KR20130022408A - 미세 기계 초음파 변환기를 갖는 연결을 형성하는 방법들 및 관련 장치들 - Google Patents
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Abstract
에어백 공동을 정의하는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT)의 제조 방법 및 관련 장치가 제공된다. 장치 기판과 관련된 유전층에 의해 정의되고 제1 전극으로 연장되는 제1 비아는 실질적으로 제1 도전성 물질로 채워진다. 상기 장치 기판에 체결되는 지지 부재는 상기 제1 도전성 물질로 연장되는 제2 비아를 정의한다. 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질에 전기적으로 도전성인 체결을 형성하며 상기 지지 부재에 대해 외부로부터 접근 가능하도록 상기 제2 비아로부터 외측으로 연장되는 제2 도전성 물질을 포함한다. 연결 요소는 연결 지지 기판에 의해 정의되는 제3 비아를 통해 연장되고 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성으로 체결되며, 여기서 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나는 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 이들 사이에 결합 물질을 개재하여 결합된다.
Description
본 발명의 측면들은 초음파 변환기들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어백 공동(air-backed cavity)을 한정하는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT)를 갖는 연결을 형성하는 방법들 및 관련된 장치들에 관한 것이다.
일부 미세 기계 초음파 변환기(MUT)들은, 예를 들면, 여기서 참조로 언급되는 본 출원의 출원인이기도한 리써치 트라이앵글 인스티튜트(Research Triangle Institute)에 허여된 미국 특허 제7,449,821호에 개시된 바와 같이 구성될 수 있다.
미국 특허 제7,449,821호에 개시된 바와 같이 에어백 공동을 한정하는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치와 같은 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치의 형성은, 상기 변환기 장치의 제1 전극(즉, 하부 전극)과 컨포멀한(conformal) 금속층(들) 사이에 전기적으로 도전성인 연결의 형성을 수반하며, 상기 제1 전극은 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치의 에어백 공동 내에 배치되고 상기 컨포멀한 금속층(들)은, 예를 들면, 집적 회로("IC") 또는 플렉스 케이블에 대한 후속하는 연결성을 제공하기 위해 상기 에어백 공동에 적용된다.
일부 예들에 있어서, 예를 들면, 변환기 어레이 내에 배열되는 하나 또는 그 이상의 압전 미세 기계 초음파 변환기들(pMUTs)은 연장되는 카테터(catheter) 또는 내시경의 단부 내로 포함될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 전방 감시 배열을 위하여, 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들의 변환기 어레이는 각 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치의 부재의 평면이 상기 카테터/내시경의 축에 대해 직교하게 배치되도록 정렬될 수 있다. 상기 변환기 어레이가 1차원(1D) 어레이일 경우, 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT)에 대한 외부의 신호 연결들은 이의 상기 컨포멀한 금속층을 통해 각 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치에 전기적으로 체결(즉, 결합되는)되도록 상기 변환기 어레이 내에서 일련의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들을 거치는 플렉스 케이블을 경유하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 1차원(1D) 변환기 어레이(100)(예를 들면, 1×64 요소들)에 있어서, 상기 어레이 요소들(120)을 형성하는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들은 플렉스 케이블(140)에 집적 부착될 수 있으며, 상기 플렉스 케이블(140)은 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 마다 하나의 전기적으로 도전성인 단일 리드에 더하여 접지 리드를 포함한다. 전방 감시 변환기 어레이를 위하여, 상기 플렉스 케이블(140)은 상기 변환기 어레이의 대향하는 단부들에 대해 절곡되어 상기 플렉스 케이블(140)이, 예를 들면, 초음파 프로브를 포함할 수 있는 카테터/내시경의 루멘을 통해 전송될 수 있다. 그러나, 상대적으로 작은 카테터/내시경에서의 전방 감시 변환기 어레이를 위하여, 상대적으로 작은 카테터/내시경의 루멘 내에 배치되는 상기 변환기 어레이를 위한 상기 플렉스 케이들을 위해 요구되는 심각 절곡(즉, 약 90도)으로 인하여 이러한 정렬이 구현되기 어려울 수 있다.
더욱이, 전방 감시 2차원(2D) 변환기 어레이를 위하여, 개개의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들과 단일 상호 연결도 어려울 수 있다. 즉, 예시적인 2차원 변환기 어레이(예를 들면, 14×14 내지 40×40 요소들)에 있어서, 1차원(1D) 변환기 어레이와 비교할 경우, 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들을 갖는 보다 많이 요구되는 신호 상호 연결들을이 존재할 수 있다. 이와 같이, 보다 많은 와이어들 및/또는 다층 플렉스 케이블 어셈블리들이 상기 변환기 어레이의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들 모두를 갖는 상호 연결에 요구될 수 있다. 그러나, 와이어들 및/또는 플렉스 케이블 어셈블리들의 숫자가 증가함에 따라, 카테터/내시경 내로 상기 변환기 어레이를 집적하는 데 요구되는 90도의 절곡을 구현하기 위해서 변환기 장치의 단부들에 대해 보다 많은 신호 상호 연결들이 절곡되기가 보다 어렵게 된다. 따라서 이와 같은 한계들이 순조롭게 구현될 수 있는 카테터/내시경의 최소 사이즈(즉, 직경)를 원치 않게 제한할 수 있다.
이에 따라, 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치와, 예를 들면, 집적 회로("IC") 또는 플렉스 케이블 사이에 전기적으로 도전성인 연결을 형성하는 개선된 방법들을 위하여 초음파 변환기 기술, 특히 에어백 공동을 갖는 압전 미세 기계 초음파 변환기("pMUT")에 대한 요구가 존재한다. 보다 상세하게는, 예를 들면, 심장 혈관 장치들 및 혈관 내 초음파 장치들 내에 사용되는 프로브/카테터/내시경의 팁에서 그 집적 시에 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMU) 장치에 대해 플렉스 케이블/배선의 절곡을 방지하도록 구성된 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치를 갖는 이러한 전기적으로 도전성인 연결이 바람직할 수 있다. 이러한 해결책들은 2차원(2D) 변환기 어레이들, 특히 2차원(2D) 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이들을 위해 바람직하게 효과적이 되어야 하지만, 1차원(1D) 변환기 어레이들에도 적용될 수 있어야 하며, 보다 내부에 집적된 이러한 변환기 어레이들을 갖는 프로브/카테터/내시경의 크기에서 큰 범위성이 바람직하게 허용되어야 한다.
전술한 필요성 및 기타 필요성은 본 발명의 측면들에 의해 충족되며, 이러한 하나의 측면은 압전 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법과 관련되고, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되는 변환기 장치를 구비하며, 상기 변환기 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함한다. 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되는 제1 비아를 포함한다. 상기 제1 비아는 실질적으로 제1 도전성 물질로 채워진다. 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 지지 부재는 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 포함하며, 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재에 외부로부터 접근 가능하도록 상기 제2 비아를 통해 외측으로 연장된다. 상기 방법은 연결 지지 기판을 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계; 상기 연결 지지 기판을 식각하여 상기 제2 도전성 물질까지 연장되는 제3 비아를 형성하는 단계; 및 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하는 단계를 포함하며, 상기 연결 요소는 상기 제3 비아 내로 삽입되고 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이룬다.
본 발명의 또 다른 측면은 압전 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 유전층과 장치 기판 상에 배치되는 변환기 장치를 포함하고, 상기 변환기 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함한다. 상기 장치 기판 및 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되는 제1 비아를 정의하며, 상기 제1 비아는 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워진다. 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그를 통해 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가진다. 상기 제2 도전성 물질은 또한 상기 지지 부재에 대해 외부로 접근 가능하도록 상기 제2 비아의 외측으로 연장된다. 상기 방법은, 그를 통해 연장되는 제3 비아를 정의하도록 연결 지지 기판을 식각하는 단계; 연결 요소가 상기 제3 비아로 삽입되고 이를 통해 연장되도록 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하는 단계; 및 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하여 상기 연결 요소가 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은 압전 초음파 변환기 장치를 제공하며, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되는 변환기 장치를 구비하고, 상기 변환기 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함한다. 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의한다. 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되는 제2 도전성 물질을 가지고, 상기 제2 도전성 물질은 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성한다. 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재에 대해 외부로 접근 가능하도록 상기 제2 비아의 외측으로 연장된다. 연결 요소는 연결 지지 기판에 의해 정의되는 제3 비아를 통해 연장되며, 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루고, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나는 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 이들 사이에 개재되는 결합 물질에 의해 결합된다.
본 발명의 다른 측면은 압전 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되는 변환기 장치를 구비하고, 상기 변환기 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함한다. 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되는 제1 비아를 정의하며, 상기 제1 비아는 실질적으로 제1 도전성 물질로 채워진다. 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제2 비아의 단부 벽에 대해 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가진다. 상기 방법은, 연결 요소를 상기 지지 부재에 결합하는 단계를 포함하며, 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루도록 상기 제2 비아 내로 삽입되고 상기 제2 비아의 단부 벽으로부터 이격된다.
본 발명의 또 다른 측면은 압전 초음파 변환기 장치를 제공하며, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되고 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하는 변환기 장치를 구비한다. 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의한다. 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제2 비아의 단부 벽에 대해 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가진다. 연결 요소는 연결 지지 기판에 의해 정의되는 상기 제2 비아 내로 수용되고, 상기 지지 부재에 이들 사이에 개재되는 결합 물질에 의해 결합된다. 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루고, 상기 제2 비아의 단부 벽으로부터 이격된다.
본 발명의 측면들은 이에 따라 확인된 필요성들을 다루고 기 이외에는 여기서 설명하는 바와 같은 기타 이점들을 제공한다.
본 발명은 필수적으로는 일정한 비율로 도시되진 않은 첨부된 도면들을 참조하여 일반적인 용어들로 설명하며, 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 루멘(lumen) 내에 배치되는 전방 감시 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하기 위한 종래 기술에 따른 정렬을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 일반적인 정렬을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이고,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 정렬을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이며,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이고,
도 14는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 15 및 도 16은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이다.
도 1은 루멘(lumen) 내에 배치되는 전방 감시 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하기 위한 종래 기술에 따른 정렬을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 일반적인 정렬을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이고,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 정렬을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이며,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이고,
도 14는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 15 및 도 16은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방 감시 2차원 압전 미세 기계 초음파 변환기 어레이를 갖는 연결을 형성하기 위한 정렬을 개략적으로 예시한 도면들이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명은 보다 상세하게 설명하지만, 도면들은 일부로서 본 발명의 모든 측면들을 나타내는 것은 아니다. 실제로, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 여기서 설명하는 측면들에 한정되는 것으로 이해되어야 하는 것은 아니며, 오히려 이러한 측면들은 본 발명이 법률적 요구 사항들을 충족시키는 데 적용될 수 있도록 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다.
본 발명의 측면들은 비록 특정한 측면들이 에어백 공동을 갖는 압전 미세 기계 초음파 변환기("pMUT")에 특히 관련되지만 대체로 초음파 변환기들에 적용 가능하다. 보다 상세하게는, 본 발명의 측면들은 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치와, 예를 들면, 집적 회로("IC"), 플렉스 케이블 또는 케이블 어셈블리의 사이에 전기적으로 도전성인 연결을 형성하는 개선된 방법들에 관련되어, 개별적인 신호 유도들이 변환기 어레이(transducer array)(예를 들면, 대체로 도 2 참조) 내의 각각의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들에 체결되는 상기 변환기 어레이의 동작 방향에 평행하게 연장된다. 이러한 측면들에 있어서, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같은 1차원(1D) 및 2차원(2D) 변환기 어레이들 모두에 구현되는 대표적인 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치는 장치 기판(240) 상의 유전층(220) 상에 배치되는 변환기 장치(200)를 구비할 수 있으며, 상기 변환기 장치(200)는 제1 전극(280)과 제2 전극(300) 사이에 배치되는 압전 물질(260)을 포함한다. 상기 장치 기판(240) 및 상기 유전층(220)은 상기 제1 전극(280)까지 연장되는 제1 비아(320)를 정의하며, 상기 제1 비아(320)는 실질적으로 제1 도전성 물질(340)로 채워진다. 상기 변환기 장치(200)는 상기 장치 기판(240)에 체결되는 지지 부재(360)(예를 들면, 실리콘-온-인슐레이터 기판들)와 상기 제1 도전성 물질(340)을 더 포함하며, 그까지에 연장되는 제2 비아(380)를 한정한다. 상기 제1 비아(380)는 그 상에 배치되는 제2 도전성 물질(400)을 포함하고, 상기 제2 도전성 물질(400)로 상기 제1 도전성 물질(340)에 대해 전기적으로 도전성인 접속을 형성한다. 상기 제2 도전성 물질(400)은 상기 지지 부재(360)에 외측으로 접근 가능하도록 상기 제2 비아(380)의 외부로 연장된다. 이러한 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 장치(200)는, 예를 들면, 함께 계류 중인 미국 특허 출원 제61/299,514호(발명의 명칭: "미세 기계 초음파 변환기의 형성 방법 및 관련 장치들(Methods for Forming a Micromachined Ultrasonic Transducer and Associated Apparatuses)")에 개시되어 있고, 이는 또한 리써치 트라이앵글 인스티튜트(Research Triangle Institute)가 양수인이며, 여기에 참조로 포함되어 있다. 이러한 관점에서, 상기 압전 물질(260)을 위해 구현될 수 있는 특정한 물질들은, 예를 들면, 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 질화물(AlN), 리튬 니오븀 산화물(LiNbO4), 납 안티몬 스테네이트(lead antimony stannate), 납 마그네슘 탄탈레이트(lead magnesium tantalate), 납 니켈 탄탈레이트(lead nickel tantalate), 티탄산염들(titanates), 텅스텐산염들(tungstates), 지르콘산염들(zirconates) 또는 납의 니오브산염들(niobates)을 포함하는 세라믹들, 바륨(barium), 비스무스(bismuth) 혹은 스트론튬(strontium), PZT(lead zirconate titanate; Pb(ZrxTi1-x)O3), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PNZT(lead niobium zirconate titanate), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 납 마그네슘 니오베이트(lead magnesium niobate), 납 니켈 니오베이트(lead nickel niobate), 납 망간 니오베이트(lead manganese niobate), 납 아연 니오베이트(lead zinc niobate), 티탄산납(lead titanate) 등을 포함한다. PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 또는 PVDF-TFE(polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene)를 포함하는 압전 폴리머 물질들도 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 일 측면에 있어서, 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치를 갖는 전기적으로 도전성인 연결을 형성하는 방법은 도 3 내지 도 5에 개략적으로 예시되어 있다. 이러한 관점에서, 상기 변환기 어레이의 동작 방향에 평행하게 연장되는 개별적인 신호 리드들(leads)은 상기 변환기 어레이 내의 해당 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들에 직접 체결되도록 구성된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 실리콘 기판과 같은 연결 지지 기판(420)은, 예를 들면, 에폭시(epoxy), 접착 테이프 또는 다른 적절한 접착 물질들(440)을 이용하여 상기 지지 부재(360) 및 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 어레이를 형성하는 하나 또는 그 이상의 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들(200)과 관련되는 상기 제2 도전성 물질(400)의 하나에 먼저 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 접착 물질(440)은 초기에 상기 연결 지지 기판(420)에 적용될 수 있으며, 이후에 상기 연결 지지 기판(420)이 상기 접착 물질(440)에 의해 이에 체결되도록 상기 지지 부재(360)와 제2 도전성 물질(420) 중에서 하나에 적용된다. 이러한 방식으로, 상기 제2 비아(380)가 상기 제1 및 제2 전극(280, 300)을 통해 활성화 될 때에 상기 압전 물질이 가요성이 되고 음향 에너지를 발생시키도록 음향 물질(acoustic material)(도시되지 않음)로 채워지지 않은 상태로 남아 있을 수 있거나, 부분적으로 채워질 수 있거나, 그렇지 않으면 완전히 채워지지 않을 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 접착 물질(440)은 특히, 예를 들면, SU-8 광화상 형성가능(photoimageable) 에폭시와 같은 비도전성 결합 물질을 포함할 수 있다.
상기 연결 지지 기판(420)은 이후에, 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 심도 반응성 이온 식각(DRIE) 공정을 이용하여 상기 접착 물질(440)을 통해 상기 제2 도전성 물질(400)까지 연장되는 제3 비아(460)를 정의하도록 식각될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 상기 제1 전극(280)에 전기적으로 접속하는 상기 제2 도전성 물질(400)은 상기 제3 비아(460)를 통해 노출된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 연결 요소(480)가 이후에 상기 연결 지지 기판(420)에 결합될 수 있으므로, 상기 연결 요소(480)는 상기 제3 비아(460) 내로 삽입되고 상기 제2 도전성 물질(400)에 전기적으로 도전성인 접속을 하게 된다. 상기 연결 요소(480)는, 예를 들면, 전기적으로 도전성인 에폭시와 같은 상기 제3 비아(460) 내에 상기 연결 요소(480)와 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 배치된 결합 물질(500)에 의해 상기 연결 지지 기판(420)에 결합될 수 있다. 상기 결합 물질(500)은 상기 연결 요소(480) 가 그 내부에 삽입되기 전에 상기 제3 비아(460) 내로 삽입될 수 있거나, 상기 결합 물질(500)은 상기 제3 비아(460) 내로 이의 삽입 전에 개별 연결 요소(480)에 적용될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 연결 요소(480)는 파인-게이지(fine-gauge) 와이어(예를 들면, 45 AWG, 약 50m의 직경)를 포함할 수 있으며, 상기 와이어는, 일부 예들에 있어서, 절연체로 싸인 연장된 도전체를 포함할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 절연체는 상기 도전체와 상기 연결 지지 기판(420) 사이에 전기적인 분리를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 상기 와이어가 살기 절연체를 포함하지 않을 경우, 절연 물질(도시되지 않음)이, 상기 도전체를 상기 연결 지지 기판(420)으로부터 전기적으로 절연시키기 위하여 상기 연결 지지 기판(420)을 식각한 후 및 상기 연결 요소(480)를 결합하기 전에 상기 제3 비아(460) 내로 연장되고 상기 제2 도전성 물질(460)에 근접하게 먼저 상기 연결 지지 기판(420) 상에 증착될 수 있다.
일부 측면들에 있어서, 상기 연결 요소(480)는 또한 이들 사이와 상기 제3 비아(460)까지 외부로 체결된 결합 물질(520)로 상기 연결 지지 기판(420)에 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(480)는 상기 연결 지지 기판(420) 내로 삽입될 수 있고 이후에 비도전성 에폭시와 같은 접착 물질(440)에 대향되는 상기 기판의 표면상의 상기 연결 요소(480) 주변에 적용되는 결합 물질(520)로 이에 고정될 수 있다. 이러한 파인-게이지 와이어는, 예를 들면, 표준 자석 와이어(standard magnet wire), 극세 동축 케이블(micro-coaxial cable) 또는 초소형의 리본 케이블(micro-miniature ribbon cable)의 형태로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치를 갖는 전기적으로 도전성인 연결을 형성하는 방법이 도 6 내지 도 10에 개략적으로 예시된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 개별 신호 리드들은 상기 변환기 어레이 내의 해당 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들에 직접 체결되면서 상기 변환기 어레이의 동작 방향에 평행하게 연장되도록 정렬된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 연결 지지 기판(540)이, 예를 들면 심도 반응성 이온 식각(DRIE) 공정을 이용하여 그를 통해 연장되는 제3 비아(560)를 정의하도록 먼저 식각된다. 연결 요소(580)는 이후에 상기 연결 지지 기판(540)에 결합되어, 상기 제3 비아(560) 내로 삽입되고 제3 비아(560)를 통해 연장된다. 일부 예들에 있어서, 상기 연결 요소(580)는 파인-게이지 와이어를 포함할 수 있으며, 상기 와이어는, 일부 예들에 있어서, 절연체로 싸인 연장된 도전체를 포함할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 절연체는 상기 도전체와 상기 연결 지지 기판(540) 사이에 전기적인 절연을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 상기 와이어가 상기 절연체를 포함하지 않을 경우에, 절연체 물질(도시되지 않음)이 상기 연결 지지 기판(540)의 식각 후에 상기 연결 지지 기판(540)으로부터 상기 도전체를 전기적으로 분리시키기 위하여 상기 제3 비아(560)를 통해 연장되도록 상기 연결 지지 기판(540) 상에 먼저 증착될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 연결 요소(580)는 이들 사이와 상기 제3 비아(560)까지 외부로 체결되는 결합 물질(600)로 상기 연결 지지 기판(540)에 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(580)는 상기 연결 지지 기판(540)에 의해 정의되는 상기 제3 비아(560)를 통해 삽입될 수 있고, 이후에 그를 통해 상기 연결 요소(580)가 연장되는 상기 연결 지지 기판(540)의 표면에 대향하는 상기 연결 지지 기판(540)의 표면상의 상기 연결 요소(580) 주위에 적용되는 비도전성 에폭시와 같은 결합 물질(500)로 이에 고정될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(580)가 상기 연결 지지 기판(540)에 일단 체결되면, 이를 통해 상기 연결 요소(580)가 연장되는 상기 연결 지지 기판(540)의 표면이, 예를 들면, 기계적 연마 공정 또는 화학적-기계적 연마(CMP) 공정으로 상기 연결 요소(580)의 단부(620)를 갖는 실질적으로 평탄한 표면을 생성하도록 평탄화된다. 일부 예들에 있어서, 상기 연결 요소(580)와 상기 제3 비아(560)를 정의하는 벽 사이의 임의의 갭은 후속되는 공정을 위해 상기 연결 지지 기판(540)의 보이드(void)가 없는 평탄한 표면을 제공하도록, 예를 들면, 비도전성 에폭시로 채워질 수 있다. 상기 연결 요소(580) 및/또는 상기 연결 지지 기판(540)은 후속하여 상기 지지 부재(360) 및/또는 상기 제2 도전성 물질(400)에 결합된다. 일 예에 있어서, 예를 들면, SU-8 광화상 형성가능 에폭시와 같은 스핀-코팅되거나 라이네이트된 접착제와 같은 비도전성 결합 물질(640)이 상기 연결 지지 기판(540)의 평탄화된 표면에 적용될 수 있다. 상기 비도전성 결합 물질(640)은 이후에 상기 비도전성 결합 물질(640)을 통해 연장되고 상기 연결 요소(580)의 단부(620)를 노출시키는 제4 비아(660)를 형성하기 위해 선택적으로 제거될(즉, 패터닝될) 수 있다. 다른 예들에 있어서, 상기 비도전성 결합 물질(640)이 상기 연결 지지 기판(540)의 평탄화된 표면에 적용되기 전에 예비 패터닝될 수 있으므로, 상기 연결 요소(580)의 단부(620)가 상기 비도전성 결합 물질(640)의 적용에 따라 상기 제4 비아(660)를 통해 노출된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 도금된 구리 또는 전기적으로 도전성인 에폭시와 같은 제3 도전성 물질(680)이 이후에 상기 제4 비아(660)에 증착될 수 있으므로 상기 제3 도전성 물질(680)이 상기 연결 요소(580)와 전기적으로 도전성인 접속을 형성하고 적어도 상기 비도전성 결합 물질(640)을 통해 연장된다. 상기 연결 지지 기판(540)은 이후에 적어도 상기 지지 부재(360)에 결합될 수 있으므로, 상기 연결 요소(580)가, 예를 들면, 상기 비도전성 결합 물질(640)을 포함하는 에폭시 물질을 큐어링하여 상기 제2 도전성 물질(400)과 전기적으로 도전성인 접속을 형성한다. 다른 측면에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(580)는, 예를 들면, 이들 사이에 증착된 도전성 결합 물질(700)을 통해 상기 제2 도전성 물질(400)과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하게 된다. 이러한 일 측면에 있어서, 상기 도전성 결합 물질(700)은, 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이 땝납 범프(solder bump)를 포함할 수 있다. 이와 같은 예들에 있어서, 상기 결합은 상기 땜납 범프를 포함하는 상기 땜납을 리플로우시켜 수행될 수 있다. 다른 측면에 있어서, 상기 도전성 결합 물질(700)은 와이어 본더(wire bonder)를 이용하거나 전기 도금에 의해 형성된 금속(즉, 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)) 스터드 범프들(stud bumps)을 포함할 수 있으며, 이러한 스터드 범프들은 상기 전기적으로 도전성인 접속을 제공하도록 열-압착 결합될 수 있다.
다른 측면들에 있어서, 상기 연결 요소(580) 및/또는 상기 연결 지지 기판(540)은 이들 사이에 개재된 이방성 전도성인 에폭시(710)로 상기 지지 부재(360) 및/또는 상기 제2 도전성 물질(400) 중에서 하나에 결합될 수 있다. 이러한 관점에서, 이러한 전기적으로 도전성인 접속이 상기 이방성 전도성인 에폭시(710)를 통해 다른 변환기 장치들까지 측방으로 연장되지 않고, 전기적으로 도전성인 접속이 상기 이방성 전도성인 에폭시(710)를 통해 상기 연결 요소(580)와 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 형성될 수 있다. 또 다른 예들에 있어서, 집적 회로 장치 및/또는 재분배 요소(720)가, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(580) 및/또는 상기 연결 지지 기판(540)과 상기 지지 부재(360) 및/또는 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 개재될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 집적 회로 장치 및/또는 재분배 요소(720)는 각기 이들 사이에 개재된 상기 이방성 전도성인 에폭시(710)에 의하여 적어도 상기 연결 요소(580)와 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 전기적으로 도전성으로 접속될 수 있다. 상기 집적 회로 장치 및/또는 재분배 요소(720)는 또한, 예를 들면, 땜납 범프들에 의하거나 금속 스터드 범프들에 의해 적어도 상기 연결 요소(580)와 기 제2 도전성 물질(400) 사이에 전기적으로 도전성으로 접속될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 집적 회로 장치 및/또는 재분배 요소(720)는 또한 대응되는 장치 비아들(725)에 의해 이들을 통해 연장되고 또한 이에 따라 정의되며, 이를 통해 연장되고, 예를 들면, 상기 제2 도전성 물질(400)과 상기 연결 요소(580) 사이에 전기적 연결을 제공하도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 도전성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치를 갖는 전기적으로 도전성인 연결을 형성하는 방법이 도 11 내지 도 13에 개략적으로 도시된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 개별 신호 리드들은 상기 변환기 어레이 내의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들에 직접 체결되면서 상기 변환기 어레이의 동작 방향에 대해 평행하게 연장되도록 정렬된다. 도 11에 도시한 바와 같이, 연결 요소(740)가 상기 지지 부재(360)에 직접 연결될 수 있음에 따라, 상기 연결 요소(740)가 상기 제2 도전성 물질(400)과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하고 상기 제2 도전성 물질(400)이 상기 제1 도전성 물질(340)과 상기 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 상기 제2 비아(380)의 단부 벽(760)으로부터 이격되도록 상기 제2 비아(380) 내에 수용된다. 상기 연결 요소(740)는 상기 변환기 장치(200)의 상기 압전 물질(260)이 진동하도록(즉, 상기 제1 및 제2 전극(280, 300)을 통한 동작에 가요성이 되도록) 상기 제2 비아(380)의 단부 벽(760)으로부터 이격되며, 이에 따라 의도한 바와 같이 기능한다. 상기 연결 요소(740)는, 예를 들면, 전기적으로 도전성인 에폭시와 같은 상기 제2 비아(380) 내에서 상기 연결 요소(740)와 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 증착된 결합 물질에 의해 상기 지지 부재(360)에 결합될 수 있으며, 상기 결합 물질은 살기 제2 비아(380) 내로 삽입되기 전에 상기 개개의 연결 요소(740)에 적용될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 상기 연결 요소(740)와 상기 단부 벽(760) 사이의 이격이 유지될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 상기 연결 요소(740)는 전기적으로 도전성인 에폭시와 같이 이들 사이와 상기 제2 비아(380)를 통해 외부로 개재되는 결합 물질(800)로 상기 지지 부재(360)에 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 결합 물질(800)이 상기 제2 비아(380)의 외측에서 상기 지지 부재(360)의 표면상의 상기 연결 요소(740) 주위에 적용될 수 있으므로, 상기 결합 물질(800)은 상기 연결 요소(740)와 상기 제2 도전성 물질(400) 사이에 전기적으로 도전성으로 접속될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 결합 물질(800)은, 특히 상기 제2 비아들이 서로로부터 전기적으로 절연되는 경우들에 있어서 그 제2 비아들로 진입함에 의하여 임의의 인접하는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 장치들을 오염시키지 않도록 적용된다.
일부 예들에 있어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 연결 요소(740)가 상기 지지 부재(360)에 결합되기 전에 상기 연결 요소(740)가 상기 연결 지지 기판(820)에 의해 한정되는 제3 비아(840)를 통해 삽입되고 연장되도록 상기 연결 요소(740)는 연결 지지 기판(820)에 체결될 수 있으며, 상기 연결 지지 기판(820)은 이를 통해 연장되는 상기 제3 비아(840)를 정의하도록 미리 식각될 수 있다. 또 다른 예들에 있어서, 도 13에 도시한 바와 같이, 음향 부재(acoustic member)(860)가 또한 상기 연결 지지 기판(820)에 체결될 수 있음에 따라, 상기 음향 부재(860)가 마찬가지로 상기 연결 요소(740)가 상기 연결 지지 기판(820)에 체결되기 전에 상기 연결 지지 기판(820)에 의해 정의되는 상기 제3 비아(840)에 대응되는 음향 부재 비아(880)를 정의할 수 있다. 이와 같이, 상기 연결 요소(740)가 상기 지지 부재(360)에 결합되기 전에, 상기 연결 요소(740)는 상기 연결 지지 기판(820)에 의해 정의되는 상기 제3 비아(840)와 상기 음향 부재(860)에 의해 정의되는 음향 부재 비아(880)를 통해 삽입되고 연장될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 음향 부재(860)는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이를 위한 원하는 음향 감소를 제공하기 위해(즉, 상기 압전 물질의 진동들과 상기 압전 물질로의 복귀하는 재 진동을 방지하거나 억제하기 위해) 적절한 음향 감소 특성들에 따라 선택될 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 연결 요소(740)는 상기 지지 부재(360) 및 상기 연결 지지 기판(820) 중에서 적어도 하나 내로 삽입될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 음향 부재(860)는, 예를 들면, 상기 연결지지 기판(820)과 상기 지지 부재(360) 사이 및 상기 연결 요소들(740) 사이의 갭 내로 다시 채워질 수 있는 유체/액체 상태의 폴리머 물질을 포함할 수 있으며, 상기 유체/액체 폴리머는 상기 음향 부재(860)를 형성하도록 큐어될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 동일한 과정을 수반하는 경우들에서 상기 연결 지지 기판(또는 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이)에 하나 또는 그 이상의 연결 요소들을 체결하는 점에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 이러한 측면들은 상기 연결 요소/연결 지지 기판(또는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이) 체결 공정을 용이 및/또는 촉진시키는 점에 관한 것이다. 일부 예시적인 예들에 있어서, 변환기 어레이 내의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 장치들의 피치(pitch)는 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 사이의 범위가 될 수 있는 반면, 대응되는 연결 요소(예를 들면, 와이어)의 직경은 약 50㎛ 정도의 범위이다. 이와 같이, 상기 연결 요소와 상기 연결 지지 기판의 정밀한 정렬이 제조 공정에서 고려된다.
도 14는 이에 따라 상기 연결 지지 기판 또는 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이(통상적으로 요소(920) 참조)에 대하여 연결 요소들(즉, 와이어들)(900)의 2차원(2D) 어레이를 조립시키는 점에 관한 본 발명의 일 측면을 개략적으로 예시한 것이다. 일 예에 있어서, 대략 연결 지지 기판/변환기 어레이(920)의 치수의 하나만큼 넓은 가이드 기판(940)이 그 폭을 가로질러 연장되는(그리고 상기 가이드 기판(940)의 길이를 따라 연장되는) 복수의 나란하고 이격된 채널들(960)을 한정하도록 구성될 수 있으며, 상기 채널들(960)의 간격은 상기 연결 지지 기판에 의해 정의되는 상기 제3 비아들의 간격 및/또는 상기 변환기 어레이 내의 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT)의 상기 제2 비아들의 간격에 대응된다. 일부 측면들에 있어서, 상기 가이드 기판(940)은 실리콘으로 구성될 수 있고, 상기 채널들(960)은 "V"자의 형상이 될 수 있다. 예를 들면, 이방성 결정 식각(anisotropic crystallographic etching)에 의해 형성되는 상기 "V"자 형상의 채널들(960)은, 예를 들면, 이들 사이의 원하는 간격에 대한 상기 연결 요소들(900)의 정렬을 향상시킬 수 있다. 상기 연결 요소들(900)이 길이 방향으로 그 외측으로 연장되도록 해당 채널들(960) 내에 놓여질 경우, 고정 부재(retaining member)(980)가 상기 채널들(960) 내에 상기 연결 요소들(900)을 고정하도록 상기 채널들(960) 상부에 제거 가능하게 적용될 수 있다. 준비될 경우, 상기 가이드 기판(940)이 의도된 연결 지지 기판/압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이(920)에 인접하여 배치될 수 있고(즉, 미세 조정기를 사용하여), 상기 연결 요소들(900)이 상기 의도된 연결 지지 기판/압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이(920)를 체결하도록 미끄러지거나 그렇지 않으면 상기 채널들(960)을 따라 길이 방향으로 안내된다. 일부 예들에 있어서, 상기 채널들(960)(및 필요한 경우에는 상기 고정 부재(980))은 상기 연결 요소들(900)에 대한 정전기적인 끌림을 억제하거나 방지하도록 이에 적용된 부착 방지(anti-stiction) 코팅(예를 들면, 플루로오폴리머(f1uoropolymer))를 포함할 수 있다. 상기 연결 요소들(900)의 결합에서, 필요에 따라, 상기 의도된 연결 지지 기판/압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이(920)와 체결된 상기 연결 요소들(900)을 남기고 상기 고정 부재(980)와 상기 가이드 기판(940)이 제거될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 가이드 기판(940)/고정 부재(980)는 한번에 상기 2차원(2D) 변환기 어레이의 하나의 로우(row)(또는 칼럼(column))에 어드레스하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 개시된 공정의 반복되는 적용은 상기 연결 요소들(900)의 적절한 보완으로 상기 2차원(2D) 변환기 어레이를 추가하기 위하여 요구될 수 있다.
전술한 바와 같이, 개별 연결 요소들을 위한 이러한 조립 공정에 추가적으로, 본 발명의 다른 측면은 연결 요소들의 적합한 조립의 집적에 관한 것이 될 수 있다. 이러한 관점에서, 일부 측면들은 적절한 캐리어 매트릭스(1020) 내에 상기 연결 요소들을 형성하는 점에 관한 것일 수 있다. 예를 들면, 도 15에 개략적으로 도시한 바와 같이, 나노 섬유들이 상기 가이드 기판의 채널들 내에 형성될 수 있으며, 필요한 경우에는 도전성 "케이블"을 제공하도록 도전성 물질로 도금될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 일체형 케이블(monolithic cable)이, 예를 들면, 동시 압출 공정에 의해 폴리머 매트릭스 내에 정렬되는 상기 연결 요소들을 갖는 유연한 복합물을 제조함에 따라 수득될 수 있다. 이러한 구성의 하나는, 예를 들면, 도핑되지 않은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 구성된 절연 매트릭스 내에 도핑된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 폴리머(즉, 예를 들면, 약 20μOhm-㎝과 같은 약 5 Ohm-㎝ 또는 그 이하의 저항을 갖는)의 동시 압출을 포함할 수 있다. 바람직한 일 예에 있어서, 상기 연결 요소들은 각기 약 20 Ohm 보다 작은 저항을 가질 수 있다. 형성될 경우, 상기 일체형 케이블 측면의 일측 단부는, 도 16에 도시한 바와 같이, 적절한 결합 물질을 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이에 결합하기 위하여 평탄한 표면을 제공하도록 연마될 수 있다(즉, 길이 방향 축에 대해 수직하게). 특정한 예들에 있어서, 상기 절연 매트릭스를 위해 사용되는 폴리머는 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 어레이를 위해 원하는 음향 감소를 제공하도록(즉, 상기 압전 물질로부터의 진동들과 상기 압전 물질로부터의 복귀하는 재 진동을 억제하거나 방지하도록) 음향 감소 특성들에 따라 선택될 수 있다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 여기에 기재된 본 발명의 많은 변형들과 다른 측면들이 전술한 설명들과 관련된 도면들을 통해 나타나는 이점들을 포함할 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 여기에 기재된 예시적인 방법들과 측면들도 여기서 다르게 설명하는 바와 같이 이와 관련된 장치들을 포함할 수 있을 것이다. 또한, 여기에 기재된 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 장치들은, 필요하거나 원하는 경우에는, 특정 압전 미세 기계 초음파 변환기(pMUT) 변환기 장치의 상기 제2 도전성 물질과 상기 집적 회로(IC), 플렉스 케이블, 케이블 어셈블리, 인터포저 또는 재분배 요소 사이에 전기적으로 도전성인 접속을 제공하도록, 예를 들면 땜납 범프들, 금 스터드 범프들, 금속 스터드 범프들, 이방성 도전성 에폭시 또는 다른 적합한 전기적으로 도전성인 연결 수단들을 이용하여 집적 회로(IC)(예를 들면, 증폭기 또는 멀티플렉서(multiplexer)와 같은 제어 집적 회로), 인터포저(interposer)(예를 들면, 실리콘이나 플렉스 케이블), 또는 재분배 요소에 체결될 수 있다. 또한, 여기에 개시된 예시적인 방법들의 일부에 있어서, 결합 물질이 이에 따라 정의되는 상기 제2 비아들을 가로질러 연장되도록 때때로 상기 지지 부재에 체결될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 결함 물질을 포함하는 적절하게 선택된 물질들은 상기 결합 물질이 상기 압전 물질로부터 유리하는 진동들을 흡수 및/또는 발산하기 위해 음향 감소기로서 바람직하게 기능하게 할 수 있으며, 이에 따라 상기 제2 비아를 따른 상기 압전 물질의 반향을 억제하거나 방지한다. 이와 같이, 여기에 기재된 장치들과 방법들은 본 발명의 범주 내에서 이러한 경우들에 접근하도록 적절하게 적용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 개시된 특정한 측면들에 한정되는 것이 아니며 변형들과 다른 측면들도 첨부된 특허 청구 범위의 범주에 포함되는 것으로 의도된 점을 이해할 수 잇을 것이다. 비록 본 명세서에서 특정 용어들을 사용하였지만, 이들은 포괄적인 것이고 서술적인 의미이며 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
Claims (32)
- 압전 미세 기계 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법에 있어서, 상기 압전 미세 기계 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되는 변환기 장치를 구비하고, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하며, 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의하고, 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 결합되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가지며, 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재에 외측으로 접근 가능하도록 상기 제2 비아로부터 외측으로 연장되고, 상기 방법은,
연결 지지 기판을 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계;
상기 제2 도전성 물질까지 연장되는 제3 비아를 정의하도록 상기 연결 지지 기판을 식각하는 단계; 및
연결 요소가 상기 제3 비아 내로 삽입되고 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루도록 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 연결 지지 기판을 결합하는 단계는, 상기 연결 지지 기판을 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 이들 사이에 개재되는 비도전성 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판과 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 이들 사이 및 상기 제3 비아 내에 개재되는 도전성 에폭시와 같은 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연결 지지 기판 상에 절연체 물질을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 절연체 물질은 상기 연결 지지 기판의 식각 후 및 상기 연결 요소의 결합 전에 상기 제2 도전성 물질에 근접하도록 상기 제3 비아 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 절연체로 싸인 연장된 도전체를 구비하는 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하여 상기 연결 요소가 상기 제3 비아 내로 삽입되어 상기 도전체가 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하는 단계는 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 이들 사이 및 상기 제3 비아까지 외부로 개재되는 비도전성 에폭시와 같은 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 압전 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법에 있어서, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되는 변환기 장치를 구비하고, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하며, 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의하며, 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가지며, 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재에 외부로 접근 가능하도록 상기 제2 비아의 외측으로 연장되고, 상기 방법은,
이를 통해 연장되는 제3 비아를 정의하는 연결 지지 기판을 식각하는 단계;
연결 요소가 상기 제3 비아 내로 삽입되고 상기 제3 비아를 통해 연장되도록 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하는 단계; 및
상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하여 상기 연결 요소가 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 7 항에 있어서, 상기 연결 지지 기판 상에 절연체 물질을 증착하여 상기 연결 지지 기판의 식각 후 및 상기 연결 요소와 상기 연결 지지 기판 중에서 하나의 결합 전에 상기 절연체 물질이 상기 제3 비아를 따라 연장되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 이들 사이 및 상기 제3 비아까지 외부로 개재되는 비도전성 에폭시와 같은 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 절연체로 싸인 연장된 도전체를 포함하는 상기 연결 요소를 상기 연결 요소가 상기 제3 비아로 삽입되도록 상기 연결 지지 기판에 결합하여 상기 도전체가 상기 제3 비아를 통해 연장되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하기 전에 상기 연결 요소와 상기 연결 지지 기판을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계는, 적어도 상기 연결 지지 기판을 상기 지지 부재에 이들 사이에 개재되는 비도전성 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계는,
그를 통해 연장되는 상기 연결 요소를 갖는 상기 연결 지지 기판에 상기 비도전성 결합 물질을 적용하는 단계;
상기 비도전성 결합 물질을 통해 연장되고 상기 연결 요소를 노출시키는 제4 비아를 형성하도록 상기 비도전성 결합 물질을 선택적으로 제거하는 단계; 및
상기 제4 비아 내에 제3 도전성 물질을 증착하여 상기 제3 도전성 물질이 상기 연결 요소와 전기적으로 도전성인 접속을 형성하고 상기 제2 도전성 물질과 상기 전기적으로 도전성인 접속을 형성하도록 적어도 상기 비도전성 결합 물질을 통해 연장되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 12 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계는,
그를 통해 연장되는 상기 연결 요소를 갖는 상기 연결 지지 기판에 비도전성 결합 물질을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 비도전성 결합 물질은 이를 통해 연장되고 상기 연결 요소를 노출시키는 제4 비아를 정의하도록 예비 패터닝되며;
상기 제4 비아 내에 제3 도전성 물질을 증착하여 상기 제3 도전성 물질이 상기 연결 요소와 전기적으로 도전성인 접속을 형성하고 상기 제2 도전성 물질과 상기 전기적으로 도전성인 접속을 형성하도록 적어도 상기 비도전성 결합 물질을 통해 연장되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나를 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 결합하는 단계는, 적어도 상기 연결 요소를 상기 제2 도전성 물질에 이들 사이에 개재되는 이방성 전도성인 에폭시와 같은 도전성 결합 물질로 결합하는 단계, 또는 상기 연결 요소를 상기 제2 도전성 물질에 이들 사이에 개재되는 도전성 땜납 요소 및 도전성 스터드 요소 중에서 하나로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판과 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 사이에 집적 회로 장치를 개재하는 단계를 더 포함하며, 상기 집적 회로 장치는 적어도 상기 연결 요소 및 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루거나, 적어도 상기 연결 요소와 상기 제2 도전성 물질 사이에 전기적으로 도전성인 접속을 용이하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 압전 초음파 변환기 장치에 있어서,
장치 기판 상의 유전층 상에 배치되고, 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하는 변환기 장치를 구비하며, 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의하며, 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가지며, 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재로 외부로 접근 가능하도록 상기 제2 비아의 외측으로 연장되고;
상기 연결 지지 기판에 의해 정의되는 제3 비아를 통해 연장되고 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루는 연결 요소를 구비하며, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나는 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나에 이들 사이에 개재되는 결합 물질에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 장치. - 제 17 항에 있어서, 상기 연결 지지 기판은 상기 지지 부재에 이들 사이에 개재되는 비도전성 결합 물질로 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질에 이들 사이에 개재되는 도전성 에폭시, 도전성 땜납 요소, 도전성 스터드 요소 및 이방성 전도성인 에폭시 중에서 하나로 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 연결 요소는 상기 연결 지지 기판에 이들 사이 및 상기 제3 비아까지 외부로 개재되는 비도전성 에폭시로 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 연결 요소 및 상기 연결 지지 기판 중에서 하나와 상기 지지 부재 및 상기 제2 도전성 물질 중에서 하나의 사이에 개재되는 집적 회로 장치를 더 포함하며, 상기 집적 회로 장치는 적어도 상기 연결 요소 및 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루거나, 이에 따라 정의되는 장치 비아 내에 이를 통해 연장되는 도전성 요소에 의해 적어도 상기 연결 요소와 상기 제2 도전성 물질 사이에 전기적으로 도전성인 접속을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 압전 초음파 변환기 장치를 갖는 연결을 형성하는 방법에 있어서, 상기 압전 초음파 변환기 장치는 장치 기판 상의 유전층 상에 배치되고 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하는 변환기 장치를 구비하며, 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의하며, 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제2 비아의 단부 벽에 대해 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가지며, 상기 방법은,
연결 요소를 상기 지지 부재에 결합하는 단계를 포함하고, 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루도록 상기 제2 비아 내로 수용되고 상기 제2 비아의 단부 벽으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 22 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 상기 연결 요소를 상기 지지 부재에 이들 사이와 상기 제2 비아까지 외부로 개재되는 도전성 에폭시와 같은 결합 물질로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 23 항에 있어서, 상기 연결 요소를 결합하는 단계는, 상기 연결 요소를 상기 지지 부재에 상기 연결 요소와 상기 제2 도전성 물질 사이에 전기적으로 도전성인 접속을 이루는 도전성 에폭시로 결합하는 단계를 더 포함하며, 상기 도전성 에폭시는 상기 제2 비아까지 외부로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 23 항에 있어서, 상기 연결 요소를 상기 지지 부재에 결합하기 전에, 상기 연결 요소가 상기 연결 지지 기판에 의해 정의되는 제3 비아로 삽입되고 상기 제3 비아를 통해 연장되게 상기 연결 요소를 연결 지지 기판에 체결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 25 항에 있어서, 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 결합하기 전에, 그를 통해 연장되는 상기 제3 비아를 정의하도록 상기 연결 지지 기판을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 25 항에 있어서, 상기 연결 요소를 상기 연결 지지 기판에 체결하기 전에, 음향 부재를 상기 연결 지지 기판에 체결하는 단계를 더 포함하며, 상기 음향 부재는 상기 제3 비아에 대응되는 음향 부재 비아를 정의하고, 상기 연결 요소를 상기 지지 부재에 결하하기 전에 상기 연결 요소가 상기 연결 지지 기판에 의해 정의되는 상기 제3 비아로 삽입되고 상기 제3 비아를 통해 연장되며 상기 음향 부재 비아가 상기 음향 부재에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 압전 초음파 변환기 장치에 있어서,
장치 기판 상의 유전층 상에 배치되고 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 압전 물질을 포함하는 변환기 장치를 구비하며, 상기 장치 기판과 상기 유전층은 상기 제1 전극까지 연장되고 제1 도전성 물질로 실질적으로 채워지는 제1 비아를 정의하며, 상기 변환기 장치는 상기 장치 기판과 상기 제1 도전성 물질에 체결되고 그로부터 연장되는 제2 비아를 정의하는 지지 부재를 더 포함하며, 상기 제2 비아는 그 상부에 배치되고 상기 제2 비아의 단부 벽에 대해 상기 제1 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 형성하는 제2 도전성 물질을 가지며;
상기 지지 부재에 의해 정의되는 상기 제2 비아 내로 수용되고 상기 지지 부재에 이들 사이에 개재되는 결합 물질이 의해 결합되는 연결 요소를 구비하며, 상기 연결 요소는 상기 제2 도전성 물질과 전기적으로 도전성인 접속을 이루고 상기 제2 비아의 단부 벽으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 장치. - 제 28 항에 있어서, 상기 제2 도전성 물질은 상기 지지 부재에 외측으로 접근 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 결합 물질은 상기 연결 요소와 상기 제2 도전성 물질 사이에 더 개재되고 전기적으로 도전성인 접속을 이루며 상기 제2 비아까지 외부로 개재되는 전기적으로 도전성인 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 연결 요소가 삽입되고 그를 통해 연장되는 제3 비아를 정의하는 연결 지지 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 31 항에 있어서, 상기 연결 지지 기판에 체결되는 음향 부재를 더 포함하며, 상기 음향 부재는 상기 제3 비아에 대응되고 상기 연결 요소가 삽입되며 그를 통해 연장되는 음향 부재 비아를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
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| US9319800B2 (en) | 2014-02-12 | 2016-04-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electro acoustic transducer |
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