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1、(10)授权公告号 CN 101199434 B (45)授权公告日 2012.01.04 CN 101199434 B *CN101199434B* (21)申请号 200710180198.6 (22)申请日 2007.10.11 11/636822 2006.12.11 US A61B 19/00(2006.01) A61B 8/00(2006.01) A61B 5/00(2006.01) H01L 49/00(2006.01) (73)专利权人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 CG沃伊奇克 RA费希尔 DM米尔斯 S科甘 DR艾斯勒 RG沃尼基 JS艾尔鲍姆 (74)专。
2、利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 张雪梅 王小衡 US 2004/0054287 A1,2004.03.18, 全文 . US 2006/0075818 A1,2006.04.13, 全文 . US 2006/0118939 A1,2006.06.08, 全文 . US 2004/0236223 A1,2004.11.25, 全文 . US 2003/0013969 A1,2003.01.16, 全文 . US 6551248 B2,2003.04.22, 全文 . (54) 发明名称 模块化传感器组件及其制造方法 (57) 摘要 本发明提供一种模块化传感器组件 。
3、(10) 以 及制造模块化传感器组件 (10) 的方法 (70)。该 模块化传感器组件 (10) 包括在层叠配置中耦合 到电子装置阵列 (14) 的传感器阵列 (12)。该传 感器阵列(12)包括多个传感器模块(22)， 其中的 每一个包括多个传感器子阵列 (18)。该电子装置 阵列(14)包括多个集成电路模块(24)， 其中的每 一个包括多个集成电路芯片 (20)。所述传感器模 块 (22) 可以通过倒装芯片技术耦合到所述电子 装置模块 (24)。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 宋含 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 。
4、3 页 说明书 10 页 附图 6 页 CN 101199434 B1/3 页 2 1. 一种传感器组件 (10)， 包括 ： 传感器阵列 (12)， 其包括多个传感器模块 (22)， 其中， 所述多个传感器模块 (22) 中的 每一个包括多个传感器子阵列 (18) ； 以及 电子装置阵列(14)， 其耦合到该传感器阵列(12)并且包括多个集成电路模块(24)， 其 中， 所述多个集成电路模块 (24) 中的每一个包括多个集成电路芯片 (20)。 2. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述传感器阵列经由互连而耦合到所 述电子装置阵列。 3. 如权利要求 2 所述的传感器组。
5、件 (10)， 其中， 所述互连 (16) 包括倒装芯片凸块接 合、 原子接合、 低温熔化接合、 叠层的金凸块、 铜加压接合、 各向异性导电薄膜或其组合之 一。 4. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 每一个所述传感器子阵列 (18) 包括电 容性微加工超声换能器 (cMUT) 和压电换能器 (PZT) 之一。 5. 如权利要求 4 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述压电换能器 (PZT) 包括锌镉碲化 物 (CZT) 传感器和压电微加工超声换能器 (PMUT) 之一。 6. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述多个集成电路芯片 (20) 中的。
6、每一 个包括输入/输出焊盘区域(26)， 所述输入/输出焊盘区域(26)沿着该集成电路芯片(20) 的单个边缘设置并且被配置成把该集成电路芯片 (20) 耦合到传感器系统。 7. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述多个集成电路芯片 (20) 中的每一 个包括输入 / 输出焊盘区域 (26)， 输入 / 输出焊盘区域 (26) 沿着该集成电路芯片 (20) 的 多于一个边缘设置并且被配置成把该集成电路芯片 (20) 耦合到超声系统。 8. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述传感器阵列 (12) 包括输入 / 输出 焊盘区域， 所述输入/输出焊盘区域。
7、被配置成通过附着柔性线缆把所述传感器组件(10)电 耦合到系统。 9. 如权利要求 8 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述多个集成电路芯片中的每一个包 括输入 / 输出焊盘区域， 其中所述输入 / 输出焊盘区域经由接合引线而电耦合到基板。 10.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述传感器阵列通过导电凸块耦合到 所述电子装置阵列的第一侧， 且其中， 所述传感器组件还包括通过接合引线电耦合到所述 电子装置阵列的与第一侧相对的第二侧的基板。 11.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述传感器阵列通过导电凸块耦合到 所述电子装置阵列的第一侧， 且其中， 所述传感器。
8、组件还包括通过环氧树脂、 软膏、 粘胶或 者通过直接的机械接合机械地耦合到所述电子装置阵列的与第一侧相对的第二侧的第二 电子装置阵列。 12. 如权利要求 11 所述的传感器组件 (10)， 还包括通过环氧树脂、 软膏或粘胶耦合到 与所述电子装置阵列相对的第二电子装置阵列的第二侧的基板， 其中， 电子装置阵列和第 二电子装置阵列中的每一个经由接合引线而电耦合到所述基板。 13.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述传感器阵列或所述电子装置阵列 之一或者二者包括再分配层 (RDL)。 14.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述多个传感器子阵列中的每一个包 括设置在晶。
9、片顶侧上的多个传感器元件， 且其中， 所述晶片包括穿晶片通路， 所述穿晶片通 权 利 要 求 书 CN 101199434 B2/3 页 3 路被配置成将所述多个传感器元件电耦合到设置在晶片背侧上的焊盘。 15.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述多个传感器模块中的每一个包括 第一数目的传感器子阵列， 且其中， 所述多个集成电路模块中的每一个包括第二数目的集 成电路芯片， 其中， 第一数目等于第二数目。 16. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述传感器阵列 (12) 被层叠在所述 电子装置阵列 (14) 的上面。 17.如权利要求1所述的传感器组件(10。
10、)， 其中， 传感器模块与集成电路模块的比例是 1 1。 18.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 传感器子阵列与集成电路芯片的比例 是 1 1。 19.如权利要求1所述的传感器组件(10)， 其中， 所述多个集成电路芯片中的每一个被 配置成控制所述多个传感器子阵列中对应的一个。 20. 如权利要求 1 所述的传感器组件 (10)， 还包括被配置成把所述传感器阵列 (12) 耦 合到所述电子装置阵列 (14) 的互连 (16)， 其中， 该互连 (16) 包括多个导电凸块 (36)， 所述 导电凸块被配置成把该传感器阵列(12)机械地耦合到该电子装置阵列(14)以及在该传感 器阵列。
11、 (12) 与该电子装置阵列 (14) 之间传送电信号。 21. 如权利要求 20 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述多个导电凸块由布置在所述传 感器阵列和所述电子装置阵列之间的下填材料所包围。 22. 如权利要求 21 所述的传感器组件 (10)， 其中， 所述下填材料包括具有所期望的声 学属性的材料或者被热加载以得到更好的电气和机械性能的材料。 23. 一种制造传感器组件 (10) 的方法， 包括 ： 提供多个传感器模块 (22)， 其中， 每个传感器模块 (22) 包括多个传感器子阵列 (18) ； 提供多个集成电路模块 (24)， 其中， 每个集成电路模块 (24) 包括多个集。
12、成电路芯片 (20) ； 以及 以层叠布置把所述多个传感器模块 (22) 中的每一个耦合到所述多个集成电路模块 (24) 中对应的一个。 24. 如权利要求 23 所述的方法， 其中， 提供所述多个传感器模块 (22) 包括 ： 在晶片 (28) 上制造所述多个传感器子阵列 (18) 中的每一个 ； 对所述多个传感器子阵列 (18) 中的每一个进行电测试 ； 在该晶片 (28) 上识别电气良好的传感器子阵列 (34) ； 以及 在识别了所述电气良好的传感器子阵列 (34) 之后， 对该晶片 (28) 进行划线以便产生 所述多个传感器模块(22)， 每一个传感器模块(22)包括设置在单个行中的M。
13、个传感器子阵 列(18)， 其中选择划线图案以便最大化传感器模块(22)的数目， 其中传感器模块(22)中的 每个传感器子阵列 (34) 是电气良好的传感器子阵列 (34)。 25. 如权利要求 23 所述的方法， 其中， 提供所述多个集成电路模块 (24) 包括 ： 在晶片上制造所述多个集成电路芯片 (20) 中的每一个 ； 对所述多个集成电路芯片 (20) 中的每一个进行电测试 ； 在该晶片上识别电气良好的集成电路芯片 (20) ； 以及 在识别了所述电气良好的集成电路芯片 (20) 之后， 对该晶片进行划线以便产生所述 权 利 要 求 书 CN 101199434 B3/3 页 4 多个。
14、集成电路模块 (24)， 每一个电子装置模块 (24) 包括设置在单个行中的 N 个集成电路 芯片 (20)， 其中选择划线图案以便最大化集成电路模块 (24) 的数目， 其中该集成电路模块 (24) 中的每个集成电路芯片 (20) 是电气良好的集成电路芯片。 26. 如权利要求 23 所述的方法， 其中， 耦合包括经由倒装芯片互连以层叠布置把所述 多个传感器模块中的每一个耦合到所述多个集成电路模块中对应的一个。 27. 如权利要求 23 所述的方法， 其中， 提供多个传感器模块包括制造所述多个传感器 模块。 28. 如权利要求 23 所述的方法， 其中， 提供多个集成电路模块包括制造所述多个。
15、集成 电路模块。 29. 一种制造传感器组件的方法， 包括 ： 在第一晶片上制造多个传感器子阵列 ； 切割所述第一晶片以产生多个传感器模块， 其中所述多个传感器模块中的每一个包括 所述多个传感器子阵列中彼此相邻耦合的至少两个传感器子阵列 ； 在第二晶片上制造多个集成电路芯片 ； 切割所述第二晶片以产生多个集成电路模块， 其中所述多个集成电路模块中的每一个 包括所述多个集成电路芯片中彼此相邻耦合的至少两个集成电路芯片 ； 把所述多个传感器模块中的每一个耦合到所述多个集成电路模块中对应的一个。 30. 如权利要求 29 所述的方法， 还包括在切割所述第一晶片之前测试第一晶片以识别 电气良好的传感器。
16、子阵列。 31. 如权利要求 30 所述的方法， 其中切割所述第一晶片包括以至少部分基于所述电气 良好的传感器子阵列的位置的划线图案切割所述第一晶片。 32. 如权利要求 29 所述的方法， 还包括在切割所述第二晶片之前测试第二晶片以识别 电气良好的集成电路芯片。 33. 如权利要求 32 所述的方法， 其中切割所述第二晶片包括以至少部分基于所述电气 良好的集成电路芯片的位置的划线图案切割所述第二晶片。 34. 如权利要求 29 所述的方法， 包括把第一多个导电凸块布置在所述多个传感器模块 中的每一个的对应背侧。 35. 如权利要求 34 所述的方法， 包括把第二多个导电凸块布置在所述多个集成。
17、电路模 块中的每一个的对应背侧。 36. 如权利要求 35 所述的方法， 其中耦合包括 ： 以与所述多个集成电路模块中对应的一个的层叠关系设置所述多个传感器模块中的 每一个， 以使得所述第一多个导电凸块中的每个导电凸块与所述第二多个导电凸块中对应 的导电凸块对准 ； 以及 加热第一和第二多个导电凸块， 以使得通过回流焊接将所述第一多个导电凸块中的每 个导电凸块耦合到所述第二多个导电凸块中的相应导电凸块。 权 利 要 求 书 CN 101199434 B1/10 页 5 模块化传感器组件及其制造方法 0001 关于联邦资助的研发的声明 0002 本发明是在美国国家健康学会授予的合同号 21687。
18、80002 下由政府支持开发的。 政府对于本发明拥有特定权利。 技术领域 0003 本发明总体涉及传感器组件， 更具体来说， 本发明涉及模块化传感器组件以及制 造模块化传感器组件的方法。 背景技术 0004 传感器组件通常用在包括无损评估 (NDE) 和医疗诊断成像的领域中， 比如超声应 用和计算机断层摄影 (CT)。所述传感器组件通常包括耦合到电子装置阵列的传感器阵列。 所述传感器阵列通常包括数百个或数千个单独的传感器。类似地， 所述电子装置阵列包括 数百个或数千个集成接口电路 ( 或 “单元” )， 所述集成接口电路被电耦合在一起以便提供 对所述传感器的电控制， 以用于波束成形、 信号放大。
19、、 控制功能、 信号处理等等。 0005 被广泛使用的一种特定类型的传感器是超声换能器。 两种公知类型的超声换能器 是电容性微加工超声换能器 (cMUT) 和压电换能器 (PZT)。PZT 传感器通常包括压电陶瓷， 其能够在受到机械应力时产生电。 cMUT换能器通常是通过形成布置在一个空腔上的柔性隔 膜而制造的， 该空腔被形成在硅衬底中。 通过对该隔膜施加电极、 对该硅衬底中的该空腔的 底部施加电极以及在所述电极两端施加适当的电压， 可以为该 cMUT 通电以产生超声波。类 似地， 当被适当偏置时， 该 cMUT 的所述隔膜可以被用来接收超声信号， 这是通过捕获反射 超声能量并且把所述能量转换。
20、成所述被电偏置的隔膜的移动以便生成一个信号。 0006 在制造所述传感器阵列和所述电子装置阵列以及把这两个阵列耦合在一起时提 出了许多设计挑战。基于半导体的传感器通常是以晶片的形式制造的并且被切割， 从而提 供多个传感器芯片。PZT 传感器通常是通过切割陶瓷块材料来制造的。PZT 传感器常常是 由多层陶瓷、 匹配材料和阻尼材料形成的。每个传感器子阵列通常包括许多传感器。所述 传感器阵列中的每个传感器子阵列或芯片通常被耦合到一个集成电路芯片， 以便提供对每 个传感器的单独的控制。 在数百个或数千个分别具有不计其数的电连接的传感器和芯片的 情况下， 这种传感器组件的制造和组装可以是非常具有挑战性的。
21、。当特定应用要求减小所 述传感器组件的尺寸时， 这种挑战变得更为严峻。对于被设计成使用在人体内部或者使用 在人体外部的小表面上的传感器组件来说， 通常希望减小所述传感器组件的整体尺寸。 0007 减小所述传感器组件的尺寸的一种方式是把所述传感器阵列放置在所述电子装 置阵列的上面， 以便提供更高的封装效率。 然而， 把所述传感器阵列层叠在所述电子装置阵 列的上面引入了多种设计挑战。 此外， 当考虑到所述传感器阵列的可制造性、 所述传感器组 件的形成以及提供一种用来把信号流利地传送到所述传感器组件中并且从中传送出去的 机制时， 也会带来设计、 制造和可靠性方面的问题。 0008 本发明的各实施例可。
22、以是针对上面描述的一种或多种挑战。 说 明 书 CN 101199434 B2/10 页 6 附图说明 0009 当参照附图阅读下面的详细描述时， 将能够更好地理解本发明的这些和其他特 征、 方面和优点， 其中相同的附图标记在所有的图中表示相同的部件， 在附图中 ： 0010 图 1 是可以根据本发明的实施例制造的传感器组件的方框图 ； 0011 图 2 是可以根据本发明的实施例制造的模块化传感器组件的平面图 ； 0012 图 3 是在图 2 中示出的模块化传感器组件的分解图 ； 0013 图 4 是可以根据本发明的实施例制造的电子装置阵列的一部分的顶部平面图 ； 0014 图 5 是可以根据。
23、本发明的实施例制造的传感器阵列的一部分的顶部平面图 ； 0015 图 6 是可以根据本发明的实施例被切割形成传感器模块或电子装置模块的各单 独的传感器阵列或各单独的集成电路 (IC) 电子装置的晶片的顶部平面图 ； 0016 图 7-12 是示出了根据本发明的示例性实施例的传感器阵列与电子装置阵列之间 的互连以及传感器组件与系统之间的互连的各替换实施例的横截面视图 ； 以及 0017 图 13 是描述根据本发明的实施例的制造传感器组件的方法的流程图。 具体实施方式 0018 首先参照图 1， 其中示出了可以根据本发明的实施例制造的传感器组件 10 的方框 图。该传感器组件 10 包括通过互连 。
24、16 耦合到电子装置阵列 14 的传感器阵列 12。该传感 器阵列 12 包括多个单独的芯片或元件， 并且每个传感器子阵列包括数百个或数千个单独 的传感器。例如， 每个传感器可以是 PZT 元件或 cMUT。或者， 每个传感器可以包括替换的压 电材料， 即诸如 PMN-PT 的单晶材料、 聚偏氟乙烯 (PVDF) 传感器、 锌镉碲化物 (CZT) 传感器 或压电微加工超声换能器 (PMUT)。所述电子装置阵列 14 包括多个集成电路 (IC) 芯片， 所 述集成电路芯片被配置成控制该传感器阵列 12 以及 / 或者处理接收自该传感器阵列的信 号。所述互连 16 通常提供该传感器阵列 12 与该。
25、电子装置阵列 14 之间的电接口。此外， 根 据本发明的实施例， 由于该传感器阵列12与该电子装置阵列14以层叠配置布置， 因此该互 连 16 还可以提供该传感器阵列 12 与该电子装置阵列 14 之间的机械接口， 正如下面将进一 步描述的那样。所述传感器组件 10 可以通过接口 17 耦合到一个系统 ( 未示出 )。该接口 17被配置成提供双向信号路径， 以便在该传感器组件10与传感器系统(比如超声系统)之 间路由信号和传感器信息。 0019 根据本发明的实施例， 在传感器子阵列与 IC 芯片之间通常存在一一对应关系。也 就是说， 对于所述传感器组件 10 中的每一个传感器子阵列通常有一个 。
26、IC 芯片。传感器子 阵列与 IC 芯片的比例可以不是 1 比 1( 例如 2 1、 3 1 等等 )。不管怎样， 该传感器组件 10 包括多个单独的传感器子阵列以及多个单独的 IC 芯片以用于控制各传感器子阵列和 / 或处理接收信号。下面将详细描述所述传感器子阵列与所述 IC 芯片之间的关系。 0020 现在参照图2， 其中示出了图1的传感器组件10的平面图。 如上所述， 该传感器组 件10通常耦合到一个系统， 比如超声或CT系统， 其例如可以包括多个驱动器、 发射器、 接收 器、 信号处理器、 转换器、 交换网络、 存储器装置、 用户接口和视频监视器。 为简单起见， 从图 2 中省略了这些。
27、附加的系统元件以及从该传感器组件 10 到该系统的互连线 / 线缆。然而， 本领域技术人员将认识到， 在超声或 CT 系统中可以采用附加的元件。 说 明 书 CN 101199434 B3/10 页 7 0021 仍然参照图2， 所述传感器阵列12被层叠在所述电子装置阵列14的上面。 所述互 连 16 提供该传感器阵列 12 与该电子装置阵列 14 之间的电和机械耦合。根据一个示例性 实施例， 该传感器阵列12通过倒装芯片技术耦合到该电子装置阵列14， 并且该互连16包括 多个导电凸块。下面将参照图 7 和 13 进一步描述互连 16。当前说明的传感器阵列 12 包括 两行传感器子阵列 18，。
28、 其中的每一个具有多个传感器 ( 未示出 )。如前所述， 所述电子装置 阵列 14 也包括多个单独的 IC 芯片 20。根据一个示例性实施例， 每个传感器子阵列 18 对应 一个 IC 芯片 20。 0022 此外， 虽然图 2 中示出的所述传感器组件 10 示出了耦合到单个电子装置阵列 14 的单个传感器阵列12， 但是根据本发明的实施例， 其他的层叠配置也是可能的。 在一个示例 性实施例中， 第二传感器阵列 ( 未示出 ) 可以通过第二互连 ( 未示出 ) 耦合到该电子装置 阵列 14 的另一侧。在这种布置中， 所述叠层将包括夹在两个传感器阵列之间的电子装置阵 列， 其中， 每个传感器阵列。
29、通过对应的互连耦合到该电子装置阵列的对应的一侧。 在另一个 实施例中， 可以包括第二电子装置阵列。 在该实施例中， 与图2中示出的传感器组件10基本 上相同的另一个传感器组件 10 可以被耦合到图 2 的电子装置阵列 14 的背侧。也就是说， 两个传感器组件 10 可以层叠在一起， 以便产生包括两个电子装置阵列的叠层， 所述两个电 子装置阵列背靠背耦合并且夹在两个传感器阵列之间， 其中， 每个传感器阵列通过对应的 互连耦合到对应的其中一个电子装置阵列。 0023 根据本发明的实施例， 所述传感器组件 10 是完全 “模块化的” 。也就是说， 所述传 感器阵列 12 和所述电子装置阵列 14 被。
30、制造成模块。更具体来说， 该传感器阵列 12 包括多 个传感器模块， 其中， 每个传感器模块包括多个传感器子阵列 18。类似地， 该电子装置阵列 14 包括多个 IC 模块， 其中， 每个 IC 模块包括多个 IC 芯片 20。每个传感器模块中的传感器 子阵列 18 的数目以及每个 IC 模块中的 IC 芯片 20 的数目可以被选择成优化例如可制造 性、 可靠性和 / 或电气性能。此外， 根据本发明的实施例， 所述 IC 模块和传感器模块是彼此 独立地制造的。一旦制造并且测试了每个模块之后， 可以把传感器模块和 IC 模块耦合在一 起， 正如下面将进一步描述的那样。这种模块性进一步扩展到耦合的。
31、传感器模块与 IC 模块 分组， 并且允许通过把这些传感器 /IC 分组 “模块” 彼此相邻地放置来建立更大的阵列。这 些模块还可以成组测试， 并且如果后来在工作现场确定这些模块是坏的或者出了故障， 则 可以在正在工作中的阵列组件中替换这些模块， 而无需丢弃整个阵列。 0024 现在参照图 3， 其中示出了所述传感器组件 10 的一个示例性实施例的分解视图。 出于说明性的目的， 图 3 中示出的互连 16 被简单地描绘成固体薄片。然而， 如下面将参照 图 7 和 13 进一步描述的那样， 该互连 16 可以包括多个单独的互连， 比如在所述传感器子阵 列 18 和 IC 芯片 20 的其中之一或。
32、二者之上的导电凸块， 所述传感器子阵列 18 和 IC 芯片 20 可以通过回焊 (reflow) 所述凸块而被耦合。相应地， 为方便和简单起见， 图 3 的互连 16 被 显示为单个薄片。本领域技术人员将认识到可以采用多种类型的互连， 下面更加详细地描 述了其中的几种。图 3 中示出的实施例包括六 (6) 个传感器模块 22。每个传感器模块 22 包括三个传感器子阵列18， 每个传感器子阵列被彼此相邻地设置。 相应地， 每个传感器模块 22 是 “31 模块” ( 三个传感器子阵列设置在一行中 )。每个传感器模块 22 中的传感器子 阵列 18 的数目可以根据特定应用以及制造商的制造能力而改。
33、变。另外的考虑可以是每个 传感器子阵列 18 的可靠性和鲁棒性 (robustness)。在切割晶片以形成所述传感器模块 22 说 明 书 CN 101199434 B4/10 页 8 之后， 所述传感器子阵列 18 鲁棒性和可靠性越强， 该传感器模块 22 就可以越大。如果制造 商担心单个传感器子阵列18的故障， 则该制造商可以通过最小化该传感器模块22的尺寸， 选择减少由于所述传感器模块22中的一个传感器子阵列18的故障而必须废弃的良好的传 感器子阵列 18 的数目， 这是。这里使用的 “模块” 指代在制造期间的任何位置处都不被彼 此分离或切割的芯片或装置 ( 这里是传感器子阵列 18) 。
34、的组。 0025 根据本发明的其他实施例， 所述电子装置阵列 14 也是模块化的。该电子装置阵列 14 包括多个 IC 模块 24。每个 IC 模块包括多个 IC 芯片 20。在当前说明的实施例中， 每个 IC 模块 24 也是 31 模块。也就是说， 每个 IC 模块 24 包括彼此相邻地设置在单个行中的 三个 IC 芯片 20。与每个传感器模块 22 中的传感器子阵列 18 的数目一样， 每个 IC 模块 24 中的 IC 芯片 20 的数目可以被选择成优化可制造性、 可靠性和 / 或电性能。 0026 通过彼此独立地制造和测试所述 IC 模块 24 和传感器模块 22， 用来制造不同类型。
35、 的模块(传感器或IC)的技术的优点或限制将不会彼此影响。 例如， 对于可以采用标准CMOS 技术制造的 IC 模块 24 来说， CMOS 技术中的优点或者其中的限制将不会影响传感器模块 22 的制造。类似地， 传感器模块 22 的制造中的优点或限制将不会对 IC 模块的制造产生不利 影响。此外， 能够在通过利用所述互连 16 把所述模块彼此耦合从而形成所述传感器组件之 前对每种类型的模块进行测试和废弃， 可以减少返工并且最小化由于组件故障所导致的废 弃量。该互连 16 可以单独在模块化的基础上实现， 可以是单个 IC 仅对应传感器子阵列， 或 者可以同时用于整个阵列。 0027 此外， 取。
36、决于所采用的互连技术的类型， 所述传感器组件 10 的模块化设计可以便 于的该传感器组件 10 返工， 同时最小化由于故障而导致的废弃量。例如， 在所述组件完成 并且所述传感器模块 22 被耦合到所述 IC 模块 24 之后， 如果在单个传感器子阵列 18 中出 现了故障， 则可以替换包括该故障的传感器子阵列 18 的传感器模块 22。有利地， 替换单个 传感器模块 22 将仅仅导致废弃最小数目的功能传感器子阵列 ( 即包括在含有故障元件的 模块中的那些传感器子阵列 )。因此， 不需要替换耦合到该故障的传感器模块 22 的 IC 芯 片 20 以及剩余的传感器模块 22。如果所述互连技术本身无。
37、法在组装之后把传感器模块 22 与 IC 模块 24 断开以允许替换故障的模块， 由废弃耦合到所述故障元件的良好装置所导致 的浪费量也被最小化， 这是因为仅耦合到具有故障传感器子阵列 18 的传感器模块 22 的 IC 模块 24 中的 IC 芯片 20 将被废弃。这在传感器模块 22 与 IC 模块 24 的比例为 1 1 的系 统中是特别方便的。由于所述电子装置阵列 14 也是模块化的， 因此相同的优点将同样适用 于各个 IC 芯片 20 的故障。 0028 图 4 示出了示例性电子装置阵列 14 的顶部平面图。图 4 的电子装置阵列 14 包括 两个 91 IC 模块 24。也就是说， 。
38、每个 IC 模块 24 包括彼此相邻地设置在一行中的九个 IC 芯片 20。如前所述， 所述 IC 模块 24 中的 IC 芯片 20 的数目可以根据多个上述变量而改变。 相应地， 每个 IC 模块 24 可以是 N 个芯片宽， 其中 N 是 IC 芯片 20 的数目。在当前的例子中， N 9。有利地， 根据本发明的其他实施例， 每个 IC 芯片 20 包括 I/O 焊盘区域 26 用于把每 个 IC 芯片 20( 以及相应的传感器子阵列 18) 耦合到一个系统， 该系统比如是超声系统 ( 未 示出 )。有利地， 该 I/O 焊盘区域 26 可以沿着每个 IC 芯片 20 的单个边缘设置， 如。
39、图 4 中所 示出的那样。或者， 每个 IC 芯片 20 可以包括沿着多于一条边缘设置的多于一个 I/O 焊盘 区域。根据一个示例性实施例， 该 I/O 焊盘区域 26 可以耦合到柔性线缆， 如下面将参照图 说 明 书 CN 101199434 B5/10 页 9 7 更加详细地描述的那样。此外， 根据所述 I/O 配置， 有可能形成包括多于一行的 IC 模块 24( 例如 32 IC 模块 24)。每个 IC 芯片 20 的尺寸使得最终将被层叠在该 IC 芯片 20 的 上的每个相应的传感器子阵列 18 的尺寸基本上与该 IC 芯片 20 相同， 不包括所述 I/O 焊盘 区域 26。也就是。
40、说， 一旦所述传感器阵列 12 被耦合到所述电子装置阵列 14， 每个 IC 芯片 20 的 I/O 焊盘区域 26 可以延伸超出上面的传感器子阵列 18 的覆盖区。或者， 可以采用穿 过晶片的通路把 I/O 焊盘信号从电子装置阵列 14 路由到传感器阵列 12 的顶部， 所述通路 可以在该处被引线接合或连接到柔线 (flex) 组件， 正如下面将进一步描述和说明的那样。 0029 图 5 示出了一个示例性传感器阵列 12 的顶部平面图。图 5 的传感器阵列 12 可以 包括六个 31 传感器模块 22。也就是说， 每个传感器模块 22 包括彼此相邻地设置在一行 中的三个传感器子阵列 18。每。
41、个传感器模块 22 中的传感器子阵列 18 的数目可以改变。相 应地， 每个传感器模块 22 可以有 M 个传感器子阵列宽， 其中， M 是传感器子阵列 18 的数目。 在当前的例子中， M 3。此外， 根据所述 I/O 配置， 有可能采用包括多于一行的传感器子阵 列 18( 例如 32 传感器子阵列 18)。如前所述， 图 5 中示出的包括六个 31 传感器模块 22 的传感器阵列 12 可以耦合到一个类似配置的电子装置阵列 14， 其包括六个 31 IC 模 块 24。也就是说， 传感器模块 22 与 IC 模块 24 可以有 1 1 的对应关系。然而， 取决于采 用各种模块布置的优点， 。
42、所述比例可以不同。例如， 图 5 的包括六个 31 传感器模块 22 的 传感器阵列 12 可以耦合到图 4 的电子装置阵列 14， 其包括两个 91 IC 模块。在该示例性 传感器组件 10 配置中组合了图 4 的电子装置阵列 14 与图 5 的传感器阵列 12， 传感器模块 22 与电子装置模块 24 的比例将是 3 1 而不是 1 1。 0030 现在参照图 6， 可以通过参照具有制造在其上的多个管芯的晶片 28 的顶部平面图 来描述本发明的实施例的其中一个优点。所述管芯例如可以包括传感器子阵列 18 或 IC 芯 片 20。可以测试该管芯的电气功能， 以便识别好的管芯 30 和坏的管芯。
43、 32。不是在电测试 之前确定特定的划线图案(scribe pattern)(通过预先确定该划线图案管芯在切割之后将 构成特定模块 )， 而是可以在识别了电气良好的管芯 30 之后确定所述划线图案。在电测试 之后确定所述划线图案， 使得基于电气良好的管芯 30 在所述晶片 28 上的位置识别出最大 数目的电气良好的模块 34。如图 6 中所示， 在已经识别出每个电气良好的管芯 30 之后， 可 以确定所述划线图案以便最大化电气良好的模块 34 的数目。在当前的例子中， 每个模块 34( 由加粗的线表示 ) 包括三个电气良好的管芯 30。如图 6 所示， 可以产生十六 (16) 个电 气良好的模。
44、块 34。这一概念可以应用于所述传感器模块 22、 IC 模块 24 或者二者的制造。 相应地， 可以采用具有已知的良好管芯 30 的模块 34 来制造所述传感器组件 10。通过独立 地确定传感器和电子装置阵列的产量， 所产生的组合产量要高于在组合所述两种制造工艺 的情况下所可能获得的产量。 0031 现在参照图 7， 其中提供了所述传感器组件 10 的一部分的横截面视图， 其示出了 所述电子装置阵列 14 到所述传感器阵列 12 以及到所述系统的互连的一个示例性实施例。 如图7所示， 可以利用倒装芯片技术把该传感器阵列12耦合到该电子装置阵列14。 如下面 将参照图 13 更加详细地描述的那。
45、样， 该传感器阵列 12 可以通过导电凸块 36 耦合到该电子 装置阵列 14。所述导电凸块 36 形成该电子装置阵列 14 与该传感器阵列 12 之间的电互连。 根据图 7 的示例性实施例， 该传感器阵列 12 与该电子装置阵列 14 分别包括导电焊盘 38 和 40。这里使用的 “倒装芯片技术” 包括任何这样的技术 ： 其中， 把导电材料布置在所述导电 说 明 书 CN 101199434 B6/10 页 10 焊盘 38 或导电焊盘 40 或者二者上， 随后使用该材料把该传感器阵列 12 电气地和 / 或机械 地耦合到该电子装置阵列14。 相应地， 虽然参照图7-13描述和说明的实施例包。
46、括沉积导电 金属以便在导电焊盘 38 和 / 或 40 上形成金属凸块， 但是也可以采用金属与非金属的组合 ( 例如具有形成在其上的导电环氧树脂凸块的接线柱形金凸块 )。或者， 代替设置凸块， 可 以在导电焊盘 38 和所述传感器阵列 12 的背侧上布置各向异性的导电薄膜， 以及 / 或者可 以在所述电子装置阵列 14 的背侧和所述焊盘 40 上布置各向异性的导电薄膜， 以便通过倒 装芯片技术把所述阵列耦合在一起。 0032 所述互连 16 还可以包括下填 (underfill) 材料 4 2， 其可以是传统的毛细管下填 或者是具有 “稀释环氧树脂 (fluxing epoxy)” 的特征的无。
47、流动下填， 其可以被布置或者注 入在所述传感器阵列 12 与所述电子装置阵列 14 之间。或者， 所述下填材料 42 可以包括固 体预型件 (preform)， 其可以在把该电子装置阵列 14 耦合到该传感器阵列之前被布置到该 电子装置阵列 14 上， 或者反之亦然。在该实施例中， 可以通过所述预型件形成孔径， 以便 产生与所述导电焊盘 38/40 对准的开口， 其被配置成接收所述凸起材料的沉积。在某些实 施例中， 所述下填材料还可以包括具有所期望的声学属性的材料或者被热加载 (thermally loaded)以得到更好的电气和机械性能的材料。 还可以调节所述互连16的高度以便提供特 定的声。
48、学性能， 比如提供所述传感器阵列 12 与所述电子装置阵列 14 之间的良好的声学匹 配或能量传输， 或者提供对于来自该传感器阵列 12 的背面的声学能量的显著阻尼。或者， 可以省略所述下填材料 42。 0033 如前所述， 所述电子装置阵列14的每个IC芯片包括I/O焊盘区域26， 其具有用于 把相应的 IC 芯片和传感器子阵列电耦合到一个系统 ( 比如超声系统 ) 的 I/O 焊盘 39。根 据一个示例性实施例， 所述 I/O 焊盘区域 26 还包括导电凸块 46， 所述导电凸块 46 可以被 用来通过传输介质 ( 比如柔性线缆 44) 把信号传送到所述传感器组件 10 或者从该传感器 组。
49、件 10 传送信号。由于所述 I/O 焊盘区域 26 沿着每个 IC 芯片的一侧设置， 并且由于所述 I/O 焊盘区域 26 延伸超出上面的传感器阵列 12 的覆盖区 (footprint)， 因此提供了去往及 来自所述传感器组件 10 的很容易的电访问。通过熔融所述导电凸块 36， 使用回流焊接来 产生所述传感器阵列 12 与所述电子装置阵列 14 之间的连接。该工艺是自对准的， 因此便 于所述传感器与电子装置阵列的配准。虽然图 7 的示例性说明示出了导电凸块 36 大于导 电凸块46， 但是应当理解的是， 在某些实施例中， 导电凸块36可以小于导电凸块46， 或者其 尺寸可以与导电凸块 46 近似相同。此外， 在某些实施例中， 与所述互连区域 16 中的凸块相 比， 所述 I/O 焊盘区域 26 中的凸块可以具有不同的尺寸、 不同的材料和 / 或具有不同的回 流属性。此外， 虽然所示出的实施例在所述电子装置阵列 14 上提供了 I/O 焊盘区域 26 并 且所述柔性线缆 44 与之相耦合， 但是还可以替换地在所述传感器阵列 12 上制造 I/O 焊盘 区域， 从而。