ２１０、支持ＩＣ２２０、および可撓性部材２３０を含む。可撓性部材２３０は、ＩＣ２２０から円形ＣＭＵＴアレイ２１０に突出する一対の弓形アーム２３２を含む。アーム２３２は、図２Ｂに示されるＣＭＵＴによる超音波システム２０９の円筒形全体にアーム２３２を一致させる空洞２３４を画定することもできる。可撓性サブアセンブリ２０８から超音波システム２０９を形成するには、可撓性サブアセンブリ２０８を円筒形に丸めながら、円形ＣＭＵＴアレイ２１０を内側に折り曲げることができる。したがって、円形ＣＭＵＴアレイ２１０の個別要素は、ＣＭＵＴによる超音波システム２０９から遠位に向けることができる。したがって、ＣＭＵＴによる超音波システム２０９は、前方視型ＣＭＵＴによる超音波スキャナにすることができる。ＣＭＵＴによる超音波スキャナ２０９は、スキャナの前方領域に超音波を集中させて、ＨＩＦＵ除去を行うこともできる。

ここで図３Ａを参照して、一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性サブアセンブリの斜視図を説明する。可撓性サブアセンブリ３０８は、可撓性部材３３０と平行し、互いに離間しているＣＭＵＴアレイ３１０およびＩＣ３２０を含む。ＣＭＵＴアレイ３１０は、単一要素ＣＭＵＴまたはＣＭＵＴアレイ（例えば、１次元、２次元、１．５次元、または任意の他の種類のＣＭＵＴアレイ）にすることができる。したがって、可撓性部材３３０の部分３５０は、ＩＣ３２０の少なくとも一部とＣＭＵＴアレイ３１０との間の距離に及ぶ。可撓性アセンブリ３０８は、可撓性部材３３０のこれらの部分３５０において折り曲げることができ、小型超音波システム３０９を形成する（図３Ｂを参照）。小型超音波システム３０９は、スタックの一端にＣＭＵＴアレイ３１０を有するＩＣ３２０のスタック、およびＣＭＵＴアレイ３１０とＩＣ３２０との間の可撓性部材の層を画定する可撓性部材の部分３５０に類似できる。小型超音波システム３０９は、カテーテル内および他の同様の制限された空間に適合し得るように十分に小さく作れる。可撓性部材３０８は、スタックに折り畳むことができる一方で、（複合曲線を有するものであっても）物体の周囲に巻きつけできるか、チューブあるいは内腔に丸められ得るか、または他の形状に形成できる。

ここで図４〜８を参照して、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを可撓性部材と一体化する様々な方法を説明する。これらの方法は、様々な半導体技術を使用して、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを可撓性部材と一体化するステップを行うことができる。実際に、一部の実施態様において、同一の半導体技術を使用して、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを可撓性部材と一体化する。対照的に、ＰＺＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波システムのＰＣＴ変換器およびＩＣ（または他の支持電子機器）を一体化するために異なる技術を必要とする。

図４は、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを可撓性部材と一体化し、一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性サブアセンブリ４０８を形成する方法を図示する。より具体的には、様々な半導体技術を使用して、可撓性部材４３０をウエハ４００（または何らかの他の基板）上で加工することができる。図４は、ウエハ４００を使用してＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０を可撓性部材４３０と一体化できることをさらに説明する。ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０の一体化中に、少なくとも１つの絶縁層４３１〜４３５、少なくとも１つの導電層４３２〜４３４、および結合パッド４３９を含む可撓性部材４３０等の様々な構造が形成できる。図４により示される方法において、ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０は別途に製作できる。

可撓性部材４３０の製作に使用される半導体技術に部分的に起因して、可撓性部材４３０において形成される様々な相互接続の寸法は、ＰＺＴによる超音波システムにおいて使用される印刷回路板（ＰＣＢ）の対応する相互接続の寸法よりも大きくなるように制御することができる。追加として、図４により示される方法は、複数の導電層４３２〜４３４をより良い寸法制御で加工することによって、相互接続の密度を（ＰＺＴによる超音波変換器の相互接続密度と比較して）高めることができる。したがって、小型超音波システムは、様々な実施態様に従って製作できる。

ここで図４．１を参照すると、導電層４３１をウエハ４００上に被覆およびパターン化して、可撓性部材４３０の第１層を形成することができる。ウエハ４００は、シリコンウエハ、ガラスウエハ、または何らかの他の基板であり得、また導電層４３１は、例えば、オキシド、ニトリド、パリレン、ポリイミド、ＰＤＭＳ、カプトン等で被覆または形成できることに留意されたい。

導電層４３２の１つを（図４．２により示されるように）ウエハ４００上に形成およびパターン化して、可撓性部材４３０内に様々な相互接続を形成することができる。前述のとおり、必要に応じて追加の絶縁層４３３〜４３５および追加の導電層４３２〜４３４をウエハ４００上に被覆およびパターン化して、可撓性部材４３０内に追加の相互接続を形成することができる（図４．３を参照）。導電層４３２〜４３４の材料は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ等にすることができる。

図４．４は、結合パッド４３９を導電材料から様々な相互接続上で製作およびパターン化し、ＣＭＵＴアレイ４１０、ＩＣ４２０、および他の構成要素上の対応するコンタクトと一致させることができることを示す。結合パッド４３９を形成できる材料、および図４．４ならびに４．５で示されるプロセスにおける技術に基づいて選択され得る材料を選択して、ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０を可撓性部材４３０と一体化させる。したがって、図４．５により示されるように、ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０は、結合パッド４３９上に位置付けられ、そこで結合できる。より具体的には、装置レベルまたはウエハレベルのいずれかで、ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０を結合パッド４３９と結合するステップは、様々なフリップ−チップ結合方法と同様に、共晶結合、熱圧縮結合を用いて行うことができる。可撓性部材４３０、ＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０を含む可撓性サブアセンブリ４０８は、次いで、図４．６によって示されるように、ウエハ４００から分離できる。可撓性部材は、層４３１〜４３５および結合パッド４３９を備える。次いで、一部の実施態様において、一体化された可撓性サブアセンブリは、その後、超音波システムに組み立てられ得る。そのため、ＣＭＵＴアレイ４１０は、ＩＣ４２０を可撓性部材４３０と一体化するために使用されるものと同一の技術（および、より具体的には、半導体バッチプロセス技術）を使用して、可撓性部材４３０と一体化することができる。

図５は、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性部材と一体化する別の方法を説明する。より具体的には、図４に示されるような第１のウエハ上に可撓性部材を形成する代わりに、図５における可撓性部材５３０は、製作されたＣＭＵＴアレイ５１０を有するＳＯＩウエハ上で形成される。ここで図５．１を参照すると、ＣＭＵＴアレイ５１０は、ＳＯＩウエハ５００上で加工される。ＳＯＩウエハは、素子層５０１、絶縁層５０２、およびハンドリング層５０３を含む。図５．２において、第１のパターン（例えば、トレンチまたは開口）５７０、５７１は、ＣＭＵＴ加工基板の上側から形成される。第１のパターンは、ウエハ上の各ＣＭＵＴアレイ５１０の境界を画定できるトレンチ（または開口）５７１、およびＣＭＵＴアレイ５１０における各ＣＭＵＴ要素の境界を画定し得るトレンチ（または開口）５７０を含む。トレンチの最深端は、絶縁層５０２に到達し得る。第１のパターン（例えば、トレンチまたは開口）５７０、５７１は、ＣＭＵＴ加工中または後に行える。このステップの後に続く工程は、図４の図４．１〜図４．４の方法と同様であり、ＣＭＵＴアレイ上で可撓性部材５３０を形成することができる（図５．３）。図５．４によって示されるように、ＩＣ５２０は、結合パッド５３９上に位置付けられ、そこで結合できる。より具体的には、装置レベルまたはウエハレベルのいずれかで、ＩＣ５２０を結合パッド５３９と結合するステップは、フリップ−チップ結合方法と同様に、共晶結合、熱圧縮結合を用いて行うことができる。ＳＯＩウエハ５００のハンドリング層５０３は除去してもよい。次いで、可撓性部材５３０、ＣＭＵＴアレイ５１０、およびＩＣ５２０を含む可撓性サブアセンブリ５０８は、図５．５によって示されるように、ウエハ５００から分離できる。さらに、図５．５によって示されるように、図５により示される方法は、結果としてＣＭＵＴアレイ５１０を可撓性部材５３０の一方の側面（例えば、ウエハ５００上に製作された側面）に位置付けられ、ＩＣ５２０は可撓性部材５３０の他方の側面に位置付けられる。

図６は、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性部材と一体化する別の方法を説明する。より具体的には、図４に示されるように、第１のウエハ上で可撓性部材を形成する代わりに、図６における可撓性部材６３０は、そこで製作されるＩＣ６１０を用いて、ＳＯＩウエハ上で形成される。

ここで図６．１を参照すると、支持ＩＣ６２０は、ＳＯＩウエハ６００上で製作することができる。ＳＯＩウエハは、素子層６０１、絶縁層６０２、およびハンドリング層６０３を備える。図６．２において、第１のパターン（例えば、トレンチまたは開口）６７１は、ＩＣ加工基板の一方の側面（例えば、上側）から形成できる。第１のパターンは、トレンチ（または開口）６７１を含み、ウエハ上の各ＩＣ６１０の境界を画定できる。トレンチの最深端は絶縁層６０２に到達し得る。このステップ後に続く工程は、図４の図４．１〜図４．４の方法と同様であり、ＩＣ６２０上で可撓性部材６３０を形成することができる（図６．３）。図６．４によって示されるように、ＣＭＵＴアレイ６１０は、結合パッド６３９上に位置付けられ、そこで結合できる。より具体的には、装置レベルまたはウエハレベルのいずれかで、ＣＭＵＴアレイ６１０を結合パッド６３９と結合するステップは、フリップ−チップ結合方法と同様に、共晶結合、熱圧縮結合を用いて行うことができる。ＳＯＩウエハ６００のハンドリング層６０３は除去してもよい。次いで、可撓性部材６３０、ＣＭＵＴアレイ６１０、およびＩＣ６２０を含む可撓性サブアセンブリ６０８は、図６．５によって図示されるように、ウエハ６００から分離できる。

図７は、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの可撓性部材と一体化する別の方法を図示する。図７によって図示される方法において、可撓性部材７３０は、様々な半導体技術を使用して、様々なＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０で形成できる。図７の方法を使用し、可撓性部材７３０における導電層の数を増加し、導電ワイヤのライン幅および分離を減少させることによって、結果として得られた超音波システムの相互接続密度を（ＰＺＴによる超音波システムおよび従来のＰＣＢと比較して）増加させることができる。さらに、図７の方法は、バッチプロセスとして行い、それによってバッチ半導体技術に関連する規模の節約を利用することができる。そのため、多くのＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０は、様々な可撓性部材７３０上で同時に一体化できる。

ここで図７．１を参照すると、そこで説明される方法は、ウエハ７００を使用して可撓性部材７３０を形成し、またそこでＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０を一体化することができる。より具体的には、図７は、ＳＯＩウエハ７００を使用するステップは、埋め込まれた絶縁層７０２およびハンドリング層７０３を含み得ることを図示する。さらに、図７は、ラッチ構造７０５、絶縁層７３１／７３２、および導電層７３２等の様々な構造は、ウエハ７００上で製作できることを図示する。

より具体的には、図７．１は、ラッチ構造７０５は、ウエハ７００上で形成できることを図示する。これらのラッチ構造は、空洞７２１の壁上に設計され、ＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０を、ＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０に対して選択される位置に形成される空洞７２１内の所定の位置にラッチすることができる。ＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０は、ラッチ構造７０５を使用して、それぞれの空洞７２１における所定の位置にラッチできる（図７．２）。次いで、絶縁層７３１は、スピンコーティング、蒸散、スパッタリング、蒸着等の様々な半導体技術を使用して、ウエハ７００上に形成およびパターン化できる（ＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０へのアクセスを提供する）（図７．３）。さらに、絶縁層７３１は、パリレン、ＰＭＤＳ、ポリイミド、ポリマー、オキシド、ニトリド等の様々な絶縁材料から形成できる。

ここで図７．４を参照すると、導電層７３２がウエハ７００上に形成され、可撓性部材７３０内およびＣＭＵＴアレイ７１０、ＩＣ７２０、および様々な他の構成要素間に様々な相互接続を提供する。導電層７３２は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ等の様々な導電材料からウエハ７００上で形成およびパターン化できる。さらに、導電層７３２は、蒸散、スパッタリング、蒸着等の様々な半導体技術を使用して製作できる。所望に応じて、追加の絶縁層７３１および導電層７３２をウエハ７００上に形成して、結果として得られた可撓性部材７３０の相互接続密度を高めることができる。

図７．５は、可撓性絶縁層７３３が、ウエハ上で当該可撓性サブアセンブリ７０８の保護層として形成およびパターン化できることを図示する。可撓性絶縁層７３３は、パリレン、ＰＭＤＳ、ポリイミド、ポリマー、オキシド、ニトリド等の様々な絶縁材料から形成でき、またスピンコーティング、蒸散、スパッタリング、蒸着等により製作できる。可撓性絶縁層７３３は、可撓性部材７３０（およびその様々な層７３１〜７３２ならびにＣＭＵＴアレイ７１０およびＩＣ７２０）を機械的乱用および環境から保護するために十分な厚みと材料特性で製作できる。

図７．６は、ハンドリング層７０３および絶縁層７０２が、ウエハ７００の表面から除去でき、ＣＭＵＴアレイ７１０、ＩＣ７２０、および可撓性部材７３０をホストするウエハ７００の反対側にあることを示す。そのため、一体化された可撓性部材７３０、ＣＭＵＴアレイ７１０、およびＩＣ７２０を含む可撓性サブアセンブリ７０８は、ウエハ７００から除去できる。したがって、一体化された可撓性部材７３０を使用して、様々な超音波システムを組み立てることができる。

図８は、ＩＣおよびＣＭＵＴアレイを一実施態様のＣＭＵＴによる超音波スキャナの可撓性部材と一体化するさらに別の方法を説明する。より具体的には、図８．１は、ＣＭＵＴアレイ８１０が最初にウエハ８００上で製作でき、次いで、加工されたＣＭＵＴアレイを有するウエハ内のラッチ構造８０５によって、ＩＣ８２０が所定の位置においてラッチできることを示す。対照的に、図８．２は、ＩＣ８２０が最初にウエハＩＣ８００上で製作でき、次いで、製作されたＩＣを有するウエハ内の所定の位置において、ＣＭＵＴアレイ８１０がラッチできることを示す。図８．１および８．２により図示される方法において、可撓性部材８３０の製作およびそのＣＭＵＴアレイ８１０およびＩＣ８２０との一体化は、図７．１および７．２によって示される方法に類似にできる。完成した可撓性サブアセンブリは、図７．６における可撓性サブアセンブリ７０８に類似にできる。

図９は、可撓性アセンブリ９００の上面図を示し、ここで複数のＣＭＵＴアレイ９１０および複数のＩＣ９２０が可撓性部材９３０上にパッケージされ、一実施態様の複数のＣＭＵＴによる可撓性サブアセンブリ９０８を形成できる。複数の可撓性サブアセンブリ９０８を有する可撓性アセンブリ９００は、図４〜８に示される方法を使用して構築できる。各可撓性サブアセンブリ９０８を使用して、ＣＭＵＴによる超音波システムを構築することができる。図９により図示されるＣＭＵＴによる超音波可撓性アセンブリ９００は、本明細書で開示される方法と同様の方法を使用して製作できる。より具体的には、図９における拡大ウィンドウ内の図は、可撓性サブアセンブリ９０８から構築されるＣＭＵＴによる超音波システムが、様々なバッチ半導体技術を使用して、可撓性部材９３０と一体化されるＣＭＵＴアレイ９１０およびＩＣ９２０を含み得ることを示す斜視図である。さらに、可撓性部材９３０内の様々な接触パッド９３７は、ＣＭＵＴによる超音波システム９０８の外部にある構成要素との電子的インターフェースを提供するように製作できる。そのため、（ＣＭＵＴアレイ９１０、ＩＣ９２０、および様々な他の構成要素の間の）相互接続９３６および可撓性部材９３０内の接触パッド９３７は、様々な半導体技術によって提供される寸法精度で同時に製作できる。

図４〜８で説明される方法において、ＣＭＵＴアレイ（例えば、４１０、７１０）およびＩＣ（例えば、４２０、７２０）のうちの少なくとも１つを第１の基板（例えば、それらの元の加工基板）から分離することができ、次いで、第２のパッケージング基板（例えば、４００、７００）上の可撓性部材上で一体化できる。したがって、ＣＭＵＴアレイおよびＩＣのうちの少なくとも１つは、それらの元の加工基板上で最初に製作でき、次いで、分離されて、本明細書に記載のパッケージ方法の準備ができる。通常、複数のＩＣを可撓性部材上で個別に一体化することができる。しかし、それらは、それらの元の製作基板上で最初に可撓性サブ部材と一体化して可撓性ＩＣを形成することができ、その後、可撓性ＩＣをパッケージング基板上の可撓性部材上でＣＭＵＴアレイと一体化できる。通常、複数の要素を有するＣＭＵＴアレイは、パッケージング基板上の可撓性部材上でＩＣと一体化される前に、可撓性となるように形成できる。図１０〜１２は、他の方法と同様に、図４〜８におけるパッケージング方法で使用できる、可撓性ＣＭＵＴアレイ（例えば、４１０、７２０）および可撓性ＩＣ（４１０、７２０）を形成するいくつかの方法を図示する。

図１０〜１２を参照すると、ＣＭＵＴアレイにおける複数の要素および様々な超音波システムの電子機器（および他の構成要素）における複数のチップのスルーウエハ相互接続を形成することが望ましい場合がある。さらに、可撓性ＣＭＵＴアレイの不活性な側面から相互接続を形成することが望ましい場合がある。そのため、ＣＭＵＴアレイおよびＩＣにおけるスルーウエハ相互接続を製作することが望まれよう。スルーウエハ相互接続を含む可撓性ＣＭＵＴアレイまたはＩＣ、およびかかる可撓性ＣＭＵＴまたはＩＣを加工する方法は、２００６年５月１８日にＨｕａｎｇにより出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２００６／０５１５６６号、名称「ＴＨＲＯＵＧＨ−ＷＡＦＥＲ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ」、２００６年６月１９日にＨｕａｎｇにより出願された、米国特許出願第１１／４２５，１２８号、名称「ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＭＩＣＲＯ−ＥＬＥＣＴＲＯ−ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ」、２００８年１２月３日にＨｕａｎｇにより出願された、国際特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号、名称「ＴＨＲＯＵＧＨ−ＷＡＦＥＲ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ」、および２００８年１２月３日にＨｕａｎｇにより出願された、国際特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、名称「ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＮＮＥＣＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ ＡＲＲＡＹＳ」（それら全体が記載されるかのように本明細書に組み込まれる）において記載されている。

前述の特許出願において記載されるように、可撓性ＣＭＵＴアレイまたはＩＣは、一般に以下のように形成できる。分離トレンチのパターンは、ＩＣ、ＣＭＵＴアレイ、またはそれらの組み合わせをホストするウエハ内に形成できる。トレンチは、ＩＣまたはＣＭＵＴアレイをホストするウエハの側面から形成できる。これらのトレンチは、選択された深さに形成することができ、続いて所望の材料（例えば、絶縁体）で充填することができる。トレンチが露出されるまで、ＩＣまたはＣＭＵＴアレイをホストする側面と反対のウエハ側から材料を除去することができる。図１０〜１２は、様々な実施態様の可撓性ＣＭＵＴまたはＩＣを形成する様々な方法を説明する。

ここで図１０を参照すると、多くの超音波スキャナは、１つ以上のＩＣを含んで超音波変換器を支持し、恐らく他の機能を実行する。一実施態様に従って、半導体技術を使用して、複数のＩＣを超音波スキャナの可撓性部材と一体化できる。より具体的には、ＩＣを可撓性ＩＣとして製作した後、可撓性部材と一体化することができる。

さらに、図１０は、可撓性サブ部材１０３０（図１０．５を参照）を有する可撓性ＩＣ１０２０および複数のＩＣチップ１０２０ａ〜１０２０ｃは、ＳＯＩウエハ１０００から製作でき、そこで様々な構造、例えば、素子層１００１、絶縁層１００２、ハンドリング層１００３、１つまたは複数のＩＣ１０２０、絶縁層１０３１、導電層１０３２、および様々なトレンチ１０７０が製作されることを示す。図１０．１によって示されるように、複数のＩＣ１０２０ａ〜１０２０ｃは、素子層１００１により画定できる厚みを有するＳＯＩウエハ１０００上で加工できる。図１０．２は、トレンチ１００７のパターンを素子層１００１を通じてエッチングして、絶縁層１００２に到達させることができることを示す。後のステップにおいて、絶縁層１００２およびハンドリング層１００３を含むウエハ１０００の裏側を除去してトレンチ１０７０に到達させることができ、それによって可撓性ＩＣ１０２０を形成する。絶縁層１２３１は、（図１０．３により示されるように）ＩＣ１０２０ａ〜１０２０ｃ上の様々な接触点が露出されているように選択されるパターンでウエハ１０００上にコーティングできる。絶縁層１０３１は、パリレン、ポリマー、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、オキシド、ニトリド等の可撓性材料で形成できる。可撓性サブ部材１０３０は、図１０．５において、１つの絶縁層１０３１および１つの導電層１０３２を含む。しかしながら、可撓性サブ部材１０３０は、複数の絶縁層１０３１および複数の導電層１０３２を含んでもよく、図１０．３および図１０．４からのプロセスステップを繰り返すことによって、その接続密度を高める。

図１０．４は、導電層１０３２が、ＩＣ１０２０に対する相互接続を提供するように選択されるパターンで、ウエハ１０００上にコーティングできることを示す。（例えば）相互接続の密度を高めることが所望される場合、追加の絶縁層１０３１および導電層１０３２は、ウエハ１０００上にコーティングできる。ハンドリング層１００３および絶縁層１００２を除去し、図１０．５によって示されるように、トレンチ１０７０を露出することができる。トレンチ１０７０を露出させて、ＩＣを互いに接続する材料のみが、絶縁層１０３１および導電層１０３２を有する可撓性サブ部材１０３０となり得る。そのため、これらの層１０３１および１０３２の寸法および材料を選択することによって、可撓性サブ部材１０３０は、様々なＩＣチップ１０２０が、組み立て中に互いに対して移動しながらも依然として相互接続できるように加工できる。そのため、可撓性サブ部材１０３０は、可撓性ＩＣ１０２０を形成する層１０３１および１０３２を伴って可撓性となるように形成できる。続いて、様々なＣＭＵＴ、ＣＭＵＴアレイおよび他の装置を、図４〜８に示される方法ならびに他の方法を使用して、可撓性部材における可撓性ＩＣ１０２０と一体化できる。

ここで図１１を参照して、一実施態様のＣＭＵＴによる超音波システムの複数のＣＭＵＴ要素を有するＣＭＵＴアレイを製造する別の方法を説明する。図１１によって参照されるＣＭＵＴアレイは、半導体技術を使用して、超音波システムの可撓性部材と一体化できる。より具体的には、ＣＭＵＴアレイは、可撓性ＣＭＵＴアレイとして製作ですることができ、次いで、可撓性部材と一体化できる。

図１１における左側の図は、複数のＣＭＵＴアレイ１１１０、１１１０ａおよび１１１０ｂが、同一基板可１１００内で加工されることを示す。図１１における右側の図は、ＣＭＵＴアレイ１１１０の部分の詳細図であり、ＣＭＵＴアレイ１１１０内のＣＭＵＴ要素１１１０−１および１１１０−２の構造を詳細に示す。

より具体的に、図１１．１は、可撓性ＣＭＵＴアレイ１１１０がＳＯＩウエハ１１１０（ハンドリングウエハ１１０３、絶縁層１１０２、素子層１１０１）から加工できることを示し、そこで基板または底面電極１１０１、絶縁層１１０２、ＣＭＵＴアレイ１１１０（またはＣＭＵＴ要素）、絶縁層１１３１、ならびに様々なトレンチ１１７０および１１７１が加工できる。ＣＭＵＴアレイ１１１０のそれぞれは、他の考えられる構成要素の中で、可撓性膜１１１１、第１電極１１１３、空洞１１１６、およびスプリングアンカー１１１８を含み得る。ＣＭＵＴのこれらの構成要素１１１１、１１１３、１１１６、および１１１８は、図１１．１〜１１．４に示される詳細図において、より詳細に見ることができる。また、一部の実施態様において、ＣＭＵＴは埋め込まれたスプリングＥＳＣＭＵＴにすることができる。

図１１．２は、ＣＭＵＴアレイ１１１０が一旦加工されると、（ＣＭＵＴを互いから分離する）トレンチ１１７０のパターンが加工できる。これらのトレンチ１１７０は、それらが絶縁層１１０２に到達するために十分な深さであり得、本明細書で論じられるように、除去してトレンチを露出させることができる。一部の実施態様において、トレンチ１１７０および１１７１は、ＣＭＵＴアレイ１１１０の加工中に形成される。トレンチ１１７０が形成されるのと同時に、別のパターンのトレンチ１１７１が加工できる。これらのトレンチ１１７１は、絶縁層１１０２が除去されると、トレンチ１１７１も露出され、それによって様々なＣＭＵＴアレイ１１１０を互いから分離するように形成できる。トレンチ１１７０は、個別のＣＭＵＴ変換器要素１１１０−１および１１１０−２の境界を画定する。トレンチ１１７１は、同一ウエハ上の個別のＣＭＵＴ変換器アレイ１１１０、１１１０ａおよび１１１０ｂの境界を画定する。

絶縁層１１３１をウエハ１１００上でパターン化およびコーティングして、図１１．２に示されるように、ＣＭＵＴアレイ１１１０の活性表面を露出させておくことができる。絶縁層１１３１が加工されると、それが加工される材料でトレンチ１１７０および１１７１を充填してもよい。絶縁層１１３１は、パリレン、ポリイミド、ポリマー、ＰＤＭＳ、オキシド、ニトリド等の様々な半導体材料で形成できる。

図１１．４は、絶縁層１１０２を除去して、トレンチ１１７０および１１７１（それぞれ個別のＣＭＵＴ要素とＣＭＵＴアレイ１１１０との間にあり得る）を露出させることができることを示す。そのため、ＣＭＵＴアレイ１１１０は、複数のＣＭＵＴ要素１１１０−１および１１１０−２を有し得、図１１．４によって示されるように互いから分離できる。これらのＣＭＵＴアレイ１１１０およびＣＭＵＴ要素は、続いて、図４〜８に示される方法を使用して、可撓性部材１３０、２３０、および３３０（図１〜３を参照）等の様々な可撓性部材上で一体化できる。図１１は、ＣＭＵＴアレイ１１１０を加工できるウエハ１１００が、シリコン−オン−オキシドウエハであり得、他種のウエハを使用して、ＣＭＵＴアレイ１１１０を加工できることを示す。例えば、第１のウエハを使用して、ＣＭＵＴアレイ１１１０（またはＣＭＵＴ要素）を加工することができる。

図１２は、第１のウエハからＣＭＵＴアレイを製造する様々な実施態様の方法を示す。より詳細には、図１２Ａは、トレンチ１２７０および１２７１を選択した厚みに（ＣＭＵＴアレイ１２１０をホストするウエハの側面から）エッチングすることができることを示す。次いで、一部の実施態様において、ウエハ１２００を（ＣＭＵＴアレイ１１１０の反対側から）、トレンチ１１７０および１１７１が露出するまで薄くすることができる。そのため、第１のウエハ１１００上にホストされるＣＭＵＴアレイ１１１０（またはＣＭＵＴ要素）は互いから分離できる。

ここで図１２Ｂを参照して、一実施態様のＣＭＵＴアレイ１２１０を製造する別の方法を図示する。図１２Ｂに図示される方法において、埋め込まれた空洞１２０８を含むウエハ１２００から方法から始めることができる。ＣＭＵＴアレイ１２１０は、空洞１２０８に隣接するウエハ１２００の領域上で製作することができる。次いで、トレンチ１２７０および１２７１をウエハ１２００にエッチングし、埋め込まれた空洞１２０８に到達させることができる。その後、一部の実施態様において、ウエハ１２００を薄くして（例えば、ハンドリングウエハ１２０３を除去することができる）、トレンチ１２７０および１２７１を露出させることにより、ＣＭＵＴアレイ１２１０（およびＣＭＵＴ要素）を分離することができる。

ここで図１２Ｃを参照して、一実施態様のＣＭＵＴアレイ１２１０を製造する一実施態様を図示する。ＣＭＵＴ加工を完了した後でトレンチ１２７０および１２７１を形成する代わりに、トレンチ１２７０および１２７１をＣＭＵＴ加工中に形成することができる。例えば、図１２Ｃにおけるトレンチ１２７０および１２７１は、膜１２１２および上部電極１２１３の形成前にエッチングすることができる。一部の実施態様に従って、膜１２１２下に埋め込まれたトレンチは、図１１．２に示される方法で、トレンチエッチング中に上部電極１２１３および膜１２１２のエッチングを回避できる。これは、一部のＣＭＵＴシステムの実装に望ましい場合がある。埋め込まれたトレンチ１２７０および１２７１を有するＣＭＵＴアレイが製作された後、以下のプロセスを使用して可撓性ＣＭＵＴアレイ１２１０を形成することができ、また図１１、図１２Ａおよび図１２Ｂに図示されるプロセスと同様である。

ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナを越えるいくつかの利点を提供する。これらの利点は、部分的に、ＣＭＵＴの比較的低い音響インピーダンスから生じる。ＣＭＵＴは、通常、空気、水、組織等よりも低い音響インピーダンスを有する。結果として、ＰＺＴとは異なり、材料の層なしにＣＭＵＴを使用し、ＣＭＵＴの音響インピーダンスを周囲媒体の音響インピーダンスと一致させることができる。

ＰＺＴは、それらの正面および後方表面の両方から音響エネルギー（すなわち、音波）も伝送する。この特性の結果として、ＰＺＴは、それらの後方表面上にバッキング層を必要とし、そこから放出される音響エネルギーを吸収する。そうでなければ、ＰＺＴの後方から伝送された音波は、様々な構造から反響し、ＰＺＴの動作を干渉し得る。しかしながら、ＰＺＴの後方から伝送された音響エネルギーを吸収する際に、バッキング層は熱を生成する。結果として、ＰＺＴは動作中に温かくなるか、または熱くなる場合もあり、それによって、ＨＩＦＵ等の所定の用途おける使用に対する望ましさを低減し得る。ＣＭＵＴは、その正面の表面からのみ音響エネルギーを伝送するため、音響エネルギーの誤配向による加熱は、ＣＭＵＴによる超音波スキャナに関する懸念ではない。さらに、バッキング層（および既に論じられている音響整合層）は、ＰＺＴによる超音波システムの製造を複雑にする。反対に、ＣＭＵＴによる超音波システムは、これらの層および付随の製造ステップを省略することができる。

さらに、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、半導体製造技術を使用して製造できる。これらの半導体技術は、半導体産業の様々な部分により数十年に渡る投資の利益を享受するため、これらの技術は、それによって製造されるＣＭＵＴにおいて、比較的高レベルの均一性、精密性、反復性、寸法制御、再現性等を提供することができる。さらに、前述の半導体技術の多くはバッチプロセスにすることができる。結果として、これらの技術に関連する規模の節約が、特に比較的大量の超音波システムが所望できる場合に、ＣＭＵＴによる超音波システムの単位あたりのコスト低減を可能にする。例えば、特定の特徴のすべてを同時にパターン化することができるため、複数のＣＭＵＴアレイの製造は、単一のＣＭＵＴアレイの製造と比較して、間接費をまったく（またはほとんど）導入しない。

追加的に、ＣＭＵＴによる超音波システムは、半導体技術を用いて製造できるため、集積回路（ＩＣ）および他の半導体素子を比較的容易にＣＭＵＴアレイと一体化することができる。したがって、ＣＭＵＴアレイおよびＩＣは、同一の技術を使用して、同時に同一のウエハ上で製作できる。代替の実施態様において、ＣＭＵＴおよびＩＣは、異なる時間に様々な変換器に一体化できる。さらに、ＣＭＵＴおよびＩＣは、同一または類似する生体適合性材料から製作できる。

対照的に、半導体技術を使用するＰＺＴの製造および他の構成要素（例えば、ＩＣ）との一体化は、ＰＺＴ材料により印加される制約のために実用的でない。さらに、使用可能なＰＺＴ関連の製造および一体化技術は、労働力を要する、費用がかかる、製造変動を受けやすい等を含む、いくつかの不利点を被る。さらに、使用可能なＰＺＴ技術は、個別のＰＺＴ装置が、比較的高周波の装置に必要とされる小さい寸法（例えば、数十ミクロン）に近づくにつれて、追加の困難に遭遇する。例えば、個別のＰＺＴ装置の分離は、ラッピングおよびダイスカット技術により支配され、装置間の変動性をもたらす。

したがって、ＣＭＵＴによる超音波システムは、ＰＺＴによる超音波システムを凌ぐ動作およびコストの利点を享受する。より具体的には、通常、超音波システムは、高周波動作範囲および小さい物理的サイズの両方を有する変換器を有することが望ましいため、ＣＭＵＴによる超音波システムは、ＰＺＴによる超音波システムを凌ぐいくつかの利点を有し得る。

第１に、ＣＭＵＴによる超音波システムは、ＰＺＴによる超音波システムよりも優れた寸法制御を用いて製造され得る。より具体的には、ＣＭＵＴによる超音波システムは、約１マイクロメートル未満の最小寸法で製造され得るが、ＰＺＴによる超音波システムの最小寸法は、約１０マイクロメートルよりも大きい。したがって、ＣＭＵＴによる超音波システムは、対応したより小さいＣＭＵＴ要素ピッチで製造され得る。第２に、ＣＭＵＴによる超音波システムの最小相互接続幅およびピッチは、約２〜３マイクロメートル未満にすることができるが、ＰＺＴによる超音波システムの最小相互接続幅およびピッチは、約２５マイクロメートルより大きい。そのため、ＣＭＵＴによる超音波システムの相互接続は、ＰＺＴによる超音波システム相互接続よりも高い密度で製造され得る。したがって、ＣＭＵＴによる超音波システムは、（所定のシステムサイズの場合）より多くの変換器を有し得るか、または（所定数の変換器の場合）ＰＺＴによる超音波システムよりも小さい場合がある。

さらに、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの装置サイズの改善を前提として、ＰＺＴによる超音波スキャナと比較して、最高約１００ＭＨｚで動作し得るＣＭＵＴによる超音波スキャナを形成することができる。対照的に、ＰＺＴによる超音波スキャナは、２０ＭＨｚを十分に下回る動作領域に限定される。さらに、超音波変換器の解像度はその動作周波数に依存するため、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、対応して改善された解像度で製造され得る。同様の理由で、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの帯幅域は、ＰＺＴによる超音波スキャナの帯幅域よりも広い。したがって、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナより多くの状況に適用することができる。

（ＰＺＴによる超音波変換器と比較して）ＣＭＵＴによる超音波システムのより簡素な設計および製造は、ある種の利点ももたらす。例えば、ＣＭＵＴを支援するために使用されるＩＣおよびＣＭＵＴ自体は、同一技術で製造できるため、ＣＭＵＴおよびＩＣの製造を併せて簡素化できる。追加として、ＣＭＵＴは整合層またはバッキング層を必要としないため、これらの層に関連する製造ステップを排除することもできる。同様に、ＣＭＵＴおよびＩＣの一体化に関連するステップは、排除されるか、またはそうでなければ簡素化できる。

本開示は、その特定の実施態様を参照して説明されるが、当業者であれば、本開示がそれに限定されないことを認識するであろう。上述される開示の様々な特徴および態様は、個別にまたは併せて使用してもよい。さらに、本開示は、明細書の幅広い精神および範囲を逸脱することなく、本明細書において説明されるものを超える任意の数の環境および用途において利用することができる。我々は、本開示の範囲および精神に該当する修正および変化をすべて請求する。したがって、本明細書および図面は、制限的ではなく、例示的なものとして見なされるものとする。

Claims (33)

1. 超音波システムをパッケージする方法であって、
   加工されたＩＣを有するＩＣ加工基板を提供するステップと、
   前記ＩＣ加工基板上で個々のＩＣの境界を画定するためのパターンを形成するステップと、
   少なくとも１つの絶縁層および少なくとも１つの導電層を前記ＩＣ加工基板および前記ＩＣに付けて、可撓性部材を形成するステップと、
   前記可撓性部材と超音波変換器を一体化するステップと、
   前記ＩＣ加工基板を除去して可撓性サブアセンブリを得るステップと、
   少なくとも１つの湾曲部を有するように前記可撓性サブアセンブリを形成し、前記超音波システムとするステップと、
   を含む方法。
2. 前記超音波変換器は可撓性である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＩＣは可撓性である、請求項１に記載の方法。
4. 前記超音波変換器を前記可撓性部材と一体化する前に、前記ＩＣおよび前記超音波変換器を前記ＩＣ加工基板の素子層上で一体化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＩＣ加工基板の前記素子層を通じて少なくとも１つのトレンチを形成するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの組み込まれた空洞を有する前記素子層を形成するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記素子層をＳＯＩウエハ上に形成するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記超音波変換器を一体化する前記ステップは、前記ＩＣを前記可撓性部材と一体化することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記超音波変換器を一体化する前記ステップは、半導体技術を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記形成された可撓性部材は、内腔または部分的内腔を画定する、請求項１に記載の方法。
11. 前記超音波変換器においてスルーウエハ相互接続を形成するステップをさらに含み、前記可撓性変換器の一体化は、前記可撓性超音波変換器の活性表面を含まない前記超音波変換器の側面から行われる、請求項１に記載の方法。
12. 前記形成された可撓性部材を内腔に取り付けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記可撓性超音波変換器は、少なくとも１つの容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）を含む、請求項２に記載の方法。
14. 前記可撓性超音波変換器をホストする前記可撓性部材の一部分を折り畳むステップをさらに含み、前記可撓性部材の前記折り畳まれた部分および前記可撓性超音波変換器は、前方視型超音波変換器を形成する、請求項２に記載の方法。
15. 前記可撓性超音波変換器は、円形ＣＭＵＴアレイの少なくとも一部分を含む、請求項２に記載の方法。
16. 前記可撓性部材は一対のアームを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記ＩＣを前記可撓性部材と一体化するステップであって、前記超音波変換器の一体化と前記ＩＣの一体化は、前記可撓性部材の反対側から行われる、ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法
18. 超音波システムであって、
    集積回路（ＩＣ）と、
    超音波変換器と、
    一体化された前記ＩＣおよび前記超音波変換器を有する可撓性部材であって、前記ＩＣと前記超音波変換器と前記可撓性部材とで可撓性アセンブリとなる、可撓性部材と、
    を備え、
    前記可撓性アセンブリが折り畳まれて、前記ＩＣのスタックおよび少なくとも一端にある前記超音波変換器を有する前記超音波システムが形成される、
    超音波システム。
19. 前記超音波変換器は可撓性超音波変換器である、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記可撓性アセンブリは内腔である、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記可撓性超音波変換器は、スルーウエハ相互接続を含む、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記超音波変換器は、少なくとも１つのＣＭＵＴ要素を含む、請求項１８に記載のシステム。
23. 前記超音波変換器は、少なくとも２つのＣＭＵＴ要素を含むＣＭＵＴアレイである、請求項１８に記載のシステム。
24. 前記可撓性部材と一体化される温度センサまたは圧力センサのうちの１つをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
25. 前記超音波変換器は、円形ＣＭＵＴアレイの少なくとも一部を含む、請求項１８に記載のシステム。
26. 前記超音波変換器は、前方視型超音波変換器である、請求項１８に記載のシステム。
27. 前記超音波変換器および前記ＩＣは、前記可撓性部材の反対側にある、請求項１８に記載のシステム。
28. 超音波システムであって、
    集積回路（ＩＣ）と、
    容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）と、
    一体化された前記集積回路および前記ＣＭＵＴを有する可撓性部材であって、前記集積回路と前記ＣＭＵＴと前記可撓性部材とで可撓性サブアセンブリとなる、可撓性部材と、
    を備え、
    前記可撓性サブアセンブリは、少なくとも１つの湾曲部を有し少なくとも内腔の部分であるように形成され、および、前記ＩＣから前記ＣＭＵＴへ突出する一対のアームであって、前記ＣＭＵＴを前方視型のリング型超音波変換器のように前記内腔の遠位端で内側に折り畳むための一対のアームを有する、超音波システム。
29. 超音波システムを製造する方法であって、
    加工された超音波変換器アレイを有する基板を提供するステップと、
    前記超音波変換器アレイの境界を画定するためのパターンを形成するステップと、
    前記超音波変換器アレイおよび複数の電子回路を、その中に相互接続が構築されてなる可撓性部材と一体化して可撓性サブアセンブリを形成するステップであって、前記可撓性部材を前記超音波変換器アレイ上に形成することを含む、ステップと、
    前記可撓性部材、前記超音波変換器アレイ、及び、前記複数の電子回路を前記基板から分離するステップと、
    前記可撓性サブアセンブリを小型形状に成形するステップであって、該形成される可撓性サブアセンブリが超音波変換器となる、ステップと、
    を含む方法。
30. 前記超音波変換器アレイを前記可撓性部材と一体化するステップは、
    前記相互接続を含む前記可撓性部材を形成するステップと、
    複数の結合パッドを前記可撓性部材上に形成するステップであって、前記結合パッドは前記相互接続に導電的に接続するステップと、
    前記超音波変換器アレイのそれぞれの超音波変換器を前記複数の結合パッドのそれぞれに接続するステップと、を含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記超音波変換器アレイを前記可撓性部材と一体化するステップは、
    支持基板を提供するステップと、
    前記超音波変換器アレイを前記支持基板に配置するステップと、
    前記相互接続を有する前記可撓性部材を前記超音波変換器アレイ上で形成するステップと、を含む、請求項２９に記載の方法。
32. 前記支持基板の少なくとも一部を除去するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記可撓性サブアセンブリを成形するステップは、前記可撓性サブアセンブリを丸めるステップを含む、請求項２９に記載の方法。

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