超音波探头的制作方法

本发明是有关于一种超音波探头，且特别是有关于一种具有接地层的超音波探头。

背景技术：

现有技术中超音波探头包含基板、声波产生数组及至少一导线。声波产生数组包括数个声波产生单元，各导线连接对应的连接声波产生数组。为了电性连接声波产生数组与电路板，一般多采用焊线(bondingwire)横向地跨接电路板及导线，以电性连接声波产生数组与电路板。然而，采用焊线连接的方式需要特别考虑打线工具头的操作性(如操作空间是否足够)，且焊线通常具有一长度，其构成阻抗的一部分，且焊线容易导致电性连接失效，可靠度低。

因此，有需要提出一种能够改善前述问题的超音波探头及其制造方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供超音波探头，其能够提升电性连接的有效性。

为达到上述目的，本发明提供一种超音波探头，包括：微机械超音波换能器基板，具有发射面、声波产生数组及接地线，该声波产生数组及该接地线形成于该发射面；以及接地层，形成于该发射面的边缘；其中，该接地线连接该声波产生数组与该接地层。

较佳的，该接地层呈封闭环形。

较佳的，该接地层包含相连接的接地环与两个接地垫，该两个接地垫邻近该发射面的对角配置，各该接地垫的宽度大于该接地环的宽度。

较佳的，该声波产生数组包括多个该声波产生单元，该接地层封闭式地环绕该多个声波产生单元。

较佳的，该超音波探头还包括：

导电胶，配置于该发射面上且具有第一凹部；

电路板，具有开口，该电路板配置在该导电胶上且该开口对应该第一凹部形成第二凹部；以及

声波传递介质，形成于该第一凹部及该第二凹部内；

其中，该导电胶沿声波发射方向位于该微机械超音波换能器基板的该接地线与该电路板之间。

较佳的，该导电胶为异方性导电胶。

较佳的，该接地层包括彼此分离的多个接地部，各该接地部邻近该微机械超音波换能器基板的一侧面，该微机械超音波换能器基板包括多个该接地线，各该接地线连接对应的该接地部；该超音波探头还包括：

导电连接层，形成于该侧面，且连接该多个接地部。

较佳的，该微机械超音波换能器基板还包括讯号线，该讯号线自该声波产生数组往该发射面的该边缘的方向延伸且相距该微机械超音波换能器基板的外侧面一距离，该距离大于10微米。

较佳的，该声波产生数组包括共振腔，该微机械超音波换能器基板还包括：

多个突出墙，相对该发射面突出，且邻近该共振腔配置；

其中，各该突出墙的延伸方向与该共振腔的各边不平行。

较佳的，各该突出墙的高度大于或等于该共振腔的深度。

与现有技术相比，本发明的超音波探头具有的微机械超音波换能器基板，具有发射面、声波产生数组及接地线，该声波产生数组及该接地线形成于该发射面；以及接地层，形成于该发射面的边缘；其中，该接地线连接该声波产生数组与该接地层。借此，本发明能够提升电性连接的有效性及可靠性的同时，降低阻抗。

附图说明

图1a绘示依照本发明实施例的超音波探头的俯视图。

图1b绘示图1的超音波探头沿方向1b-1b’的剖面图。

图2a绘示依照本发明另一实施例的超音波探头的俯视图。

图2b绘示图2a的超音波探头沿方向2b-2b’的剖面图。

图2c绘示图2a的超音波探头沿方向2c-2c’的剖面图。

图3a绘示依照本发明另一实施例的超音波探头的俯视图。

图3b绘示第3a图的超音波探头沿方向3b-3b’的剖面图。

图4a绘示依照本发明另一实施例的共振腔及共振膜的俯视图。

图4b绘示第4a图的共振腔及共振膜沿方向4b-4b’的剖面图。

图5a1～图5f绘示图1a的超音波探头的制造过程图。

图6a1～图6h绘示图2a的超音波探头的制造过程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。

请参照图1a及图1b，图1a绘示依照本发明一实施例的超音波探头100的俯视图，而图1b绘示图1的超音波探头100沿方向1b-1b’的剖面图。

超音波探头100包括微机械超音波换能器(micromachinedultrasonictransducer,mut)基板110(以粗线绘制图1a的微机械超音波换能器基板110之外边界)、接地层120、导电胶130、电路板140、声波传递介质150、盖板155及封装体160。微机械超音波换能器基板110具有发射面110u、声波产生数组111、至少一接地线110g及至少一讯号线110s。声波产生数组111、接地线110g及讯号线110s形成于发射面110u。接地层120形成于发射面110u的边缘。接地线110g连接声波产生数组111与接地层120。如此，所有接地线110g皆延伸至接地层120，且皆通过接地层120电性连接于电路板140的一接地电位(未绘示)。如此，接地线110g不需要通过焊线，就能电性连接于电路板140。

此外，前述「边缘」例如是声波产生数组111以外的区域，其范围例如可延伸至微机械超音波换能器基板110的外侧面110e，然本发明实施例不受此限。

如图1a及图1b所示，声波产生数组111包括至少一声波产生单元1111。各声波产生单元1111包括至少一共振腔1111r及至少一共振膜1112。各共振膜1112形成于发射面110u且覆盖对应的共振腔1111r。各声波产生单元1111更包括至少一讯号连接线1111s及至少一接地连接线1111g。各共振膜1112由对应的一条讯号连接线1111s连接至讯号线110s，而各共振膜1112由对应的一条接地连接线1111g连接至接地线110g。各讯号线110s连接对应的声波产生单元1111至发射面110u的边缘，而各接地线110g连接对应的声波产生单元1111至接地层120。以一个声波产生单元1111的控制来说，一控制器10的控制讯号c1可通过电路板140传送给讯号线110s，再通过与各共振膜1112连接之讯号连接线1111s及接地连接线1111g后，经由接地线110g及电路板140回到控制器10。控制讯号c1可控制各声波产生单元1111的所有共振膜1112上下震荡，以发出超声波。此外，视声波聚焦特性而定，不同声波产生单元1111可由不同的控制讯号c1控制，例如由不同延迟时间的控制讯号c1控制，使所有声波产生单元1111聚焦于同一区域，如同一点。

此外，共振腔1111r、共振膜1112、讯号连接线1111s、接地连接线1111g可采用半导体制程形成，其中半导体制程例如包含微影蚀刻技术、涂布技术及/或其它任何可形成声波产生数组111的半导体技术。

如图1a所示，接地层120呈一封闭环形。接地层120封闭式地环绕全部声波产生单元1111。基板110具有外侧面110e。在本实施例中，接地层120邻接基板110的外侧面110e。在另一实施例中，接地层120可邻近基板110的外侧面110e，但与外侧面110e间隔一距离。在其它实施例中，接地层120的一部分可延伸至基板110的外侧面110e，而接地层120的另一部分可邻近基板110的外侧面110e，但与外侧面110e间隔一距离。

如图1a所示，接地层120包含相连接的接地环120g1与两接地垫120g2。两接地垫120g2邻近发射面110u的一对角配置，各接地垫120g2的宽度w1大于接地环120g1的宽度w2。由于接地层120的接地垫120g2提供一足够宽度，可增加电路板140的接地垫(未绘示)与接地层120的接地垫120g2的上下重叠面积，提升电性连接质量。

如图1b所示，整个接地层120通过接地垫120g2(接地垫120g2绘示于图1a)、导电胶130及电路板140的接地垫(未绘示)电性连接于电路板140的接地电位。本发明实施例通过导电胶130电性连接电路板140与接地层120，相较于现有焊线，导电胶的可靠度较高，且电传输路径较短，阻抗较低。

如图1b所示，导电胶130配置于发射面110u上。例如，导电胶130沿声波发射方向e1位于微机械超音波换能器基板110的接地线110g与电路板140的接地垫140g之间，且位于微机械超音波换能器基板110的讯号线110s与电路板140的讯号垫140s之间。导电胶130允许z轴向(z轴向例如是与声波发射方向e1大致平行)的电性传输，但不允许x及y轴向(例如是与z轴向大致垂直)的电性传输。因此，即使导电胶130为连续延伸的导电胶，相邻二讯号线110s不会通过导电胶130电性短路且相邻两接地线110g不会通过导电胶130电性短路。在本实施例中，导电胶130为异方性导电胶(anisotropicconductivefilm,acf)，或其它仅允许z轴向电性传输的导电材料。图示的x轴与y轴的一个例如是超音波探头100的长轴发射方向，而x轴与y轴的另一者例如是超音波探头100的短轴发射方向。

如图1b所示，导电胶130具有第一凹部130r。电路板140例如式软性电路板(flexibleprintcircuit,fpc)，然本发明实施例不受此限。电路板140具有开口140a，电路板140配置在导电胶130上且开口140a对应第一凹部130r形成第二凹部140r。声波传递介质150形成于第一凹部130r及第二凹部140r内，例如是填满第一凹部130r及第二凹部140r。声波传递介质150例如是硅油、甘油或其它不导电且可传递声波的介质。声波传递介质150可帮助声波产生数组111所产生的超声波传递出去。如图1a所示，导电胶130具有封闭环形，使第一凹部130r与导电胶130的外侧面不连通，且电路板140具有封闭环形，使第二凹部140r与电路板140的外侧面不连通。如此，位于第一凹部130r及第二凹部140r内的声波传递介质150不会从导电胶130及电路板140侧向地外漏。

此外，第二凹部140r与第一凹部130r大致上重叠，如至少部分重叠。在一实施例中，第二凹部140r可小于或大致等于第一凹部130r的大小(如俯视面积)，然第二凹部140r也大于第一凹部130r的大小(如俯视面积)。

盖板155配置在电路板140上且遮盖开口140a，以遮盖第一凹部130r及第二凹部140r，可避免位于第一凹部130r及第二凹部140r内的声波传递介质150从开口140a外漏。此外，虽然图未绘示，超音波探头100还包括一黏合层，其形成于盖板155与电路板140之间，以固定盖板155与电路板140的相对位置。综上，声波传递介质150被导电胶130、电路板140与盖板155封闭在第一凹部130r及第二凹部140r内。此外，盖板155允许声波穿出，其具有例如是80％、85％、90％或95％以上的声波穿透率。在一实施例中，盖板155可以是透光或非透光盖板。以材质来说，盖板155的材料包含树脂，如聚胺酯。

如图1b所示，封装体160包覆微机械超音波换能器基板110、接地层120、导电胶130、电路板140的一部分及盖板150。电路板140的另一部分突出于封装体160，以电性连接于控制器10。封装体160的材料包括酚醛基树脂(novolac-basedresin)、环氧基树脂(epoxy-basedresin)、硅基树脂(silicone-basedresin)或其他适当的包覆剂。封装体160亦可包括适当的填充剂，例如是粉状的二氧化硅。此外，可利用数种封装技术形成封装体160，例如是压缩成型(compressionmolding)、液态封装型(liquidencapsulation)、注射成型(injectionmolding)或转注成型(transfermolding)。

请参照图2a～图2c，图2a绘示依照本发明另一实施例的超音波探头200的俯视图，图2b绘示图2a的超音波探头200沿方向2b-2b’的剖面图，而图2c绘示图2a的超音波探头200沿方向2c-2c’的剖面图。

超音波探头200包括微机械超音波换能器基板210((以粗线绘制图2a的微机械超音波换能器基板210的外边界))、接地层220、导电胶230、电路板140、声波传递介质150、盖板155、封装体160及导电连接层270。微机械超音波换能器基板210具有发射面110u、声波产生数组111、至少一接地线110g、至少一讯号线110s及至少一挡墙212。声波产生数组111、接地线110g、讯号线110s及挡墙212形成于发射面110u。接地层120形成于发射面110u的边缘，其中接地线110g连接声波产生数组111与接地层120。

在本实施例中，接地层220邻接于微机械超音波换能器基板210的外侧面210e，然本发明实施例不限于此。接地层220包含相连接的接地环221与两接地垫120g2。两接地垫120g2邻近发射面110u的一对角配置。各接地垫120g2的宽度w1大于接地环221的宽度w2。由于接地层120的接地垫120g2提供一足够宽度，可增加电路板140的接地垫(未绘示)与接地层220的接地垫120g2的上下重叠面积，提升电性连接质量。

如图2a所示，接地层220的接地环221包括彼此分离的数个接地部221g，各接地部221g邻近微机械超音波换能器基板110的外侧面210e，例如是延伸至外侧面210e。微机械超音波换能器基板110的各接地线110g连接对应的接地部221g。导电连接层270形成于微机械超音波换能器基板110的外侧面210e，并连接此多个接地部221g，使彼此分离的数个接地部221g通过导电连接层270电性连接。

如图2b所示，整个接地层220通过接地垫120g2、导电胶230及电路板140的接地垫(未绘示)电性连接于电路板140的接地电位。如图2a所示，导电胶230包括数个分离的导电胶垫231。各导电胶垫231覆盖对应的接地线110g或对应的讯号线110s。此多个导电胶垫231与接地层220的数个接地部221g彼此间隔，以避免讯号线110s通过导电胶垫231电性短路于接地部221g。在本实施例中，导电胶230的电性传输无方向性，即允许沿z轴向、x轴向及y轴向的电性传输。由于数个导电胶垫231彼此分离，因此即使导电胶230的电性传输无方向性，也不会导致相邻两导电胶垫231电性短路。在一实施例中，导电胶230例如是银胶，然亦可为其它导电材料。此外，如图2a及图2b所示，讯号线110s自声波产生数组111往发射面110u的边缘的方向延伸且相距微机械超音波换能器基板110的外侧面210e一距离h1，距离h1可避免导电连接层270接触到讯号线110s。在一实施例中，距离h1例如是大于10微米，如介于150微米与250微米之间。前述数值范围足以避免导电连接层270接触到讯号线110s。

如图2a～图2c所示，导电胶230的数个导电胶垫231分布在微机械超音波换能器基板110的发射面110u(图2a未绘示)的相对两边缘，而两挡墙212分别位于发射面110u的另相对两边缘，其中数个导电胶垫231与两挡墙212围绕出第一凹部230r，第一凹部230r露出声波产生数组111。电路板140具有第二凹部140r。声波传递介质150位于第一凹部230r及第二凹部140r内。由于挡墙212的配置，可阻挡位于第一凹部230r及第二凹部140r内的声波传递介质150外漏。此外，由于数个分离的导电胶垫231相邻配置(但不接触)，因此也对位于第一凹部230r及第二凹部140r内的声波传递介质150产生一定的外漏阻力，此可减少外漏量或甚至无外漏。此外，在一实施例中，挡墙212与微机械超音波换能器基板110的板体可为一体成形结构。此外，挡墙212例如是绝缘挡墙，因此可避免讯号线110s通过导电胶230及挡墙212与接地层220电性短路。

请参照图3a～图3b，图3a绘示依照本发明另一实施例的超音波探头300的俯视图，而图3b图绘示图3a的超音波探头300沿方向3b-3b’的剖面图。

超音波探头300包括微机械超音波换能器基板210、接地层220、导电胶230、电路板140、声波传递介质150、盖板155、封装体160及导电连接层270。微机械超音波换能器基板210具有发射面110u、声波产生数组111、至少一接地线110g、至少一讯号线110s及至少一挡墙212。声波产生数组111、接地线110g及讯号线110s及挡墙212形成于发射面110u。接地层120形成于发射面110u的边缘，其中接地线110g连接声波产生数组111与接地层120。

本发明实施例的超音波探头300具有与前述超音波探头200相同或相似的技术特征，不同处在于，这些接地部221g与微机械超音波换能器基板210的外侧面210e之间具有间隔h2，导电连接层270延伸至间隔h2内，即，延伸至发射面110u上方。此外，导电连接层270连接此些接地部221g，使数个分离的接地部221g通过导电连接层270电性连接。

请参照图4a～图4b，图4a绘示依照本发明另一实施例的共振腔1111r及共振膜1112的俯视图，而图4b绘示图4a的共振腔1111r及共振膜1112沿方向4b-4b’的剖面图。前述超音波探头100～300的任一者的微机械超音波换能器基板110或210还可包括数个突出墙113。突出墙113相对发射面110u突出，且邻近共振腔1111r配置。数个突出墙113环绕对应的共振腔1111r，其中各突出墙113的延伸方向与共振腔1111r的各边不平行。此外，相邻两突出墙113之间的夹角a1例如是介于70度～100度之间。在一实施例中，各突出墙113的高度l1大于或等于共振腔1111r的深度l2。突出墙113可增加微机械超音波换能器基板的强度，减少共振腔1111r及共振膜1112的变形量。如此，当超音波探头抵压在待测体(如人体)上时，突出墙113可减少共振腔1111r及共振膜1112受压时的变形量，确保所产生的超声波符合预期特性。此外，突出墙113与微机械超音波换能器基板的板体为一体成形结构，然本发明实施例不受此限。

请参照图5a1～图5f，其绘示图1a的超音波探头100的制造过程图。

如图5a1及图5a2所示，提供微机械超音波换能器基板110，其中微机械超音波换能器基板110包括发射面110u、声波产生数组111、至少一接地线110g及至少一讯号线110s。声波产生数组111包括至少一声波产生单元1111，其中一条接地线110g及一条讯号线110s自对应的声波产生单元1111延伸至发射面110u的边缘。此外，接地层120形成于微机械超音波换能器基板110的发射面110u上，例如是形成于发射面110u的边缘，其中接地线110g连接声波产生数组111与接地层120。

如图5b1及图5b2所示，可采用例如是涂布技术，形成导电胶130覆盖接地层120的至少一部分、接地线110g的一部分及讯号线110s的一部分。导电胶130具有第一凹部130r，第一凹部130r露出声波产生数组111，例如是露出全部的声波产生单元1111。

如图5c所示，配置电路板140于导电胶130上，其中电路板140具有第二凹部140r，第二凹部140r露出声波产生数组111及第一凹部130r。第二凹部140r与第一凹部130r大致上重叠，如至少部分重叠。

如图5d所示，可采用例如是注射技术，形成声波传递介质150于第一凹部130r及第二凹部140r内。声波传递介质150填满第一凹部130r及第二凹部140r的至少一部分。

如图5e所示，配置盖板155覆盖第二凹部140r的开口140a。虽然未绘示，然盖板155与电路板140之间可形成有黏合层，以固定声盖板155与电路板140之间的相对位置。

如图5f所示，可采用例如是压缩成型、液态封装型、注射成型或转注成型，形成封装体160包覆微机械超音波换能器基板110、接地层220、导电胶130、电路板140的一部分及盖板155，以形成超音波探头100。电路板140的另一部分突出于封装体160，以电性连接于控制器10(控制器10绘示于图1b)。

请参照图6a1～图6h，其绘示图2a的超音波探头200的制造过程图。

如图6a1及图6a2所示，提供微机械超音波换能器基板210，其中具有发射面110u、声波产生数组111、至少一接地线110g、至少一讯号线110s及至少一挡墙212。声波产生数组111包括至少一声波产生单元1111，其中一条接地线110g及一条讯号线110s自对应的声波产生单元1111延伸至发射面110u的边缘。挡墙212相对发射面110u突出且与微机械超音波换能器基板210的板体例如是一体成形结构，然本发明实施例不受此限。

此外，接地层220形成于微机械超音波换能器基板210的发射面110u上，例如是形成于发射面110u的边缘，其中接地线110g连接声波产生数组111与接地层220。接地层220包含相连接的接地环221与两接地垫120g2。两接地垫120g2邻近发射面110u的一对角配置。

如图6b所示，可采用涂布技术，形成导电胶230覆盖接地层220的至少一部分、接地线110g的一部分及讯号线110s的一部分。在本步骤中，如图所示，导电胶230包含两条连续延伸的胶条230a、230b，胶条230a、230b分别位于发射面110u的相对两边缘。各胶条230a及230b覆盖位于同侧边缘的讯号线110s及接地线110g。两挡墙212分别位于发射面110u的另相对两边缘，其中导电胶230与挡墙212围绕出第一凹部230r，第一凹部230r露出声波产生数组111。在本实施例中，导电胶230的电性传输无方向性，即允许沿z轴向、x轴向及y轴向地电性传输。

如图6c所示，可采用例如是切割技术，将导电胶230切割成数个分离的导电胶垫231且将接地环221切割成数个分离的接地部221g，其中各接地线110g被对应的导电胶垫231覆盖且各讯号线110s被对应的导电胶垫231覆盖。由于数个导电胶垫231彼此分离，因此即使导电胶230的电性传输无方向性，也不会导致相邻两导电胶垫231电性短路。此外，前述切割制程例如是采用刀具或雷射完成。

如图6d所示，配置电路板140于数个导电胶垫231上，其中电路板140具有第二凹部140r，第二凹部140r露出声波产生数组111及第一凹部130r。第二凹部140r与第一凹部230r大致上重叠，如至少部分重叠。

如图6e所示，可采用注射技术，形成声波传递介质150于第一凹部230r及第二凹部140r内。声波传递介质150填满第一凹部230r及第二凹部140r的至少一部分。

如图6f所示，配置盖板155覆盖第二凹部140r的开口140a。虽然未绘示，然盖板155与电路板140之间可形成有黏合层，以固定声盖板155与电路板140之间的相对位置。

如图6g所示，将电路板140反折，以露出微机械超音波换能器基板210的外侧面210e及接地部221g。

如图6h所示，可采用例如是涂布技术，形成导电连接层270形成于外侧面210e。通过毛细现象，呈流动态的导电连接层270渗入到接地部221g与电路板140之间的间隙，并连接从外侧面210e露出的所有接地部221g。接着，可加热导电连接层270，以固化导电连接层270。

然后，可采用例如是压缩成型、液态封装型、注射成型或转注成型，形成封装体160包覆图6h的微机械超音波换能器基板210、接地层220、导电胶230、电路板140的一部分及盖板155，以形成超音波探头200。电路板140的另一部分突出于封装体160，以电性连接于控制器10(控制器10绘示于图1b)。

超音波探头300的制造方法类似或同于前述超音波探头200，于此不再赘述。

与现有技术相比，本发明的超音波探头具有的微机械超音波换能器基板，具有发射面、声波产生数组及接地线，该声波产生数组及该接地线形成于该发射面；以及接地层，形成于该发射面的边缘；其中，该接地线连接该声波产生数组与该接地层。借此，本发明能够提升电性连接的有效性及可靠性的同时，降低阻抗。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。