专利名称：具有改善的热行为的超声换能器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于超声诊断成像的系统。更具体而言，本发明涉及包括和/或便于 使用超声换能器探头中的换能器元件的大阵列和小阵列的超声设备/系统和相关方法。
背景技术：
超声诊断成像系统使医疗专业人员能够无需侵入式探查手术检查患者的体内结 构。超声诊断成像系统通常包括连接至主系统的换能器探头，主系统向换能器探头提供控 制信号，处理由换能器探头采集的数据并显示对应图像。当前的换能器探头一般由一行换能器元件构成，每个换能器元件连接到换能器控 制组件或专用集成电路(ASIC)的端子，换能器控制组件或专用集成电路处理发送到和接 收自声学元件的信号。通常，这种连接是通过设置于通往个体换能器元件的柔性电缆一端 的焊丝实现的。电缆的另一端一般连接至具有所有信号处理电子器件的控制台。典型地， 以150到500微米的间距布置96到256个换能器元件。预计下一代换能器会采用布置成矩阵配置的数千个换能器元件的阵列，这种矩阵 配置由多行和列的换能器声学元件构成。每个换能器元件都需要通往ASIC (或其他控制电 路)的端子的电互连。大量换能器元件必然需要具有数千股线的极大电缆，这带来了重大 的实际问题。由一块其中设置有平行信号轨道的背衬材料构成的内插器可以用于互连ASIC的 端子和连接至个体换能器元件的信号线。例如，在共同受让的2006年7月24日提交的美 国临时专利申请No. 60/820184中公开了一种这样的内插器，在此通过引用将其公开内容 并入本文。以前公开的内插器匹配ASIC端子和通往个体换能器元件的信号触点之间的节 距差异。利用以前公开的内插器，可以将标准化的ASIC用于不同的换能器阵列几何结构。不过，构建具有大量换能器元件的换能器探头提出了很多设计挑战。当前的ASIC 设计仅适于与几百个换能器元件连接。于是，包含数千换能器元件的换能器探头超过了常 规ASIC设计的连接容量，从而需要几个ASIC。此外，由于换能器元件一般至少部分是由昂 贵的压电材料制造的，在预先测试的ASIC和在其上安装换能器元件的任何内插器之间具 有可靠的互连过程至关重要。如果使用固定的互连结构，例如导电胶，在部件故障的情况下 不可能有效率地修复装置。便于实现ASIC到换能器元件的连接的可修复互连技术/组件 通过在必要时实现换能器探头的拆卸和再组装而提供了经济的方案。在换能器探头外壳内一般有两个主要的热源必须要加以处理。第一，换能器元件 产生的声功率的一部分损耗掉，作为声学堆中的热量产生。这一热量的大部分是在换能器 探头的透镜内产生的，通常在一瓦的量级。第二，在工作时，每个ASIC通常散发大约1瓦的 热量。可能有另一种热源，例如与无线发送相关联的电子器件。值得注意的是，在包括多 个ASIC，例如“N”个ASIC元件的换能器设计中，换能器中产生的总热量可能是与这样多个 ASIC相关联的个体ASIC中产生功率的“N”倍。于是，有效的换能器设计必须要考虑到潜在 的热效应。
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因为在检查期间换能器透镜是接触人体的，所以对于可以允许/接受的最大换能 器透镜温度有限制。相对于下一代超声换能器探头而言，对热设计的考虑越来越重要，例 如，以防止在换能器探头工作期间透镜温度变得过高。当前用于无源除热的技术可能会出 现问题，特别在开发和商用下一代换能器探头时会出现问题，这种技术一般依赖于与环境 的热对流，结合通过换能器探头和主系统之间的电缆的热传导。无源除热的效率一般取决 于换能器设计特有的因素，例如换能器的布局(这可能直接影响除热)和可用的排热表面 面积。为了有效地进行无源除热，理想地，在换能器外壳上很好地分布热量。专利文献包括了背景相关知识的教导。例如，授予Erikson等人的美国专利 No. 6589180公开了一种高密度超声换能器阵列，其使用了由各衬底和无源装置上的有源集 成电路装置构成的多层结构。利用配置有延伸通过衬底的导体的微型通孔实现衬底之间的 导电互连。可以利用焊锡组装各层，这样允许在制成之前测试选定的层和电路。类似地，授 予Winzer等人的美国专利No. 5629578公开了一种封装在高密度互连的多芯片模块中的换 能器阵列，其具有设置于衬底中的集成电路芯片、设置于其上的互连层以及设置于互连结 构表面上的多层复合致动器。授予Dinet等人的美国专利No. 6859984公开了一种生产具有集成互连组件的矩 阵阵列超声换能器的方法。提供由布置成矩阵构造的多个个体元件换能器形成的压电构 件，并将互连接口接合到压电构件的背面。互连装置由其尺度取决于压电构件尺度的绝缘 体构件形成。在绝缘体构件上执行钻孔操作以形成对应的通孔阵列。然后对绝缘体构件进 行金属化，并使用树脂填充通孔。还参见Lapetina等人的美国专利No. 4864179, Park等人 的美国专利公开No. 2005/0075573以及Wildes等人的美国专利公开No. 2006/0043839。所述专利文献未能解决在本公开中解决的现有技术的若干缺点，其中包括，超声 换能器设计/制造中需要在压电阵列和ASIC之间建立可靠的接触，同时，如果需要更换 ASIC，还允许拆卸。于是，尽管到目前为止已经做出了很多努力，但仍然需要新的设计、系统 和方法来适应下一代超声换能器探头，尤其是针对上述问题和局限。
发明内容
本发明为在换能器组件内采用大的换能器元件阵列提供了有利的设计、系统和方 法。换能器组件通常包括外壳、透镜、换能器元件阵列、内插器组件和换能器阵列控制组件。 根据本公开的示例性内插器组件包括多个信号轨道，信号轨道在换能器元件阵列和换能器 阵列控制组件之间提供电连接。内插器组件还包括热传输棒/导管，其从内插器内传输源 自透镜的热量以及部分源自于与公开的换能器组件相关联的一个或多个ASIC内产生的热 量。在内插器组件和换能器阵列控制组件之间有利地设置柔性和/或可拆卸互连组件，以 在内插器组件的信号轨道和换能器阵列控制组件之间提供和/或便于进行可修复的电连 接。在一些公开的实施例中，换能器组件包括与公开的换能器组件相关联的ASIC和 声学堆之间的一个或多个空气间隙。空气间隙在其间提供了热障。例如，一般在薄/超薄 Parlyene 膜(由加利福尼亚Aliso Viejo的Para TechCoating, Inc.销售的聚二甲苯聚 合物)中提供跨过这种空气间隙的信号轨道。在另一公开的实施例中，在换能器元件阵列 的相对端设置除热条以提供温度控制功能。本公开的示例性实施例的除热块有效地防止透镜温度变得过高，例如超过预定水平。本公开的示例性内插器组件至少包括第一和第二区域。例如，可以由相对于换能 器控制组件(例如与换能器控制组件并排)设置的第一材料制造第一区域，由相对于换能 器元件阵列(例如与换能器元件阵列并排)设置的第二材料制造第二区域。第一材料生成 热障，防止由换能器控制组件产生的热量向透镜移动。第二材料吸收由换能器元件阵列产 生的声能。在一些实施例中，内插器包括在相对于换能器控制组件设置的区域/材料和相对 于换能器控制组件设置的区域/材料之间的一个或多个空气间隙。本发明的空气间隙可以 用于生成额外的热障，其防止由换能器控制组件产生的热向透镜迁移，并向分离/不同的 排热区域引导源自于透镜的热量。要指出的是，在本发明的示例性实施例中，换能器组件包括至少两个排热/除热 区域一个排热区域有效地排出/移除透镜的热，第二排热区域有效地排出/移除ASIC产 生的热。所公开的热障(例如一个或多个空气间隙)通常用于有效防止至少大部分(如果 不是全部的话)ASIC产生的热流向透镜。热障的另一功能是将热量从透镜引导到热传输 棒，使得这样的热量可以如本文公开的流向其自己的“排热区域”。通过接下来的描述，特别是在结合附图阅读时，所公开的设计、组件和方法的额外 特征、功能和益处将显而易见。
为了帮助本领域的技术人员制造和使用所公开的换能器组件和相关方法，参考附 图，其中图IA是根据本发明制造的示例性超声换能器组件的示意图；图IB是根据本公开的提供有源冷却功能的示例性换能器组件的示意图；图IC是根据本公开的提供无源冷却功能的示例性换能器组件的示意图；图ID是透镜区域的示意性截面被放大的示例性换能器组件的示意图；图2是用于构造图1所示示例性超声换能器组件的金属板的示意图；图3A-3F示出了根据本公开实施例的用于制造内插器的过程；图4A-4F示出了根据本公开实施例的用于制造内插器的备选过程；图5A-5G示出了根据本公开另一实施例的用于制造内插器的过程；图6A-6G示出了根据本公开另一实施例的用于制造内插器的过程；图7A-7E示出了根据本公开又一实施例的用于制造内插器的过程；图8A-8B示出了用于组装图1所示换能器组件的过程；图9A-9I示出了根据本公开实施例用于制造柔性互连组件的过程；图10A-10C示出了用于组装图1所示换能器组件的过程；图11A-11F示出了根据本公开实施例的用于制造柔性互连组件的过程；图12示出了根据本公开的示例性制造方法的流程图；图13示出了三步流程图，该三步流程图示出了将根据图12所示方法制造的“柔性 垫”与ASIC和内插器结合进行组装；以及图14示出了根据本公开的示例性换能器子组件的分解图(顶视图和底视图)。
具体实施例方式根据本公开的示例性实施例，提供了用于解剖成像的超声换能器探头。所公开的 超声换能器探头可以支持有源冷却、无源冷却或其组合。于是，所公开的换能器探头可以包 括外壳、透镜、换能器元件的高密度阵列、热传输内插器、热沉和柔性和/或可拆卸互连组 件。在公开的换能器探头中包括了元件/部件以便实现期望的除热/排热功能。现在参考图1A，在10处大体上标示了示例性超声换能器探头。超声换能器探头 10包括外壳12，外壳12具有相对于外壳12设置的透镜14。在透镜14和换能器组件阵列 18之间设置匹配层16。在换能器元件阵列18和内插器组件22之间设置去匹配层20。内 插器组件22包含信号轨道(未示出)，每个信号轨道与换能器元件阵列18中的一个换能器 元件电连通。在这里将匹配层16、换能器元件阵列18和去匹配层20统称为声学堆。进一步参考图IA的示意图，在内插器组件22的相对侧，声学堆和一个或多个ASIC 之间设置除热块24。除热块24优选由铝形成，宽度大约为1.5 (one and one-half)毫米， 不过可以采用备选的构造材料和尺度参数而不脱离本公开的精神或范围。例如，可以采用 铜和/或复合材料代替铝，但处理这种备选材料可能被证明是困难和/或不可行的。在换 能器组件10的除热块24和外壳12之间形成空气间隙26。参考图1B，其中提供了提供有源冷却功能的换能器组件的示意图。换能器外壳包 括与ASIC热连通的冷却的热沉和具有传热器的内插器块。于是，与换能器组件相关联并位 于外壳内的一个或多个ASIC产生的热量直接流动到热沉。此外，源自匹配层和透镜内的声 损耗的热量经由传热器和热旁路流动到热沉。通过这种方式，可以有利地实现换能器组件 的有源冷却。转到图1C，其中示意性描绘了根据本公开的另一示例性换能器探头组件。图IC的 换能器探头有利地促进了“无源冷却”以应对其内产生的热量。于是，如图IC所示，本公开 的换能器探头设计使得由透镜在透镜表面(垂直向上指向的箭头)处部分排出源自匹配层 和透镜内的声损耗的热量。与声损耗相关联的另一部分热量通过声学堆流动到其功能实现 于内插器元件内的传热器。这种与声损耗相关的热量被传输到外壳侧面并在换能器组件的 前端被排出。(前端区域中向下向外指向的箭头)。根据图IC的示例性换能器组件，还对一个或多个ASIC中产生的热量进行无源驱 散。由于与位于ASIC和透镜之间的内插器的热流阻大，仅有少量ASIC产生的热量流到透 镜。因此，如换能器探头把手区域中向下向外指向的箭头示意性所示，在换能器探头组件的 把手表面上排出了大部分ASIC产生的热量。如图IC中的虚线/点线示意性所示，换能器组 件的顶部(即前端部分)有利地与其把手区域热切断和/或隔离。通过这种方式，使ASIC 产生的热量与换能器探头的透镜区域有效隔离并在其流动路径中将其限制到把手表面。返回到图1A，可以在内插器组件22和换能器控制组件30之间有利地设置柔性互 连组件28。柔性互连组件28与形成于内插器组件22的信号轨道上的接触部分(未示出) 和形成于换能器控制组件30的表面上的接触部分(未示出)形成电连接。对于如本文所 述的包括有源冷却功能的实施方式而言，可以在换能器控制组件30的相对侧设置热沉组 件32。在这种实施方式中，热旁路/导体34从内插器组件22向热沉组件32传导热量。参考图1D，其中提供了示例性换能器组件的透镜区域的放大示意截面图。如图中
7所示，可以在声学堆中采用铝块(而非换能器短侧的透镜材料)来增强与其之间的连接。参考图2-4描述示例性内插器组件22的构造。具体参考图2，示例性内插器组件 22的制造始于金属堆体40。金属堆体包括第一铜层42 (例如大约二十五微米厚)、镍层 44 (例如大约两微米厚)和第二铜层46 (例如大约六十五微米厚)。参考图2和3A-3F描述用于形成内插器组件22的第一种制造过程。现在参考图 2和3A，向通常由铜制造的较厚构件46上电镀第一镍/金层48 (例如，分别大约为两微米 和一微米厚)。第一镍/金层48形成/限定传热器棒50，在示例性实施例中，是多个传热 器指52。传热器指52 (当存在时)一般用于改善源于透镜的热量的热路径和/或流动，但 没有这种传热器指52也可以实现根据本公开的有效除热/排热。现在参考图3B，将第二镍/金层54 (例如，分别大约为两微米和一微米厚)电镀在 与之相关联的较薄铜层42的暴露表面上。第二镍/金层54形成/限定多个信号轨道56， 每个信号轨道包括窄的第一部分58和较宽第二部分60。执行第一蚀刻过程以移除第一铜层42的暴露部分，由此暴露镍层44的一侧，如图 3B所示。在放置背衬材料和环氧树脂条之后，如这里所示，执行第二蚀刻过程以移除第二 铜层46的暴露部分，由此暴露镍层44的相对侧，如图3C所示。要指出的是，可以将信号轨 道56的第一部分58的尺度(例如，大约25微米宽)确定为使得完全移除第一部分58下 方的所有第一铜层42。结果，信号轨道56的窄部分58恰好悬于镍层44上方。相反，信号 轨道56的较宽部分60保留了第一铜层42在第二镍/金层54和镍层48之间的一部分。通常利用胶粘环氧树脂将背衬材料62和环氧树脂条(两者都大约为250微米厚) 粘附到信号轨道56 (图3D所示)。环氧树脂条大体特征在于低热膨胀系数，并且非常适于 连接到控制ASIC。背衬材料62帮助吸收由换能器元件阵列18 (图IA所示)产生的声波。 适当的背衬材料包括高度填充的环氧树脂，其中诸如重金属氧化物和空心玻璃球的填充材 料决定了背衬材料的声学性质。于是，可以执行第二蚀刻过程以移除暴露的铜层46，并且可 以执行第三蚀刻过程以移除暴露的镍层44。使用底填材料66来粘附多个内插器层64以形成示例性的内插器组件22，如图3F 所示。底填材料66有利地由低粘度环氧树脂形成，例如NamixChipcoat 8462-21。然后向内 插器组件22添加接触部分68、70。例如，在要与换能器控制组件30连接的一侧，可以使用 金的薄膜金属化方法在内插器底面上执行金属化步骤。在要连接到声学堆的一侧上，可以 向信号轨道56 (未示出)的端部电镀镍层(例如，大约10微米厚)。然后可以用金层(例 如，大约一微米厚)来电镀镍层以形成接触部分70。可以通过切割等形成内插器底侧上的 接触垫68。选择底填材料66的厚度以间隔与示例性柔性互连组件28的接触部分102对应的 接触部分68(如图8A中所示)，如下文更详细描述的。此外，热旁路34(图1所示)一般与 传热器棒50延伸通过背衬层60的部分相通。例如，可以利用例如胶粘剂、热界面材料或提 供类似功能的另一种材料将热旁路34焊接或以其他方式连接到传热器棒50的突出端。或 者，可以利用导热胶、热界面材料或其他提供类似功能的材料/方式将热旁路34粘附到传 热器棒50的突出端。参考图2和4A-4F描述了根据本公开形成示例性内插器组件22的第二种制造过 程。现在参考图2和4A，向第一铜层42的暴露表面上电镀第一镍/金层48 (例如，分别大约为两微米和一微米厚)。第一镍/金层48形成/限定传热器棒50和多个传热器指52。 现在参考图4B，向第二铜层46的暴露表面上电镀第二镍/金层54 (例如，分别大约为两微 米和一微米厚)。第二镍/金层54形成/限定多个信号轨道56，每个信号轨道包括窄的第 一部分58和较宽第二部分60。执行第一蚀刻过程以移除第一铜层42的暴露部分，由此暴露镍层44的一侧，如图 4C所示。可以利用例如胶粘环氧树脂将背衬材料62和环氧树脂条(两者都大约为250微 米厚)粘附到信号轨道。在放置背衬材料和环氧树脂条之后，执行第二蚀刻过程以移除第 二铜层46的暴露部分，由此暴露镍层44的相对侧，如图4D所示。如上所述，背衬材料一般 有助于吸收由换能器元件阵列18产生的声波。适当的背衬材料包括高度填充的环氧树脂， 其中诸如重金属氧化物和空心玻璃球的填充材料决定了背衬材料的声学性质。可以执行第 三蚀刻过程以移除镍层44。如前文参考本公开的备选实施方式描述的，底填材料66可以粘附到多个内插器 层64以形成示例性内插器组件22，如图4F所示。然后向内插器组件22添加接触部分68、 70。可以将热旁路附着于传热器棒50通过背衬层62延伸到热沉组件32的部分或以其他 方式放置以与该部分热相通。在这里公开了对于某些应用优选的第二种制造方法，因为与参考这里所述的第一 种制造方法描述的示例性的65微米相比，可以将第二铜层46制造得具有较小厚度，例如25 微米。在本公开的某些超声应用中，所得到的信号轨道56和传热器棒50之间的较薄间隙 可能是有利的。例如，根据第二种公开的制造方法，可以采用更多背衬材料62并实现更好 的声学性能。于是，参考图2和图5A-5F描述根据本公开第二种制造方法制造的备选示例性内 插器。现在参考图2和5A，向第一铜层46的暴露表面上电镀第一镍/金层48 (例如，分别 大约为2微米和一微米厚)。第一镍/金层48形成/限定传热器棒50。现在参考图5B，向 第二铜层42的暴露表面上电镀第二镍/金层54 (例如，分别大约为2微米和一微米厚)。 第二镍/金层54形成多个信号轨道56，每个信号轨道包括窄的第一部分58和较宽第二部 分59及第三部分60。如图5C所示，执行第一蚀刻过程以移除第一铜层42的暴露部分，由此暴露镍层 44的一侧。如图5E所示，可以有利地向信号轨道56涂布厚度大约为五微米的薄/超薄 Parylene 层59。可以在信号轨道56顶部粘附/胶粘环氧树脂框。执行第二蚀刻过程以移除第二铜层46的暴露部分，由此暴露镍层44的相对侧，如 图5C所示。要指出的是，这里描述的示例性实施例中的信号轨道56的第一部分58大约为 25微米宽；于是完全移除第一部分58下方的所有第二铜层46。结果，信号轨道56的第一 部分58恰好悬于镍层44上方。相反，信号轨道56较宽的第二和第三部分59、60保留了第 二铜层46 (未示出)在第二镍/金层54和镍层44之间的一部分。图5F中示出了内插器 74的层72。在本公开的示例性实施例中，可以在与信号轨道56的一端相邻的背衬材料62 的条和与信号轨道56的另一端相邻的背衬材料62的条之间限定空气间隙76。空气间隙 76有利地为所公开的内插器组件限定了另一热障。一般采用低热膨胀系数的环氧树脂来粘附多个内插器层72以形成示例性内插器 74，如图5G所示。然后向内插器组件22添加接触部分68、70。选择背衬材料62的厚度以
9间隔与柔性互连组件28的接触部分102对应的接触部分68 (图8A中所示)，如下文更详细 描述的。此外，热旁路34(图1所示)附着于传热器棒50延伸通过背衬层62的部分或以 其他方式与该部分热相通。参考图2和6A-6E描述根据本公开的内插器的另一示例性实施例。现在参考图2 和6A，向第一铜层46的暴露表面上电镀第一镍/金层48 (例如，分别大约为二微米和一微 米厚)。第一镍/金层48形成/限定传热器棒50。现在参考图6B，向第二铜层42的暴露 表面上电镀第二镍/金层54 (例如，分别大约为2微米和一微米厚)。第二镍/金层54形 成/限定多个信号轨道56，每个信号轨道包括窄的第一部分58和较宽第二及第三部分59、 60。执行第一蚀刻过程以移除第一铜层42的暴露部分，由此暴露镍层44的一侧，如图 6C所示。向镍层44的信号线56 —侧涂布胶粘层78。向胶粘层78的部分施加一背衬材料 80的条和一环氧树脂模制化合物82的条，如图6D中所示。可以执行第二蚀刻过程以移除第二铜层46的暴露部分，由此暴露镍层44的相对 侧，如图6E所示。执行第三蚀刻过程以移除镍层44。在传热器棒50和信号线65的第一部 分58之间放置低粘度环氧树脂以防止信号线56和除热棒50之间电接触。图6F中示出了 内插器86的层84。通常使用以低热膨胀系数为特征的环氧树脂来粘附多个内插器层84以 形成示例性内插器86，如图6G所示。要指出的是，在层84之间有利地限定了空气间隙88 以生成/提供另一热障。然后向内插器组件86添加接触部分68、70。选择背衬材料80和环氧树脂模制化 合物82的厚度以间隔与柔性互连组件28的接触部分对应的接触部分68 (图8A中所示)， 如下文更详细描述的。此外，热旁路34(图1所示)附着于传热器棒50延伸通过背衬材料 80和热沉组件32(图1所示)的部分或以其他方式放置以与该部分热相通。参考图7A-7F描述根据本公开的示例性内插器组件的另一实施例。现在参考图7A，在一层背衬材料92内定位多条线90。现在参考图7B，在一层底填 材料96内形成多条线94。使用环氧树脂胶来粘附多层背衬材料92和多层底填材料96以 形成内插器组件98，如图7C和7E所示。然后向内插器组件98添加接触部分68、70。选择背衬材料92和底填材料96的厚 度以间隔与柔性互连组件28的接触部分对应的接触部分68 (图8A中所示)，如下文更详细 描述的。此外，热旁路34(图1所示)附着于线94延伸通过底填材料96的部分。再一次参考图1和8A，利用柔性互连组件28将示例性超声换能器探头10的内插 器组件22互连到换能器控制组件30。柔性互连组件28包括互连构件100，互连构件100 具有相对于柔性构件110的相对表面106、108设置的接触部分102、104。内插器组件22的 接触部分68与柔性互连组件28的接触部分102对齐，换能器控制组件30的接触部分112 与柔性互连组件28的接触部分104对齐，如图8A所示。使用不导电胶将声学堆(未示出) 附着到内插器组件22。向内插器组件22施加力F1，向换能器控制组件30施加力F2。内插器组件22的 接触部分68和换能器控制组件30的接触部分112在垂直平面内不对齐；于是，施加力F1、 F2导致互连构件100关于柔性构件110的表面106、108旋转。这种旋转确保了良好的电互 连，并补偿了内插器组件22的接触部分68和换能器控制组件30的接触部分112在高度方面的制造偏差。参考图9A-9I描述了示例性柔性互连组件28的制造。具体参考图9A，内插器组件 22的制造可以有利地始于金属堆体114。金属堆体114包括第一铜层116 (例如大约二十五 微米厚)、镍层118 (例如大约一微米厚)和第二铜层120 (例如大约六十五微米厚)。向第一铜层116的暴露表面上电镀第一镍/钯/金层122 (例如，分别大约为二微 米、一微米和半微米厚)，如图9B所示。第一镍/钯/金层122形成接触部分102。向第二 铜层120的暴露表面上电镀第二镍/钯/金层124(例如，分别大约为二微米、一微米和半 微米厚)，如图9B所示。第二镍/钯/金层124形成接触部分104。执行第一蚀刻过程以移除第一铜层116的暴露部分，留下接触部分102和镍层118 之间的第一铜层116的部分126，如图9C所示。在接触部分102上放置带子128，如图9D 所示。在带子128和镍层118之间提供弹性材料130，例如聚二甲硅氧烷(PMDS)弹性体，如 图9E所示。固化弹性材料130，并移除带子128，留下柔性构件110，如图9F所示。执行第二蚀刻过程以移除第二铜层120的暴露部分，留下在接触部分104和镍层 118之间的第二铜层120的部分132，如图9G所示。执行第三蚀刻过程以移除镍层118的 暴露部分，留下部分131，如图9H所示。在图91中描绘了根据以上过程制造的示例性组件 的透视图。现在参考图10A，换能器控制组件30包括连接至个体换能器元件(未示出)的接 触部分112。换能器控制组件30还包括连接至处理组件(未示出)的接触部分134，处理 组件向换能器控制组件30提供控制信号。参考图10B-10C描述换能器控制组件30到处理 组件的连接。柔性互连组件140包括互连构件142，互连构件具有相对于柔性构件152的相对 表面148、150设置的接触部分144、146。内插器组件22的接触部分154与柔性互连组件 140的接触部分144对齐，换能器控制组件30的接触部分134与柔性互连组件140的接触 部分146对齐，如图IOB所示。向内插器组件22施加力F1，并向换能器控制组件30施加力 F2。内插器组件22的接触构件154和换能器控制组件30的接触部分134在垂直平面内不 对齐；于是，施加力F1、F2导致互连构件142关于柔性构件152的表面148、150旋转。这种 旋转确保了良好的电互连，并补偿了换能器控制组件30的接触部分134在高度方面的制造 偏差。参考图11A-11F描述柔性互连组件140的制造。如图IlA和IlB所示，聚酰亚胺箔154包括设置于其间的铜信号轨道156。在图 IlA和IlB中示出了轨道156。然而，如图IlF的X射线图像所示，轨道156 —般采取垫阵 列的形式。如图IlC所示，在聚酰亚胺箔154的第一表面上形成铜垫158。使用激光钻机 (未示出)在铜垫158中以及信号轨道156上方设置的聚酰亚胺箔154的部分中形成通孔。 利用铜填充通孔，形成如图IlD所示的接触构件160。接触构件160在铜垫158和信号轨道 156之间建立电连接。在聚酰亚胺箔154的另一侧上重复类似过程。图IlE示出了完成的 互连组件140沿着线11-11的截面。信号轨道156与附着于与接触构件160相对的末端的 连接器(未示出)相通。连接器附着于处理组件(未示出)。参考图12，示出了示意流程图200。在步骤210中，提供铜/镍/铜堆体，在其相 对表面上具有间隔的触点。在步骤212中，施加第一铜蚀刻以移除上方铜层的一部分。在
11步骤214中，在堆体的整个顶部上施加胶带。在步骤216中，将PMDS橡胶引入由第一铜蚀 刻生成并在PMDS橡胶下方限定的空隙。在步骤218中，移除PMDS橡胶。在步骤220中，进 行第二铜蚀刻以移除下方铜层的一部分，由此限定与中间PMDS橡胶层的从触点到触点的 电连通，该中间PMDS橡胶层为组件提供有利的柔性。公开的组件限定了“柔性垫”，其有利地适于在作为超声换能器组件部分的一个或 多个ASIC和内插器等之间提供电连通。在示例性实施例中，为顶部接触和底部接触垫镀
^^ ο参考图13，提供了三步示意流程图300，其中将根据图12的流程图200制造的柔 性垫组件与ASIC和内插器组合以提供其间可靠、有利的电连通。如图13的顶部所示，柔性 垫312位于内插器310和ASIC 318之间。限定于内插器310上的接触垫314与柔性垫312 的对应顶部触点对齐，ASIC 318的凸点316与柔性垫312的对应接触条对齐。于是，如图 13的中间视图所示，使内插器和ASIC 318与柔性垫312接触，以便限定对齐的取向320。然 后，如图13的底视图所示，向组件提供另一外加力，由此将柔性垫312折曲到按压取向322。 在这种按压取向322中，建立起ASIC 318和内插器310之间的可靠电连通。转到图14，其中提供了根据本公开的示例性换能器子组件的顶部分解图400A和 底部分解图400B。如图14所示，示例性内插器包括基本弯曲的上表面，其具有暴露的触点， 用于与压电触点电接触。柔性垫412位于内插器410和ASIC 414之间。此外，在图14的示 例性子组件中，在柔性垫412和ASIC 414之间定位任选的柔性箔418 (例如，聚酰亚胺膜， 其具有关于其形成的金属化通孔，以便于跨过其的电连通)，以提供更大的灵活性并进一步 促进本公开的子组件的可拆卸性。具有向内的棘爪的框架416适于咬合形成于内插器410 侧壁中的槽，以固定本公开的部件并施加充分的压力，实现柔性垫412内的期望偏转。于 是，提供了一种用于实现可靠电连通的方便制造的子组件，这种子组件容易拆卸，例如用于 更换ASIC。于是，本公开提供了有利的换能器设计和制造方法，其中通过在ASIC和内插器组 件之间定位具有金属垫阵列的柔性膜实现了 ASIC和内插器组件之间的可靠电连接。柔性 膜有效地提供和维持了期望的电连接，因为迫使柔性膜中的每个金属垫旋转“到平面外”， 结果，施加了连续的接触力，等等。个体金属垫可以独立于相邻的条旋转，由此有利地补偿 了与ASIC相关联的接触特征/凸点和与内插器组件相关联的接触特征/垫之间的距离变 化。尽管公开的“柔性垫”在超声换能器应用中尤其有利，公开的柔性垫适用于在间隔的触 点阵列之间需要压力接触的任何组件/设计。尽管已经参考示例性实施例和示例性应用描述了本公开，但本公开不限于此。相 反，公开的设备、系统和方法可以进行各种变化、修改、增强和/或替换应用而不脱离本公 开的精神或范围。实际上，本公开明确涵盖了在这里的所有这样的变化、修改、增强和替换 应用。
1权利要求
一种换能器组件，包括外壳；相对于所述外壳设置的换能器元件阵列；相对于所述外壳设置的内插器，所述内插器包括多个信号轨道以及相对于所述多个信号轨道设置的用于传输热量的器件；以及相对于所述外壳设置的换能器阵列控制组件。
2.根据权利要求1所述的换能器组件，还包括与所述用于传输热量的器件热连通的热 沉组件。
3.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，在所述外壳内没有ASIC时，所述用于传输 热量的器件有效地移除由声损耗产生的热量。
4.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述信号轨道包括第一部分和第二部分， 所述第一部分的宽度小于所述第二部分的宽度，并且其中，所述用于传输热量的器件相对 于所述第一部分进行设置。
5.根据权利要求1所述的换能器组件，还包括在所述外壳内限定的一个或多个空气间 隙，用于在所述外壳内提供热障。
6.根据权利要求5所述的换能器组件，其中，用于建立电连通的器件延伸跨过所述一 个或多个空气间隙。
7.根据权利要求6所述的换能器组件，其中，所述用于建立电连通的器件包括定位于 聚合物膜内的轨道。
8.一种换能器子组件，包括内插器，所述内插器包括相对于所述内插器的邻接面限定的多个触点；与所述内插器相邻定位的柔性垫，所述柔性垫限定第一面和第二面，并包括与所述柔 性垫的所述第一和第二面中的每个相关联的多个电触点；以及与所述柔性垫相邻的至少一个ASIC，所述ASIC相对于其暴露面限定多个触点；其中，施加的力有效地折曲所述柔性垫以便跨所述内插器和所述至少一个ASIC之间 的柔性垫建立可靠的电连通。
9.根据权利要求8所述的换能器子组件，还包括配置用于维持所述柔性垫上的所述施 加的力的框架。
10.根据权利要求8所述的换能器子组件，其中，所述柔性垫是由铜/镍/铜衬底制造的。
11.根据权利要求8所述的换能器子组件，其中，所述柔性垫包括限定于所述柔性垫的 所述第一和第二面上的所述多个触点之间的橡胶层。
12.根据权利要求8所述的换能器子组件，还包括定位于所述内插器和至少一个ASIC 之间的柔性箔。
13.根据权利要求8所述的换能器子组件，其中，所述柔性垫便于拆卸以移除和/或更 换所述至少一个ASIC。
14.一种用于制造便于在间隔触点之间进行电连通的柔性垫的方法，包括提供金属堆体，所述金属堆体包括至少两个导电层；在所述金属堆体的第一和第二面上限定预定图案的间隔触点；执行第一蚀刻过程以移除与所述第一面相邻的材料，所述第一蚀刻过程使得相对于所 述第一面限定的所述预定图案的触点下方的金属基本不受影响； 相对于经蚀刻的第一面提供边界材料； 向由所述边界材料和下方金属层限定的区域引入橡胶材料； 移除所述边界材料；以及执行第二蚀刻过程以移除与所述第二面相邻的材料，所述第二蚀刻过程使得相对于所 述第二面限定的所述预定图案的触点上方的金属基本不受影响，由此限定柔性垫。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述金属堆体为铜/镍/铜堆体。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，与所述第二面相关联的预定触点限定接触垫。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括在第一构件和第二构件之间定位所述柔性垫，以及 向所述柔性垫施加压缩力以折曲与其相关联的橡胶材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一构件为内插器，并且所述第二构件为 至少一个ASIC0
19.根据权利要求18所述的方法，还包括提供框架以将所述内插器、所述柔性垫和所述至少一个ASIC维持在期望的相对位置。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括通过移除所述框架并使所述至少一个ASIC与所述柔性垫解除关联而将所述至少一个 ASIC从所述组件拆卸下来。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述柔性垫和所述至少一个ASIC之间定位 柔性箔构件。
全文摘要
提供了一种换能器组件(10)，包括外壳(12)、透镜(14)、换能器元件阵列(18)、内插器组件(22)、换能器阵列控制组件(30)和热沉组件(32)。内插器组件(22)包括多个信号轨道(56)，所述信号轨道(56)在换能器元件阵列(18)和换能器阵列控制组件(30)之间提供电连接。内插器组件(22)还包括传热器棒(50)，用于将内插器(22)内的热量传输到热沉组件(32)。在内插器组件(22)和换能器阵列控制组件(30)之间设置柔性互连组件(28)，以在内插器组件(22)的信号轨道(56)和换能器阵列控制组件(30)之间提供可修复的电连接。
文档编号B06B1/06GK101911178SQ200880122962
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月27日
发明者G·F·M·维格林克, J·W·威克普, R·E·戴维森, R·Y·范德默斯戴克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司