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DE202023102447U1 - Micromechanical ultrasonic transducer - Google Patents

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DE202023102447U1
DE202023102447U1 DE202023102447.5U DE202023102447U DE202023102447U1 DE 202023102447 U1 DE202023102447 U1 DE 202023102447U1 DE 202023102447 U DE202023102447 U DE 202023102447U DE 202023102447 U1 DE202023102447 U1 DE 202023102447U1
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DE
Germany
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ultrasonic transducer
chip
micromechanical ultrasonic
micromechanical
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DE202023102447.5U
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Technische Universitaet Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
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Technische Universitaet Chemnitz Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
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Abstract

Mikromechanischer Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der mikromechanische Ultraschallwandler mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode und mindestens einen elektromechanischen Wandler aufweisende Basiszellen aufweist, wobei eine Vielzahl von Basiszellen auf einem Substrat angeordnet sind und einen Chip bilden, wobei die Basiszellen auf Substratebene nicht miteinander verbunden sind und dass der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine Vereinzelungslinie randseitig begrenzt ist. Micromechanical ultrasonic transducer, characterized in that the micromechanical ultrasonic transducer has a plurality of base cells which are arranged at least partially in a grid-like manner and are contacted with one another and have at least one electrode and at least one electromechanical transducer, a large number of base cells being arranged on a substrate and forming a chip, the base cells being at substrate level are not connected to one another and that the micromechanical ultrasonic transducer is delimited at the edge by at least one separation line.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Ultraschallwandler nach dem ersten Schutzanspruch.The invention relates to a micromechanical ultrasonic transducer according to the first claim.

Mikromechanische Ultraschallwandler (engl. micromachined ultrasonic transducer-MUTs) bestehen aus mechanischen und elektrischen Elementen, sowie elektromechanischen Wandlern. Durch die Geometrie der mechanischen Komponenten (bspw. eine Membran) werden die Eigenfrequenzen des Wandlers bestimmt. Elektromechanische Wandler transformieren die elektrische in mechanische Energie und umgekehrt, beispielsweise durch Elektrostatik, Piezoelektrik oder andere Wandlerverfahren. Die elektrischen Komponenten sind elektrische Leitbahnen. Bei MUTs gemäß dem Stand der Technik werden diese Grundkomponenten in einem Layout festgelegt.Micromachined ultrasonic transducers (MUTs) consist of mechanical and electrical elements as well as electromechanical transducers. The natural frequencies of the converter are determined by the geometry of the mechanical components (e.g. a membrane). Electromechanical converters transform electrical energy into mechanical energy and vice versa, for example using electrostatics, piezoelectrics or other conversion methods. The electrical components are electrical conductors. In prior art MUTs, these basic components are laid out in a layout.

Die Chipgröße und die elektrische Verschaltung von MUTs wird hierbei in den Lithografieebenen festgelegt. Nach der Herstellung durch Mikrotechnologien im Waferlevel werden die Chips zum Beispiel durch Sägen vereinzelt. Die Chipgröße für ein MUT-Layout ist nicht veränderbar und die elektrische Verschaltung der einzelnen Wandlerelemente auf dem Chip nicht adaptierbar.The chip size and the electrical wiring of MUTs is defined in the lithography levels. After production using microtechnology at the wafer level, the chips are separated, for example by sawing. The chip size for a MUT layout cannot be changed and the electrical wiring of the individual converter elements on the chip cannot be adapted.

Die Druckschrift US 7,531,371 B2 beschreibt ein Verfahren und bezieht sich auf Mehrflächenarrays, die sich hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden, wobei bei dem auf einem oder auch mehreren Wafern Mikrobauelemente bereitgestellt werden. Die einzelnen Chips werden anschließend getrennt und auf einem Substrat positioniert. Im Anschluss erfolgt die Herstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Chips. Nachteilig ist, dass die elektronische Konfiguration im Layout festgelegt und nachträglich nicht mehr anpassbar ist.The pamphlet U.S. 7,531,371 B2 describes a method and relates to multi-area arrays that differ in terms of their spatial arrangement, wherein micro-components are provided on one or more wafers. The individual chips are then separated and positioned on a substrate. The connections between the individual chips are then established. The disadvantage is that the electronic configuration is fixed in the layout and can no longer be adjusted later.

In der Druckschrift EP 3 684 081 B1 wird ein Herstellungsverfahren für mehrere MEMS-Schallwandler beschrieben. Auf einem Wafer ist eine Vielzahl von MEMS-Schallwandlern angeordnet. Diese sind durch Piezoelemente miteinander verbunden, die in einer Vergussmasse fixiert sind. Entsprechend den Anforderungen der konkreten Anwendung werden die erforderlichen Piezoelemente freigestellt, sodass sie aktiv werden. Diese Freisetzung erfolgt mittels Ätzen oder Laserbehandlung. Nachteilig ist, dass die Wandler mit einer Formmasse umgossen werden müssen. Durch die Formmasse werden die gesägten Chips „handhabbar gemacht“ und nachträglich zu einem größeren Chip (Schallwandler) angeordnet.In the pamphlet EP 3 684 081 B1 describes a manufacturing process for multiple MEMS transducers. A large number of MEMS sound transducers are arranged on a wafer. These are connected to each other by piezo elements that are fixed in a casting compound. Depending on the requirements of the specific application, the required piezo elements are released so that they become active. This release is done by etching or laser treatment. The disadvantage is that the converters have to be encapsulated with a molding compound. The sawn chips are "made manageable" by the molding compound and subsequently arranged to form a larger chip (sound transducer).

Die nahestehenden Lösungen aus dem Stand der Technik definieren die Verschaltung von einzelnen Wandlerelementen auf dem Substrat durch eine elektrische Verbindung mittels eines Dünnschichtmetalls, das fotolithografisch festgelegt und nicht adaptierbar ist. Aufgrund der festgelegten elektrischen Kontakte und der Positionen der Wandlerelemente ist die Chipgröße im Design festgelegt. Der Wafer wird entsprechend der Abmaße des Chips gesägt. Das Sägemaß wird im Design festgelegt und ist nicht adaptierbar.The related prior art solutions define the interconnection of individual transducer elements on the substrate by an electrical connection by means of a thin film metal that is photolithographically defined and not adaptable. Due to the specified electrical contacts and the positions of the transducer elements, the chip size is fixed in the design. The wafer is sawn according to the dimensions of the chip. The sawing dimension is defined in the design and cannot be adapted.

Nachteilig gemäß dem Stand der Technik ist, dass kundenspezifische Wünsche nach eigenen Chipgeometrien und Verschaltungsarten der Wandlerelemente wie zum Beispiel die Anzahl der unabhängig arbeitenden elektrischen Kanäle oder die Form eines Kanals als Linie, rechteckige Fläche, kreisförmige Fläche, Ring, etc. nur durch ein Neudesign und eine neue Fabrikation gelöst werden können. Die Grundkosten (Setupkosten) sind sehr hoch und die Herstellungsdauer hierfür ist lang. Für kleinere und mittlere Stückzahlen können keine wirtschaftlichen Systeme angeboten werden. Das Technologiedesign gemäß dem Stand der Technik legt die Verschaltungsart und die Chipgröße in den Lithografieebenen bei der Herstellung durch Mikrotechnologien fest. Die sich wiederholenden Grundelemente der MUTs entsprechen der Abbildung eines Chips. Die elektrischen Leitbahnen der einzelnen Kanäle sind gemäß dem Stand der Technik auf Waferlevel im Design festgelegt und können nicht nachträglich verändert werden. Auch die mechanisch beweglichen Membranen mit den Elektroden sind je Kanal durch die lithografische Strukturierung der Elemente nicht modular, nicht adaptier- oder nachträglich änderbar. Der Chip kann nicht an einer beliebigen Position vereinzelt werden, da sonst die Funktionalität zerstört wird. Für jedes kundenspezifische Design entstehen neue Setupkosten.The disadvantage of the prior art is that customer-specific requests for their own chip geometries and connection types of the transducer elements, such as the number of independently operating electrical channels or the shape of a channel as a line, rectangular area, circular area, ring, etc., can only be met by a new design and a new fabrication can be solved. The basic costs (setup costs) are very high and the production time for this is long. Economical systems cannot be offered for small and medium quantities. The technology design according to the state of the art defines the type of connection and the chip size in the lithography levels during production using microtechnology. The basic repeating elements of the MUTs correspond to the image of a chip. According to the state of the art, the electrical conductor tracks of the individual channels are specified in the design at the wafer level and cannot be changed later. Due to the lithographic structuring of the elements, the mechanically movable membranes with the electrodes per channel are also not modular, cannot be adapted or subsequently changed. The chip cannot be separated at any position, otherwise the functionality will be destroyed. There are new setup costs for each custom design.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mikromechanischen Ultraschallwandler zu entwickeln, der es erlaubt, mikromechanische Ultraschallwandler auf Substratebene in Chipgröße und Kanalform und -anzahl modular adaptierbar aufzubauen und als „off the shelf“ Komponenten in mit einmaligen Setupkosten bereitzustellen.The object of the invention is to develop a micromechanical ultrasonic transducer that allows micromechanical ultrasonic transducers to be modularly adapted at the substrate level in terms of chip size and channel shape and number, and to be made available as "off the shelf" components with one-off setup costs.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.This problem is solved with the features of the first claim for protection.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements result from the dependent claims.

In einem Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Ultraschallwandlers wird der mikromechanische Ultraschallwandler aus mehreren modularen Basiszellen gebildet, wobei eine Vielzahl von Basiszellen rasterförmig auf einem Substrat angeordnet sind und jede Basiszelle mindestens eine Elektrode und mindestens einen elektromechanischen Wandler aufweist. Eine Vielzahl von Basiszellen bilden einen Chip, wobei der Chip in Abhängigkeit der Anforderungen individuell aus dem Substrat durch Auftrennen entlang wenigstens einer Vereinzelungslinie vereinzelt wird. Verfahrensgemäß werden die Basiszellen in einer ersten Variante der Erfindung erst nach der mikrotechnologischen Fertigung miteinander kontaktiert. In einer zweiten Variante werden die Basiszellen auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander verbunden und deren elektrische Verbindung nach der mikrotechnologischen Prozessierung einzeln getrennt.In a method for producing a micromechanical ultrasonic transducer, the micromechanical ultrasonic transducer is formed from a plurality of modular basic cells, a plurality of basic cells being arranged in a grid on a substrate and each basic cell having at least one electrode and at least one electromechanical has niche converter. A multiplicity of basic cells form a chip, the chip being separated individually from the substrate by separating it along at least one separation line, depending on the requirements. According to the method, in a first variant of the invention, the base cells are not contacted with one another until after the microtechnological production. In a second variant, the basic cells are electrically connected to one another at the level of the thin-film electrodes and their electrical connection is individually separated after micro-technological processing.

Die mikromechanischen Ultraschallwandler werden als im Layout identische Halbfabrikate gefertigt und nachfolgend entsprechend der individuellen Anforderungen vereinzelt, so dass in Abhängigkeit der Anforderungen eine Vielzahl von Basiszellen zur Verfügung stehen und entsprechend der Anforderungen eine Kontaktierung der Basiszellen erfolgt oder aufgehoben wird.The micromechanical ultrasonic transducers are manufactured as semi-finished products with an identical layout and are subsequently separated according to the individual requirements, so that a large number of basic cells are available depending on the requirements and contacting of the basic cells takes place or is canceled according to the requirements.

Die Basiszellen werden vorteilhafter Weise auf dem Substrat in Form eines Wafers per Dünnschichtabscheidung und lithografischem Verfahren hergestellt.The basic cells are advantageously produced on the substrate in the form of a wafer using thin-film deposition and a lithographic process.

Das Auftrennen und Vereinzeln erfolgt besonders bevorzugt durch Sägen entlang einer Sägelinie oder durch Bruchkanten. Der Abstand mehrere Sägelinien oder Bruchkanten zueinander ist nicht notwendigerweise ein Vielfaches der Abmessungen der Basiszellen.The separating and separating is particularly preferably carried out by sawing along a sawing line or by breaking edges. The distance between several saw lines or break edges is not necessarily a multiple of the dimensions of the basic cells.

Durch die Vereinzelung entsteht eine aktiv nutzbare Chipfläche, wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle entspricht und miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Je nach Verfahren der Vereinzelung kann zusätzlich eine passive Chipfläche entstehen. Die passive Chipfläche liegt im Bereich der wenigstens einer Vereinzelungslinie und ist für die akustische Funktion des Chips nicht nutzbar.The separation results in an actively usable chip area, with the actively used chip area corresponding to a multiple of a basic cell and being connected to one another or separated from one another. Depending on the isolation process, a passive chip area can also be created. The passive chip area is in the area of the at least one singulation line and cannot be used for the acoustic function of the chip.

Der erfindungsgemäße mikromechanische Ultraschallwandler weist mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode und einen elektromechanischen Wandler aufweisenden Basiszellen auf, wobei eine Vielzahl von Basiszellen auf einem Substrat angeordnet sind und einen Chip bilden und der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine Vereinzelungslinie randseitig begrenzt ist. Möglich wird dies, da die Basiszellen auf Substratebene nicht miteinander verbunden sind. Nach der Vereinzelung ist jede Basiszelle, die nicht im Bereich der Vereinzelungslinie liegt (Bruchkante, Sägelinie, etc.) funktional auf dem Chip vorhanden. Je nach Ausführung sind die Basiszellen elektrisch auf Substratebene entweder miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Die Zuordnung der elektrischen Funktionalitäten, wie elektrische Verbindungen, zueinander erfolgt nach der Waferbearbeitung durch Auftrennen der Verbindungen oder respektive Kontaktierung der Basiszellen miteinander.The micromechanical ultrasonic transducer according to the invention has a plurality of basic cells which are arranged at least partially in a grid-like manner and are contacted with one another and have at least one electrode and an electromechanical transducer, a multiplicity of basic cells being arranged on a substrate and forming a chip and the micromechanical ultrasonic transducer being delimited at the edge by at least one separation line. This is possible because the basic cells are not connected to each other at the substrate level. After singulation, every basic cell that is not in the area of the singulation line (fracture edge, saw line, etc.) is functionally present on the chip. Depending on the design, the basic cells are either electrically connected to one another or separated from one another at the substrate level. The electrical functionalities, such as electrical connections, are assigned to one another after wafer processing by separating the connections or by contacting the base cells with one another.

Die Vereinzelungslinie ist vorzugsweise in Form einer Geraden, Freiform oder eines Radius/kreisförmig ausgebildet.The separating line is preferably in the form of a straight line, a free form or a radius/circular shape.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische Ebene für jede Basiszelle vollständig vorhanden.In a preferred embodiment, the electrical level is completely present for each basic cell.

In einer Ausgestaltung des Ultraschallwandlers weist der Chip eine passive Chipfläche und eine aktiv nutzbare Chipfläche auf, wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle entspricht und die passive Chipfläche im Bereich der wenigstens einen Vereinzelungslinie liegt. Auch die Ausgestaltung eines Chips ohne passive Chipfläche ist möglich.In one configuration of the ultrasonic transducer, the chip has a passive chip area and an actively usable chip area, the actively used chip area corresponding to a multiple of a basic cell and the passive chip area being in the region of the at least one singulation line. It is also possible to configure a chip without a passive chip area.

Die Basiszellen sind in einem Raster angeordnet und erstrecken sich in einer möglichen Ausgestaltung entlang einer ersten Richtung und einer orthogonalen zweiten Richtung nebeneinanderliegend. Jedoch sind auch weitere Anordnungen, zum Beispiel eine Freiform oder eine radialsymmetrische Anordnung möglich.The basic cells are arranged in a grid and, in one possible configuration, extend next to one another along a first direction and an orthogonal second direction. However, other arrangements are also possible, for example a free form or a radially symmetrical arrangement.

Der Ultraschallwandler kann in Abhängigkeit der Kontaktierung der Basiszellen untereinander mehrere Kanäle aufweisen. Die Kontaktierung erfolgt in Abhängigkeit der Anforderungen an den Ultraschallwandler.Depending on how the basic cells are contacted with one another, the ultrasonic transducer can have a number of channels. The contact is made depending on the requirements of the ultrasonic transducer.

Bevorzugt weist der Ultraschallwandler wenigstens einen elektrischen Kanal auf, wobei der eine Kanal mit einem weiteren Ultraschallwandler oder einer anderweitigen elektrischen Funktionalität kontaktiert ist.The ultrasonic transducer preferably has at least one electrical channel, one channel being in contact with a further ultrasonic transducer or some other electrical functionality.

Gegenüber dem Stand der Technik stellt die Erfindung Basiszellen bereit, die wiederum erst nachträglich auf Chip- oder Waferlevel elektrisch zugeordnet und die Chipflächen nach der Fertigung auf Substratebene festgelegt werden können. Das Vorhandensein der mikromechanischen Ultraschallwandler in Form der modularen Basiszellen erlaubt es, die Grundkosten für eine MUT-Fertigung auf Substratebene einmalig aufzuwenden und eine größere Anzahl von MUT-Basiszellen modular adaptierbaren Chipflächen und elektrischen Verbindungen, zum Beispiel Kanalanzahl, auf Substraten herzustellen. Kundenspezifische MUTs können durch die der mikrotechnologischen Produktion nachgelagerten Bearbeitung mit Vereinzelung und elektr. Verschaltung des Substrats hergestellt werden. Die Substrate liegen als „off the shelf‟ Komponenten vor. Die Produktion von MUTs für kleinere und mittlere Stückzahlen wird wirtschaftlich und die Lieferzeiten kundenspezifischer Komponenten sinken signifikant. KMUs erhalten somit Zugriff zu MUT-Komponenten, die sich bisher nur für Großunternehmen lohnen und neue Anwendungsfelder können erschlossen werden.Compared to the state of the art, the invention provides basic cells which in turn can only be electrically assigned later at chip or wafer level and the chip areas can be defined after production at substrate level. The presence of the micromechanical ultrasonic transducers in the form of modular base cells allows the basic costs for MUT production to be paid once at substrate level and a larger number of MUT base cells with modularly adaptable chip surfaces and electrical connections, for example the number of channels, to be produced on substrates. Customer-specific MUTs can be processed downstream of the micro-technological production with isolation and electr. interconnection of the substrate are produced. The substrates are available as "off the shelf" components. The production of MUTs for small and medium-sized quantities becomes economical and the delivery times of customer-specific components decrease significantly. SMEs thus gain access to MUT components that were previously only worthwhile for large companies, and new fields of application can be opened up.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and associated drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine Basiszelle eines elektromechanischen Ultraschallwandlers,
  • 2 einen dreikanaligen Ultraschallwandler,
  • 3 einen zweikanaligen Ultraschallwandler,
  • 4 einen einkanaligen Ultraschallwandler,
  • 5 Gruppe von Basiszellen, die während der mikrotechnologischen Produktion auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander verbunden sind und in einzelne elektrische Kanäle getrennt werden können,
  • 6 Individuelle Vereinzelung der Chip aus dem Waferverbund durch Auftrennen,
  • 7 Individuelle Vereinzelung der Chip aus dem Waferverbund durch Auftrennen mit funktionsfähig dargestellten Basiszellen,
  • 8 eine alternative Trennung aus dem Waferverbund,
  • 9 eine weitere alternative Auftrennung der Basiszellen.
Show it:
  • 1 a basic cell of an electromechanical ultrasonic transducer,
  • 2 a three-channel ultrasonic transducer,
  • 3 a two-channel ultrasonic transducer,
  • 4 a single-channel ultrasonic transducer,
  • 5 Group of basic cells that are electrically connected to each other during the microtechnological production at the level of the thin-film electrodes and can be separated into individual electrical channels,
  • 6 Individual isolation of the chip from the wafer assembly by separating,
  • 7 Individual isolation of the chip from the wafer assembly by separating with basic cells shown functional,
  • 8th an alternative separation from the wafer composite,
  • 9 another alternative separation of the basic cells.

In der 1 ist eine Basiszelle 1 eines elektromechanischen Ultraschallwandlers dargestellt, wobei die Basiszelle ein Substrat 2 und darauf angeordnet eine oder mehrere Elektroden 3, ein einzelner oder eine Gruppe von elektromechanischen Wandlern 4 und optional weitere elektrische Kontakte 5 als Dünnschichten aufweist, die per Dünnschichtabscheidung und fotolithografischer Verfahren auf Substratebene hergestellt wurden.In the 1 a basic cell 1 of an electromechanical ultrasonic transducer is shown, the basic cell having a substrate 2 and one or more electrodes 3 arranged thereon, an individual or a group of electromechanical transducers 4 and optionally further electrical contacts 5 as thin layers, which are produced by thin layer deposition and photolithographic processes Substrate level were produced.

Die 2, 3 und 4 zeigen eine Anordnung von neun Basiszellen 1 in einer 3 x 3 Anordnung der Basiszellen, die nach der mikrotechnologischen Prozessierung über Kontaktierungen 6 einzeln elektrisch verbunden werden können. In 2 ist ein dreikanaliger Ultraschallwandler mit je drei Basiszellen pro Kanal dargestellt. In der 3 ist ein zweikanaliger Ultraschallwandler mit drei, beziehungsweise sechs Basiszellen 1 pro Kanal. 4 zeigt einen einkanaligen Ultraschallwandler mit neun Basiszellen 1 pro Kanal.The 2 , 3 and 4 show an arrangement of nine basic cells 1 in a 3×3 arrangement of the basic cells, which can be individually electrically connected via contacts 6 after the micro-technological processing. In 2 a three-channel ultrasonic transducer is shown with three basic cells per channel. In the 3 is a two-channel ultrasonic transducer with three or six basic cells 1 per channel. 4 shows a single-channel ultrasonic transducer with nine basic cells 1 per channel.

Eine alternative Ausgestaltung der Basiszellen ist in der 5 dargestellt.
Die Basiszellen 1 sind derart gestaltet, dass sie während der mikrotechnologischen Produktion auf Ebene der Dünnschichtelektroden elektrisch miteinander über einen Kontaktbereich 7 verbunden sind. Erst nach deren mikrotechnologischen Prozessierung wird die elektrische Verbindung einzeln getrennt.
An alternative embodiment of the base cells is in the 5 shown.
The basic cells 1 are designed in such a way that they are electrically connected to one another via a contact area 7 during the microtechnological production at the level of the thin-film electrodes. Only after their micro-technological processing is the electrical connection separated individually.

In den 6 und 7 ist die individuelle Vereinzelung des Chips aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, beispielweise Sägen entlang einer Vereinzelungslinie 8 dargestellt, wodurch eine aktiv nutzbare Chipfläche 9, eine gesägte und ungenutzte Chipfläche 10 und eine passive Chipfläche 11 entstehen. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht dem Vielfachen einer Basiszelle 1. 7 zeigt die aktiv nutzbare Chipfläche 9, welche innerhalb der Vereinzelungslinie 8 liegt.In the 6 and 7 shows the individual singulation of the chip from the substrate/wafer composite 2 by separating, for example sawing, along a singulation line 8, whereby an actively usable chip area 9, a sawn and unused chip area 10 and a passive chip area 11 arise. The actively used chip area 9 corresponds to the multiple of a basic cell 1. 7 shows the actively usable chip area 9, which lies within the singulation line 8.

8 zeigt eine alternative individuelle Vereinzelung des Chips und dessen Basiszellen 1 aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, entlang der Vereinzelungslinie 8. Die Vereinzelungslinie 8 ist kreisförmig ausgebildet. Es entsteht durch die Vereinzelung eine passive Chipfläche 11 und eine aktiv nutzbare Chipfläche 9. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht auch hier dem Vielfachen einer Basiszelle 1. Die Basiszellen 1 sind durch elektrische Kontakte 6 miteinander verbunden. Der Ultraschallwandler weißt zwei Kanäle auf, wobei jeder der Kanäle eine elektrische Kontaktierung vom Chip zu einer weiteren elektrischen Funktionalität wie beispielsweise einer Elektronik oder Leiterplatte aufweist. 8th shows an alternative individual singulation of the chip and its basic cells 1 from the substrate/wafer composite 2 by cutting along the singulation line 8. The singulation line 8 is circular. The separation results in a passive chip area 11 and an actively usable chip area 9. The actively used chip area 9 here also corresponds to the multiple of a basic cell 1. The basic cells 1 are connected to one another by electrical contacts 6. The ultrasonic transducer has two channels, each of the channels having an electrical contact from the chip to a further electrical functionality such as electronics or a printed circuit board.

9 zeigt die individuelle Vereinzelung der Basiszellen 1 aus dem Substrat/Waferverbund 2 durch Auftrennen, beispielweise Sägen entlang einer geraden Vereinzelungslinie 8 in Form einer Sägelinie, wobei durch optimale Aufteilung keine passive Chipfläche entsteht. Die aktiv genutzte Chipfläche 9 entspricht dem Vielfachen einer Basiszelle 1. Die Basiszellen 1 können durch nicht dargestellte elektrische Kontakte miteinander verbunden sein. 9 shows the individual separation of the basic cells 1 from the substrate/wafer assembly 2 by separating, for example sawing, along a straight separation line 8 in the form of a sawing line, no passive chip surface being produced as a result of optimal division. The actively used chip area 9 corresponds to the multiple of a basic cell 1. The basic cells 1 can be connected to one another by electrical contacts (not shown).

BezugszeichenlisteReference List

11
Basiszellebase cell
22
Substrat/Waferverbundsubstrate/wafer composite
33
Elektrodeelectrode
44
elektromechanischer Wandlerelectromechanical converter
55
optionaler Kontaktoptional contact
66
elektrischer Kontakt/Kontaktierungelectrical contact/contacting
77
Kontaktbereichcontact area
88th
Vereinzelungsliniesingulation line
99
aktiv genutzte Chipflächeactively used chip area
1010
ungenutzte gesägte Chipflächeunused sawn chip area
1111
passive Chipflächepassive chip area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 7531371 B2 [0004]US7531371B2 [0004]
  • EP 3684081 B1 [0005]EP 3684081 B1 [0005]

Claims (7)

Mikromechanischer Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der mikromechanische Ultraschallwandler mehrere zumindest teilweise rasterförmig angeordnete miteinander kontaktierte, mindestens eine Elektrode und mindestens einen elektromechanischen Wandler aufweisende Basiszellen aufweist, wobei eine Vielzahl von Basiszellen auf einem Substrat angeordnet sind und einen Chip bilden, wobei die Basiszellen auf Substratebene nicht miteinander verbunden sind und dass der mikromechanische Ultraschallwandler durch wenigstens eine Vereinzelungslinie randseitig begrenzt ist.Micromechanical ultrasonic transducer, characterized in that the micromechanical ultrasonic transducer has a plurality of base cells which are arranged at least partially in a grid-like manner and are contacted with one another and have at least one electrode and at least one electromechanical transducer, a large number of base cells being arranged on a substrate and forming a chip, the base cells being at substrate level are not connected to one another and that the micromechanical ultrasonic transducer is delimited at the edge by at least one separation line. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vereinzelungslinie in Form einer Gerade, Freiform oder eines Radius/kreisförmig ausgebildet ist.Micromechanical ultrasonic transducer claim 1 , characterized in that at least one separating line is designed in the form of a straight line, free form or a radius/circular. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ebene für jede Basiszelle vollständig vorhanden ist.Micromechanical ultrasonic transducer according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the electrical level is complete for each basic cell. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip eine passive Chipfläche und eine aktiv nutzbare Chipfläche aufweist, wobei die aktiv genutzte Chipfläche dem Vielfachen einer Basiszelle entspricht und die passive Chipfläche im Bereich der wenigstens einen Vereinzelungslinie liegt.Micromechanical ultrasonic transducer according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the chip has a passive chip area and an actively usable chip area, the actively used chip area corresponding to a multiple of a basic cell and the passive chip area being in the region of the at least one singulation line. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszellen in einem Raster angeordnet sind und sich entlang einer ersten Richtung und/oder entlang einer orthogonalen zweiten Richtung nebeneinanderliegend erstrecken.Micromechanical ultrasonic transducer according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the basic cells are arranged in a grid and extend juxtaposed along a first direction and/or along an orthogonal second direction. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler in Abhängigkeit der Kontaktierung der Basiszellen untereinander mehrere Kanäle aufweist.Micromechanical ultrasonic transducer according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the ultrasonic transducer has a plurality of channels depending on the contacting of the base cells with one another. Mikromechanischer Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler wenigstens einen elektrischen Kanal aufweist und der eine Kanal mit einem weiteren Ultraschallwandler oder einer anderweitigen elektrischen Funktionalität kontaktiert ist.Micromechanical ultrasonic transducer according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the ultrasonic transducer has at least one electrical channel and one channel is contacted with a further ultrasonic transducer or some other electrical functionality.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7531371B2 (en) 2006-02-21 2009-05-12 Rather John D G Multisurfaced microdevice system array and a method of producing the array
EP3684081B1 (en) 2019-01-17 2022-04-27 Usound GmbH Manufacturing method for multiple mems sound transducers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531371B2 (en) 2006-02-21 2009-05-12 Rather John D G Multisurfaced microdevice system array and a method of producing the array
EP3684081B1 (en) 2019-01-17 2022-04-27 Usound GmbH Manufacturing method for multiple mems sound transducers

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