超聲換能器組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種尤其用于超聲成像系統的超聲換能器組件。
【背景技術】
[0002]在超聲換能器領域中并且尤其在超聲成像系統領域中，使用微機械超聲換能器元件(CMUT)通常是已知的。由于能夠通過半導體處理技術制造電容性微機械換能器元件的事實，因而換能器的尺寸可以收縮到非常小的特征尺寸。
[0003]而且，借助于專用集成電路來驅動包括微機械超聲換能器陣列的超聲換能器通常是已知的，所述專用集成電路充當針對換能器元件中的每個的電接口。
[0004]為了集成整體換能器組件，還已知，將換能器陣列直接制造在專用集成電路的頂部表面上或將換能器陣列和專用集成電路附接到彼此以便減小換能器組件的總體尺寸。為了減小用于將換能器元件中的每個的電極連接到專用集成電路的技術努力，通常，附接到換能器元件的柔性膜的頂部電極中的每個均電連接到彼此并且連接到用于向這些電極施加偏置電壓的電壓源。設置在換能器元件的腔的底部的換能器元件的第二電極中的每個均個體地連接到換能器陣列下面的專用集成電路以便將個體驅動信號施加到換能器元件中的每個并且接收要被檢測和評價的超聲信號。與作為驅動器設備的專用集成電路組合的換能器陣列的缺點在于，在換能器元件的底部電極與專用集成電路的頂部金屬層之間形成大的寄生電容。該寄生電容能夠是cMUT電容自身的顯著分數并且必須在cMUT設備的激勵期間充電，從而導致低總體發送效率。而且，在信號接收時，寄生電容分流將期望的接收信號從而阻礙其進入電路。在接收信號時，這導致欠佳的信噪比。
[0005]為了減小換能器陣列與驅動器電路之間的寄生電容，US 2013/0088118A1提出了包括腔內的換能器元件中的每個的第一電極與第二電極之間的額外浮動電極。減小寄生電容的該解決方案的缺點在于，換能器陣列具有復雜結構并且增加了用于制造那些換能器陣列的技術努力。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種尤其用于超聲成像系統的經改進的超聲換能器組件，其具有在低技術努力的情況下的增加的發送效率和增加的接收信噪比。
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種尤其用于超聲成像系統的超聲換能器組件，包括:
[0008]-換能器陣列，其包括用于發射和接收超聲波的多個換能器元件，其中，所述換能器元件中的每個包括第二電極以及連接到柔性膜的第一電極，
[0009]-集成電路設備，其連接到所述換能器陣列以驅動所述換能器元件，
[0010]-其中，所述第一電極耦合到所述集成電路設備，所述集成電路設備用于將交流驅動電壓提供給所述換能器元件中的每個，并且其中，各所述第二電極電連接到彼此并且耦合到電壓源，所述電壓源用于向所述換能器元件提供偏置電壓，并且
[0011]-其中，所述第一電極中的每個均借助于過孔連接到所述集成電路設備，并且所述過孔饋通所述第二電極。
[0012]在本發明的另一方面中，提供了一種超聲成像系統，其包括用于發射和接收超聲波的該種類的超聲換能器組件。
[0013]在所述從屬權利要求中定義了本發明的優選的實施例。應當理解，所述所要求保護的方法具有與所述所要求保護并且如在從屬權利要求中定義的設備相似和/或相同的優選實施例。
[0014]本發明基于通過將針對所述換能器元件的電連接反轉來減小寄生電容的想法。這通過以下來提供:借助于通過第二電極的過孔將連接到所述柔性膜的所述換能器元件中的每個的所述第一電極連接到所述集成電路設備以個體地驅動所述第一電極中的每個，并且將各換能器元件的所述第二電極連接到彼此和公共電壓源以便將必要的偏置電壓提供給這些第二電極。因此，所述第一電極用作所述主動電極并且連接到所述集成電路設備的所述驅動器和/或接收器設備，使得所述第二電極是所述被動電極。該配置減小針對所述主動電極的連接的所述寄生電容，因為所述主動電極是頂部電極并且所述驅動器和/或接收器設備借助于饋通所述第二電極的過孔連接到所述主動電極。因此，能夠顯著地改進所述換能器陣列的所述總體發送效率和所述信噪比。此外，減小了所述換能器組件的所述總體尺寸。
[0015]在優選實施例中，所述第一電極是所述換能器陣列的頂部電極。這是以低衰減發送和接收超聲波的可能性，因為直接發射和接收所述超聲波使得增加了總體信號強度。
[0016]還優選地，所述第一電極中的每個均耦合到所述柔性膜的頂部表面。這是減小用于制造所述換能器元件的技術努力的可能性，因為所述電極能夠例如借助于沉積過程形成在所述柔性膜上。
[0017]在優選的實施例中，所述第二電極是附接到隔離層的底部電極。這是提供與所述集成電路設備隔離的偏置電極的簡單的可能性。
[0018]在優選的實施例中，所述過孔饋通所述隔離層。這是將所述第一電極直接接觸到被設置在各自的換能器元件下面的所述集成電路的驅動器元件的可能性。
[0019]在優選的實施例中，所述第二電極是剛性電極。這是利用低技術努力將所述第二電極提供為偏置電極的可能性，因為能夠例如借助于沉積方法利用低技術努力制造所述剛性電極。
[0020]在優選的實施例中，分別在所述第一電極中的每個與所述第二電極中的每個之間形成所述腔。這是容易地發送和接收超聲波的可能性，因為所述柔性膜能夠偏轉到所述腔中。
[0021]在優選的實施例中，借助于隔離物來支承所述換能器元件的所述柔性膜中的每個。這是距第二電極一距離形成柔性膜使得所述柔性膜和所述第一電極能夠容易地偏轉到所述腔中的可能性。
[0022]優選地，將用于將所述第一電極連接到所述集成電路設備的所述過孔集成在所述隔離物中。這是減小所述換能器陣列的總體尺寸的另外的可能性。
[0023]在優選的實施例中，所述換能器元件是電容性微機械超聲換能器元件。這是利用低技術努力和利用小總體尺寸形成所述換能器陣列的可能性，因為能夠在IC過程中在硅晶片中/上制造所述換能器陣列。
[0024]在優選的實施例中，所述集成電路設備是專用集成電路。這是將所述換能器陣列直接連接到特定驅動元件的可能性，因為所述專用集成電路被設計為驅動所述換能器元件和接收根據所述所接收的超聲波的信號。
[0025]在優選的實施例中，在所述集成電路設備上單片地形成所述換能器元件。這是利用低技術努力和利用減小的特征尺寸來制造所述超聲換能器組件的可能性。
[0026]在另一優選的實施例中，在襯底上單片地集成所述集成電路設備和所述換能器元件。這是減小所述制造時間和努力的另外的可能性，因為幾乎能夠例如借助于微電子過程技術單片地形成所述整體設備。該實施例的額外優點在于，可以在預制造的集成電路設備上制造所述換能器元件。如上文所提到的，通過將所述頂部電極連接到用于將AC驅動信號提供給各自的換能器元件的所述集成電路并且通過將所述底部電極連接到用于將DC偏置電壓提供給所述換能器陣列的公共DC電源，能夠顯著地減小所述換能器元件的所述所驅動或所激勵的電極之間的所述寄生電容，使得能夠顯著地改進所述換能器陣列的所述發送效率和接收信噪比，并且能夠改進從所述超聲換能器組件接收的分析信息(例如所述圖像數據)的質量。
【附圖說明】
[0027]本發明的這些和其他方面將根據在下文描述的(一個或多個)實施例而顯而易見，并且將參考在下文描述的(一個或多個)實施例得到闡述。在以下附圖中:
[0028]圖1示出了超聲成像系統的示意性圖示；
[0029]圖2示出了根據現有技術的超聲換能器陣列和集成電路設備的示意性剖視圖；并且
[0030]圖3示出了根據本發明的超聲換能器陣列和集成電路的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1圖示了總體而言由10指代的超聲成像系統的原理設計。該圖被用于解釋超聲成像的背景。應當理解，所要求保護的超聲換能器組件不限于這樣種類的應用。
[0032]超聲成像系統10被用于掃描例如患者12的身體的區或體積。應當理解，超聲系統1還可以被用于掃描其他區或體積，例如動物或其他生物的身體部分。
[0033]為了掃描患者，提供了超聲探頭14。在圖1中所示的實施例中，超聲探頭14連接到控制臺設備16。控制臺設備16被示為移動控制臺。然而，該控制臺16還可以被實現為固定設備。控制臺設備16經由形成為過孔的接口 18連接到探頭14。而且，控制臺設備16包括用于使得用戶能夠控制超聲成像系統10的輸入設備20，并且可以包括用于顯示由超聲成像系統10生成的數據和圖像的顯示器22。由此，能夠由超聲成像系統10的用戶在控制臺設備16上查看經由超聲探頭14所掃描的患者12內的體積。
[0034]超聲探頭14通常包括由如以下所描述的驅動器設備所驅動的超聲換能器陣列，以便發送和接收超聲波，并且提供來自所接收的超聲波的超聲圖像數據。
[0035]圖2示出了如從現有技術已知的超聲換能器組件，其總體而言由24指代。超聲換能器組件