Настоящая система, в общем, относится к интегральным схемам с подавлением акустических мод, к примеру к схемам интегральных преобразователей, а более конкретно к акустическим преобразователям, изготовляемым интегрально на интегральной схеме (IC) с подавлением паразитных мод, и к способам их изготовления.
Ультразвуковые преобразователи используются для многих целей, к примеру, визуализации, обнаружения и т.д. Типично, в ультразвуковых преобразователях, используемых для медицинской или других типов визуализации, акустически активные части этих преобразователей могут непосредственно изготовляться на интегральной схеме (IC) или соединяться с IC через тонкий слой межсоединений так, чтобы экономить пространство и сокращать затраты и сложность. Ультразвуковые преобразователи могут быть включены в матрицы емкостных микромашинных ультразвуковых преобразователей (cMUT) и пьезоэлектрических емкостных микромашинных ультразвуковых преобразователей (pMUT), которые изготовляются непосредственно на кремниевых пластинах (например, см. патенты (США) № 6430109 и 6493288, которые содержатся в данном документе по ссылке).
Недостаток изготовления акустически активных частей преобразователя непосредственно на IC или кремниевой пластине заключается в том, что кремниевая пластина располагается между активными элементами (например, акустическим блоком) и опорным слоем для любого ослабления, который может присутствовать, чтобы ослаблять нежелательные акустические колебания. К сожалению, поскольку кремниевые (Si) подложки являются слабыми ослабителями акустической энергии, без надлежащего ослабления, паразитные акустические моды могут возбуждаться в IC и приводить к нежелательным артефактам в изображении, обнаруженному через IC.
Известны различные способы для того, чтобы ослаблять паразитные акустические моды. Например, патент (США) № 6685647, озаглавленный "Acoustic Imaging Systems Adaptable for Use with Low Drive Voltages" авторов Savord и др., и содержащийся в данном документе по ссылке, использует акустический рассогласующий слой, который размещается между пьезоэлектрическим преобразователем (PZT) и опорным слоем. Акустический рассогласующий слой предпочтительно демонстрирует акустическое полное сопротивление, которое превышает акустическое полное сопротивление PZT. Хотя эта разность полных сопротивлений практически не допускает распространение акустической энергии в опорный слой, неизменно некоторая акустическая энергия при этом может распространяться в опорный слой и приводить к возбуждению паразитной акустической моды.
Поскольку опорный слой, к примеру кремниевый (Si), демонстрирует чрезвычайно слабые характеристики затухания акустических колебаний, акустическая энергия, которая просачивается в кремниевый опорный слой, например, из начального передаваемого импульса, может накапливаться в кремниевом опорном слое в течение 100 микросекунд или более. В это время накопленная энергия может медленно просачиваться обратно в акустический блок и создавать помехи для принимаемых сигналов (например, эхо) и приводить к артефактам в изображении. Эти артефакты могут выглядеть как типичная матовость или могут иметь различные пространственные признаки, к примеру, линии под конкретными углами в изображении. Это более понятно иллюстрируется со ссылкой на фиг.1, которая является изображением 100 с артефактами 110, относящимися к паразитным акустическим модам в кремниевом опорном слое в пределах конструкции преобразователя. Поскольку передаваемый импульс имеет амплитуду, которая намного превышает принимаемое эхо, высокий уровень подавления должен достигаться, чтобы исключать артефакты. Соответственно, существует необходимость в системе и способе для того, чтобы подавлять паразитные акустические моды в пределах опорного слоя.
Подавление паразитных акустических мод важно, поскольку акустическая энергия, накопленная в опорном слое, может распространяться поперечно в любом из множества режимов нагруженной пластинки, к примеру, волн Лэмба или поверхностных волн. Если скорости звука этих режимов являются достаточно высокими, а опорный слой является достаточно небольшим, то множество обходов опорного слоя может быть выполнено в течение времени накопления (например, 100 микросекунд или более). Соответственно, существует необходимость в системе и/или способе ослабления этой акустической энергии.
Одна задача настоящих систем, способов и устройств состоит в том, чтобы преодолеть недостатки традиционных систем и способов. Соответственно, настоящая система предоставляет устройство и способ для создания помех для распространения или иного внесения потерь помимо естественного очень слабого затухания акустических колебаний материала подложки IC, такого как, например, кремний (Si). Способы ослабления могут включать в себя создание помех для распространения акустических мод и/или посредством гашения отражения на краях подложки, к примеру кремниевой пластины.
При использовании в данном документе термин "паразитные сигналы" должен означать нежелательные сигналы, которые могут присутствовать в подложке. Паразитные сигналы могут включать в себя, например, шумовые сигналы, паразитные акустические моды, акустическую энергию, акустический шум, отражения, любые из множества мод нагруженной пластинки, к примеру волны Лэмба или поверхностные волны, массовые продольные, массовые сдвигающие, Лэмба, Стоунли, Лава, рэлеевские, горизонтальные сдвигающие и/или любые другие сигналы или моды направленной волны, которые поддерживает конструкция, которые типично являются конкретными для самой конструкции.
Согласно одному иллюстративному варианту осуществления устройство на интегральных схемах (IC) включает в себя подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные стороны и один или более краев, задающих внешнюю периферию подложки. Подложка может быть полупроводниковым материалом. IC-устройство дополнительно может включать в себя один или более преобразователей, расположенных на первой главной стороне подложки; и шаблон ослабления, сформированный в по меньшей мере одной из второй главной стороны и одного или более краев подложки.
Дополнительные области применимости настоящих устройств, систем и способов станут очевидными из подробного описания, предоставленного в дальнейшем. Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, при указании примерных вариантов осуществления систем и способов, предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для того, чтобы ограничивать объем изобретения.
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества устройств, систем и способов настоящего изобретения будут лучше пониматься из последующего описания, прилагаемой формулы изобретения и прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг.1 является изображением с артефактами, относящимися к паразитным акустическим модам в IC или кремниевой подложке в пределах конструкции преобразователя;
Фиг.2 является иллюстрацией вида сбоку преобразователя, включающего в себя подложку согласно варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.3 является иллюстрацией вида сбоку преобразователя, включающего в себя подложку согласно другому варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.4 является иллюстрацией приподнятого частичного вида снизу подложки, включающей в себя матрицу пазов согласно варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.5 является иллюстрацией вида сбоку составной подложки согласно варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.6 является иллюстрацией вида сбоку подложки с желобками согласно варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.7 является иллюстрацией вида сверху подложки с непараллельными сторонами согласно варианту осуществления настоящей системы;
Фиг.8 является иллюстрацией вида сверху матрицы преобразователей согласно варианту осуществления настоящей системы и
Фиг.9 показывает процесс формирования преобразователя согласно варианту осуществления настоящей системы.
Последующее описание определенных примерных вариантов осуществления просто примерно по своему характеру и никоим образом не предназначено, чтобы ограничивать изобретение либо его варианты применения или использования. В последующем подробном описании вариантов осуществления настоящих систем и способов приводится ссылка на прилагаемые чертежи, которые являются его частью и на которых показаны в качестве иллюстрации конкретные варианты осуществления, в которых могут осуществляться на практике описанные системы и способы. Эти варианты осуществления описываются с достаточной подробностью, чтобы предоставлять возможность специалистам в данной области техники осуществлять на практике текущие раскрытые системы и способы, и следует понимать, что другие варианты осуществления могут быть использованы, и что структурные и логические изменения могут быть произведены без отступления от сущности и объема настоящей системы.
Последующее подробное описание, следовательно, не должно рассматриваться в ограничивающем смысле, и объем настоящей системы задается только посредством прилагаемой формулы изобретения. Первая цифра(ы) ссылок с номерами на чертежах в данном документе типично соответствует номеру чертежа, за исключением того, что идентичные компоненты, которые отображаются на нескольких чертежах, идентифицируются посредством идентичных ссылок с номерами. Кроме того, для понятности подробное описание определенных признаков не приводится, когда они должны быть очевидными для специалистов в данной области техники, чтобы не затруднять понимание описания настоящей системы.
Для понятности только частичные разрезы преобразователей и/или подложек согласно настоящей системе могут быть показаны на некоторых иллюстрациях.
Иллюстрация вида сбоку преобразователя 200, включающего в себя подложку согласно варианту осуществления настоящей системы, показана на фиг.2. Преобразователь 200 включает в себя один или более элементов 204 преобразователя, одну или более канавок 206 и подложку 202.
Множество элементов 204 преобразователя может быть выполнено так, чтобы формировать матрицу элементов 204 преобразователя, которые конфигурируются на подложке 202, как показано. Каждый элемент 204 преобразователя может включать в себя один или более пьезоэлектрических элементов, таких как, например, пьезоэлектрический элемент (PZT) 214. Согласующие слои, такие как, например, слои 210, 212 и 216, могут быть включены, чтобы эффективно связывать акустическую энергию от PZT 214 с корпусом. Соответственно, хорошо известно, что слои 210, 212 и 216 могут включать в себя проводящие слои, которые могут быть сформированы в шаблоны, к примеру, посредством разрезания. Помимо этого, два электродных слоя 218, 220 могут предоставляться по обеим сторонам PZT-слоя 214, который может возбуждаться посредством контроллера, включенного в подложку 202, и т.д.
Типичные преобразователи включают в себя различные элементы, к примеру, электроды и согласующие слои, при этом проектирование конструкций согласующего слоя для ультразвуковых преобразователей известно в данной области техники, к примеру, как описано в патенте (США) № 7439656 автора Ossmann, озаглавленном "Method for Designing Ultrasonic Transducers with Acoustically Active Integrated Electronics", и в патенте (США) № 6685647 авторов Savord и др., озаглавленном "Acoustic Imaging Systems Adaptable for Use with Low Drive Voltages", каждый из которых полностью содержится в данном документе по ссылке. Следует отметить, что на фиг.2, хотя элементы 204 преобразователя показаны в вертикальной ориентации, один или более слоев или их частей могут быть ориентированы в других положениях, таких как, например, горизонтальных.
Канавки 206 могут быть расположены на одной или более сторон каждого элемента 204 преобразователя. Канавки 206 могут иметь идентичную или различную ширину и/или высоту друг от друга. Кроме того, канавки 206 могут заходить и/или формироваться из части подложки 202.
Подложка 202 может иметь верхнюю часть 205, нижнюю часть 203 и может проходить между одним или более краев 230. Подложка 202 может формироваться из одного или более материалов, которые являются совместимыми с преобразователями 204, смонтированными на ней. Например, подложка 202 может формироваться из полупроводникового материала (например, кремния (Si), арсенида галлия и т.д.), кристаллического материала (например, кварца или сапфира и т.д.), керамики (например, оксида алюминия, нитрида бора, стекла и т.д.), металла (например, алюминия, латуни, стали, меди, вольфрама, титана) и/или множества полимеров, включающих в себя гибкие и жесткие печатные платы. Преобразователи 204 могут быть сформированы и/или прикреплены к верхней части 205 подложки 202. Дополнительно, части преобразователей 204 могут находиться в канавках 207 в верхней части 205 подложки 202.
Подложка 202 может включать в себя шаблон ослабления, включающий в себя один или более ослабителей 208, которые могут иметь любую подходящую форму и/или размер, чтобы надлежащим образом ослаблять паразитные сигналы. Например, множество ослабителей 208 могут включать в себя пазы (или канавки) 280, которые могут быть сформированы и установлены по размерам так, чтобы формировать матрицу угловых поверхностей с чередованием низких и высоких областей 222 и 224, соответственно, причем высокие области 224 соответствуют пикам, а низкие области соответствуют впадинам. Хотя разность высот между смежными пиками и впадинами показана как равная друг другу, разность высот смежных пиков и впадин также может быть неравной друг другу. Кроме того, интервал между смежными пиками и/или впадинами может быть идентичным или может варьироваться в одной или более областей подложки 202. Например, dp1 может варьироваться относительно dp2 и/или dp3. Аналогично, dv1 может варьироваться относительно dv2 и/или dv3.
Края 230 подложки 202 могут включать в себя части 232 подавления, чтобы ослаблять акустические волны. Части 232 подавления могут включать в себя, например, желобки 234, которые находятся вдоль одного или более краев 230 подложки 202. Тем не менее, части 232 подавления могут включать в себя другие формы, такие как, например, круги, шероховатые области, конусы, неровные края и/или комбинации вышеозначенного. Например, один край 230 подложки 202 может включать в себя один скошенный край 234, а противоположный край 230 может включать в себя два скошенных края 234, как показано на фиг.2. Скошенные края 234 могут приводить к взаимному влиянию между несколькими отражениями паразитного сигнала. Поскольку скошенные края 234 могут быть менее эффективным отражателем, чем квадратный край, скошенные края 234 могут ослаблять акустические отражения в пределах подложки 202. Соответственно, акустические моды, включенные в паразитные сигналы, могут исчезать быстрее, чем в традиционных подложках.
Подложка 202 также может включать в себя акустический демпфирующий материал 240, который находится рядом с одним или более краев пластины. Демпфирующий материал 240 может включать в себя любой материал, который может гасить паразитные сигналы, которые могут включать в себя акустические моды. Например, демпфирующий материал 240 может включать в себя нагруженные и/или ненагруженные эпоксидные смолы или отверждаемые эластомеры, к примеру, резину с вулканизацией при комнатной температуре (RTV) и т.д. Таким образом, во время использования при каждом отражении от края демпфирующий материал 240 может поглощать, по меньшей мере, некоторую энергию паразитного сигнала, к примеру, паразитные акустические моды так, что они быстро ослабляются и не создают помехи для принимаемого эха во время использования.
Таким образом, посредством включения областей и материалов подавления на краях подложки, паразитные сигналы, к примеру, акустические волны, которые могут в противном случае отражаться множество раз на краях подложки без потери существенной энергии, могут быть надлежащим образом ослаблены так, что они не создают помехи для работы преобразователя 200 и/или других компонентов на подложке 202.
Демпфирующий материал 240 также может иметь желобки на своих краях. Дополнительно, также предусмотрено то, что демпфирующий материал 240 может заполнять части низких областей 222 подложки 202 и может ослаблять, по меньшей мере, часть паразитного сигнала.
Иллюстрация вида сбоку преобразователя 300, включающего в себя подложку согласно другому варианту осуществления настоящей системы, показана на фиг.3. Преобразователь 300 включает в себя один или более элементов 304 преобразователя, одну или более канавок 306 и подложку 302. Элементы 304 преобразователя и канавки 306 могут быть аналогичными элементам 204 преобразователя и канавкам 206, соответственно, показанным на фиг.2. Соответственно, для понятности, дополнительное описание этих элементов не приводится. Например, один или более краев 430 подложки 302 могут включать в себя одну или более частей ослабления, к примеру, желобок(ки). Демпфирующий материал также может предоставляться по краям, аналогично демпфирующему материалу 240, описанному в связи с фиг.2.
В отличие от фиг.2, подложка 302, показанная на фиг.3, которая является аналогичной подложке 202, может включать в себя одну или более канавок 322, которые задают мезаструктуры 324. Ширина WMi и/или высота HMi мезаструктур 324 и/или ширина WTi (где i обозначает отдельную мезаструктуру или канавку) и/или высота HTi канавок 322 может быть задана требуемым образом. Таким образом, ширина WMi и/или высота HMi мезаструктур 322 и/или интервал между мезаструктурами 322 может регулироваться так, чтобы ослаблять паразитные сигналы, например, одной или более частот, требуемым образом. Аналогично, ширина WTi и/или высота HTi канавок 322 может регулироваться так, чтобы ослаблять паразитные сигналы, например, одной или более частот, требуемым образом.
Соответственно, посредством варьирования интервала, и/или высоты смежных мезаструктур, и/или канавок, мезаструктуры, и/или канавки могут настраиваться так, чтобы ослаблять соответствующие частоты. Соответственно, паразитные сигналы, включающие в себя определенные нежелательные акустические моды, могут быть ослаблены с использованием подложки согласно настоящей системе.
Иллюстрация приподнятого частичного вида снизу рифленой подложки 400, например, кремниевой (Si) подложки, включающей в себя матрицу пазов согласно варианту осуществления настоящей системы, показана на фиг.4. Рифленая подложка 400 является промежуточной стадией изготовления преобразователя, на которой подложка 400 количественно оценивается перед сборкой в преобразователь. Подложка располагается лицом вниз на поддержке 410, к примеру, разрезающей ленте, и имеет первый и второй набор пазов 420, 430, которые пересекают друг друга, например, являются перпендикулярными друг другу. Например, первый набор пазов 420 может идти в одном или более первых направлений так, что смежные пазы могут не быть параллельными друг другу.
Аналогично, второй набор пазов 430 может идти в другом направлении или направлениях так, что второй паз(ы) 430 пересекается с одним или более первых пазов 420. Первый набор пазов 420 может задавать один или более пиков 440 и впадин 445 в подложке, и второй набор пазов 430 может задавать один или более пиков 450 и впадин 455 в подложке.
В тех частях, в которых первый и второй наборы пазов 420, 430 пересекаются друг с другом, матрица пиков и впадин, например, из объектов, к примеру, пирамидальных частей 460, может формироваться. Хотя показаны пирамидальные объекты 460, соответствующие формы могут быть заданы посредством поперечных сечений соответствующих областей пересекающихся пазов. Например, хотя показаны пазы 420, 430, имеющие V-образное поперечное сечение, другие один или более пазов и/или их частей могут включать в себя другие типы поперечных сечений. Например, поперечные сечения могут включать в себя квадратные, круглые и/или U-образные области. Также предусмотрено то, что один или более пазов 420, 430 может проходить частично через подложку. Таким образом, паз, имеющий U-образное поперечное сечение, может считаться канавкой.
Один или более краев подложки могут включать в себя одну или более частей ослабления, к примеру, желобок 470. Демпфирующий материал 470 также может предоставляться по краям, аналогично гасящему материалу 240, описанному в связи с фиг.2. Также предусмотрено, что любые другие подходящие (произвольные или непроизвольные) шаблоны и/или текстуры (в противоположность или в дополнение к пазам 420, 430) могут находиться в подложке, чтобы создавать некогерентные отражения, вызывающие быстрое исчезновение паразитных сигналов, в отличие от традиционных подложек.
Канавки, пазы, шаблоны и/или текстуры могут формироваться в подложке, к примеру, в нижней части и/или на краях подложки с использованием любого подходящего способа. Например, подходящие способы включают в себя химические и/или механические способы. Например, один способ создания пазов 420, 430 заключается в том, чтобы разрезать частично через толщину подложки 400 в одном или более различных направлений так, чтобы формировать текстурированную матрицу. Другой способ, чтобы текстурировать нижнюю поверхность подложки 400, может включать в себя (произвольное или непроизвольное) травление нижней поверхности подложки 400 с использованием, например, химического и/или плазменного травления.
Пазы 420, 430 или другие шаблоны/текстуры, сформированные на подложке 400, (например, на ее нижней поверхности), могут иметь аналогичные и/или различные формы и могут повторяться с обычными и/или нерегулярными/произвольными интервалами. Например, если требуется, чтобы только одна частота паразитных сигналов была ослабленной, пазы 420, 430 (или другие шаблоны/текстуры) могут повторяться с интервалами, которые должны ослаблять эту конкретную частоту. Тем не менее, если требуется, чтобы множество частот паразитных сигналов были ослабленными, то затем пазы 420, 430 (или другие шаблоны/текстуры) может формироваться так, чтобы формировать нерегулярный, произвольный или асимметричный шаблон, чтобы ослаблять требуемые частоты. Тем не менее, также предусмотрено то, что пазы могут быть разнесены друг от друга посредством постоянного интервала. Тем не менее, в этом случае следует уделять внимание тому, чтобы надлежащие характеристики затухания устанавливались, так чтобы резонансы для нежелательных частот, которые в противном случае должны медленно исчезать вследствие постоянного разнесения, ослаблялись.
Тем не менее, чтобы ослаблять широкий спектр частот, может быть желательным формировать пазы или другие текстуры, которые нерегулярно разнесены и которые могут не быть параллельными друг другу, так что их отражения являются некогерентными и создают помехи деструктивно так, чтобы ослаблять паразитные сигналы. Таким образом, может достигаться ускоренное затухание мод паразитных сигналов. Другие способы, чтобы формировать текстуры на нижней поверхности подложки, могут включать в себя пескоструйную обработку через проволочную сетку, лазерную абляцию или химическое травление. Соответственно, могут формироваться шаблоны ослабления на задней стороне подложки, которые могут создавать помехи и тем самым ослаблять распространение паразитных сигналов по мере того, как распространяются через подложку.
Иллюстрация вида сбоку составной подложки согласно варианту осуществления настоящей системы показана фиг.5. Преобразователь 500 (или его части) может включать в себя составную подложку 511, которая может формироваться посредством связывания или иного присоединения тонкой полупроводниковой пластины, к примеру, кремниевой пластины 509, к подложке 502 так, чтобы формировать составную подложку 511. Подложка 502 может включать в себя часть ослабления шума, включающую в себя пазы 506 для ослабления паразитных сигналов. Акустический слой 504 присоединен к стороне подложки 502, к которой присоединяется тонкая полупроводниковая пластина 509. В зависимости от размера пазов 506 и толщины и размера подложки 502 может быть трудным обрабатывать подложку 502 в ходе изготовления без поддержки, предоставленной посредством составной подложки 511. Соответственно, в этих случаях может быть желательным использовать составную подложку 511. Дополнительно пазы 506 заполняются акустическим демпфирующим материалом, т.е. формируя трехслойную структуру из подложки Si 502, демпфирующего материала (заполненного в пазу 506) и кремниевой пластины 509.
Иллюстрация подложки с желобками согласно варианту осуществления настоящей системы показана на фиг.6. Преобразователь 600, показанный на фиг.6, включает в себя одно или более из подложки 602, слоя 690 межсоединений, требуемым образом, и элементов 606 преобразователя. Слой 690 межсоединений предоставляет соединение между различными элементами, к примеру, между контроллером, к примеру, кристаллом специализированной интегральной схемы (ASIC) и элементами преобразователя. Иллюстративно, слой 690 межсоединений содержит эпоксидную смолу со встроенными металлическими межсоединениями, чтобы предоставлять электрическое соединение и/или механическую поддержку. Элементы 604 преобразователя имеют высоту и ширину и разделяются друг от друга посредством одной или более канавок 606, имеющих высоту и ширину. Хотя показаны пустые канавки 606, канавки 606 могут включать в себя такие элементы как, например, управляющий канал, заполнители и т.д.
В варианте осуществления, в котором слой 690 присутствует, он располагается между подложкой 602 и ультразвуковыми элементами 604 и может формироваться с использованием процесса межсоединений методом перевернутых кристаллов, известного в отрасли изготовления интегральных схем (IC). Например, металлические контактные столбики могут быть присоединены к IC, и контактные столбики присоединяются к материалу преобразователя с использованием проводящей эпоксидной смолы. Затем материал эпоксидной подкладки протекает в остающееся пространство и отверждается.
Как показано на фиг.6, подложка 602 имеет верхнюю часть 605, нижнюю часть 603 и края 630. Подложка 602 может формироваться из любого подходящего материала и может, например, включать в себя любой подходящий полупроводниковый материал (например, Si). Один или более краев 630 подложки 602 могут включать в себя одну или более частей ослабления, таких как, например, желобки 634, которые формируются и устанавливаются по размерам так, чтобы ослаблять требуемые паразитные сигналы. Дно 603 подложки 602 может включать в себя шаблон 692 ослабления, который может заходить или не заходить на один или более краев 630.
Иллюстрация вида сверху подложки с непараллельными сторонами согласно варианту осуществления настоящей системы 700 показана на фиг.7. Подложка 702 имеет верхнюю часть 705, нижнюю часть и один или более краев 730A-D, задающих внешнюю периферию. Матрица преобразователей, к примеру матрица 704 ультразвуковых преобразователей,может быть расположена на верхней части 705 подложки 702. Края 730A, 730B, 730C и/или 730D могут включать в себя формы, подходящие для ослабления паразитных сигналов. Например, боковые края 730A и 730C могут включать в себя прямые части и являются непараллельными друг с другом. Соответственно, волны, которые отражаются между непараллельными боковыми краями (т.е. 730A и 730C), должны рассеиваться быстрее, чем когда края являются параллельными. Дополнительно, изменения непараллельных краев могут включать в себя искривленные, пилообразные или другие типы неровных краев. Например, верхний край 730D может иметь искривленную форму, и нижнему краю 730B придается шероховатость, которая может, например, иметь пилообразную форму. Матрица 704 ультразвуковых преобразователей может быть расположена на подложке 702 так, что она может быть ближе, например, к частям внешней периферии подложки 702, чем к другим частям внешней периферии, к примеру, ближе к нижнему краю 730B, чем к верхнему краю 730D. Кроме того, подложка 704 может включать в себя шаблон ослабления на своей нижней стороне. Хотя подложка 702, имеющая четыре края, показана на фиг.7, также предусмотрено то, что подложка может иметь 3 или более сторон. Дополнительно стороны могут иметь равные длины или могут отличаться друг от друга. Подложка 704 может формироваться из любого подходящего полупроводникового материала.
Также предусмотрено то, что края одной или более подложек могут совпадать или соответствовать краям других смежных подложек. Например, две смежных подложки могут включать в себя пилообразные края, которые могут зацепляться друг с другом. Это более понятно иллюстрируется со ссылкой на фиг.8, на которой показана иллюстрация вида сверху матрицы преобразователей согласно варианту осуществления настоящей системы. Матрица 800 преобразователей включает в себя множество подложек 802-1-802-4, имеющих элементы 804 преобразователя. Подложки 802-1-802-4 имеют соответствующие края 830 так, что подложки могут быть размещены рядом друг с другом.
Подложка(ки) должна быть сформирована и установлена по размерам так, что ее толщина, которая может быть толщиной между верхней и нижней поверхностями в варианте осуществления, в котором нет пазов. В этом варианте осуществления без пазов толщина (и/или форма/размер) подложки(ек) выбирается так, чтобы она была подходящей для вызывания помех, и таким образом, приводит к высоким потерям в распространении мод. Хотя другие толщины предусмотрены, подходящий диапазон толщины для подложек может, например, быть между 30 и 100 микронами. Соответственно, акустические моды могут пропускать энергию в опорную конструкцию опорного слоя под IC, который может включать в себя поглощающие материалы, имеющие высокие акустические потери. Чтобы это было эффективным, поглощающий материал должен иметь скорость звука ниже подавляемой акустической моды.
Процесс 900 формирования преобразователя согласно варианту осуществления настоящей системы показан на фиг.9. Процесс 900 может включать в себя один или более из следующих этапов, действий или операций. Дополнительно, один или более этих этапов может быть комбинирован и/или разделен на подэтапы при необходимости.
На этапе A, полупроводниковая подложка 902, к примеру, кремниевая (Si), показанная как вид сбоку и имеющая требуемую форму и размер, подготавливается и очищается. Подложка 902 содержит интегральную схему(ы), содержащую электронное оборудование, чтобы возбуждать элементы преобразователя.
На этапе B, необязательная маска 913 может применяться к поверхности подложки 902.
На этапе C, пустоты (которые могут включать в себя канавки, пазы или другие предварительно определенные шаблоны) 922 могут быть заданы в подложке 902 посредством удаления частей подложки 902, части могут удаляться с использованием любого подходящего способа, такого как, например, химическое и/или механическое травление, машинная обработка и зачистка литья. Пустоты 922 задают приподнятые области или мезаструктуры 924, которые могут быть расположены между пустотами 922.
На этапе D, необязательная маска 913 может удаляться с подложки 902.
На этапе E, области вдоль краев 930 подложки 902 могут удаляться так, чтобы задавать форму (подходящую для ослабления паразитного сигнала), к примеру, желобок 934, пилообразный шаблон и т.д. Это может осуществляться посредством процесса машинной обработки и/или шлифования.
Между этапами D и E один или более других слоев могут применяться к подложке так, чтобы, в конечном счете, формировать дополнительные слои требуемым образом между слоями 902 и 909 (описанными в связи с этапом G). Различные слои могут формироваться посредством традиционных процессов разрезания, подвергания машинной обработке и/или соединения внахлест. Альтернативно или помимо этого, различные слои могут быть отлиты на месте так, чтобы заполнять пустоты 922, и затем подвергнуты машинной обработке до любой требуемой толщины. Вероятные материалы должны иметь высокое акустическое ослабление, например эпоксидные смолы, нагруженные с твердым веществом, и/или каучукообразные частицы или пропитанные полимером пористые твердые вещества. В общем, любой слой, не отлитый на месте, должен приклеиваться к сборочному узлу с использованием известных способов изготовления преобразователя.
На этапе F, необязательная полупроводниковая пластина 909 может прикладываться или формироваться на подложке 902. Полупроводниковая пластина 909 должна иметь толщину так, что она предоставляет необходимую жесткость для подложки 902 во время обработки.
На этапе G матрица элементов 904 преобразователя присоединяется или формируется на подложке 902, к примеру, как описано в публикации заявки на патент (США) № 2006/0116584 автора Sudol, озаглавленной "Miniaturized Ultrasonic Transducer", которая полностью содержится в данном документе по ссылке. Этот этап также может включать в себя формирование межслойных переходов и схем управления, чтобы активировать и/или принимать сигналы от подложки преобразователя 902. Дополнительно, этот этап также может включать в себя формирование акустических слоев и/или других схем на подложке 902. В одном варианте осуществления, подложка 902 содержит интегральную схему, полностью сформированную до этого процесса 900. Любыми дополнительными "схемами" на этапе G должны быть, например, электрические межсоединения между IC и элементами преобразователя.
На этапе H, подложка 902, показанная в виде сверху, и/или прикрепленная полупроводниковая пластина 909 может разрезаться так, чтобы задавать форму готового кристалла или интегральной схемы (IC) 900H.
Хотя настоящая система описана в отношении преобразователей, настоящее изобретение также может быть совместимо с другими типами IC, которые могут включать в себя компоненты системы на одном кристалле (SOC), к примеру, источники питания, усилители, полупроводниковые запоминающие устройства и т.д.
Определенные дополнительные преимущества и признаки этого изобретения могут быть очевидными для специалистов в данной области техники после изучения раскрытия сущности или могут испытываться на практике пользователями, использующими новую систему и способ настоящего изобретения. Разумеется, следует принимать во внимание, что любой из вышеописанных вариантов осуществления или процессов может быть комбинирован с одним или более других вариантов осуществления и/или процессов либо разделен и/или выполнен для отдельных устройств или частей устройства в соответствии с настоящими системами, устройствами и способами.
В завершение отметим, что вышеприведенное описание предназначено просто для того, чтобы иллюстрировать настоящую систему, и не должно истолковываться как ограничивающее прилагаемую формулу изобретения каким-либо конкретным вариантом осуществления или группой вариантов осуществления. Таким образом, хотя настоящая система подробно описана со ссылкой на примерные варианты осуществления, также следует признать, что множество модификаций и альтернативных вариантов осуществления может быть разработано специалистами в данной области техники без отступления от широкой и намеченной области и объема настоящей системы, изложенной в нижеприведенной формуле изобретения. Соответственно, подробное описание и чертежи должны рассматриваться в иллюстративном смысле и не предназначены для того, чтобы ограничивать объем прилагаемой формулы изобретения.
При интерпретации прилагаемой формулы изобретения следует понимать, что:
a) слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, не перечисленных в данном пункте формулы изобретения;
b) указание единственности перед элементом не исключает наличия множества таких элементов;
c) любые позиционные обозначения в формуле изобретения не ограничивают ее объем;
d) несколько "средств" могут представляться посредством одного элемента или аппаратно или программно реализованной структуры либо функции;
e) любые из раскрытых элементов могут содержать аппаратные части (к примеру, включающие в себя дискретные и интегрированные электронные схемы), программные части (к примеру, компьютерные программы) и любую комбинацию вышеозначенного;
f) аппаратные части могут содержать одно или обе из аналоговых и цифровых частей;
g) любые из раскрытых устройств или их частей могут быть комбинированы или разделены на дополнительные части, если иное не указано явно;
h) ни одна конкретная последовательность действий или этапов не должна считаться обязательной, если иное не указано явно и
i) термин "множество" для элемента включает в себя два или более из заявленного элемента и не подразумевает конкретного диапазона числа элементов, .е. множество элементов может быть только двумя элементами и может включать в себя неизмеримое число элементов.
Устройство на интегральных схемах (IC) включает в себя подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные стороны и один или более краев, задающих внешнюю периферию подложки. Подложка может быть полупроводниковым материалом. IC-устройство дополнительно может включать в себя один или более преобразователей, расположенных на первой главной стороне подложки; и шаблон ослабления, сформированный в по меньшей мере одной из второй главной стороны и одного или более краев подложки. 8 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую
главные стороны и один или несколько краев, задающих внешнюю периферию подложки, причем подложка содержит полупроводниковый материал;
один или более преобразователей, расположенных на первой главной стороне подложки; и
шаблон ослабления, сформированный на одном или нескольких краях подложки,
причем шаблон ослабления дополнительно содержит пазы, которые формируются во второй главной стороне подложки, причем IC-устройство дополнительно содержит пластину, сформированную из полупроводникового материала, которая накладывается на вторую главную сторону подложки так, что пазы располагаются между пластиной и первой стороной подложки.
2. IC-устройство по п. 1, в котором шаблон ослабления дополнительно содержит одно или более из желобка, круга и пилообразного шаблона, сформированного в, по меньшей мере, одном из одного или нескольких краев подложки.
3. IC-устройство по п. 1, в котором подложка содержит расположенные напротив непараллельные и несмежные стороны.
4. IC-устройство по п. 1, дополнительно содержащее материал ослабления, присоединенный к, по меньшей мере, одному из одного или нескольких краев, при этом материал ослабления содержит полимер.
5. IC-устройство по п. 1, дополнительно содержащее акустическую подложку, расположенную между первой главной стороной подложки и одним или более преобразователями.
6. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные стороны и один или несколько краев, задающих внешнюю периферию подложки, причем подложка содержит полупроводниковый материал;
один или более преобразователей, расположенных на первой главной стороне подложки; и
шаблон ослабления, сформированный на одном или нескольких краях подложки,
причем шаблон ослабления дополнительно содержит матрицу канавок, задающих мезаструктуры на второй главной стороне подложки, и
причем интервал между смежными канавками или мезаструктурами варьируется.
7. Способ формирования преобразователя, при этом способ содержит этапы, на которых:
формируют края на полупроводниковой подложке, которые задают закрытую область, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные поверхности;
удаляют части одного или нескольких краев полупроводниковой подложки так, чтобы формировать шаблон ослабления, выполненный с возможностью ослаблять паразитные сигналы в полупроводниковой подложке;
формируют матрицу преобразователей на первой главной поверхности полупроводниковой подложки; и
накладывают пластину на вторую главную поверхность полупроводниковой поверхности.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этап, на котором удаляют части со второй главной поверхности полупроводниковой подложки так, чтобы формировать другой шаблон ослабления, выполненный с возможностью ослаблять паразитные сигналы в полупроводниковой подложке.
9. Способ по п. 8, в котором этап удаления содержит этап, на котором формируют пустоты, содержащие пазы, которые задают пики или канавки, которые задают мезаструктуры.
10. Способ формирования преобразователя, при этом способ содержит этапы, на которых:
формируют края на полупроводниковой подложке, которые задают закрытую область, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные поверхности;
удаляют части одного или нескольких краев полупроводниковой подложки так, чтобы формировать шаблон ослабления, выполненный с возможностью ослаблять паразитные сигналы в полупроводниковой подложке;
формируют матрицу преобразователей на первой главной поверхности полупроводниковой подложки;
причем удаление частей одного или нескольких краев формирует пилообразный или искривленный профиль в соответствующих краях.
11. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
матрицу преобразователей, содержащую множество пьезоэлектрических преобразователей (PZT);
полупроводниковую подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую основные части, заданные посредством краев, причем матрица преобразователей находится на первой основной части;
шаблон ослабления, расположенный на одном или нескольких краях полупроводниковой подложки, причем шаблон ослабления выполнен с возможностью ослаблять паразитные сигналы в пределах полупроводниковой подложки; и
пластину, наложенную на вторую основную часть полупроводниковой подложки.
12. IC-устройство по п. 11, в котором PZT содержат матрицу емкостных микромашинных ультразвуковых преобразователей (cMUT) или матрицу пьезоэлектрических микромашинных ультразвуковых преобразователей (pMUT).
13. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
матрицу преобразователей, содержащую множество пьезоэлектрических преобразователей (PZT);
полупроводниковую подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую основные части, заданные посредством краев, причем матрица преобразователей находится на первой основной части;
шаблон ослабления, расположенный на одном или нескольких краях полупроводниковой подложки, причем шаблон ослабления выполнен с возможностью ослаблять паразитные сигналы в пределах полупроводниковой подложки;
причем один или несколько краев полупроводниковой подложки содержат скошенную часть.
14. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
матрицу преобразователей, содержащую множество пьезоэлектрических преобразователей (PZT);
полупроводниковую подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую основные части, заданные посредством краев, причем матрица преобразователей находится на первой основной части;
шаблон ослабления, расположенный на одном или нескольких краях полупроводниковой подложки, причем шаблон ослабления выполнен с возможностью ослаблять паразитные сигналы в пределах полупроводниковой подложки;
причем шаблон ослабления содержит пересекающиеся пазы или канавки.
15. Устройство интегральной схемы (IC), содержащее:
матрицу преобразователей, содержащую множество пьезоэлектрических преобразователей (PZT);
полупроводниковую подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую основные части, заданные посредством краев, причем матрица преобразователей находится на первой основной части;
шаблон ослабления, расположенный на одном или нескольких краях полупроводниковой подложки, причем шаблон ослабления выполнен с возможностью ослаблять паразитные сигналы в пределах полупроводниковой подложки;
причем толщина подложки находится между 30 и 100 микронами.
| WO03051530 A1, 26.06.2003 | |||
| US2003024317 A1, 06.02.2003 | |||
| US5488954 A, 06.02.1996 | |||
| US5406163 A, 11.04.1995 | |||
| US2006125348 A1, 15.06.2006 |
