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CN118371417A - 用于具有减小占地面积的模块化换能器探头的方法和系统 - Google Patents

用于具有减小占地面积的模块化换能器探头的方法和系统 Download PDF

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CN118371417A
CN118371417A CN202410023123.0A CN202410023123A CN118371417A CN 118371417 A CN118371417 A CN 118371417A CN 202410023123 A CN202410023123 A CN 202410023123A CN 118371417 A CN118371417 A CN 118371417A
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asic
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eam
bumps
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沃伦·李
J-L·迪奥特
吉安多纳托·史泰龙
纳雷什·K·拉奥
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GE Precision Healthcare LLC
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Abstract

提供了用于换能器探头的电声模块(400)的各种方法和系统。在一个示例中，电声模块可以包括声学叠层(300)和通过具有扇出架构的互连件(302)电耦合到声学叠层的至少一个专用集成电路(ASIC)(304)。电声模块可以具有在至少一个或者方位角(103)和仰角(105)方向上与电声模块的总尺寸(408)基本相等的有效孔径(406)。

Description

用于具有减小占地面积的模块化换能器探头的方法和系统
技术领域
本文所公开的主题的实施例涉及用于医疗设备的换能器探头。
背景技术
换能器探头用于各种应用中，以将能量从物理形式转换成电形式。例如，换能器探头可以包含压电材料，该压电材料从施加在材料上的机械应力或应变产生电压。压电材料可以被布置为形成换能器探头的有效区域的元件阵列。特别地，超声换能器探头可以包括集成的前端专用集成电路(ASIC)，其包括与阵列电耦合的一个或多个ASIC。为了实现电耦合，ASIC的节距(例如，相邻电触点或凸块的中心之间的距离)可类似于或等于阵列的节距(例如，相邻元件的中心之间的距离)。输入/输出(I/O)连接器可以位于换能器探头的有效区域的外围，以允许访问I/O连接件器。结果，除了由元件阵列形成的有效区域之外，换能器探头的总体区域还包括由I/O连接件器所占据的区域，例如，架空区域。
发明内容
在一个实施例中，电声模块包括声学叠层和至少一个专用集成电路(ASIC)，至少一个专用集成电路通过具有扇出架构的互连件与声学叠层电耦合。电声模块在至少一个方位角和仰角方向上可以具有基本上等于电声模块的总体尺寸的有效孔径。以这种方式，电声模块可被用于各种类型的换能器探头，并且电声模块的有效区域可以被最大化以增强由换能器探头获取的数据的质量。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实现方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
图1示出了超声换能器的声学叠层的示例。
图2示出了经由多层柔性互连件将声学叠层耦合到ASIC的示例。
图3示出了将声学叠层耦合到扇出架构互连件的示例。
图4示出了由图3的声学叠层和扇出架构互连件形成的电声模块(EAM)的第一示例。
图5示出了包含扇出架构互连件的EAM的第二示例。
图6示出了包含扇出架构互连件的EAM的第三示例。
图7示出了包含扇出架构互连件的EAM的第四示例。
图8示出了包含扇出架构互连件的EAM的第五示例。
图9示出了包含扇出架构互连件的EAM的第六示例。
图10示出了由平铺的EAM形成的连续阵列的第一示例。
图11示出了由平铺的EAM形成的连续阵列的第二实例，该连续阵列包括第一热基板构型。
图12示出了由平铺的EAM形成的连续阵列的第三示例，该连续阵列包括第二热基板构型。
图13示出了包含扇出架构互连件并且具有外围输入/输出(I/O)连接件的EAM的示例。
图14A示出了具有通过第一扇出架构互连件与ASIC耦合的第一声学叠层的第一EAM的示例。
图14B示出了具有通过第二扇出架构互连件与图14A的ASIC耦合的第二声学叠层的第二EAM的示例。
图15示出了用于组装具有扇出架构互连件的EAM的方法的示例。
图16示出了用于制造具有扇出架构互连件且包含通用ASIC的换能器探头的方法的示例。
图17示出了利用通用ASIC制造的一系列超声探头的示例。
图18示出了具有扇出架构互连件的弯曲EAM的示例。
具体实施方式
用于医疗设备的换能器探头可以包括由用于生成声信号的元件阵列形成的声学叠层。声学叠层可被耦合到多层柔性互连件以实现声学叠层与至少一个专用集成电路(ASIC)之间的电连接性，以及经由输入/输出(I/O)连接器耦合到医疗设备的其它组件。多层柔性互连凸块(例如，由焊料和金属形成的电触点)和ASIC凸块两者的节距可对应于声学叠层阵列的元件的节距，以便使多层柔性互连件的凸块和ASIC的凸块与每个元件中对准，从而为每一个元件形成单独的电路。在多层柔性互连件处提供I/O连接件性的凸块可以被布置在由元件阵列限定形成的有效区域之外，从而增加换能器相对于有效区域的总占地面积。
节距的匹配需要根据特定换能器阵列(例如，特定探头类型)来单独地制造ASIC，这可能是耗时且昂贵的。此外，发射器(TX)和接收器(RX)电路两者可并入到ASIC中，从而将高电压和低电压电路两者组合到单个芯片中且使ASIC性能的优化复杂化。另外，由于沿着多层柔性互连件的顶侧的I/O连接件的需求,换能器的总体区域(例如，沿着垂直于换能器阵列的传播方向的平面)可以大于换能器的有效区域。因此，I/O连接件可围绕有效区域外围放置，从而增加换能器的占地面积且减小有效区域与换能器的总体区域的比率(例如，相对于1：1的比率)。可期望增加有效区域与总体区域的比率，以最小化换能器的声学无效区域，这可增加信号生成效率。
通过构造具有扇出架构的多层中介层的换能器探头，可以至少部分地解决上述问题。在本文中，多层中介层被称为扇出架构互连件，其中扇出架构是具有电连接器的层状堆叠。电连接器每层占据总体区域，并且总体区域顺序地变化，使得总体区域每层逐渐减小。扇出架构互连件可被用于代替多层柔性互连件，并且可以允许换能器的一个或多个ASIC具有与一个或多个ASIC可以耦合到的声学叠层的节距不同的节距。通过消除对匹配节距的需求，换能器阵列可以是模块化的并且适用于不同类型的换能器探头。另外，扇出架构允许重定位I/O连接件，使得换能器阵列的总体区域(例如，总孔径)基本上等于有效区域(例如，有效孔径)。应当理解，“基本上”的使用包括较小的可变自由度，例如5％。因此，可以减小换能器的占地面积，从而允许换能器被用在需要较小换能器尺寸的应用中。
如图1所示，换能器可以包括包括声学叠层的部件。在一些实例中，如本文所示，换能器(例如，换能器探头)可构造有至少一个电声模块(EAM)，其中EAM包括声学叠层、至少一个ASIC以及将声学叠层耦合到ASIC的互连件。例如，高级矩阵阵列探头可以包括封闭在探头外壳内的一个或多个EAM，以及其它探头部件。换能器可以是多种换能器类型中的一种，包括压电换能器、微加工超声换能器(MUT)、电容微加工超声换能器(cMUT)、压电微加工超声换能器(pMUT)等。声学叠层可以被切成具有目标元件节距的元件。在常规换能器中，声学叠层可经由多层柔性互连件电耦合到ASIC，如图2中所示，其需要将I/O连接件定位于外围区域中(诸如架空区域)。此类I/O连接件的布置可以增加换能器的总体尺寸。如图3所示，通过构造有扇出架构互连件的声学叠层，可以包含具有与声学叠层元件的节距不同的节距的ASIC。具有扇出架构互连件的EAM的构型变化的示例在图4-图9中示出，并且具有由平铺的EAM形成的连续阵列的换能器的示例在图10-12中描绘。具有扇出架构互连件但具有外围定位的I/O连接件的EAM的替换示例在图13中示出。如图14A-14B中所示，扇出架构互连件的使用可使得具有不同占地面积(例如，有效孔径或区域)的声学叠层能够耦合到给定ASIC。用于将EAM组装为具有最大化的有效孔径的芯片级封装(CSP)的方法的示例在图15中示出，并且用于制造具有扇出架构互连件并且每个包括通用ASIC的换能器探头的方法在图16中示出。图16的方法可被用于产生具有不同占地面积和有效孔径但具有通用ASIC的一系列换能器探头，如17所示。此外，通过经由扇出架构互连件将ASIC耦合到声学叠层，扇出架构互连件可被用于弯曲换能器探头中，如图18中所示。
图1至图14B和图17至图18示出了具有各种部件的相对定位的示例性构型。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接耦接。相似地，至少在一个示例中，彼此邻接或相邻的元件可分别彼此邻接或相邻。例如，设置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。又如，在至少一个示例中，被定位成彼此间隔开并且其间仅具有空间而不具有其他部件的元件可被如此描述引用。作为又另一个示例，被示为位于彼此的上面/下面、位于彼此相对侧、或位于彼此的左侧/右侧的元件可相对于彼此被如此描述引用。此外，如图所示，在至少一个示例中，元件的最顶部元件或点可被称为部件的“顶部”，并且元件的最底部元件或点可被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上面/下面可为相对图的竖直轴线而言的，并且可用于描述图中元件相对于彼此的定位。由此，在一个示例中，被示为位于其他元件上面的元件被竖直地定位在其他元件上面。作为又另一个示例，图中所示的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，诸如为圆形的、平直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示为位于另一个元件内或被示为位于另一个元件外的元件可被如此描述引用。
超声探头包括用于生成超声信号的一个或多个有源部件。超声探头的有源部件或压电元件102的示例在图1中的声学叠层100的示意图中示出，该声学叠层具有中心轴线104.提供一组参考轴，其指示传播(例如，信号传播)方向101、方位角方向103和仰角方向105。在其他示例中，该组参考轴线可以表示z轴101、x轴103和y轴105。压电元件102在图1中示出，其中心轴线104平行于传播方向101。
应当注意，虽然声学叠层100被示出为构造用于线性超声探头并且传播方向被描述为与图1中的z轴平行，但是其他示例可以包括相对于z轴成角度的传播方向，这取决于压电元件阵列的形状。例如，超声探头可以是曲线阵列或相控阵列，并且因此产生不平行于z轴的非线性波束。此外，虽然本文所示和所述的示例针对超声应用，但下文所述的方法和系统可适用于各种传感器阵列类型。
虽然图1中示出了单个压电元件，但超声探头可包括以阵列布置的多个压电元件，并且通过导线分别耦合到电能源。由一个或多个压电元件形成的每个电气电路可以是换能器。在一些示例中，换能器可以包括压电元件的阵列，其可以以各种图案或矩阵布置，包括一维(1D)线性、二维(2D)正方形、2D环形等。每个换能器可以与相邻换能器电绝缘，但是可以全部耦合到相对于传播方向定位在压电元件上方和下方的通用层。该多个压电元件和伴随的层可以被超声探头的外壳包围，该外壳可以是例如具有各种几何形状的塑料壳体。例如，外壳可为矩形块、圆柱体或被构造成舒适地适合于用户的手的形状。如此，图1中所示的部件可被适配为具有适合装配在超声探头的外壳内的几何形状和尺寸。
压电元件102可为由诸如锆钛酸铅的材料形成的块，该块在例如由发射器施加电压时变形并且振动。在一些示例中，压电元件102可为具有晶轴的单晶，诸如PMN-PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–PbTiO3)。压电元件102的振动生成超声信号，该超声信号由沿箭头107指示的方向(例如，沿传播方向101)从超声探头传输出去的超声波形成。压电元件102还可接收超声波(诸如从目标物体反射的超声波)，并且将超声波转换为电压。电压可被传输到超声成像系统的接收器并被处理成图像。
电极114可与压电元件102直接接触，以经由导线115传输电压，该电压从超声波转换而来。导线115可连接到电路板(未示出)，来自多个压电元件的电极的多条导线可固定到该电路板。电路板可耦合到同轴电缆，从而在超声探头和接收器之间提供电子通信。在一个示例中，电路板可以是通过电接口结构电耦合到压电元件102的一个或多个ASIC。电接口结构的构型可以影响超声探头的总体尺寸和效率。下面参照图3至图13进一步提供使超声探头的有效区域相对于其总体区域最大化的电接口结构的细节。
声学匹配层120可被布置在压电元件102上方，相对于传播方向101垂直于中心轴线104取向。声学匹配层120可为定位在压电元件102与待成像的目标物体之间的材料。通过将声学匹配层120布置在其间，超声波可首先穿过声学匹配层120，并且同相地从声学匹配层120发射出去，从而降低在目标物体处反射的可能性。声学匹配层120可缩短超声信号的脉冲长度，从而增加信号的轴向分辨率。
背衬层126可相对于传播方向101被布置在压电元件102的下方。在一些示例中，背衬层126可以是沿方位角方向103(和仰角方向105)延伸的材料块，使得超声探头中的该多个压电元件中的每个压电元件相对于传播方向101位于背衬层126的正上方。背衬层126可以被构造为吸收在与由箭头107指示的方向相反的方向上从压电元件102引导的超声波，并且衰减由换能器和探头在除了对成像有用的方向之外的方向(例如，在可以由超声探头基于其特定尺寸和频率范围发射和接收的信号角度范围之外的方向)上偏转的任何杂散超声波。超声信号的带宽以及轴向分辨率可由背衬层126增大。
在一些示例中，背衬层126可以定位在超声探头的至少一个ASIC下方(例如，相对于z轴101)。在此类实例中，背衬层126可由连续的(例如，未切割的)材料形成。由于背衬层126的厚度可以大于声学叠堆100的其它层，因此背衬层126的切割可能是挑战性的。然而，在其他示例中，声学叠层100还可以包括去匹配层(图1中未示出)，该去匹配层直接布置在压电元件102下方以及压电元件102与背衬层126之间。去匹配层可以是高声阻抗层，其将由超声探头接收的超声信号的大部分从超声探头的前部(例如，沿着传播方向101)反射出去，从而允许超声信号的反射部分被用于成像。
元件阵列(每个元件包括图1的匹配层120、压电元件102和背衬层126)可被耦合到用于换能器探头的EAM中的一个或多个ASIC。如上所述，EAM可以包括由元件阵列形成的声学叠层和将声学叠层电耦合到ASIC的电接口结构。在一个示例中，例如，在常规示例中，声学叠层可以通过多层柔性互连件电耦合到ASIC。多层柔性互连件可以是具有由柔性绝缘层间隔开的柔性、导电层的的单面或双面电路板。这些层可以通过电镀通孔而互连。图2中描绘了依赖于多层柔性互连件202的常规EAM 200的实施例。
图2中示出了EAM 200的分解图，其中EAM 200可以通过将声学叠层204耦合到多层柔性互连件202的第一侧206并且将ASIC 208耦合到多层柔性互连件202的第二侧210来形成。EAM 200从例如沿着x-z平面的横截面剖视图示出，其中声学叠层204可以是元件212的2D阵列，元件212中的每一个包括诸如匹配层、压电材料和背衬层之类的层，如以上参考图1所描述的。
元件212中的每一个可沿传播方向101与多层柔性互连件202的多个互连凸块214中的一个对准，从而在声学叠层204被耦合到互连件202的第一侧206时允许元件212中的每一个与多个互连凸块214中的一个共面接触。多个互连凸块214可以是在多层柔性互连件202的第一侧206和第二侧210之间提供电气连续性的电触点。元件212的节距216可因此类似或等于多个互连凸块214的节距218。
ASIC 208还包括凸块220(下文称为ASIC凸块)，其具有的节距222等于元件212的节距216且等于多个互连凸块214的节距218。当ASIC 208被耦合到多层柔性互连件202的第二侧210时，ASIC凸块220可与多个互连凸块214共面接触，例如，ASIC凸块220中的每一个可与多个互连凸块214中的一个共面接触。
通过沿着传播方向101将元件212中的每一个与多个互连凸块214中的一个以及ASIC凸块220中的一个对准，其中每个元件/互连凸块/ASIC凸块组合形成换能器，使得能够在声学叠层204与ASIC 208之间实现电气连续性。EAM 200的有效区域224可沿x-y平面由元件212所占据的区域来限定。
由于声学叠层204、多层柔性互连件202和ASIC 208的对准，多层柔性互连件202的I/O连接件器226和ASIC 208的对应I/O连接件器228可位于有源区域224的外围。例如，I/O连接件器226、228可以沿着x-y平面占据EAM 200的架空区域230，该架空区域可以是在有效区域224之外并与之相邻的区域。I/O连接件器226、228可以提供用于配电的电信号，以及要向和从EAM 200传输的数字通信。通过将I/O连接件器226、228定位在有效区域224之外，EAM200的总体区域231以及因此包含EAM 200的换能器探头的总体区域可以大于有效区域224。例如，有效区域224与总体区域231的比率可以小于1。因此，架空区域230表示对换能器探头的成像孔径没有贡献的EAM 200的区域，这可能限制EAM 200的数据采集能力。特别地，对于用于进入紧密空间(诸如对于侵入性应用)的换能器探头，由于由I/O连接件器226、228所占据的架空区域230，换能器探头的有效孔径可能未被优化。
此外，制造EAM使得声学叠层、多层柔性互连件和ASIC对准可能需要根据依赖于EAM的特定类型的换能器探头来定制EAM的制造。这种个体化产品开发可能是耗时且昂贵的。另外，分别需要高电压和低电压的TX和RX电路可以被并入EAM中的单个ASIC中，这会抑制ASIC的性能优化。
在一个示例中，可以通过将EAM制造为CSP来至少部分地解决上述问题，该CSP包括声学叠层、一个或多个ASIC以及具有扇出架构的互连件，例如，扇出架构互连件。在下文中，EAM可以被称为CSP EAM。扇出架构互连件可以在不需要将声学叠层元件与ASIC凸块的对准或者将I/O连接件器相对于CSP EAM的有效区域的外围定位的情况下，使得声学叠层能够被电耦合到ASIC。因此可以使有效区域最大化，从而允许增加对应换能器探头的有效孔径。例如，当换能器探头被用于获取图像时，增加有效孔径可以提高图像质量。另外，扇出架构互连件可以使得给定构型的ASIC能够被耦合到用于多种换能器探头类型的不同声学叠层，从而排除CSP EAM的定制制造。同样，可以通过将TX和RX电路分配给单独的管芯来优化ASIC的性能，这可以减少CSP EAM内的ASIC的总占地面积并且增加ASIC的制造产量。包含扇出架构互连件的CSP EAM的细节和实施例在图3-13中示出并且在下面进一步描述。
现在转到图3，示出了用于换能器探头的CSP EAM的部件。举例来说，可类似于图2的声学叠层204的声学叠层300可被耦合到扇出架构互连件302，其进而可被耦合到一个或多个ASIC 304。在图4中描绘了通过将声学叠层300耦合到扇出架构互连件302而形成的CSPEAM 400的第一示例。声学叠层300可包括以阵列布置且耦合到声学叠层中介层308的元件306，声学叠层中介层308被构造为与扇出架构互连件302介接。
例如，声学叠层中介层308可以包括从声学叠层中介层308的相对侧突出的中介层凸块309。插入件凸块309可沿z轴101与声学叠层300的元件306对准，且可固定地耦合到元件306中的每一个的底表面(相对于z轴101)。声学叠层中介层308可以通过热压、焊接、导电环氧树脂、超声结合等中的一种或多种固定地耦合到声学叠层300。
在一个示例中，如图3所示，ASIC 304可被封装在扇出架构互连件302的互层310内。互连层310可以是在扇出架构互连件302的整个宽度(沿着x轴103限定的宽度)上延伸的导电路由层，其通过互连凸块312进行电气互连。此外，互连层310可以形成基于柔性基板、基于刚性有机基板或基于硅晶片的多层中介层。互连凸块312可布置在互连层310中，使得互连凸块312沿x-y平面所占据的面积随着每个互连层310中沿传播方向101远离声学叠层300而减小。例如，互连层310的第一层310a(例如，顶层)可具有由互连凸块312所占据的最大面积，而互连层310的第二层310b(例如，底层)可具有由互连凸块312所占据的最小面积。在第一层310a与第二层310b之间，互连凸块312所占据的面积会逐渐减小。
此外，互连层310的第一层310a的互连凸块312可以在远离第二层310b的方向上从第一层310a沿着扇出架构互连件302的顶侧向外突出。互连层310的第二层310b的互连凸块312可以在第二层310b上方(相对于z轴101)和下方突出。在第二层310b下方突出的互连凸块312在远离第一层310a的方向上沿着扇出架构互连件302的底侧向外突出。
在第二层310b下方突出的互连层310的第二层310b的互连凸块312可与ASIC 304的第一组凸块314(例如，第一组ASIC凸块314)直接接触。第二层310b的互连凸块312与第一组ASIC凸块314之间的接触以及第一层310a的互连凸块312与声学叠层中介层308的中介层凸块309之间的接触，可在声学叠层被耦合到扇出架构互连件302时提供声学叠层300与ASIC 304之间的电气连续性，如图4中所示。
然而，在其他示例中，第二层310b的互连凸块312和第一组ASIC凸块314可以不直接接触。相反，这些凸块可以通过布线迹线进行电连接。此外，沿着互连层310的内层，其中内层是互连层310的不具有面向外的凸块的层，诸如互连层310的在第一层310a和第二层310b之间的层，凸块(例如，位于内部的互连凸块312)可以与从扇出架构互连件302向外突出的凸块的类型相同，或可以不同。例如，耦合到第一层310a与第二层310b之间的层的凸块312可不同于第一层310a上方突出的互连凸块和/或不同于与第一组ASIC凸块314介接的第二层310b的互连凸块312。位于内部的互连凸块312可以是连接互连层310之间的布线迹线的导电焊盘。
扇出架构互连件302还可以包括外围层316，其可以沿着x-y平面位于ASIC 304的外围周围。因此，外围层316不延伸跨过扇出架构互连件302的整个宽度。相反，外周层316具有横跨扇出架构互连件302的宽度的一部分延伸的宽度。外围层316还可包括通过电凸块电气互连的布线层，其中电凸块可为I/O凸块318。I/O凸块318的至少一部分可与ASIC 304的第二组ASIC凸块324直接(例如，共面)接触。I/O凸块318的另一部分可被耦合到互连层310的第二层310b的底面(例如，相对于z轴101)。
扇出架构互连件302的底层320可以在ASIC 304和外围层316下方(相对于z轴或传播方向101)横跨扇出架构互连件302的整个宽度延伸。底层320可通过I/O凸块318电耦合到外围层316中的一个。底层320还可包括相对于z轴101从底层320的底面突出的最底部凸块或I/O连接件322。
I/O凸块318可维持扇出架构互连件302的互连层310、ASIC 304、外围层316和底层320之间的电气连续性。由此，电信号可以在声学叠层300、扇出架构互连件302和连接到扇出架构互连件302的I/O连接件322的I/O设备(未示出)之间传输。作为一个示例，I/O设备可以是其他探头电子器件，诸如印刷电路板(PCB)。如图4所示，当声学叠层300被耦合到扇出架构互连件302时，CSP EAM 400可以是包含封装在扇出架构互连件302内的ASIC 304的单个结构。
例如，ASIC 304可以被CSP EAM 400的扇出架构互连件302的互连层310、外围层316和底层320包围。互连层310可被布置在声学叠层300与ASIC 304之间，且底层320可被布置在ASIC 304和与底层320的I/O连接件322电耦合的I/O设备之间。如上所述，ASIC 304的周边可被外围层316围绕。声学叠层300与ASIC 304之间的电气连续性由声学叠层中介层308、互连层310的互连凸块312(以及其间的互连层310)和第一组ASIC凸块324实现，而ASIC304与I/O设备之间的电气连续性分别由第二组ASIC凸块324、I/O凸块318和I/O连接件322以及布置于其间的外围层316和底层320实现。
在CSP EAM 400中，第一层310a的互连凸块312可以与声学叠层中介层308的中介层凸块309直接接触。声学叠层中介层308的中介层凸块309可因此具有基本上等于声学叠层300的元件的节距402的节距(例如，相邻凸块的中心之间的距离)。从声学叠层中介层308的底部突出的中介层凸块309可以与从互连层310的第一层310a向外突出的互连凸块312直接接触(例如，共面接触)。
声学叠层300的元件306的节距402可以不同于ASIC 304的第一组ASIC凸块314的节距404。在一个示例中，元件306的节距402可大于第一组ASIC凸块314的节距404。互连凸块312的节距可按互连层310的各层在基本上等于第一层310a处的元件306的节距402的最大节距和基本上等于第二层310b处的第一组ASIC凸块314的节距404的最小节距之间变化。从第一层310a到第二层310b的互连凸块312的节距减小可对应于互连凸块312的面积随着每一下降层减小，如上文所描述，从而允许声学叠层300与ASIC 304电连接，尽管在相应节距不同。
尽管互连凸块312被描绘为具有的节距按层顺序减小，但是在其他示例中，互连凸块312的节距可以不以如所示的顺序方式按层减小。例如，参考图3-图4的扇出架构互连件302，互连层310的中间层(例如，在第一层310a和第二层310b之间的层)可以具有互连凸块312，其节距类似于节距402或节距404，而不是它们之间的节距。根据各层的互连凸块312的节距因此可以以非连续方式减小(或增大)。
另外，对应于元件306中的每一个的单独电路可保持在扇出架构互连件302中。通过消除将元件306与第一组ASIC凸块314对准的需要，可相对于图2的ASIC 208减小ASIC304沿x轴103的占地面积(例如，宽度)。由此，CSP EAM 400的有效区域406可类似于(例如，基本上等于)CSP EAM 400的总体区域408，从而相对于图2的EAM 200增加CSP EAM 400的有效区域与总体区域之比。
ASIC 304的占地面积的减小允许I/O连接件322被路由到CSP EAM 400的下侧，而不是在相对于有效区域406的外围位置处。因此，扇出架构可以作为一种结构提供在CSP中，其可可以容易地制造成与不同声学叠层一起使用。例如，互连层310的第一层310a可以根据声学叠层300的元件306的节距402来定制，但是扇出架构互连件302的所有其他层的节距可以独立于声学叠层构型。互连层310的第一层310a因此可以根据扇出架构互连件302要耦合到的声学叠层的属性来制造。可以通过包括但不限于热压、焊接、导电环氧树脂、超声结合等的方法来实现将声学叠层300结合到扇出架构互连件302以形成CSP EAM 400。
扇出架构互连件可以具有在声学叠层与ASIC之间提供电气连续性的双面连接(例如，凸块)。对于给定类型的ASIC管芯，相同的ASIC管芯可以被并入用于不同换能器探头的不同封装中，这可以减少开发成本和时间。此外，由扇出架构互连件提供的水平电气布线可以允许ASIC管芯的异构集成，其中不同类型的ASIC管芯可以一起被封装到一个CSP EAM中。例如，互连凸块的节距在CSP EAM的宽度上可以不是均匀的。替代地，如图4中所指示，互连凸块312的第一部分410可电连接到图4的ASIC 304的左ASIC，且被构造为匹配左ASIC的节距。互连凸块312的第二部分412可被电耦合到图4的ASIC 304的右ASIC，且被构造为匹配右ASIC的节距。因此，对于给定布线层，互连凸块312的第一部分410可以具有与互连凸块312的第二部分412不同的节距。ASIC可由此具有不同的ASIC凸块节距且保持电耦合到声学叠层。
例如，ASIC中的一个可为需要大约180纳米级、高电压技术的TX电路，而ASIC中的另一个可为需要用于较低电压应用的深亚微米级技术的RX电路，其中TX电路采用可比RX电路更大的工艺。由于可以优化管芯中的每一个的电属性的能力，将TX和RX工艺分离到单独的管芯中可以降低成本以及功率消耗。另外，分开的管芯可以被重复用于不同的项目，从而使得能够更快地开发新的项目。
应当理解，图4所示的CSP EAM 400是包含扇出架构互连件的EAM的非限制性示例。其它示例可包括互连凸块、I/O凸块、布线层、ASIC凸块等的数量的变化，以及EAM部件的不同尺寸。另外，耦合到扇出架构互连件的ASIC管芯的数量可以针对扇出架构互连件的给定构型而变化。
例如，图5中示出了CSP EAM 500的第二示例。CSP EAM 500包括图3和图4的声学叠层300和扇出架构互连件302。然而，与图4的CSP EAM 400不同，CSP EAM 500包括单个ASIC502，其具有的总占地面积可以与图4的CSP EAM 400的两个ASIC 304的总占地面积类似。ASIC凸块504的节距与元件306的节距不同。扇出架构互连件302因此可以容易地适用于不同的ASIC管芯和管芯数量。例如，一个、两个、三个或更多个ASIC管芯可以被并入给定的扇出架构互连件构型中。
图6中示出了具有扇出架构互连件602的CSP EAM 600的第三示例。扇出架构互连件602经由图3-5的声学叠层中介层308而被耦合到声学叠层300。图5的ASIC 502也以类似方式耦合到图6的扇出架构互连件602。扇出架构互连件602还包括具有互连凸块312的互连层310，如图3-5所示，但不包括图3-图5的扇出架构互连件302的外围层316或底层320。作为外围层的替代，扇出架构互连件602具有耦合到互连层的第二层310b的I/O凸块318的I/O连接件器604，I/O连接件器围绕ASIC 502的周边定位。例如，I/O连接件器604可以位于ASIC502的外围。
I/O连接件器604可被连接到互连层310的第二层310b的I/O凸块318，且可为容纳电气部件的结构，以提供ASIC 502与连接到I/O连接件器604的I/O设备(未示出)之间的电气连续性。I/O连接件器604可以包括用于接收I/O设备的连接器的接收端口606以及布置在接收端口606中的电触点608。I/O连接件器604可在ASIC 502的任一侧上沿z轴101在ASIC502的底面610下方延伸。ASIC 502未被封闭在扇出架构互连件602内。
CSP EAM 600的构型使得能够将I/O设备耦合到CSP EAM 600的下侧，而不是在架空区域中，如图2所示。类似于图5的CSP EAM 500，CSP EAM 600的有效区域可被最大化，同时提供关于ASIC合并的灵活性。元件306的节距与ASIC凸块504的节距不关联(例如，不依赖于ASIC凸块504的节距)。I/O连接件器604的使用使得具有对应连接器的I/O设备能够容易地耦合到CSP EAM 600。
在一个示例中，CSP EAM 600的构型可允许CSP EAM 600容易地与另一EAM交换。例如，CSP EAM 600与经由I/O连接件器604耦合到其上的I/O设备非永久性结合。在CSP EAM600退化的情况下，沿着CSP EAM 600下侧的I/O连接件器604的非永久性布置可以允许CSPEAM 600被移除并且被新的EAM替换，并且I/O设备可以保持不变。此外，CSP EAM 600可以提供组装可重工性优点。作为一个示例，如果单个EAM没有被适当地结合，则由于需要丢弃整个对应组件，因此将一个或多个EAM同时结合到I/O设备可能是不期望的。因此，CSP EAM600提供的灵活连接减少了制造损耗。
CSP EAM 700的第三示例在700中示出，CSP EAM 700还包括声学叠层300和ASIC502以及扇出架构互连件702。扇出架构互连件702包括互连层310，但不包括图5的CSP EAM500的外围层316或图6的CSP EAM 600的I/O连接件器604。相反，I/O设备可电连接至互连层310的第二层310b的I/O凸块318。例如，第二层310b的I/O凸块318可为从第二层310b的底面突出的金凸块、铜柱或其它类似类型的电触点。I/O设备的电气连接可由此沿着CSP EAM700的底侧结合到I/O凸块318，同时CSP EAM 700的有效区域被最大化。与例如图4和图5的CSP EAM相比，CSP EAM 700可以与较低成本相关联。
CSP EAM 800的第四示例在图8中示出，其包括声学叠层300和具有互连层310的扇出架构互连件802。然而，互连层310的第二层310b不包括I/O凸块。扇出架构互连件802在互连层310的第二层310b的底面处的互连凸块312与ASIC 804的上表面808处的第一组ASIC凸块806之间的接口处与ASIC 804电耦合。第一组ASIC凸块806可沿着ASIC 804的中心区域810延伸。
ASIC 804还包括第二组ASIC凸块812，其布置在位于ASIC 804的中心区域810的任一侧上的ASIC 804的外围区域814处。第二组ASIC凸块812包括定位在ASIC 804的上表面808处的上凸块812a和定位在ASIC 804的底面816处的下凸块812b。上凸块812a中的每一个可沿着z轴101与下凸块812b中的一个对准且通过穿过ASIC 804的厚度的穿硅通孔(TSV)818而彼此电耦合。
上凸块812a可与第一组ASIC凸块806电气连续，第一组ASIC凸块806进而由于TSV818而与第二组ASIC凸块812的下凸块812b电气连续。I/O设备(未示出)可被连接到下凸块812b。因此，图8的CSP EAM 800可以提供用于在ASIC 804的底面816处将I/O设备电耦合到CSP EAM 800同时最大化CSP EAM 800的有效区域的替代电气构型。I/O设备的电连接器的对准可与下凸块812b对准，也可以不对准。
通过利用TSV来提供穿过ASIC厚度的电桥，CSP EAM可适于堆叠的ASIC，堆叠的ASIC也可并入异质ASIC。例如，图9中描绘了CSP EAM 900的第五示例。CSP EAM 900包括图8的CSP EAM 900的部件，诸如声学叠层300、扇出架构互连件802和ASIC 804。第一附加ASIC902可在ASIC 804的外围区域814中的一个处耦合到第二组ASIC凸块812，并且第二附加ASIC 904可在ASIC 804的外围区域814中的另一个处耦合到第二组ASIC凸块812。第一和第二附加ASIC 902、904可被堆叠在ASIC 804下方(例如，相对于z轴)，沿着x-y平面彼此对准且间隔开。
在一个示例中，ASIC 804可为组合式TX/RX管芯，从而允许不同类型的ASIC管芯与其耦合。在另一实例中，可用不同管芯类型的不止一个ASIC(例如，单独TX管芯和单独RX管芯)替换ASIC 804。第一和第二附加ASIC 902、904可以是不同类型的管芯并且可以相应地耦合到ASIC 804。作为一个示例，第一附加ASIC 902可以是处理器芯片，并且第二附加ASIC904可以是存储器芯片。
第一和第二附加ASIC 902、904可被电耦合到ASIC 804的第二组ASIC凸块812的下凸块812b。例如，附加ASIC可各自具有与ASIC 804的下凸块812b介接的上凸块906。附加的ASIC还可以包括从它们相应的底面910突出的下凸块908。通过延伸穿过附加ASIC的厚度的TSV 912，下凸块908可以与第一和第二附加ASIC 902、904的下凸块908电气连续。I/O设备可以在第一和第二附加ASIC 902、904的下凸块908处电连接到CSP EAM 900。
通过将ASIC与TSV结合，CSP EAM的有效区域可相对于其总体区域保持较大，同时允许不止一个ASIC被耦合到扇出架构互连件。ASIC可以沿着CSP EAM的传播方向堆叠，使得附加ASIC不会增加CSP EAM的总体区域。ASIC的占地面积不会对有效区域产生不利影响，同时用于不同应用的ASIC可以被并入单个EAM中。
上述用于并入CSP EAM 900中的ASIC管芯的类型和数量是非限制性示例，并且可以根据应用而变化。类似地，图4-图9的CSP EAM的各方面(诸如ASIC管芯的数量、尺寸和类型、元件的数量、扇出架构互连件部件的数量等)可在不脱离本公开的范围的情况下在其他示例中变化。
在一些示例中，例如尺寸大于单个EAM的较大元件阵列对于换能器探头可以是期望的。对于具有外围I/O连接件的EAM，诸如图2的EAM 200，由于围绕EAM的活动区域的架空区域的存在，阵列的尺寸可被约束为单个EAM。然而，当I/O连接件在EAM的声学叠层下进行路由时，如图4-图9中所示的CSP EAM所描绘的，EAM可以被平铺，例如沿着通用平面彼此相邻且连续布置，以形成更大的、连续的元件阵列。EAM可以沿着一个或多个维度平铺，诸如沿着换能器探头的仰角方向和/或方位角方向。由此提供模块阵列，其中可以通过调整形成阵列的EAM的数量来选择模块阵列的尺寸。应当理解，EAM的平铺可以类似地应用于任何其他类型的传感器阵列，其要求模块在沿着垂直于信号传播方向的平面的任何方向上的平铺。由平铺的EAM形成的连续阵列1000的第一示例在图10中示出。连续阵列1000的每个EAM可被构造为图4的CSP EAM 400。
连续阵列1000包括第一EAM 1002、第二EAM 1004和第三EAM 1006，尽管在其他示例中可以包括各种其他数量的EAM。如上所述，参照图4，每个EAM具有将声学叠层耦合到ASIC的扇出架构互连件，其中I/O连接件被路由到EAM的底部。EAM可以沿着x-y平面彼此对准。此外，EAM被布置成使得相邻EAM之间的间隔(例如，距离)可以类似于EAM的元件1008之间的间隔。
例如，元件间切口宽度1010(例如，相邻元件1008之间的距离)可以类似于模块间切口宽度1012(例如，相邻EAM的相邻元件1008之间的距离)。在一个示例中，元件间切口宽度1010可以基本上等于模块间切口宽度1012。通过保持模块间切口宽度1012类似于元件间切口宽度1010，所产生的元件阵列可以横跨对应换能器探头的有效区域1014是连续的。换句话说，有效区域1014不被相邻EAM之间的较大间隙中断，否则如果具有占用每个EAM的架空区域的I/O连接件的EAM被平铺以形成更大的阵列，则可能发生这种情况。
EAM的位置可以通过将EAM耦合到通用的、一体化PCB 1018来支持和保持，如箭头1020所指示的。例如，EAM可经由诸如热压结合、焊接、导电环氧树脂、超声结合等技术附接到一体PCB 1018。一体化PCB 1018可横跨连续阵列1000的有效区域1014的宽度延伸，并且可耦合到I/O连接件1022从其中突出的EAM的底侧(例如，相对于z轴101)。I/O连接件1022可沿着一体化PCB 1018的上表面1026与凸块1024介接。一体化PCB 1018可包括沿一体化PCB1018的下表面1030布置的用于处理、存储器等的其它可选的PCB部件1028。一体化PCB 1018的下表面1030还可以包括用于将一体化PCB电耦合到另一PCB的连接器1032。
因此，通过将EAM构造有扇出架构互连件来实现通过平铺EAM以具有与EAM的元件间切口宽度类似的模块间切口宽度形成连续阵列。由于I/O连接件和/或连接器在EAM下的共同定位，连续阵列可以由图4-图9的任何EAM形成。在一些示例中，连续阵列可以是同质的，例如，由EAM的共同构型形成，或者连续阵列可以是异质的，例如，由不同EAM构型的组合形成。例如，连续阵列可以仅包括图5的CSP EAM 500。在另一个示例中，连续阵列可以包括图4的CSP EAM 400、图6的CSP EAM 600和/或图8的CSP EAM 800。多种组合和数量的EAM并入连续阵列中是可能的。
在一些情况下，采用具有热管理能力的连续阵列可以是期望的。例如，包括在换能器探头中的ASIC可以通过释放热量来耗散功率，如果热量被传输到换能器探头部件，则热量可以使换能器探头部件退化。为了减轻热引起的退化，换能器探头可以适于具有热管理设备(诸如散热器)，以将热量从换能器探头的患者接触表面路由离开并朝向其他热管理部件(诸如热传导板)。连续阵列1100的第二示例在图11中示出，连续阵列1100包括耦合到第一EAM 1104、第二EAM 1106和第三EAM 1108中的每一个的热基板1102。每个EAM被构造为类似于图6的CSP EAM 600。热基板1102可以是从ASIC 1114或连续阵列1100的储热元件传导热量和/或吸收和捕获热能的散热器。当热基板1102被构造为从ASIC 1114传导热量时，热基板1102可以由高导热性金属(诸如铜、铝等)以及非金属(诸如石墨、氮化铝等)形成。当热基板1102被构造为存储热量时，热基板可以由高潜热材料(诸如包括石蜡的相变材料)形成。
如上所述，连续阵列1100的模块间切口1110可类似于其元件间切口1112。热基板1102可耦接到EAM的ASIC 1114的底面且可从连续阵列1100的底侧突出。连续阵列1100可被耦合到一体化PCB 1116，如上文参看图10所描述。一体化PCB 1116可以包括可选的PCB部件1118和连接器1120，用于沿着一体化PCB 1116的底面1122将一体化PCB耦合到另一PCB。
一体化PCB 1116的顶面1124可包括对准结构1128，用于在连续阵列1100被耦合到一体化PCB 1116时引导连续阵列1100与一体化PCB 1116的对准，如箭头1126所指示的。对准结构1128可被插入到热基板1102的对应接收槽1130中。一体化PCB 1116的顶面1124还可以包括被构造为插入到EAM的I/O连接件器1134中的电引脚1132。当一体化PCB 1116经由电引脚1132与I/O连接件器1134的接合以及对准结构1128与接收槽1130的接合而被连接到连续阵列1100时，热基板1102可在EAM与一体化PCB 1116之间被压缩，从而允许从ASIC 1114到一体化PCB 1116以及从一体化PCB 1116到诸如热传导板(未示出)的其他热管理部件的热传递。
可替选地，热管理可以由耦合到换能器探头的每个EAM的单个结构提供，如图12所示。连续阵列1200的第三示例在图12中进行描绘，连续阵列1200包括第一EAM 1202、第二EAM 1204和第三EAM 1206。EAM被构造为图7的CSP EAM 700，EAM包括ASIC 1208。
如箭头1212所指示的，连续阵列1200可被耦合至通用的、一体化热基板1210。例如，一体化热基板1210可通过先前描述的任何技术附接到连续阵列1200上，从而允许一体化热基板从作为散热器的连续阵列1200吸收热或传导热。此外，一体化热基板1210可由上面关于图11的热基板1102描述的任何材料形成。当连续阵列1200被耦合到一体化热基板1210时，一体化热基板1210可包括用于容纳ASIC 1208的凹槽1216。例如，凹槽1216沿x轴103、y轴105和z轴101具有的尺寸可类似于ASIC 1208的对应尺寸。因此，ASIC 1208可被嵌套在一体化热基板1210的凹槽1216中，这也可引导EAM与一体化热基板1210的对准。
一体热基板1210还可包括位于凹槽1216之间的电子岛1218，该电子岛1218可沿z轴101从一体化热基板1210的上表面1220突出。如此，电子岛1218可由ASIC 1208中的每一个的占地面积间隔开。电子岛1218可包括凸块1222以及其它电子结构和部件，其中凸块1222可被构造为与EAM的I/O连接件1224介接。通过一体化热基板1210的电气连续性可以由电子岛1218提供。
因此，可通过使换能器探头适应于有一个或多个散热器来对换能器探头的ASIC处的功率耗散进行热管理。一个或多个散热器可以是直接耦合到ASIC的单独结构，如图11所示，或者可以是与换能器探头的每个EAM介接的单个结构，如图12所示。在一些示例中，换能器探头可以包括散热器，作为耦合到ASIC的单独结构和作为共同与换能器探头的所有EAM耦合的单个结构。
虽然将I/O连接件和连接器路由到EAM的下侧对于最大化换能器探头的有效区域或有效孔径可以是期望的，但是可能存在这样的情况，其中可能需要将I/O连接件或连接器维持在外围、架空区域中。尽管换能器探头的有效区域与总体区域的比率可以被约束为小于1，但是将EAM适配为具有扇出架构互连件的CSP仍然可以提供关于成本和功率优化的益处。
例如，图13中描绘了示例性EAM 1300，其具有通过扇出架构互连件1306耦合到ASIC 1304的声学叠层1302。EAM 1300包括布置在扇出架构互连件1306的最顶层1312的顶面1310处的I/O连接件器1308。I/O连接件器1308可以定位于EAM 1300的有效区域1316周围的架空区域1314中。
尽管EAM 1300的总体区域(例如，有效区域1316和架空区域1314的总和)大于有效区域1316，但是通过利用扇出架构互连件1306而不是多层柔性互连件(诸如图2的多层柔性互连件202)，ASIC 1304的节距1318(例如，ASIC 1304的凸块1320的节距)可以独立于声学叠层1302的节距1322(例如，声学叠层1302的元件1324的节距)。ASIC 1304的节距1318可小于声学叠层1302的节距1322，从而允许减小ASIC 1304的占地面积(例如，尺寸)。通过允许并入更小的ASIC，可以降低EAM的成本。此外，在其他示例中，不止一个ASIC管芯可被耦合至扇出架构互连件1306，其可包括不同类型的ASIC管芯。
以这种方式，可以提高由换能器探头采集的数据的质量。换能器探头的声学叠层可以通过具有扇出架构的互连件(例如，中介层)与一个或多个ASIC电耦合，其中声学叠层、ASIC和互连件可以被封装到CSP EAM中。互连件的扇出架构可以允许I/O连接件位于CSPEAM的底侧，从而排除I/O连接件在架空区域中的占用。CSP EAM的有效孔径可以被最大化，这可以增加换能器探头的分辨率、穿透、信噪比等，特别是当换能器探头的占地面积由于应用而受到约束时。扇出架构互连件可以包括凸块，其节距在声学叠层的节距与ASIC的节距之间过渡。通过消除对声学叠层和ASIC之间的通用节距的需求，可以减小ASIC的尺寸。例如，经由互连件，ASIC的节距可以相对于声学叠层节距减小高达40％。由于ASIC的成本可代表EAM成本的很大一部分，例如，多达EAM总成本的三分之一，因此ASIC尺寸的减小可导致EAM总成本的减小，这超过了扇出架构中介层相对于常规互连件的任何成本增加。
此外，通过利用扇出架构互连件，换能器探头的制造可以是更高效和更具成本效益的。作为一个示例，可以使用通用ASIC(例如，给定节距和尺寸的ASIC)来制造一系列探头。根据ASIC要耦合到的声学阵列的节距，ASIC可以以具有变化的节距过渡被耦合到互连件上。例如，ASIC可以用在被构造用于高频操作的换能器探头中。作为示例，对应的高频率声学叠层可以具有50μm-200μm的节距，并且ASIC可以通过具有合适的节距过渡的扇出架构中介层而被电耦合到高频率声学叠层。
相同的ASIC可被用在被构造用于低频操作的换能器探头中。例如，对应的低频声学叠层可以具有数百微米的节距，并且ASIC可以通过具有合适的节距过渡的扇出架构互连件而与其电耦合。可根据目标节距过渡选择性地制造扇出架构，以允许相同ASIC类型被用在各种探头类型中扇出架构的定制制造可以比ASIC的定制制造成本更低且更快。因此避免了ASIC的耗时的、最终用途特定的制造。
例如，如图14A-14B中所示，给定尺寸或占地面积(例如，沿x-y平面的给定长度和宽度)的ASIC可被耦合到具有变化尺寸(诸如变化的有效孔径或面积)的声学叠层。如图14A所示，第一CSP EAM 1400可具有通过第一扇出架构互连件1406耦合到第一ASIC 1404的第一声学叠层1402。第一ASIC 1404可以具有比第一CSP EAM 1400的有效区域1410更小的占地面积1408。
第二CSP EAM 1450在图14B中进行描绘。第二CSP EAM 1450可具有通过第二扇出架构互连件1456耦合到第二ASIC 1454的第二声学叠层1452。第二ASIC 1454可以与第一ASIC 1404具有相同的类型和尺寸。第二ASIC 1454的占地面积1458可小于第二声学叠层1452的有效区域1460，但第二声学叠层1452的有效区域1460小于第一声学叠层1402的有效区域1410。因此，通过修改扇出架构连接的几何形状，可以将不同的声学叠层耦合到通用ASIC(例如，具有给定占地面积的给定类型的ASIC)，从而消除改变ASIC以适应声学叠层的构型的需要。声学叠层的占地面积可在声学叠层有效区域与ASIC面积的比率为1至大于1的比率之间变化。因此，在一些示例中，ASIC的最大占地面积可以基本上等于声学叠层的有效区域。相反地，声学叠层的最小占地面积可以基本上等于ASIC(或多个ASIC)的占地面积。
扇出架构互连件的构型(例如，层数、互连凸块的数量、每层的互连凸块的节距等)可基于声学叠层和ASIC(或多个ASIC)的相对占地面积(例如，有效区域)来确定。例如，扇出架构可以被制造成使得能够在声学叠层节距与ASIC凸块的节距之间过渡，扇出架构互连件的每层具有适当的层数和适当变化的凸块节距。
作为示例，诸如超声探头之类的一系列换能器探头可以通过为每个探头构造通用类型和占地面积的ASIC而以成本高效的方式制造。例如，如图17所示，一系列超声探头1700可以包括第一探头1702、第二探头1704和第三探头1706，这些探头具有不同的探头类型。每个探头都包括给定类型和占地面积1710的ASIC 1708。
探头可以具有不同的声学叠层1703，其具有不同的占地面积或有效孔径。例如，第一探头1702具有大于ASIC 1708的占地面积1710并且还大于第二探头1704的第二有效孔径1714的第一有效孔径1712。第二有效孔径1714基本上等于ASIC 1708的占地面积1710。第三探头1706具有的第三有效孔径1716大于第一探头的第一孔径1712和第二探头1704的第二有效孔径1714。每个探头都可以包括具有对应于相应探头的有效孔径的占地面积(例如，沿着x-y平面的区域)的扇出架构互连件1718。
这一系列超声探头1700的探头因此可以共享共同尺寸和类型的ASIC，但是包含不同的扇出架构互连件和不同的声学叠层。给定类型和尺寸的ASIC由此可被用于不同类型的换能器(例如，超声)探头中。此外，对于被制造成各自包含通用ASIC的一系列超声探头而言，通用ASIC具有的占地面积(例如，区域)可以不大于该行超声探头中具有的最小有效孔径的超声探头。因此，所使用的通用ASIC的尺寸可能受到要制造的最小超声探头的尺寸的约束，和/或所制造的最小超声探头的尺寸可能受到通用ASIC的尺寸的约束。
另外，扇出架构互连件的使用可以使得不同类型的ASIC能够被用于多频换能器探头中。例如，不同的EAM(每个具有不同的声学叠层节距)可以被并入多频换能器探头中。作为一个示例，多频率换能器探头可以包括高频EAM和低频EAM。通过将声学叠层节距与ASIC节距分离，可以使多频换能器探头的有效孔径最大化。
在又一个示例中，扇出架构互连件可以使得曲线探头能够具有最大化的有效孔径并且在声学叠层与至少一个ASIC之间提供电气连续性。例如，图18中示出了曲线探头，在一个示例中，其可以是凸模块1800。凸模块1800可以包括具有多层声学材料(诸如压电元件、匹配层、去匹配层、背衬层等)的声学叠层1802，类似于先前示出的声学叠层。声学叠层可以是弯曲的，例如，沿着垂直于传播方向101的平面。
扇出架构互连件1804可以被弯曲以匹配声学叠层1802的曲率，扇出架构互连件1804具有与先前示例中的任一个类似的构型并且以如上所述的方式耦合到声学叠层1802。凸模块1800可具有相对于凸模块1800的总占地面积最大化的有效区域1806。例如，通过将声学叠层1802耦合到扇出架构互连件1804，排除了架空区域的存在。
ASIC 1808可被附接到与声学叠层相对的扇出架构互连件1804上。在一个示例中，沿着传播方向101测量的ASIC 1808的厚度可以相对于耦合到平面模块的ASIC而减小，例如，如图3-图14B和图17所示。通过减小ASIC 1808的厚度，ASIC 1808的材料可更具柔性，从而允许ASIC 1808弯曲以匹配扇出架构互连件1804的曲率。
图15中示出了用于组装换能器探头的CSP EAM的方法1500的示例。CSP EAM可以是图4-图9、图13和图18中描绘的CSP EAM中的任何一个。该方法可以在制造设施处执行，在该制造设施处，CSP EAM的各个部件可以或可以不通过一个或多个手动和自动过程来制造。
在1502处，该方法包括根据CSP EAM的声学叠层和至少一个ASIC的目标节距来制造扇出架构互连件。例如，被构造为与声学叠层介接的扇出架构互连件的顶层可以具有与声学叠层的节距匹配的节距。被构造为与ASIC介接的扇出架构互连件的底层可具有与ASIC的节距匹配的节距。扇出架构的中介层可以具有在从顶层到底层的方向上顺序减小的节距。
在该方法的1504处，可通过各种技术将ASIC耦合到扇出架构互连件的底层，这些技术包括热压、焊接、导电环氧树脂、超声结合等。在1506处，声学叠层可被耦合到扇出架构互连件的顶层。例如，声学叠层可以包括具有与扇出架构互连件的顶层的电凸块对准的电凸块的中介层。声学叠层可以通过上述结合技术中的任一种附接到扇出架构互连件。
在其他示例中，该方法的1504和1506可以颠倒。例如，在ASIC耦合到扇出架构互连件之前，声学叠层可被耦合到扇出架构互连件。在其它示例中，声学叠层和ASIC可以被同时耦合到扇出架构互连件。在将声学叠层和ASIC耦合到扇出架构之后(根据上述任何耦合顺序)，CSP EAM然后可以单独地并入换能器探头中，或者可以与其他EAM平铺以形成连续阵列。
在图16中示出了用于制造包含通用ASIC的一系列换能器探头的方法1600。例如，换能器探头可以在占地面积中变化并且可以具有不同的有效区域或孔径。然而，每个换能器探头可以包括给定区域或占地面积的ASIC，其也可以是给定类型的。每个换能器探头可被构造有图4-图9和图13的CSP EAM中的一个或多个，或者图10-图12的连续阵列，其中连续阵列可以包含CSP EAM的任何组合。
在1602处，该方法包括获得具有给定占地面积(例如，沿着垂直于换能器探头的传播方向的平面的区域)的ASIC。获得ASIC可以包括制造ASIC，诸如通过晶片级制造工艺，或者从制造商获得ASIC。因此，ASIC可以具有共同的尺寸和共同的类型。
在1604处，该方法包括将不同的扇出架构互连件附接到每个ASIC以形成ASIC组件。扇出架构互连件可以具有不同的构型和尺寸。例如，扇出架构互连件可根据要耦合到相应ASIC组件的目标声学叠层的构型而在互连层的数量、互连凸块的数目、每个互连层的互连凸块节距等方面变化。相应扇出架构互连件的底层处的互连凸块的节距可匹配相应扇出架构互连件所耦合到的ASIC的凸块节距。扇出架构互连件的最小尺寸或占地面积可对应于ASIC的占地面积。扇出架构互连件中的每一个可基于要耦合到其上的声学叠层的构型来选择。
在1606处，声学叠层被耦合到每个ASIC组件。声学叠层的有效区域大小可以变化，并且可以具有与扇出架构互连件的顶层处的互连凸块的节距匹配的节距，相应的声学叠层耦合到该扇出架构互连件的顶层处的互连凸块。声学叠层可以具有至少基本上等于并且不小于ASIC的占地面积的有效区域。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个该元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在...中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
本发明还提供对电声模块的支持，该电声模块包括：声学叠层；以及至少一个专用集成电路(ASIC)，至少一个专用集成电路通过具有扇出架构的互连件而电耦合到声学叠层，其中电声模块在至少一个或方位角和仰角方向上具有基本上等于电声模块的总尺寸的有效孔径。在系统的第一示例中，互连件是多层中介层，并且其中互连件包括沿着互连件的下侧定位(与声学叠层相对)的输入/输出(I/O)连接件。在系统的第二示例中，可选地包括第一示例，互连件沿着电声模块的传播方向定位在声学叠层与至少一个ASIC之间，并且其中互连件的多个层中的每一层具有与相邻层不同的凸块节距。在系统的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，多个层中的每一层的凸块节距在从声学叠层到至少一个ASIC的方向上减小。在系统的第四示例中，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个或每一个，声学叠层的元件节距大于至少一个ASIC的ASIC凸块节距。在系统的第五示例中，可选地包括第一至第四示例中的一个或多个或每一个，互连件具有从互连件的顶层向外突出的凸块，顶层的凸块具有对应于声学叠层的元件节距的第一节距，以及从互连件的底层向外突出的凸块，底层的凸块具有对应于至少一个ASIC的ASIC凸块节距的第二节距。在系统的第六示例中，可选地包括第一至第五示例中的一个或多个或每一个，互连件的底层还包括I/O连接件，该I/O连接件在具有第二节距的底层的凸块周围布置。在系统的第七示例中，可选地包括第一至第六示例中的一个或多个或每一个，电声模块被制造为具有芯片级封装，该芯片级封装包括声学叠层、至少一个ASIC和互连件。
本公开还提供对用于制造一系列超声探头的方法的支持，该方法包括：获得至少一个第一专用集成电路(ASIC)，其具有沿着垂直于第一声学叠层的传播方向的平面的第一区域；以及将多个互连件中的第一互连件耦合到至少一个第一ASIC，多个互连件具有不同的扇出架构，其中第一互连件具有对应于第一超声探头的第一有效孔径的占地面积，并且其中第一超声探头的第一有效孔径大于至少一个第一ASIC的第一区域。在方法的第一示例中，该方法还包括：将多个互连件中的第二互连件耦合到至少一个第二ASIC，第二互连件是基于第二超声探头的第二有效孔径选择的，第二有效孔径大于第一有效孔径，并且其中至少一个第二ASIC的第二区域等于至少一个第一ASIC的第一区域，并且至少一个第二ASIC和至少一个第一ASIC是共同类型的。在可选地包括第一示例的方法的第二示例中，第一超声探头的探头类型与第二超声探头的探头类型不同。在该方法的第三示例中，可选地包括第一和第二示例中的一个或两个，通过将声学叠层的中介层的中介层凸块布置成与从第一互连件的顶层突出的第一互连件的互连凸块共面接触，并且将从第一互连件的底层突出的互连凸块布置成与至少一个第一ASIC的ASIC凸块共面接触，第一超声探头的声学叠层被电耦合到至少一个第一ASIC。在该方法的第四示例中，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个或每一个，该方法还包括：通过使用热压结合、焊接、导电环氧树脂和超声结合中的一者或多者将至少一个第一ASIC和第一超声探头的声学叠层附接到第一互连件上，将第一超声探头形成为芯片级封装(CSP)。在该方法的第五示例中，可选地包括第一至第四示例中的一个或多个或每一个，由耦合到至少一个第一ASIC的第一互连件形成的组件包括被路由到该组件的底侧的输入/输出(I/O)连接件。
本公开还提供对多个超声探头的支持，包括：在多个超声探头之间具有不同尺寸的有效孔径，其中多个超声探头各自包含具有共同尺寸和类型的至少一个ASIC以及具有扇出架构的互连件，至少一个ASIC具有等于或小于多个超声探头的最小有效孔径的占地面积。在系统的第一示例中，多个超声探头中的第一超声探头具有沿着与第一超声探头的传播方向垂直的平面对准的两个或更多个电声模块(EAM)，并且其中两个或更多个EAM中的第一EAM具有与两个或更多个EAM中的第二EAM的第二元件节距相同或不同的第一元件节距。在系统的第二示例中，可选地包括第一示例，至少一个ASIC具有穿硅通孔，并且其中附加ASIC通过穿硅通孔被耦合到至少一个ASIC。在系统的第三示例中，可选地包括第一和第二示例中的一个或两个，多个超声探头中的第二超声探头包括耦合到至少一个ASIC的底面的热基板。在系统的第四示例中，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个或每一个，多个超声探头中的第三超声探头具有耦合到通用热基板的一个或多个EAM，一个或多个EAM中的每一个包括至少一个ASIC，并且其中公共热基板具有由至少一个ASIC的占地面积间隔开的电子岛，电子岛被构造成通过公共热基板提供电气连续性。在系统的第五示例中，可选地包括第一至第四示例中的一个或多个或每一个，多个超声探头中的第四超声探头包括EAM，该EAM具有具有扇出架构的互连件、围绕至少一个ASIC的周长的外围层以及横跨EAM的底部延伸的底层，底层将至少一个ASIC封闭在互连件内并且具有从其向外突出的I/O连接件。
在另一表示中，一种用于组装换能器探头的电声模块的方法包括：经由具有扇出架构的互连件将声学叠层与至少一个专用集成电路(ASIC)电耦合，其中换能器探头的总孔径基本上等于换能器探头的有效孔径，该总孔径沿着垂直于换能器探头的传播方向的平面限定。在又一种表示中，换能器阵列包括沿着公共平面布置的一个或多个电声模块(EAM)，一个或多个EAM中的每一个都包括具有扇出架构的互连件，其中互连件的输入/输出(I/O)连接件与声学叠层相对定位，其中元件间切口宽度基本上等于换能器阵列的模块间切口宽度。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种电声模块(400)，包括：
声学叠层(300)；和
至少一个专用集成电路(ASIC)(304)，所述至少一个ASIC通过具有扇出架构的互连件(302)与所述声学叠层电耦合；
其中所述电声模块具有在至少一个或者方位角(103)和仰角方向(105)上与所述电声模块的总尺寸(408)基本相等的有效孔径(406)。
2.根据权利要求1所述的电声模块(400)，其中所述互连件(302)是多层中介层，并且其中所述互连件包括沿着所述互连件的下侧定位的输入/输出(I/O)连接件(322)，所述I/O连接件与所述声学叠层(300)相对。
3.根据权利要求1所述的电声模块(400)，其中所述互连件(302)沿着所述电声模块的传播方向(101)定位在所述声学叠层(300)与所述至少一个ASIC(304)之间，并且其中所述互连件的多个层(310)中的每一层具有与相邻层不同的凸块节距。
4.根据权利要求3所述的电声模块(400)，其中所述多个层(310)中的每一个的所述凸块节距在从所述声学叠层(300)到所述至少一个ASIC(304)的方向上减小。
5.根据权利要求1所述的电声模块(400)，其中所述声学叠层(300)的元件节距(402)大于所述至少一个ASIC的ASIC凸块节距(404)。
6.根据权利要求1所述的电声模块(400)，其中所述互连件(302)具有从所述互连件的顶层(310a)向外突出的凸块(312)，所述顶层的所述凸块具有与所述声学叠层(300)的元件节距(402)相对应的第一节距；以及从所述互连件的底层(310b)向外突出的凸块，所述底层的所述凸块具有与所述至少一个ASIC的ASIC凸块节距(404)相对应的第二节距。
7.根据权利要求6所述的电声模块(400)，其中所述互连件(302)的所述底层(310b)还包括I/O连接件(322)，所述I/O连接件在具有所述第二节距的所述底层的所述凸块周围布置。
8.根据权利要求1所述的电声模块(400)，其中所述电声模块被制造为具有芯片级封装，所述芯片级封装包括所述声学叠层(300)、所述至少一个ASIC(304)和所述互连件(302)。
9.一种用于制造一系列超声探头(1700)的方法，所述方法包括：
获得至少一个第一专用集成电路(ASIC)(1708)，所述至少一个第一ASIC具有沿着垂直于第一声学叠层(1703)的传播方向(101)的平面的第一区域；以及
将多个互连件中的第一互连件(1718)耦合到所述至少一个第一ASIC，所述多个互连件具有不同的扇出架构，其中所述第一互连件具有与第一超声探头(1702)的第一有效孔径(1712)相对应的占地面积，并且其中所述第一超声探头的所述第一有效孔径大于所述至少一个第一ASIC的所述第一区域(1710)。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述多个互连件中的第二互连件(1718)耦合到至少一个第二ASIC(1708)，所述第二互连件基于第二超声探头(1706)的第二有效孔径(1716)来选择，所述第二有效孔径大于所述第一有效孔径(1712)，并且其中所述至少一个第二ASIC的第二区域(1710)等于所述至少一个第一ASIC的所述第一区域(1710)，并且所述至少一个第二ASIC和所述至少一个第一ASIC是共同类型的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一超声探头(1702)的探头类型与所述第二超声探头(1706)的探头类型不同。
12.根据权利要求9所述的方法，其中通过以下方式将所述第一超声探头(1702)的声学叠层(1703)与所述至少一个第一ASIC(1708)电耦合：将所述声学叠层的中介层(308)的中介层凸块(312)布置成与从所述第一互连件的顶层(310a)突出的所述第一互连件(1718)的互连凸块(312)共面接触，并且将从所述第一互连件的底层(310b)突出的互连凸块布置成与所述至少一个第一ASIC的ASIC凸块(314)共面接触。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括通过以下方式将所述第一超声探头(1702)形成为芯片级封装：使用热压结合、焊接、导电环氧树脂和超声结合中的一者或多者将所述至少一个第一ASIC(1708)和所述第一超声探头的声学叠层(1703)附接到所述第一互连件(1718)。
14.根据权利要求9所述的方法，其中由耦合到所述至少一个第一ASIC(1708)的所述第一互连件(1718)形成的组件包括被路由到所述组件的底侧的输入/输出(I/O)连接件(322)。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一个第一ASIC(1708)被耦合到热基板(1102)。
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