(57)【要約】【課題】超音波センサマイクロアレイおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】多数の個々のトランスデューサが設けられている１つ以上の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールを含むセンサアセンブリである。マイクロアレイモジュールは、個々のトランスデューサを双曲放物面幾何学形状にシミュレートするかまたは配向させるように配置される。トランスデューサ／センサは、矩形行列または正方行列で配置されており、約１００〜１７０ｋＨｚの間の周波数で、ビーム信号を発信し、反射されたビーム信号を受信するように個別に、選択的にまたは集合的に活性化可能である。【選択図】図２
2016516184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランスデューサを有するマイクロアレイで使用するための静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を作製する方法であって、
略平面状の上面および下面を有する第１のシリコン系ウエハを提供するステップと、
デバイス層として第２のウエハを提供するステップであって、前記デバイス層は、略平面状の平行な上面および底面を有しており、前記デバイス層は、約０．０５〜５μｍの間、好ましくは約０．２〜１μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、
前記デバイス層の前記上面または前記底面のうちの一方の上にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）層を形成するステップと、
前記ＢＣＢ層の表面をエッチング加工して、複数のポケットを内部に有するエッチング面を形成するステップであって、前記ポケットのそれぞれは、事前選択された幾何学的形状を有しており、前記ポケットは、それぞれの側壁部が約０．１〜１５μｍの間、好ましくは約０．２〜８μｍの間、最も好ましくは約３〜４μｍの間の深さまで延在していることによって特徴付けられている、ステップと、
前記ＢＣＢ層の前記エッチング面の一部分と、前記デバイス層の前記上面または前記底面のうちのもう一方とを一直線に並べるステップと、
前記第１のウエハを前記デバイス層にそれらの間に前記ＢＣＢ層が介在した状態で結合させるステップであって、それにより前記ポケットがそれぞれトランスデューサ空気ギャップを形成する、ステップと、
前記第１のウエハおよび前記第２のウエハのうちの少なくとも一方に導電性金属を塗布するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ＢＣＢ層が、約０．２μｍよりも大きい厚さを有するＢＣＢ構造層を含み、前記デバイス層がシリコン系デバイス層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＢＣＢ層が、ＢＣＢ系デバイス層を含むＢＣＢデバイス層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記形成ステップが、前記第１のウエハの前記上面上に前記ＢＣＢ構造層を形成することと、
前記結合ステップの前に前記デバイス層を実質的に未硬化のＢＣＢ系デバイス層として維持することと
を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エッチング加工ステップの前に、前記ＢＣＢ構造層を加熱して、完全な硬化状態の約３０〜７０％の間まで前記ＢＣＢを部分的に硬化させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記結合ステップが、前記ＢＣＢ構造層を完全な硬化状態まで加熱することを含み、前記ＢＣＢ構造層中のＢＣＢが、前記第１のウエハを前記デバイス層に接着させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチング加工ステップがフォトプラズマエッチング加工を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
さらに、結合後に、結合された前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハを個々のマイクロアレイへと物理的に分割し、前記マイクロアレイが９ｘ９またはそれ以上のトランスデューサの正方行列を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記デバイス層の前記上面または前記第１のウエハの前記下面の少なくとも一部に導電性金属層を塗布するステップであって、前記金属は、金、銀および銅からなる群から選択されており、前記導電性金属層は、約１〜５００ナノメートルの間、好ましくは約５〜５０ナノメートルの間で選択される厚さを有する、ステップをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記幾何学的形状が、約５〜１００μｍの間、好ましくは約１０〜４０μｍの間で選択される幅および長さの横寸法を有する略正方形を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポケット形成ステップが、前記ポケットを略正方行列として形成することを含み、前記ポケットのグループが、複数の平行な行および／または列として配列される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性金属層塗布ステップが、前記デバイスウエハの前記上面の実質的に全体をコーティングすることを含み、コーティング後に、前記導電性金属層の一部を選択的に除去して、前記ポケットのグループの少なくともいくつかを隣接するグループから電気的に隔離する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性金属層塗布ステップが、結合前に、
前記ポケットのそれぞれの関連する底部領域において前記第１のウエハにビアを形成することと、
前記関連する底部領域に導電性金属パッドを形成することとを含み、前記導電性パッドが、前記ビアを通って前記第１のウエハの前記下面と電気的に連絡する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポケットのグループをスイッチングアセンブリに電気的に接続するステップであって、前記スイッチングアセンブリは、前記グループを選択的に電気的に連結してより強い出力信号をもたらすように動作可能である、ステップをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＢＣＢ構造層形成ステップが、約１〜５０μｍの間、好ましくは約２〜５μｍの間、最も好ましくは３〜４μｍの間の実質的厚さでＢＣＢを前記第１のウエハの前記上面に塗布することを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ポケット形成ステップが、少なくとも１００個のポケット、好ましくは少なくとも５００個のポケットの正方形アレイを形成することを含み、前記ポケットのそれぞれが略平坦な底部領域を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記エッチング加工前に、前記第２のウエハをハンドルウエハに載置し、前記第２のウエハを研削および／またはレーザーアブレーションして、所望の厚さを有する前記デバイス層を形成する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＢＣＢ構造層の形成前に、前記上面および底面のうちの少なくとも一方に接着促進剤コーティングを塗布し、
前記接着促進剤コーティングは、約５０ｎｍ未満で選択される厚さを有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
複数のトランスデューサを含むマイクロアレイで使用するための静電容量型トランスデューサを作製する方法であって、
略平面状の平行な前面および後面を有するシリコンバッキングウエハを提供するステップであって、前記バッキングウエハは約１０〜５００μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、
前記前面上にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層を形成するステップであって、前記構造層は、約０．５〜１５μｍの間、好ましくは約１〜１０μｍの間、最も好ましくは３〜４μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、
前記ＢＣＢ構造層の表面をフォトプラズマエッチング加工して、その内部に複数のポケットを形成するステップであって、前記ポケットは、略共通の幾何学的形状を有しており、それぞれの側壁部が前記前面に対して略垂直に延在し、約０．１〜１０μｍの間の深さまで延在していることによって特徴付けられている、ステップと、
略平面状の平行な対向する前面および後面を有するデバイス層を提供するステップであって、前記デバイス層は、約０．０５〜１０μｍの間、好ましくは約０．２〜２μｍの間、最も好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有する、ステップと、
前記デバイスウエハの前記後面を前記前面上に実質的に隣接して結合して配置して、各ポケットをそれぞれトランスデューサ空気ギャップとして実質的に封止するステップであって、前記デバイスウエハは、構造用接着剤要素として前記ＢＣＢ構造層を用いて前記第１のウエハに対して結合される、ステップと、
前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハのうちの少なくとも一方の少なくとも一部分に導電性金属層を塗布するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
前記デバイスウエハがシリコン系デバイス層を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記デバイスウエハがＢＣＢ系デバイス層を含む、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記形成ステップが、前記第１のウエハの前記前面上に前記ＢＣＢ構造層を形成することと、
前記結合ステップの前に、前記デバイス層を略未硬化のＢＣＢ系デバイス層として維持することとを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エッチング加工ステップの前に、前記ＢＣＢ構造層を加熱して、完全な硬化状態の約３０〜７０％の間、好ましくは約５０％まで前記ＢＣＢを部分的に硬化させる、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記結合ステップが、前記ＢＣＢ構造層を完全な硬化状態まで加熱することを含み、前記ＢＣＢ構造層中のＢＣＢが、前記第１のウエハを前記デバイスウエハに接着させる、請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記エッチング加工ステップが、前記ＢＣＢ構造層をフォトプラズマエッチング加工することを含む、請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
結合後に、結合された前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハを個々のマイクロアレイへと物理的に分割し、前記マイクロアレイが、少なくとも９ｘ９またはそれ以上のトランスデューサの行列を含む、請求項１９から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記デバイスウエハの前記前面または前記第１のウエハの前記後前面の少なくとも一部に導電性金属コーティングを塗布するステップであって、前記金属コーティングは、金、銀、銅およびそれらの合金からなる群から選択されており、前記導電性金属層は、約１〜５００ナノメートルの間、好ましくは約５〜２０ナノメートルの間で選択される厚さを有する、ステップをさらに含む、請求項１９から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記幾何学的形状が、約５〜２００μｍの間、好ましくは１０〜４０μｍの間で選択される横寸法を有する略正方形を含む、請求項１９から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記ポケット形成ステップが、前記ポケットを略正方行列として形成することを含み、前記ポケットのグループが、複数の平行な行および／または列として配列される、請求項１９から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記導電性金属塗布ステップが、前記デバイスウエハの前記前面の実質的に全体をコーティングすることを含み、コーティング後に、前記導電性金属コーティングの一部分を選択的に除去して、前記ポケットのグループの少なくともいくつかを隣接するグループから電気的に隔離する、請求項１９から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記導電性金属コーティング塗布ステップが、結合前に、
前記ポケットのそれぞれの関連する底部領域において前記第１のウエハにビアを形成することと、
前記関連する底部領域に導電性パッドを形成することとを含み、前記導電性パッドが、前記ビアを通って前記第１のウエハの前記下面と電気的に連絡する、請求項１９から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ポケットのグループをスイッチングアセンブリに電気的に接続するステップであって、前記スイッチングアセンブリは、前記グループを周波数発生器に選択的に電気的に連結するように動作可能である、ステップをさらに含む、請求項１９から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＢＣＢ構造層形成ステップが、約１〜１００μｍの間、好ましくは約２〜２５μｍの間、最も好ましくは３〜４μｍの間で選択される厚さを有する実質的に平行な層としてＢＣＢを前記第１のウエハの前記前面に塗布することを含む、請求項１９から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記ポケット形成ステップが、少なくとも１００個のポケット、好ましくは少なくとも５００個のポケットの正方形アレイを形成することを含み、前記ポケットのそれぞれが略平坦な底部を有する、請求項１９から３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
さらに、前記エッチング加工前に、前記デバイスウエハをハンドルウエハに載置し、前記デバイスウエハデバイス層を所望の厚さまで研削および／またはレーザーアブレーションする、請求項１９から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＢＣＢ構造層の形成前に、前記第１のウエハの前記前面および前記デバイスウエハの後面のうちの少なくとも一方に接着促進剤コーティングを塗布し、前記接着促進剤コーティングが、約５０ｎｍ未満で選択される厚さを有しており、
前記接着促進剤コーティングが、前記ＢＣＢ構造層の結合に対して選択される、請求項１９から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
センサバッキングプラットフォームを提供するステップであって、前記バッキングプラットフォームは、約０．５〜１０ｍｍの間で選択される幅を有する略正方形の載置面を含む、ステップと、
結合後、結合された前記第１のウエハおよびデバイス層を、複数のトランスデューサを含む複数のＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールへと分割するステップであって、各マイクロアレイモジュールは、略幾何学的形状を有しており、約１〜２ｍｍの間の平均幅を有する、ステップと、
選択されたトランスデューサマイクロアレイモジュールを前記載置面上に載置するステップと
をさらに含む、請求項１から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記載置ステップが、前記ＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールを前記バッキングプラットフォームに略正方形のアレイとして載置することを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
略平坦なモジュール載置面を有するＡＢＳから前記バッキングプラットフォームを形成するステップをさらに含む、請求項３７または請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
離散化した双曲放物面の載置面を用いて前記バッキングプラットフォームを形成するステップであって、前記双曲放物面の載置面は、前記マイクロアレイモジュールのうち関連するものを受けるための離散平面を複数含む、ステップと、
前記離散平面のうち関連するものの上に、前記ＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールのうち選択されたものをさらに載置するステップと
をさらに含む、請求項３７または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記導電性金属層塗布ステップが、金、銀および銅からなる群から選択される金属の層をスパッタリングすることを含み、前記第１の導電性金属層が、約１００〜５００ナノメートルの間、好ましくは約１００ナノメートルで選択される厚さを有する、請求項１から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記ポケットエッチング加工ステップが、前記ポケットを略正方または矩形行列のアレイとしてプラズマエッチング加工することを含み、各マイクロアレイモジュール中の前記トランスデューサが、複数の平行な行および列として配列される、請求項１から４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
センサビームを送信および／または受信するための超音波センサシステムであって、周波数発生器とセンサアセンブリとを含み、前記センサアセンブリは、
バッキングと、
複数の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールを含み、前記マイクロアレイモジュールは、前記バッキング上に格子行列配向で配設されており、前記マイクロアレイはそれぞれ、トランスデューサ空気ギャップおよびダイヤフラム部材を有する複数のトランスデューサを含み、前記マイクロアレイモジュールは、
略平面状の上面および底面を有する底部シリコン層と、
ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層であって、略平行な平面状の前面および後面、前記ＢＣＢ構造層の前記前面内へ後方に延在している複数のポケットを有しており、前記ポケットはそれぞれ、関連するトランスデューサ空気ギャップの側部および底部を画定しており、アレイとして配向されており、約０．２〜５μｍの間、好ましくは３〜４μｍの間で選択される深さと、５〜２００μｍの間、好ましくは１０〜５０μｍの間で選択される幅を有する、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層と、
前面および後面を有するデバイス層であって、約０．１〜２５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するデバイス層とを含み、
前記ＢＣＢ構造層は、前記デバイス層の底部と前記底部シリコン層の前記上面との間に介在しており、前記デバイス層は、関連するトランスデューサダイヤフラム部材として前記ポケットをそれぞれ封止しており、前記マイクロアレイモジュールは、
前記トランスデューサダイヤフラム部材の１つ以上に電気的に接続している少なくとも１つの第１の導電性部材と、
前記バッキングと前記底部シリコン層の前記後面との間に介在する少なくとも１つの第２の導電性部材とを含み、前記少なくとも１つの第１の導電性部材は、グラウンドまたは前記周波数発生器に電気的に接続可能である、
超音波センサシステム。
【請求項４４】
前記デバイス層が、約０．２〜５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するシリコン系層を含む、請求項４３に記載のセンサシステム。
【請求項４５】
前記デバイス層が、約０．２〜５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するＢＣＢ層を含む、請求項４３に記載のセンサシステム。
【請求項４６】
前記ＢＣＢ構造層が、約１〜４０μｍの間、好ましくは約３〜４μｍの間で選択される厚さを有しており、前記ＢＣＢ構造層は、前記ポケットの前記深さの少なくとも２分の１で選択される厚さを前記空気ギャップの隣接するもの同士の間に有する、請求項４３から４５のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項４７】
前記ポケットが、略正方行列アレイとして配向された略正方形のポケットを含む、請求項４３から４６のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項４８】
前記ＢＣＢ構造層の一部と前記底部シリコン層および前記デバイス層のうちの少なくとも一方との間に介在する接着促進剤コーティングをさらに含む、請求項４３から４７のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項４９】
前記センサシステムが、複数の前記第１の導電性部材を含み、前記第１の導電性部材はそれぞれ、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の前記トランスデューサダイヤフラム部材の関連するグループを電気的に接続し、
前記センサシステムが、前記周波数発生器を前記第１の導電性部材の１つ以上に選択的に接続して、関連するグループのトランスデューサを選択的に活性化させるように活性化可能であるスイッチングアセンブリをさらに含む、請求項４３から４８のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５０】
前記第１および第２の導電性部材のそれぞれが導電性金属コーティングを含む、請求項４３から４９のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５１】
前記グループがそれぞれ、前記トランスデューサの列グループを含む、請求項４３から５０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５２】
前記アレイが、少なくとも２５個のポケット、好ましくは少なくとも１００個のポケット、より好ましくは少なくとも４００個のポケットの略正方形のアレイを含む、請求項４３から５１のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５３】
前記センサアセンブリが、プログラム可能な駐車支援または死角センサを含む、請求項４３から５２のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５４】
送信される前記センサビームが、５０〜２００ｋＨｚの間、好ましくは約１５０〜１６３ｋＨｚの間で選択される周波数を有する、請求項４３から５３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５５】
センサビームを送信および／または受信するための超音波センサシステムであって、周波数発生器とセンサアセンブリとを含み、前記センサアセンブリは、
複数の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールを含み、前記マイクロアレイモジュールは略行列配向で配設されており、前記マイクロアレイモジュールはそれぞれ、トランスデューサ空気ギャップおよびダイヤフラム部材を有する複数の静電容量型トランスデューサを含み、前記静電容量型トランスデューサは、請求項１から４２のいずれか一項に記載の方法によって作製されており、前記マイクロアレイモジュールは、
略平面状の上面を有する底部シリコン層と、
ＢＣＢ構造層であって、前記上面上に設けられており、内部に複数の正方形のポケットが形成されており、前記ポケットはそれぞれ、関連する前記トランスデューサ空気ギャップの側部および底部を画定しており、略正方形のアレイとして配向されており、約０．２〜１０μｍの間、好ましくは３〜４μｍの間で選択される深さと、５〜１００μｍの間、好ましくは１０〜４０μｍの間で選択される幅を有する、ＢＣＢ構造層と、
前記ＢＣＢ構造層を覆う上部デバイス層であって、関連する前記トランスデューサダイヤフラム部材として前記ポケットをそれぞれ封止しており、約０．１〜５μｍの間で選択される厚さを有する上部デバイス層と、
少なくとも１つの導電性部材であって、前記ダイヤフラム部材のうちの１つの一部分上に延在しており、グラウンドまたは前記周波数発生器に電気的に接続可能である少なくとも１つの導電性部材と
を含む、超音波センサシステム。
【請求項５６】
複数の前記導電性部材を含み、前記導電性部材は、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の複数の前記トランスデューサのグループを電気的に接続し、より幅広い範囲の出力周波数を発生させるように動作する、請求項５５に記載のセンサシステム。
【請求項５７】
前記グループがそれぞれ、前記トランスデューサの列グループを含む、請求項５５または請求項５６に記載のセンサシステム。
【請求項５８】
複数の前記導電性部材を含み、前記導電性部材は、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の関連する前記トランスデューサを電気的に個別に接続する、請求項５５に記載のセンサシステム。
【請求項５９】
前記正方形のアレイが、少なくとも２５個のポケット、好ましくは少なくとも４００個のポケットのアレイを含む、請求項５５から５８のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６０】
前記センサビームが、５０〜２００ｋＨｚの間、好ましくは約１５０〜１６３ｋＨｚの間で選択される周波数を有する、請求項５５から５９のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６１】
前記デバイス層が、約０．２〜４μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するシリコンウエハを含む、請求項５５から６０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６２】
前記デバイス層が、約０．２〜４μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するＢＣＢ層から実質的になる、請求項５５から６０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８０４２７９号の一部継続出願である。
【０００２】
本出願は、２０１３年１１月１日に出願された発明の名称を「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ」とする所有者が共通する国際特許出願第ＰＣＴ／ＣＡ２０１３／０００９３７号に関し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
技術分野
本発明は、マイクロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）およびその製造方法に関し、より具体的には静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の一部として機能し得るセンサマイクロアレイなどのような３次元ＭＥＭＳデバイスに関する。好ましい用途では、本発明は、超音波センサマイクロアレイおよびその製造方法に関し、双曲放物面形状のセンサ構成またはチップを組み込むかまたはシミュレートしており、構造成分としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を組み込んだものである。ＣＭＵＴに好適な用途としては、医療用途および他の非車両用途ならびに車両もしくは自動車センサ用途、たとえば車両死角、障害物のモニタリング用途、および／または、自律的車両走行および／または駐車用途などが挙げられる。
【背景技術】
【０００４】
非特許文献１（その開示は参照により本明細書に組み込まれる）において、本発明者は、微細加工された階段状の幾何学形状で組み立てられた離散化した双曲放物面幾何学形状のビーム形成静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）アレイの概念を説明している。
【０００５】
ＣＭＵＴの初期製造概念では、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハが初期クリーニングを受けた後、続いてその上にクロムの１０ｎｍシード層がＲＦマグネトロンスパッタリングを用いて積層されて接着層が提供される。クロム接着層の積層後に２００ｎｍ厚さの金層が従来のＣＭＵＴ積層プロセスを用いて積層される。金層の積層後にＡＺ４６２０フォトレジストの薄層が金層上にスピン積層され、パターン化され、エッチング加工される。続いて金層は、ヨウ化カリウム溶液中にウエハを沈めることによってエッチング加工され、その後、希釈された王水中でクロムシード層をエッチング加工してからすすぐ。その後、デバイス層はエッチング加工されて、ダイヤフラム内の静圧均等化のための音響ポートがさらに提供され、リリース段階中のＳｉＯ２除去が可能となる。
【０００６】
上部ＳＯＩウエハは、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチャ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）においてＢｏｓｃｈプロセス深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてエッチング加工される。ＢｏｓｃｈおよびＤＲＩＥエッチングによる金属エッチング後に、残っているフォトレジストがＯ２灰化処理によって除去される。Ｂｏｓｃｈエッチング加工されたウエハは、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）溶液中に沈められて、単結晶シリコンを著しくエッチング加工することなくＳｉＯ２を選択的にエッチング加工して選択的なダイヤフラムをリリースする。エッチング加工し、すすいだ後、それぞれのアレイについてセンシング面（色素）がシステムオンチップ製造で組み合わせられ、導電性接着剤エポキシを使用して結合される。
【０００７】
しかしながら、本出願人は、静電容量型超音波トランスデューサの製造のための既存プロセスが精密な製造公差を必要とするということを認識した。結果として、ＣＭＵＴセンサまたはトランスデューサのアレイの商業規模の生産は未だ市場での幅広い浸透を見せていない。
【０００８】
Ｃｈｏｕらによる特許文献１（その全体は参照により本明細書に組み込まれる）は、３Ｄ  ＭＥＭＳ構造の製造において感光性のベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を使用するパターン化されたウエハボンディングの構造体およびプロセスを説明している。特に、Ｃｈｏｕらは、精密パターン化ウエハボンディングをもたらすために使用される組み立て接着剤として光によって活性化される感光性ＢＣＢの使用を開示しており、得られる３次元ＭＥＭＳマイクロ構造では、ＢＣＢ接着剤層によって、組み立てられたウエハ複合体の高さＺが増した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６９４２７５０号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ  Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ  Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．６，２００８年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者は、新しいおよび／またはより信頼性の高いＣＭＵＴアレイ設計が、改善された製造方法および／または調整可能な動作周波数によって実現され得るということを認識した。本発明の１つの非限定的な目的は、信号の送信および受信のための１つ以上のＣＭＵＴマイクロアレイまたはモジュールを組み込んだ超音波センサであって、交通騒音、歩行者、自転車に乗っている人および／または動物の往来、自動車事故の音、産業作業、発電源などの様々に異なる超音波背景騒音源の１つ以上によって影響されない超音波センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１つの構造では、本発明は、３次元ＭＥＭＳデバイスであって、シリコン系ウエハと、Ｚ軸の構造成分として、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（登録商標）などのベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂と、シリコンおよび／またはＢＣＢ系ダイヤフラムまたは膜層とを組み込んだ３次元ＭＥＭＳデバイス、より好ましくはＣＭＵＴトランスデューサを提供する。
【００１３】
別の非限定的な構造は、プログラム可能なバンド幅制御を提供する超音波ＣＭＵＴ型マイクロアレイであって、ＣＭＵＴマイクロアレイ設計を様々に異なるセンサ用途のためにより容易に修正することが可能な超音波ＣＭＵＴ型マイクロアレイを提供する。
【００１４】
さらなる非限定的な構造は、トランスデューサマイクロアレイモジュールまたはサブアセンブリを組み込んだ超音波センサであって、該トランスデューサマイクロアレイモジュールまたはサブアセンブリが、実質的に平坦化された曲率、好ましくは±１０°未満の曲率、より好ましくは約±１°未満の曲率を有しており、動作時に双曲放物面形状のチップアレイ幾何学形状をシミュレートする、超音波センサを提供する。
【００１５】
本発明の一実施形態は、多数のトランスデューサを組み込んだ静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）系マイクロアレイモジュールを提供する。マイクロアレイモジュールは、車両用途ならびに非車両の鉄道、航空機および他のセンサ用途に好適である。たとえば、モジュールは、手または身体の位置センサの一部として、ならびに、死角、隣接する障害物および危険をモニタリングするための警告および／または制御システムにおいて、および／または、車両路上位置警告および／または自律走行用途において提供されてもよい。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、トランスデューサ／センサのＣＭＵＴ型マイクロアレイ、より好ましくはＣＭＵＴ型マイクロアレイモジュールの製造のための方法であって、該トランスデューサ／センサのＣＭＵＴ型マイクロアレイは、多数のおよび／または様々な周波数にわたって信号を発信するよう動作可能であり、隣接するセンサからの周波数干渉を最小化するように配置できる、方法を提供する。１つの考えられる好ましい製造方法では、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（登録商標）などの従来の（すなわち非感光性の）ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が、ウエハ構造体としてのマイクロアレイ作製において接着剤層として使用される。１つの考えられる構造では、ＢＣＢは、変位可能なトランスデューサ膜またはダイヤフラムを形成するためにさらに使用される。
【００１７】
双曲放物面幾何学形状をシミュレートするかまたは双曲放物面幾何学形状で提供されるＣＭＵＴマイクロアレイモジュールを製造する１つの考えられる簡素化された信頼性の高い方法は、成形、スタンピングまたは３次元（３Ｄ）印刷プロセスを用いて、トランスデューサモジュールのマイクロアレイが載置されたバッキングまたはベースを形成できるということが想定される。さらに、センサアレイ中の個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの配向または動作を変化させることによって、好ましい出力ビーム形状を選択するか、または、可変の出力ビーム形状を提供することが可能である。
【００１８】
別の非限定的な実施形態では、本発明は、多数の個々のトランスデューサが設けられている１つ以上の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールが設けられているセンサアセンブリを提供する。非限定的な最終的なセンサ構造では、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュールは、個々のトランスデューサを略双曲放物面幾何学形状にシミュレートするかまたは配向させるように配置される。しかしながら、他のモジュール配置および幾何学形状も可能である。
【００１９】
好ましくは、センサアセンブリは、多数の個々のトランスデューサ／センサを組み込んだ少なくとも１つのＣＭＵＴマイクロアレイモジュールを含み、該トランスデューサ／センサは、信号を発信し、反射された信号を受信するように個別に、選択的にまたは集合的に活性化可能である。送信干渉を最小化するために、トランスデューサセンサは、最も好ましくは各モジュール中に矩形行列で配置されており、同時にまたは選択的に活性化できる。より好ましくは、複数のマイクロアレイは各センサアセンブリに設けられる。マイクロアレイは、典型的には、正方行列または矩形行列配置または３ｘ３もしくはそれ以上で載置されており、各マイクロアレイモジュールは、少なくとも３６個、好ましくは少なくとも２００個の個々の超音波トランスデューサ／センサを含む。必須ではないが、１つの簡素化された設計では、センサマイクロアレイモジュールは、３次元バッキング上に物理的に配置されており、該３次元バッキングは、マイクロアレイモジュールを配向させ、センサアレイを離散化した略双曲放物面形状として提供するように形成されている。自動車用途において使用する場合、トランスデューサ／センサが１５〜４０°の間、好ましくは約２０〜２５°の間の好ましいビーム視野を出力するよう動作するようにモジュールの双曲放物面配向が選択される。
【００２０】
センサトランスデューサは、好適な周波数範囲で動作することができ、４０ｋＨｚというように低くてもよい。車両用途では、より好ましくは、各マイクロアレイの独立した活性化のためのトランスデューサ／センサは、空気ダンピングの影響を最小化するために、少なくとも１００ｋＨｚ、最も好ましくは約１５０ｋＨｚの周波数で動作可能である。好ましい構造では、センサアセンブリが車両死角センサとしての動作するように提供されており、該センサアセンブリは、以下によって特徴付けられるコンパクトなセンサ設計を有するよう作製される。
パッケージサイズ  ＰＧＡ６８スティックリードマウント
アップデートレート  ５０〜１００ｍｓ、好ましくは約８０ｍｓ
アレイ分布  少なくとも３ｘ３、好ましくは５ｘ５またはそれ以上の双曲放物面
ビーム視野  １５〜１７０度以上；自動車の場合、好ましくは２５〜１４０度
周波数範囲  ５０〜２００ｋＨｚ、好ましくは１００〜１７０ｋＨｚ
検出範囲目標  ３．５〜７メートル、好ましくは約５．０メートル
【００２１】
他の用途において、異なる数のマイクロアレイモジュールおよびビーム幅を有する異なるサイズのセンサ、および／または、より多数の個々のトランスデューサ／センサを含むＣＭＵＴマイクロアレイモジュールが提供されてもよいということが認識されるべきである。用途によっては、個々のトランスデューサ／センサは、全体のセンサアセンブリサイズ、意図した用途および成分要件を考慮して、数が数千または数万を超えてもよい。
【００２２】
別の実施形態では、マイクロアレイモジュールは、実質的に平坦な幾何学形状でバッキングに載置されており、好ましくは±１０°未満、より好ましくは±１°未満の曲率を有する。センサアセンブリは、マイクロアレイモジュールをわずかに１つ含むものであってもよいが、より好ましくは複数のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールが設けられ、５ｘ５またはそれ以上の正方行列モジュール配置で配置される。場合によっては、個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールは、より大きい範囲の出力ビーム形状および／または構成が可能となるように自由形状化が可能な略可撓性のシートとして作製されてもよい。
【００２３】
各マイクロアレイモジュール自身には、少なくとも５ｘ５、好ましくは４０ｘ４０またはそれ以上の個々のＣＭＵＴトランスデューサ／センサのセンサアレイが設けられているのが好ましい。また、各マイクロアレイモジュール中のトランスデューサ／センサ自身は、２つ以上のグループへと電気的に細分化されてもよい。１つの簡素化された設計では、各マイクロアレイモジュールのトランスデューサは、矩形行列として配向されており、複数の平行な行および／または列へと電気的に細分化されている。しかしながら、他の細分化配置も可能であり、独立した活性化のために個々のトランスデューサ／センサを電気的に隔離することも挙げられる。平行な列または行グループへのマイクロアレイトランスデューサの細分化によって、トランスデューサ／センサの個々のグループを周波数発生器に選択的に連結し、グループごとに活性化することができる。より好ましくは、センサアセンブリは、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール中のトランスデューサ／センサのグループを選択的に活性化または非活性化するようにプログラム可能である。
【００２４】
さらなる実施形態では、各センサアセンブリ中のマイクロアレイモジュールは、互いに独立して選択的に活性化されるように構成されてもよい。このようにして、本出願人は、用途および／または環境に応じて、センサアセンブリのビーム幅、形状および／または発信波長の変化を動的にもたらすことが可能であるということを認識した。より好ましくは、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュールは、様々に異なるビーム形状、長さおよび／またはプロファイルを有するビームを電子的に出力するように適合されている。
【００２５】
１つの好ましい動作モードでは、電力の選択的なスイッチングが、各モジュール中のトランスデューサのグループまたは列の異なる組み合わせに対して行われる。本出願人は、したがって、そのようなスイッチングによって、センサアセンブリにより発信される送信信号の出力形状を変更し、たとえばセンサアセンブリからの出力信号を目標とする関心領域へとより良好に向けることが可能であるということを認識した。このようにして、出力ビーム幾何学形状は、他の車両もしくは外部供給源からの間違った信号を回避するように構成されてもよく、または、用途（すなわち、環境、車両速度、走行モード（前進対バック）および／またはセンサ用途）に応じて異なるタイプの障害物を検出できるように様々な周波数および／またはビーム幅にわたって拡大縮小可能である出力ビームを提供するように構成されてもよい。
【００２６】
好ましい動作モードでは、電力は、センサアレイ行列中のそれぞれ個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールに選択的に供給される。このようにして、個々のモジュールは、飛行時間型物体検出および／または配置をもたらすように活性化されてもよい。加えて、個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールおよびそのトランスデューサ／センサのグループの両方の選択的な制御および活性化によって、有利には、幅広い範囲の３次元ビーム整形が可能となり、より幅広いセンサ用途または要求が許容される。
【００２７】
１つの考えられる構造では、マイクロプロセッサ制御が設けられる。マイクロプロセッサ制御は、スイッチングユニットおよびユニット周波数発生器を作動させる。より好ましくは、マイクロプロセッサ制御は、スイッチングユニットおよび発生器を作動させて、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール中のトランスデューサの列および行の組み合わせのコンピュータ化されたシーケンスをもたらし、所定のシーケンスまたは範囲にわたってセンサアセンブリ出力信号形状、周波数を変化させる。このようにして、近接していると考えられる他の自動車センサからの干渉および間違った読み値をさらに識別または最小化することが可能である。
【００２８】
最終的な設計では、シリコンウエハのアクティブシリコンウエハ部が各ＣＭＵＴトランスデューサの膜として使用され、ベースウエハは底部シリコン層を形成している。ベースおよびシリコン上部ウエハは、主要結合剤としてＢＣＢの構造層を使用して結合される。結合プロセスは、好ましくは、任意の残留溶媒を追い出し、最大結合強度を可能とするように１５０℃で実施される。次いで、結合されたサンプルは、窒素環境下、２５０℃で約１時間硬化される。
【００２９】
したがって、以下のものを含む本発明の多数の非限定的な態様が提供される。
【００３０】
複数のトランスデューサを有するマイクロアレイで使用するための静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を作製する方法であって、略平面状の上面および下面を有する第１のシリコン系ウエハを提供するステップと、デバイス層として第２のウエハを提供するステップであって、前記デバイス層は、略平面状の平行な上面および底面を有しており、前記デバイス層は、約０．０５〜５μｍの間、好ましくは約０．２〜１μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、前記デバイス層の前記上面または前記底面のうちの一方の上にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）層を形成するステップと、前記ＢＣＢ層の表面をエッチング加工して、複数のポケットを内部に有するエッチング面を形成するステップであって、前記ポケットのそれぞれは、事前選択された幾何学的形状を有しており、前記ポケットは、それぞれの側壁部が約０．１〜１５μｍの間、好ましくは約０．２〜８μｍの間、最も好ましくは約３〜４μｍの間の深さまで延在していることによって特徴付けられている、ステップと、前記ＢＣＢ層の前記エッチング面の一部分と、前記デバイス層の前記上面または前記底面のうちのもう一方とを一直線に並べるステップと、前記第１のウエハを前記デバイス層にそれらの間に前記ＢＣＢ層が介在した状態で結合させるステップであって、それにより前記ポケットがそれぞれトランスデューサ空気ギャップを形成する、ステップと、前記第１のウエハおよび前記第２のウエハのうちの少なくとも一方に導電性金属を塗布するステップとを含む方法。
【００３１】
複数のトランスデューサを含むマイクロアレイで使用するための静電容量型トランスデューサを作製する方法であって、略平面状の平行な前面および後面を有するシリコンバッキングウエハを提供するステップであって、前記バッキングウエハは約１０〜５００μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、前記前面上にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層を形成するステップであって、前記構造層は、約０．５〜１５μｍの間、好ましくは約１〜１０μｍの間、最も好ましくは３〜μｍの間で選択される厚さを有する、ステップと、前記ＢＣＢ構造層の表面をフォトプラズマエッチング加工して、その内部に複数のポケットを形成するステップであって、前記ポケットは、略共通の幾何学的形状を有しており、それぞれの側壁部が前記前面に対して略垂直に延在し、約０．１〜１０μｍの間の深さまで延在していることによって特徴付けられている、ステップと、略平面状の平行な対向する前面および後面を有するデバイス層を提供するステップであって、前記デバイス層は、約０．０５〜１０μｍの間、好ましくは約０．２〜２μｍの間、最も好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有する、ステップと、前記デバイスウエハの前記後面を前記前面上に実質的に隣接して結合して配置して、各ポケットをそれぞれトランスデューサ空気ギャップとして実質的に封止するステップであって、前記デバイスウエハは、構造用接着剤要素として前記ＢＣＢ構造層を用いて前記第１のウエハに対して結合される、ステップと、前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハのうちの少なくとも一方の少なくとも一部分に導電性金属層を塗布するステップとを含む方法。
【００３２】
センサビームを送信および／または受信するための超音波センサシステムであって、周波数発生器とセンサアセンブリとを含み、前記センサアセンブリは、バッキングと、複数の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールを含み、前記マイクロアレイモジュールは、前記バッキング上に格子行列配向で配設されており、前記マイクロアレイはそれぞれ、トランスデューサ空気ギャップおよびダイヤフラム部材を有する複数のトランスデューサを含み、前記マイクロアレイモジュールは、略平面状の上面および底面を有する底部シリコン層と、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層であって、略平行な平面状の前面および後面、前記ＢＣＢ構造層の前記前面内へ後方に延在している複数のポケットを有しており、前記ポケットはそれぞれ、関連するトランスデューサ空気ギャップの側部および底部を画定しており、アレイとして配向されており、約０．２〜５μｍの間、好ましくは３〜４μｍの間で選択される深さと、５〜２００μｍの間、好ましくは１０〜５０μｍの間で選択される幅を有する、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造層と、前面および後面を有するデバイス層であって、約０．１〜２５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するデバイス層とを含み、前記ＢＣＢ構造層は、前記デバイス層の底部と前記底部シリコン層の前記上面との間に介在しており、前記デバイス層は、関連するトランスデューサダイヤフラム部材として前記ポケットをそれぞれ封止しており、前記マイクロアレイモジュールは、前記トランスデューサダイヤフラム部材の１つ以上に電気的に接続している少なくとも１つの第１の導電性部材と、前記バッキングと前記底部シリコン層の前記後面との間に介在する少なくとも１つの第２の導電性部材とを含み、前記少なくとも１つの第１の導電性部材は、グラウンドまたは前記周波数発生器に電気的に接続可能である、超音波センサシステム。
【００３３】
前記ＢＣＢ層が、約０．２μｍよりも大きい厚さを有するＢＣＢ構造層を含み、前記デバイス層がシリコン系デバイス層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３４】
前記ＢＣＢ層が、ＢＣＢ系デバイス層を含むＢＣＢデバイス層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３５】
前記形成ステップが、前記第１のウエハの前記上面上に前記ＢＣＢ構造層を形成することと、前記結合ステップの前に前記デバイス層を実質的に未硬化のＢＣＢ系デバイス層として維持することとを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３６】
前記エッチング加工ステップの前に、前記ＢＣＢ構造層を加熱して、完全な硬化状態の約３０〜７０％の間まで前記ＢＣＢを部分的に硬化させる、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３７】
前記結合ステップが、前記ＢＣＢ構造層を完全な硬化状態まで加熱することを含み、前記ＢＣＢ構造層中のＢＣＢが、前記第１のウエハを前記デバイス層に接着させる、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３８】
前記エッチング加工ステップがフォトプラズマエッチング加工を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００３９】
結合後に、結合された前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハを個々のマイクロアレイへと物理的に分割し、前記マイクロアレイが９ｘ９またはそれ以上のトランスデューサの正方行列を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４０】
前記デバイス層の前記上面または前記第１のウエハの前記下面の少なくとも一部に導電性金属層を塗布するステップであって、前記金属は、金、銀および銅からなる群から選択されており、前記導電性金属層は、約１〜５００ナノメートルの間、好ましくは約５〜５０ナノメートルの間で選択される厚さを有する、ステップをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４１】
前記幾何学的形状が、約５〜１００μｍの間、好ましくは約１０〜４０μｍの間で選択される幅および長さの横寸法を有する略正方形を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４２】
前記ポケット形成ステップが、前記ポケットを略正方行列として形成することを含み、前記ポケットのグループが、複数の平行な行および／または列として配列される、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４３】
前記導電性金属層塗布ステップが、前記デバイスウエハの前記上面の実質的に全体をコーティングすることを含み、コーティング後に、前記導電性金属層の一部を選択的に除去して、前記ポケットのグループの少なくともいくつかを隣接するグループから電気的に隔離する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４４】
前記導電性金属層塗布ステップが、結合前に、前記ポケットのそれぞれの関連する底部領域において前記第１のウエハにビアを形成することと、前記関連する底部領域に導電性金属パッドを形成することとを含み、前記導電性パッドが、前記ビアを通って前記第１のウエハの前記下面と電気的に連絡する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４５】
前記ポケットのグループをスイッチングアセンブリに電気的に接続するステップであって、前記スイッチングアセンブリは、前記グループを選択的に電気的に連結してより強い出力信号をもたらすように動作可能である、ステップをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４６】
前記ＢＣＢ構造層形成ステップが、約１〜５０μｍの間、好ましくは約２〜５μｍの間、最も好ましくは３〜４μｍの間の実質的厚さでＢＣＢを前記第１のウエハの前記上面に塗布することを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４７】
前記ポケット形成ステップが、少なくとも１００個のポケット、好ましくは少なくとも５００個のポケットの正方形アレイを形成することを含み、前記ポケットのそれぞれが略平坦な底部領域を有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４８】
さらに、前記エッチング加工前に、前記第２のウエハをハンドルウエハに載置し、前記第２のウエハを研削および／またはレーザーアブレーションして、所望の厚さを有する前記デバイス層を形成する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００４９】
前記ＢＣＢ構造層の形成前に、前記上面および底面のうちの少なくとも一方に接着促進剤コーティングを塗布し、前記接着促進剤コーティングは、約５０ｎｍ未満で選択される厚さを有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５０】
前記デバイスウエハがシリコン系デバイス層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５１】
前記デバイスウエハがＢＣＢ系デバイス層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５２】
前記形成ステップが、前記第１のウエハの前記前面上に前記ＢＣＢ構造層を形成することと、前記結合ステップの前に、前記デバイス層を略未硬化のＢＣＢ系デバイス層として維持することとを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５３】
前記エッチング加工ステップの前に、前記ＢＣＢ構造層を加熱して、完全な硬化状態の約３０〜７０％の間、好ましくは約５０％まで前記ＢＣＢを部分的に硬化させる、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５４】
前記結合ステップが、前記ＢＣＢ構造層を完全な硬化状態まで加熱することを含み、前記ＢＣＢ構造層中のＢＣＢが、前記第１のウエハを前記デバイスウエハに接着させる、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５５】
前記エッチング加工ステップが、前記ＢＣＢ構造層をフォトプラズマエッチング加工することを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５６】
結合後に、結合された前記第１のウエハおよび前記デバイスウエハを個々のマイクロアレイへと物理的に分割し、前記マイクロアレイが、少なくとも９ｘ９またはそれ以上のトランスデューサの行列を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５７】
前記デバイスウエハの前記前面または前記第１のウエハの前記後前面の少なくとも一部に導電性金属コーティングを塗布するステップであって、前記金属コーティングは、金、銀、銅およびそれらの合金からなる群から選択されており、前記導電性金属層は、約１〜５００ナノメートルの間、好ましくは約５〜５０ナノメートルの間で選択される厚さを有する、ステップをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５８】
前記幾何学的形状が、約５〜２００μｍの間、好ましくは１０〜４０μｍの間で選択される横寸法を有する略正方形を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００５９】
前記ポケット形成ステップが、前記ポケットを略正方行列として形成することを含み、前記ポケットのグループが、複数の平行な行および／または列として配列される、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６０】
前記導電性金属塗布ステップが、前記デバイスウエハの前記前面の実質的に全体をコーティングすることを含み、コーティング後に、前記導電性金属コーティングの一部分を選択的に除去して、前記ポケットのグループの少なくともいくつかを隣接するグループから電気的に隔離する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６１】
前記導電性金属コーティング塗布ステップが、結合前に、前記ポケットのそれぞれの関連する底部領域において前記第１のウエハにビアを形成することと、前記関連する底部領域に導電性パッドを形成することとを含み、前記導電性パッドが、前記ビアを通って前記第１のウエハの前記下面と電気的に連絡する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６２】
前記ポケットのグループをスイッチングアセンブリに電気的に接続するステップであって、前記スイッチングアセンブリは、前記グループを周波数発生器に選択的に電気的に連結するように動作可能である、ステップをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６３】
前記ＢＣＢ構造層形成ステップが、約１〜１００μｍの間、好ましくは約２〜２５μｍの間、最も好ましくは３〜４μｍの間で選択される厚さを有する実質的に平行な層としてＢＣＢを前記第１のウエハの前記前面に塗布することを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６４】
前記ポケット形成ステップが、少なくとも１００個のポケット、好ましくは少なくとも５００個のポケットの正方形アレイを形成することを含み、前記ポケットのそれぞれが略平坦な底部を有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６５】
さらに、前記エッチング加工前に、前記デバイスウエハをハンドルウエハに載置し、前記デバイスウエハデバイス層を所望の厚さまで研削および／またはレーザーアブレーションする、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６６】
前記ＢＣＢ構造層の形成前に、前記第１のウエハの前記前面および前記デバイスウエハの後面のうちの少なくとも一方に接着促進剤コーティングを塗布し、前記接着促進剤コーティングが、約５０ｎｍ未満で選択される厚さを有しており、前記接着促進剤コーティングが、前記ＢＣＢ構造層の結合に対して選択される、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６７】
センサバッキングプラットフォームを提供するステップであって、前記バッキングプラットフォームは、約０．５〜１０ｃｍの間で選択される幅を有する略正方形の載置面を含む、ステップと、結合後、結合された前記第１のウエハおよびデバイス層を、複数のトランスデューサを含む複数のＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールへと分割するステップであって、各マイクロアレイモジュールは、略幾何学的形状を有しており、約１〜２ｍｍの間の平均幅を有している、ステップと、選択されたトランスデューサマイクロアレイモジュールを前記載置面上に載置するステップとをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６８】
前記載置ステップが、前記ＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールを前記バッキングプラットフォームに略正方形のアレイとして載置することを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００６９】
略平坦なモジュール載置面を有するＡＢＳから前記バッキングプラットフォームを形成するステップをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７０】
離散化した双曲放物面の載置面を用いて前記バッキングプラットフォームを形成するステップであって、前記双曲放物面の載置面は、前記マイクロアレイモジュールのうち関連するものを受けるための離散平面を複数含む、ステップと、前記離散平面のうち関連するものの上に、前記ＣＭＵＴトランスデューサマイクロアレイモジュールのうち選択されたものをさらに載置するステップとをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７１】
前記導電性金属層塗布ステップが、金、銀および銅からなる群から選択される金属の層をスパッタリングすることを含み、前記第１の導電性金属層が、約１００〜５００ナノメートルの間、好ましくは約１００ナノメートルで選択される厚さを有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７２】
前記ポケットエッチング加工ステップが、前記ポケットを略正方または矩形行列のアレイとしてプラズマエッチング加工することを含み、各マイクロアレイモジュール中の前記トランスデューサが、複数の平行な行および列として配列される、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７３】
前記デバイス層が、約０．２〜５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するシリコン系層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７４】
前記デバイス層が、約０．２〜５μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するＢＣＢ層を含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７５】
前記ＢＣＢ構造層が、約１〜４０μｍの間、好ましくは約３〜４μｍの間で選択される厚さを有しており、前記ＢＣＢ構造層は、前記ポケットの前記深さの少なくとも２分の１で選択される厚さを前記空気ギャップの隣接するもの同士の間に有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７６】
前記ポケットが、略正方行列アレイとして配向された略正方形のポケットを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７７】
前記ＢＣＢ構造層の一部と前記底部シリコン層および前記デバイス層のうちの少なくとも一方との間に介在する接着促進剤コーティングをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７８】
前記センサシステムが、複数の前記第１の導電性部材を含み、前記第１の導電性部材はそれぞれ、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の前記トランスデューサダイヤフラム部材の関連するグループを電気的に接続し、前記センサシステムが、前記周波数発生器を前記第１の導電性部材の１つ以上に選択的に接続して、関連するグループのトランスデューサを選択的に活性化させるように活性化可能であるスイッチングアセンブリをさらに含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００７９】
前記第１および第２の導電性部材のそれぞれが導電性金属コーティングを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８０】
前記グループがそれぞれ、前記トランスデューサの列グループを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８１】
前記アレイが、少なくとも２５個のポケット、好ましくは少なくとも１００個のポケット、より好ましくは少なくとも４００個のポケットの略正方形のアレイを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８２】
前記センサアセンブリが、プログラム可能な駐車支援または死角センサを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８３】
送信される前記センサビームが、５０〜２００ｋＨｚの間、好ましくは約１５０〜１６３ｋＨｚの間で選択される周波数を有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８４】
センサビームを送信および／または受信するための超音波センサシステムであって、周波数発生器とセンサアセンブリとを含み、前記センサアセンブリは、複数の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュールを含み、前記マイクロアレイモジュールは略行列配向で配設されており、前記マイクロアレイモジュールはそれぞれ、トランスデューサ空気ギャップおよびダイヤフラム部材を有する複数の静電容量型トランスデューサを含み、前記静電容量型トランスデューサは、前記方法によって作製されており、前記マイクロアレイモジュールは、略平面状の上面を有する底部シリコン層と、ＢＣＢ構造層であって、前記上面上に設けられており、内部に複数の正方形のポケットが形成されており、前記ポケットはそれぞれ、関連する前記トランスデューサ空気ギャップの側部および底部を画定しており、略正方形のアレイとして配向されており、約０．２〜１０μｍの間、好ましくは３〜４μｍの間で選択される深さと、５〜１００μｍの間、好ましくは１０〜４０μｍの間で選択される幅を有する、ＢＣＢ構造層と、前記ＢＣＢ構造層を覆う上部デバイス層であって、関連する前記トランスデューサダイヤフラム部材として前記ポケットをそれぞれ封止しており、約０．１〜５μｍの間で選択される厚さを有する上部デバイス層と、少なくとも１つの導電性部材であって、前記ダイヤフラム部材のうちの１つの一部分上に延在しており、グラウンドまたは前記周波数発生器に電気的に接続可能である少なくとも１つの導電性部材とを含む、超音波センサシステムである、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８５】
複数の前記導電性部材を含み、前記導電性部材は、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の複数の前記トランスデューサのグループを電気的に接続し、より幅広い範囲の出力周波数を発生させるように動作する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８６】
前記グループがそれぞれ、前記トランスデューサの列グループを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８７】
複数の前記導電性部材を含み、前記導電性部材は、各ＣＭＵＴマイクロアレイ中の関連する前記トランスデューサを電気的に個別に接続する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８８】
前記正方形のアレイが、少なくとも２５個のポケット、好ましくは少なくとも４００個のポケットのアレイを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００８９】
前記センサビームが、５０〜２００ｋＨｚの間、好ましくは約１５０〜１６３ｋＨｚの間で選択される周波数を有する、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００９０】
前記デバイス層が、約０．２〜４μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するシリコンウエハを含む、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００９１】
前記デバイス層が、約０．２〜４μｍの間、好ましくは１μｍ未満で選択される厚さを有するＢＣＢ層から実質的になる、前態様のいずれか１つに記載の方法および／またはセンサシステム。
【００９２】
添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】車両死角をモニタリングするための車両安全モニタリングシステムの一部として、ＣＭＵＴ型超音波センサアセンブリの配置およびそれらの所望のカバー領域を図示している自動車を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、図１のモニタリングシステムで使用されるＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの５ｘ５構造体を含む超音波センサアセンブリを図示する図である。
【図３】図２に示されるＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの５ｘ５構造体のビーム出力幾何学形状の極座標プロットを図示する図である。
【図４】連続的な双曲放物面の表面を近似するために使用される２５個のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールエレベーションを示す５ｘ５構造体用センサバッキングプラットフォームを図示する図である。
【図５】第１の製造による、図２に示される超音波センサＣＭＵＴマイクロアレイモジュールで使用される個々のＣＭＵＴトランスデューサの拡大断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、２５個のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの５ｘ５アレイ構造体を有する超音波センサアセンブリを概略的に図示する図である。
【図７】図６の超音波センサアレイで使用される個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの拡大図を概略的に図示する図である。
【図８ａ】図６に示される超音波センサアセンブリからの出力信号の選択されたビーム出力幾何学形状の極座標プロットを図示する図である。
【図８ｂ】図６に示される超音波センサアセンブリからの出力信号の選択されたビーム出力幾何学形状の極座標プロットを図示する図である。
【図８ｃ】図６に示される超音波センサアセンブリからの出力信号の選択されたビーム出力幾何学形状の極座標プロットを図示する図である。
【図９】図７に示されるＣＭＵＴマイクロアレイモジュールの個々のトランスデューサ／センサの動作を概略的に図示する図である。
【図１０】図７に示されるＣＭＵＴマイクロアレイモジュールで使用されるトランスデューサ／センサの拡大部分断面図を概略的に図示する図である。
【図１１】第１の製造モードによる、下側トランスデューサプリフォーム半分体の形成に使用されるハンドリング層に連結されたシリコンバッキングウエハを概略的に示す図である。
【図１２】図１１に示される底部シリコンバッキングウエハ構造体上のＢＣＢ構造層の初期の塗布を概略的に図示する図である。
【図１３】図１２に図示される塗布されたＢＣＢ構造層上の上部フォトレジスト層の塗布を概略的に図示する図である。
【図１４】ＢＣＢ層エッチング加工前の図１３に示されるフォトレジスト層の部分的な除去を概略的に図示する図である。
【図１５】図１４に示されるＢＣＢ層の部分的なエッチング加工およびそれに続く接着促進剤層の塗布を概略的に図示する図である。
【図１６】第１の製造方法による、トランスデューサ膜ダイヤフラムの形成において使用される上側シリコンウエハプリフォーム半分体の形成を概略的に図示する図である。
【図１７】第１の好ましい方法による、トランスデューサの最終組み立てにおける下側プリフォーム半分体上への上側プリフォーム半分体の配置を図示する部分分解図である。
【図１８】代替的な方法による、下側プリフォーム半分体の形成に使用されるシリコンウエハ上への接着促進剤層の初期の塗布を概略的に図示する図である。
【図１９】図１８に示される接着促進剤層上のＢＣＢ構造の塗布を概略的に図示する図である。
【図２０】図１９に図示される塗布されたＢＣＢ構造層上への上部フォトレジスト層の塗布を概略的に図示する図である。
【図２１】ＢＣＢ層エッチング加工前の図２０に示されるフォトレジスト層の部分的な除去を概略的に図示する図である。
【図２２】露出したＢＣＢおよび場合によっては接着促進剤層を除去するためのポケットエッチング加工後の下側プリフォーム半分体を概略的に図示する図である。
【図２３】残りのフォトレジスト層の除去後の図２２に示される下側プリフォーム半分体を概略的に図示する図である。
【図２４】代替的な実施形態による、トランスデューサの製造に使用される上側プリフォーム半分体の形成においてシリコン保持固定具への初期の導電性金積層層の塗布を概略的に図示する図である。
【図２５】図２３において形成された導電層上への接着促進剤層の塗布を概略的に図示する図である。
【図２６】図２５に示される接着促進剤層上へのＢＣＢダイヤフラムの形成を概略的に図示する図である。
【図２７】さらなる方法によるトランスデューサの製造における上側および下側プリフォーム半分体の組み立てを概略的に図示する図である。
【図２８】代替的な方法に従って製造されたトランスデューサ／センサを概略的に示す図である。
【図２９】本発明のさらなる実施形態によるトランスデューサセンサを概略的に図示する図である。
【図３０】さらなる実施形態に従って下側プリフォームを製造するためのシリコンウエハ中のビア形成を示す図である。
【図３１】ビアの金充填後の図３０のシリコンウエハ上へのフォトレジスト層の塗布を示す図である。
【図３２】フォトレジスト層活性化、金積層および洗浄の後の図３１のシリコンウエハ上への導電性金パッドおよび誘導リードの形成を示す図である。
【図３３】さらなる実施形態による、下側プリフォーム上への導電性金パッドの形成を概略的に図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００９４】
（ｉ）５ｘ５アレイ
第１の実施形態による超音波型障害物モニタリングシステム１２を有する車両１０を概略的に図示する図１を参照できる。モニタリングシステム１２には、一連の超音波センサアセンブリ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが組み込まれており、一連の超音波センサアセンブリ１４ａ、１４ｂ、１４ｃはそれぞれ、車両死角または関心領域８ａ、８ｂ、８ｃを横切って超音波ビーム信号を発信および受信して、隣接する車両および／または近くの障害物、あるいは保護領域への侵入を検出するようにそれぞれ動作可能である。
【００９５】
各センサアセンブリ１４は、２５個の同一の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）マイクロアレイモジュール１６のアレイを組み込んだものとして図２に最良に示されている。説明されるように、マイクロアレイモジュール１６は、３次元のベースまたはバッキングプラットフォーム１８上に載置されており、マイクロアレイモジュール１６の前方面または前面１９は、略双曲放物面幾何学形状に配向されている。図２は、動作時に略細長い超音波信号ビーム（図３）を出力および受信する３６個の個々のＣＭＵＴトランスデューサ／センサ２０（以降、トランスデューサとも称される）から形成されるものとしてＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のそれぞれを順に最良に示している。一実施形態では、トランスデューサ２０は、個々のマイクロアレイモジュール１６中の６ｘ６（正確な縮尺では示されていない）の矩形もしくは正方行列または格子配置内に配置されている。
【００９６】
図４は、多数のモジュール載置面２４を有するよう構築されているものとして３次元バッキングプラットフォーム１８を最良に示しており、モジュール載置面２４は、離散化した略双曲放物面形状で互いに選択された高度Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｎに配置されており、該離散化した略双曲放物面形状は、略連続曲線状の双曲放物面の曲率をシミュレートするように選択される。簡素化された製造形態では、バッキングプラットフォーム１８は、３次元のプラスチックまたはシリコン製バッキングとして形成されており、２５個の別々の離散平面状の正方形載置面２４を提示している。この点に関して、３次元チップ３６は、３Ｄ印刷プロセスによって整形されたプラスチック製、より好ましくはアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）製バッキングプラットフォーム１８を使用して組み立てられてもよい。代替的な生産方法では、３Ｄチップバッキングプラットフォーム１８は、マイクロ成形の射出成形プロセスによって射出成形して作製されてもよい。各載置面２４は、関連するＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６を受けて支持するように選択された同一平面上の構造および相補的なサイズを有する。このようにして、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６自身が、３次元バッキングプラットフォーム１８上に載置されており、高くなった載置面２４の幾何学形状が、マイクロアレイ１６のアレイを所望の略離散化した双曲放物面幾何学形状に配向させる。
【００９７】
１つの考えられる構造では、バッキングプラットフォーム１８が後面接地式ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６とともに使用される場合には、バッキングプラットフォーム１８に、導電性の金または銅の上面コーティング層５０が設けられ、それが、各モジュールトランスデューサ２０の共通のグラウンド層としての機能を果たす。そしてバッキング層１８が、好適なピンコネクタ３２（図２）に電気的に金により結合されるが、ピンコネクタ３２は、各センサアセンブリ１４ａ、１４ｂ、１４ｃで使用されるセンサチップ３６としてピンベース３４を載置するために使用される。製造時には、所望の離散化されて形成された３次元表面（好ましくはＡＢＳプラスチックから形成されたもの）を有するバッキングプラットフォーム１８は、スパッタリング、電気めっき、無電解めっき／コーティング、プラズマコーティングおよび／または他の金属化プロセスを用いて好適な導電性金属積層コーティング層５０によってコーティングされる。金属積層モードは、形成時に、ＡＢＳプラスチックバッキングプラットフォーム１８の上面上に連続的な制御された導電性金属層を配置できるように選択される。導電性金属コーティング層５０は、各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０の片側にグラウンド導体を提供するように選択される。積層に好ましい金属には、銅、金、銀、アルミニウムまたは他の導電性の高い金属が含まれる。
【００９８】
その後、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６が配置され、導電性接着剤によって関連する載置面２４に直接接着されてバッキングプラットフォーム１８の導電性金属コーティング層５０と電気的に接触するが、バッキングプラットフォーム１８はピンコネクタ３２を使用してピンベース３４に載置されている。バッキングプラットフォーム１８が、上面接地式モジュール１６とともに使用されることとなる場合には、上面コーティング層５０を省略してもよく、モジュールトランスデューサ２０との電気的な接続を提供する好適なトランスデューサコネクタトレースを設けてもよいことが認識されるべきである。代替的な設計では、銅または金などの導電性金属から全体が形成された単一のベースを提供してもよい。
【００９９】
本出願人は、異なる双曲放物面構成で載置面２４を相対的に配置することによりシミュレートされる曲率を変化させることによって、センサチップ３６の出力ビーム幾何学形状を変化させて、所望の用途に合わせて調整することが可能であるということを認識した。例として、センサアセンブリ１４がバックアップ車両センサ１４ｃ（図１）として使用される場合には、バッキングプラットフォーム１８は、比較的により幅が広くてより短いビーム信号を発生させるように選択されたより平坦な双曲放物面の曲率を備えていてもよい。対照的に、センサアセンブリ１４ａ、１４ｂには、より幅が狭くてより長いビーム信号を出力するように相対的により高い曲率を有するバッキングプラットフォーム１８が備えられてもよい。
【０１００】
最も簡素化された構造では、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６中の個々のトランスデューサ２０の６ｘ６アレイは、略平面状の前面１９（図２）を提示しており、それは、発生した超音波信号のための信号発信器／受信器表面としての機能を果たす。使用時には、個々のトランスデューサ２０は、電子的に活性化されて超音波ビーム信号を発信し、その後、近くの車両および／または障害物によって反射される超音波ビーム信号を受信する。このようにして、信号発信、反射および受信のタイミング、および／または、各マイクロアレイモジュール１６によって検出される反射された超音波信号の強度に応じて、モニタリングシステム１２は、障害物の警告、または、自動走行用途の場合には車両動作速度および／または方向の制御に使用してもよい。
【０１０１】
図３に最良に示されるように、車両用途において使用される場合には、個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６は、約１１３〜１６７ｋＨｚの間の範囲の周波数でビーム信号を送信および受信するように同時に動作可能である。最も好ましくは、雨または霧の環境下、モジュール１６は、約１５０ｋＨｚ±１３の信号周波数、−６ｄＢの最大サイドローブ強度の２０±５°のビーム幅で動作する。センサマイクロアレイモジュール１６は、マイクロ電子信号処理を全く行わずに、周波数に依存しないブロードバンドビーム形成を提供できる。
【０１０２】
各超音波センサアセンブリ１４の構造では、モニタリングシステム１２で使用される各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６は、好ましくは、約１〜５ｍｍ２の設置面積、約０．５〜２ｍｍの高さを有するように形成される。したがって、図２に示される５ｘ５行列配置では、センサチップ３６は、７つの離散化したエレベーション高度Ｌ１−７（図４）で５ｘ５行列分布として設けられた３６個からなるマイクロアレイグループ２５個中に９００個の個々のトランスデューサ２０を収容している。
【０１０３】
図５は、本発明の第１の実施形態に従って製造された各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６中に見られる個々の後面接地式トランスデューサ２０の拡大断面図を最良に示している。トランスデューサ２０には、略正方形の中央空気キャビティまたは空気ギャップ４２が設けられている。トランスデューサ２０はそれぞれ、約２０〜５０μｍの間、好ましくは約３０μｍで選択される平均正方形横幅寸法ｄａｖｇを有しており、内部空気ギャップ４２は、垂直Ｚ軸方向に、トランスデューサ２０の横幅の約６０〜８０％の間の高さｈｇで延在している。トランスデューサ２０は、主要構造成分として最上部導電性金導電層４８、変位可能なシリコンデバイス層またはダイヤフラム膜４４、シリコン底部層またはウエハ４６および中間ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）層５４を含み、中間ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）層５４は、構造層として設けられており、空気ギャップ４２の横寸法を画定しており、所望の空気ギャップ高さｈｇを提供する（Ｚ軸方向の）厚さで形成されている。したがって、空気ギャップ４２は、その下側でシリコン底部層４６によって画定されており、製造に応じて、ＢＣＢ層５４の接着を促進させるためにＡＰ３０００（登録商標）などの接着促進剤コーティング５６が設けられても設けられていなくてもよい。空気ギャップ４２は、約８００〜１０００ｎｍの間、より好ましくは、約９００ｎｍで選択される高さｈｇを有する。ダイヤフラム膜４４は、空気ギャップ４２を覆い、好ましくは、０．５〜１μｍ、好ましくは約０．８μｍの厚さを有するが、より厚いまたはより薄いダイヤフラム膜を使用することもできる。
【０１０４】
１つの製造モードでは、金導電層４８は、各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０のダイヤフラム膜４４上に電着によってコーティングされており、各トランスデューサ２０の前面３８を形成している。導電層４８の厚さは、ダイヤフラム４４の動きに干渉しないように選択され、好ましくは、約０．１〜０．２μｍで選択される。加えて、底部導電性コーティング５０は、各トランスデューサ２０のシリコン底部ウエハもしくは層４６の後面２２に沿って直接設けられるか、または、説明されるように、バッキングプラットフォーム１８の各載置面２４上に事前に塗布されてもよい。このようにして、各マイクロアレイモジュール１６の上部導電層４８およびバッキングプラットフォーム１８上の導電性コーティング層５０を周波数発生器（図９において７０として示される）に電気的に連結することによって、トランスデューサ２０のダイヤフラム膜４４を活性化させて、超音波信号を発信し、および／または、発生した超音波信号を受信し、感知することができる。
【０１０５】
１つの考えられる製造方法において説明されるように、トランスデューサ２０のマイクロアレイモジュール１６は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術を使用して製造し、シリコン製３次元バッキングプラットフォーム１８を用いて個々の部材の半分体を事前形成するために使用できる。モジュール１６およびバッキングプラットフォーム１８は、プログラム可能なゲイン増幅器ＰＧＡ−６８パッケージ７１（図９）において組み立てられ、パッケージ化される。また本発明は、３次元双曲放物面チップ３６構造体を製造するより簡素化された方法を提供し、より好ましくは、双曲放物面チップ３６は双曲放物面幾何学形状の静電容量型超音波トランスデューサとともに機能する。
【０１０６】
簡素化された構造では、各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサセンサ２０の前面３８は略平面を提供している。しかしながら、本発明はそのようなものに限定されない。代替的な構造では、各マイクロアレイモジュール１６の前面３８には湾曲が設けられているか、または、湾曲に適合していてもよい。そのような構成では、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のそれぞれの中のトランスデューサ２０はそれ自身、可撓性および追従性のある底部またはバッキング基板（図示せず）上に直接組み立てられる。そのようなバッキング基板は、ある材料から選択されており、マイクロアレイモジュール１６が、連続的な自由形状表面として実際の３Ｄ双曲放物面により良好に形状追従するように撓むまたは曲げられる厚さを有しており、それは、そのような自由形状表面を近似する階段状の表面とは対照的である。マイクロアレイモジュール１６のための好ましい可撓性バッキングとしては、約５μｍ未満、好ましくは１μｍ未満の厚さを有する各モジュール２０のバッキング層４６を形成するために使用されるモノリシックシリコンウエハ８０（図１１）の他、Ｃｙｌｏｔｈａｎｅ（登録商標）またはビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）でできた別のまたは代替的なバッキング層も挙げられる。また、そのような自由形状表面によって、有利には、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６の可撓性バッキングを、自由形状に成形されたバッキングプラットフォーム１８上に直接配置することができ、実際の双曲放物面トポグラフィーのより正確な近似がセンサチップ３６に提供される。
【０１０７】
本発明者は、車両モニタリングシステム１２の一部として使用される場合に、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６の動作範囲の重要性が増すことが判明し得るということを認識した。必須ではないが、好ましくは、特定の範囲に対して設計するために、特定の動作ポイントにおいて距離ダンピングおよび空気の吸収減衰が決定される。音のダンピングは、一般的に、以下のように空気ダンピング（空気抵抗）の理論を用いて計算されることが知られている。
ＰＳＰＬｄａｍｐｉｎｇ＝−２０ｌｏｇ１０（Ｒ１／Ｒ２）
式中、Ｒ１は、ＳＰＬ標準化のために３０ｃｍであり、Ｒ２は、到達する最大距離である。５ｍの距離の場合、超音波は１０ｍ伝播するはずである。等式を解くと、距離１０ｍではダンピングが−３０ｄＢとなる。また、湿度に起因する空気の吸収は以下のように計算される。
α（ｆ）＝０．０２２ｆ−０．６ｄＢ／ｆｔ
式中、αは、周波数ｆに起因する空気吸収である。湿度は、最悪のシナリオの場合、１００％とする。ｆｔからの変換後に１０ｍの範囲にわたって、この吸収値は、１５０ｋＨｚでは−５３ｄＢであると計算される。
【０１０８】
したがって、合計を評価すると、−８３ｄＢの著しいダンピングが存在し得るということが認識される。それに対して、本出願人は、トランスデューサ２０が６０ｋＨｚで動作されると、ダンピングおよび吸収の合計が−５１ｄＢとなり、はるかに強力な受信超音波信号が可能となるということを認識した。
【０１０９】
図２の構造では、ダンピングおよび吸収の合計値を得た後に、個々のトランスデューサ２０がそれに応じて設計される。特に、ダンピング合計値が−８３ｄＢまでも増大するため、ＣＭＵＴトランスデューサ２０は、最も好ましくは、非常に高い出力圧力、最も任意的には１００ｄＢ  ＳＰＬ以上を有するように設計される。好ましくは、ＣＭＵＴトランスデューサ２０のダイヤフラム膜４４（図５）は、２０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満、最も好ましくは約１μｍの厚さ（ＴＤ）（図５）を有するように選ばれるということが認識された。選択された膜寸法によって、ダイヤフラム膜４４は振動に関して大きい距離を示し、より低いＤＣ動作電圧を示すことができる。
【０１１０】
また、Ｍａｓｏｎの理論（Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ  Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ  Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．６，２００８年６月を参照。その開示は参照により本開示に組み込まれる。）に従って、自動車センサ用途では、各ＣＭＵＴトランスデューサ２０は、１１０〜１６３ｋＨｚの周波数範囲にわたって動作するように設計されており、センサアセンブリ１４は、表１に示される仕様に従って２５個のマイクロアレイモジュール１６を有する。最も好ましい動作周波数は約１５０ｋＨｚ±１３で選択され、ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６の５ｘ５アレイは、図３に示されるように、４０°−３ｄＢのバンド幅と、−１０ｄＢ未満のサイドローブを有するように設計される。この点に関して、音圧は以下の等式で得られる。
Ｐａ＝Ｒｅ（Ｚｍ）ωＡａ
式中、Ａａは、音波の振幅であり、ＣＭＵＴ膜の変位に等しく、ωは、ダイヤフラムの角周波数であり、Ｚｍは、前述のＭａｓｏｎの方法から得られる膜の音響放射インピーダンスである。
【０１１１】
表１：ＣＭＵＴセンサアレイ仕様：自動車センサ
【０１１２】
【表１】
2016516184.tif 000003
【０１１３】
上記表１は、障害物警告信号を提供するためにバックアップセンサとして使用されるプロトタイプの自動車センサのセンサアレイ仕様を概観する。
【０１１４】
図６は、本発明の別の実施形態による超音波センサアセンブリ１４を図示しており、同様の参照番号が同様の要素を特定するために使用されている。図６では、超音波センサアセンブリ１４には、２５個のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６の５ｘ５正方形アレイが設けられている。そしてＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のそれぞれは、１６００個の個々のトランスデューサ２０の４０ｘ４０正方行列として形成されている（正確な縮尺では示されていない）。図６は、５ｘ５行列構成で配置された２５個のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６を含むものとしてセンサアセンブリ１４を図示しているが、より精密な製造プロセスによって、より多数のマイクロアレイモジュール１６を有するセンサアセンブリの開発が可能となる。そのように、より少ないまたはより多いトランスデューサ２０を異なる配向で設けることもできる。そのような構成としては、限定されないが、矩形ストリップ、略円形および／または幾何学的なもしくは不定形のモジュールグループの他、７ｘ７、９ｘ９、１０ｘ１０または他の正方形配置で載置された４９個または５４個のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のグループが挙げられる。
【０１１５】
１つの考えられる実施形態では、４０ｘ４０ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６はＡＢＳバッキングプラットフォーム１８に固定されており、ＡＢＳバッキングプラットフォーム１８は、図４に示されるものと同様の幾何学形状を有しており、約２ｘ２ｍｍ、好ましくは１．７ｘ１．７ｍｍの平坦な載置面２４で離散化されている。そのような構造では、バッキングプラットフォーム１８は、上述されるように近似された双曲放物面として形成される。
【０１１６】
代替的な設計では、バッキングプラットフォーム１８は、約±１０°未満、好ましくは約±１°未満、より好ましくは±０．５°未満の双曲放物面の曲率を有する実質的に平坦なＡＢＳ構造体として形成されており、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０の１つ以上は、それらの双曲放物面幾何学形状での載置をより厳密にシミュレートするように動作可能である。１つの構造では、マイクロアレイモジュール１６は、それらの後方側面２２において導電性金属コーティング層５０に電気的に結合されており、導電性金属コーティング層５０は、上述されるようにＡＢＳバッキングプラットフォーム１８上に積層された金属層として結合されている。簡素化された構造では、上部金属導電層４８は、図５に示されるように、ＣＭＵＴトランスデューサ２０のための第２の他の電力導体として設けられており、各マイクロアレイ１６が送信および受信モードの両方で動作できるようにする。代替的な設計では、導電性グラウンド層５０は、導電層４８の代わりに、または代替的に、グラウンドとして作用する層４８とともに、ダイヤフラム４４上の各マイクロアレイモジュール１６の前面３８に塗布されてもよい。そのような構成では、導電性金属層または接触パッドは、底部層４６の後面２２上に、または、より好ましくは個々のトランスデューサキャビティ４２中に備えられてもよく、信号を送信および受信するために周波数発生器７０に電子的に連結されている。代替的に、各モジュール１６のトランスデューサ２０は、単独でまたは選択的なグループとして動作するように離散化したグループでまたは個別に周波数発生器７０に電気的に接続されてもよい。
【０１１７】
図７は、各４０ｘ４０マイクロアレイモジュール１６が、側部の幅が約１〜３ｍｍの間の正方形構造を有しており、おおよそ１６００個のトランスデューサ２０を含んでいる実施形態を示している。図７に最良に示されるように、トランスデューサ２０は、各マイクロアレイモジュール１６中に平行な行および列の正方行列配向で配置されている。図７のモジュール１６中で使用されるトランスデューサ２０は、約０．０２〜０．０５ｍｍの間、より好ましくは約０．０３ｍｍで選択される平均横幅寸法ｄａｖｇを有するものとして図１０の断面図において最良に示されている。各トランスデューサ２０は、それぞれの矩形空気ギャップ４２（図１０）を画定しており、矩形空気ギャップ４２は、３ｎｍまで、好ましくは約２．５〜４μｍの間の高さｈｇと、約０．０１〜０．０３ｍｍの間で選択される横方向の幅を有する。さらに図１０は、シリコン底部層４６を含む簡素化された構造を有するものとしてトランスデューサ２０を最良に示しており、シリコン底部層４６は、０．５〜２０μｍの厚さのＣｙｃｌｏｔｅｎｅ（登録商標）層１０４または他の好適なビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂層５４によって上側シリコンダイヤフラム膜４４に固定されている。示されるアレイモジュール１６では、ダイヤフラム膜４４は、約０．５〜１．０ｎｍの間で選択される厚さを有する。図７は、個々の電気的に隔離された導電性金ワイヤストリップボンディング（Ｗ１、Ｗ２・・・Ｗｎ）へと分割されているものとして金導電性上部層４８を示している。ワイヤストリップボンディングＷ１、Ｗ２・・・Ｗｎは、トランスデューサ２０の配列した行のダイヤフラム膜４４を横切って延在しており、スイッチング回路７２によって周波数発生器７０にそれぞれ選択的に電気的に接続されている。
【０１１８】
組み立て時には、各４０ｘ４０マイクロアレイモジュール１６は、実質的に平坦な基板またはバッキング層１８上に離散化したユニットとして配置される。それぞれ個々の４０ｘ４０マイクロアレイモジュール１６中で、トランスデューサ２０は、平行なストリップまたは列Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓ４０（図７）へとグループ化されている。各列Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓ４０中のトランスデューサ２０は、それらを覆う関連する導電性金ワイヤボンディングＷ１、Ｗ２、Ｗ３・・・Ｗ４０によって互いに電気的に接続される。そして、図７に示されるように、金ワイヤボンディングＷ１、Ｗ２、Ｗ３・・・Ｗ４０は、スイッチング回路７２およびマイクロプロセッサコントローラ７４によって従来の周波数発生器７０に選択的に電気的に連結される。周波数発生器７０は、事前選択された周波数で電気信号またはパルスを選択的に提供するように動作可能である。本出願人は、各マイクロアレイ１６中のトランスデューサ２０のそれぞれ個々のまたは選択された列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０の活性化によって、おおよそ０．１λだけセンサアセンブリ１４の出力波長が変化し得るということを認識した。各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０の列Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓ４０の異なる組み合わせに対して電力をオンおよびオフに選択的に切り替えるようにスイッチング回路７２を活性化することによって、センサアセンブリ１４からの送信信号波長出力の信号形状を変更することができる。
【０１１９】
したがって、周波数発生器７０により各電気パルスを発生させることによって、電気的に接続された１つ以上の選択された列Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓ４０中の各トランスデューサ２０のダイヤフラム膜４４の物理的な変位をスイッチングアセンブリ７２によりもたらして、センサアセンブリ１４の動作モードを考慮して所望の出力超音波周波数および／またはプロファイルを生じさせることができる。本出願人は、最も好ましい構成では、信号が、１１０〜１６３ｋＨｚの間、好ましくは約１５０ｋＨｚの波長でセンサアセンブリ１４から出力されるということを認識した。各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０の個々の列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０の選択的な活性化および非活性化によって、出力ビーム幅および／または周波数をセンサシステム１２の具体的な使用要件に応じて制御することもできる。
【０１２０】
例として、図８ａから図８ｃは、車両動作の使用要件またはモードに応じて、たとえば、センサアセンブリ１４が、低速度バックアップアシスト用途において警告信号を提供するために使用される場合に、各マイクロアレイモジュール１６中の個々のトランスデューサ２０を選択的に活性化させて、より幅広いまたはさらには発散的なビームを出力することが可能であるということを示している。加えて、同じセンサアセンブリ１４中の異なるトランスデューサ２０の組み合わせは、たとえば車両が速度を出して走行されている場合に、より幅が狭くてより長いビーム幅を提供するように活性化することができ、センサアセンブリ１４は、たとえば車両の通過中または車線変更中に、死角警告を提供するように動作している。
【０１２１】
最も好ましい動作モードでは、コントローラ７４によって、スイッチング回路７２を制御して、センサアセンブリ１４の動作中にＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のそれぞれの中のトランスデューサ２０の列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０の同じシーケンスを同時に活性化させる。これにより、有利には、センサ中の個々のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６によって出力される信号間の不利な節（ｎｏｄａｌ）効果および／または信号干渉を最小化することもできる。例として、図８ａは出力ビーム構成を図示しており、モジュール１６が、スイッチングアセンブリ７２のスイッチのすべてが閉じた状態で動作されている。図８ｂおよび図８ｃは出力ビーム幾何学形状を図示しており、それぞれの反対側の端部のアセンブリ７２の２つのスイッチおよび４つのスイッチがそれぞれ開いている。
【０１２２】
別の動作モードでは、マイクロプロセッサコントローラ７４によって、スイッチング回路７２を活性化させて、トランスデューサ２０の列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０を所定のシーケンスで選択的に作動させて、変化する周波数の信号を出力することもできる。さらなる別のモードでは、コントローラ７４によって、スイッチングアセンブリ７２を活性化させて、５ｘ５アレイ中の選択されたマイクロアレイモジュール１６のみの特定のトランスデューサ２０の１つ以上の個々の列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎを開始させることもできる。この点に関して、センサアセンブリ１４によって出力される信号は、第三者のセンサ信号の識別をより容易に可能にし、クロスセンサ干渉または間違った警告の可能性を最小化するように周波数範囲にわたってコード化またはシーケンス化されてもよい。
【０１２３】
したがって、図７に示されるセンサアセンブリ１４によって、有利には、コントローラ７４およびスイッチング回路７２を使用して、センサ出力波長ダイナミックが変化するように、プログラム可能なビーム幅を２０および１４０°以上で選択できるということが想定される。図７は、４０個の別々の列Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０へと分割されているものとして、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０を図示しているが、代替的な構成では、各マイクロアレイ１６中のトランスデューサ２０がさらにグループ化されたり、および／または、代替的に個別に制御されたりし得るということが認識されるべきである。１つの非限定的な例では、トランスデューサ２０は、さらにグループ化され、行ごとに電気的に接続されてもよく、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６中の個々の列および／または行は、コントローラ７４、スイッチング回路７２および周波数発生器７０によって選択的に作動可能である。
【０１２４】
図１０は、それぞれの横方向ｄａｖｇにおいておおよそ３０ｘ３０マイクロメートルである隣接するＣＭＵＴトランスデューサ２０の断面図を示している。より好ましい構造では、完成したＣＭＵＴマイクロアレイ１６は、１６００個のＣＭＵＴトランスデューサ２０の４０ｘ４０正方行列を含み、約１．７ｍｍｘ１．７ｍｍの間の寸法幅を有することとなる。代替的な構造では、９ｘ９ＣＭＵＴチップ３６には、おおよそ５７６００個の個々のＣＭＵＴトランスデューサ２０が備えられていてもよい。
【０１２５】
センサ設計は、正方形構成を有するＣＭＵＴマイクロアレイ１６（図６）を提供し、センサチップ３６は、１辺当たり約７〜１０ｍｍの寸法を有しており、平坦に、または、曲率±０．５°で実質的にわずかに双曲線状に機械加工される。予備的な試験によって、超音波センサアセンブリ１４が、数ミリメートルまでの厚さを有する固体プラスチックバンパー材料によって、現存の「ボタン」またはコレクタを有することなく、信号を送信および受信するように動作可能であるということが分かる。そのように、センサアセンブリ１４は、有利には、自動車用途において滑らかな表面をしたバンパーパネルを使用して「バンパーの後ろに設置し」、より審美的に美しい外観を形成することもできる。
【０１２６】
動作時に、受信モード（図９に概略的に示される）では、すべてのまたは選択されたＣＭＵＴトランスデューサ２０が、好ましくは、ビーム信号を受信し、同時にビーム信号を出力に戻すように活性化される。したがって、受信された信号のビーム強度および／または応答時間が、障害物近接性を決定するために使用される。受信モードでは、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６の全体がインパクトによって信号を受信し、その結果、トランスデューサダイヤフラム膜４４が欠如して受信器信号が発生する。各ダイヤフラム膜４４の欠如の程度によって検出されるリターン信号の強度および飛行時間が、隣接する障害物および／または車両の近接性に関する指示を提供する。
【０１２７】
トランスデューサ製造
１つの製造プロセスでは、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）は、各マイクロアレイモジュール１６の製造においてシリコンおよびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハへのボンディングまたはそれらのボンディングの際に使用される構造成分および／または接着剤として提供される。特に、第１の製造モードでは、トランスデューサのシートは、事前形成された個々のトランスデューサ半分体９８、１００（図１７）を互いに結合させることによって形成され、トランスデューサ半分体９８、１００は、複数のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６を同時に形成するようにウエハのシートとして形成されており、複数のＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６はそれぞれ、１６００個以上までのＣＭＵＴトランスデューサ２０を有する。結合後、ウエハは、次いで、形成されたウエハシート構造体から所望のサイズの個々のモジュール１６を分離するように切断される。
【０１２８】
各４０ｘ４０マイクロアレイモジュール１６の１つの簡素化された製造モードは、主として２要素製造プロセスとして実施される。製造時には、マイクロアレイモジュール１６は、シリコンウエハバッキング層８０（図１１）を第２のカバーリング上部ウエハに接合させることによって用意され、第２のカバーリング上部ウエハは、エッチング加工されたＢＣＢ樹脂層５４、好ましくはＣｙｃｌｏｔｅｎｅを用いてデバイス層８４（図１６）としての機能を果たして、所望の空気ギャップ４２の高さｈｇまたは厚さをＺ方向に提供する。
【０１２９】
一実施形態では、ウエハバッキング層８０は、それぞれの個々のトランスデューサ２０の底部層４６としての機能を果たす。同様に、上部層またはウエハ８４は、トリミング後に、変位可能なダイヤフラム４４としての機能を果たす。説明された１つの好ましいプロセスでは、場合によってはメシチレンで部分的に希釈されたものであってもよいＢＣＢ樹脂層５４がシリコンウエハバッキング層８０に塗布され、次いで個々のポケット８２を形成するようにエッチング加工され、該ポケット８２は、プリフォーム半分体９８、１００（図１３、図１６）の組み立ておよび接合の後に、個々のトランスデューサ空気ギャップ４２を形成する。本プロセスでは、代替的な構成において、ＢＣＢ樹脂層５４が上部層８４に塗布されてもよく、その場合にはマイクロアレイモジュール１６が逆の方法で製造されるということが認識されるべきである。
【０１３０】
下側プリフォーム半分体９８の形成は、図１１〜１５を参照してより完全に最良に説明されている。図１１に最良に示されるように、ウエハバッキング層８０は、二酸化ケイ素層１２２によって、除去可能なシリコンホルダピース１２０（正確な縮尺では示されていない）に固定されており、二酸化ケイ素層１２２が、シリコンホルダピース１２０上にコーティングされる溶解可能な接着剤として設けられている。
【０１３１】
図１１に示されるように、第１のプリフォーム半分体９８の形成において、ウエハバッキング層８０および除去可能なシリコンホルダピース１２０が提供される。二酸化ケイ素などの溶解可能な接着剤１２２がシリコンホルダピース１２０上にコーティングされる。次いで、ウエハ８０がそれに固定および載置された後、サイズ決定される。簡素化された構造では、ウエハ８０は、所望の最終厚さまで研削またはレーザーアブレーションすることによってプリフォームから機械加工される。
【０１３２】
層８０は、好ましくは、所望の厚さまで機械加工またはレーザーエッチング加工されるが、代替的な構造では、該層は他の好適な材料または樹脂からスピン形成されてもよい。
【０１３３】
必須ではないが、シリコンホルダ層１２０（明確化のために図１２〜図１４から省略されている）によって、ウエハバッキング層８０のより容易な取扱いが可能となるとともに、その最終的なサイズ決定により各トランスデューサ２０に所望の厚さを有する底部層４６が提供される。好ましい構造では、シリコンバッキングウエハ８０には、約０．１〜１ｍｍの間で選択されるＺ方向の厚さが提供される。しかしながら、より薄いまたはより厚いウエハを使用することもできる。好ましくは、４インチＮタイプシリコンウエハ８０が、バッキング層ウエハとして提供される（図１４）。シリコンウエハ８０は、０．００８〜０．０２Ω・ｃｍ２の範囲の抵抗が得られるようにアンチモンが高濃度にドープされている。
【０１３４】
次に、ＡＰ３０００（登録商標）などの接着促進剤層１０６（図１２）が、シリコンバッキングウエハ８０の上面１０８に塗布される。ＢＣＢコーティングのための表面を用意するために、接着促進剤層１０６が、シリコンウエハ８０（図１４）の上面１０８に塗布され、次いで遠心脱水される。その後すぐに、得られた層表面１０６は、ＢＣＢコーティングが構造層５４を形成できる状態である。接着促進剤層１０６の塗布後に、ＢＣＢ層５４が塗布され、次いで、好ましくは完全な硬化状態の約３０〜７０％の間まで硬化される。最も好ましくは、ＢＣＢ層５４はＣｙｃｌｏｔｅｎｅ（登録商標）樹脂として選択され、それには３０μｍまで、最も好ましくは、約０．１〜５μｍの間のＺ軸方向の厚さが提供されている。ＢＣＢ層５４は様々な利点を提供する。特に、ＢＣＢ層５４の使用は、電気絶縁（非導電性）構造層としての役割を果たす。加えて、本出願人は、ＢＣＢ層５４が、有利には、いくらかの変形を可能にし、最終組み立てにおいてシリコンバッキングウエハ８０およびウエハ８４の両方とのより寛容な適合を可能にするということを認識した。そしてこれにより、有利には、より一貫した結果とともにより高い生産収率が可能となる。
【０１３５】
代替的な製造では、ＢＣＢ層５４が完全に硬化されてもよく、その場合には特に、さらなる接着剤層および／または接着促進剤層（すなわちＡＰ３０００）が続いてＢＣＢ層５４に塗布されることとなる。しかしながら、最も好ましくは、ＢＣＢ層５４は、Ｚ方向層厚さを考慮して、完全に硬化されるのに必要とされる定格時間のおおよそ２分の１の間加熱することによって、完全な硬化状態の約５０％まで硬化される。ＢＣＢ層５４の所望の硬化の後に、プリフォーム半分体９８は、フォトレジストコーティング１１０（図１３）を用いてマスクされる。ＢＣＢコーティング後に、厚さ０．５マイクロメートルのＳｈｉｐｌｅｙ１８０５フォトレジスト層１１０（図１５）が、ＢＣＢ構造層５４の上部にスピン積層される。１５０℃でのフォトレジストのソフトベーキング後に、フォトレジスト層１１０をＵＶ光に露光してフォトリソグラフィを実施し、ポケット８２が形成されることとなる位置および幾何学形状を有する層１１０の所望の部分を除去し、下層のＢＣＢ層５４を露出させる。マスクコーティング１１０は、得られるトランスデューサ空気ギャップアレイ４２の意図したサイズおよび配向が実現するよう所望の空気ポケット８２（図１５）構成でＢＣＢ層５４をパターン化するように塗布される。
【０１３６】
露光および活性化の後に、マスクコーティング１１０の部分のうち活性化されていない残りの部分を除去して（図１４）、フォトプラズマエッチング加工のために、選択された空気ポケット構成およびＢＣＢ層５４を露出させる。好ましくは、次いで、ＢＣＢ層５４をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）反応器においてＣＦ４／Ｏ２を使用してドライエッチング加工して、マイクロアレイモジュール１６中に含まれることとなる所望のトランスデューサ空気ギャップ４２構成のパターンおよび配向でポケット８２を形成する。その後引き続き、プリフォーム半分体９８は、個々のポケット凹部８２（図１５に示される）を形成するようにエッチング加工される。繰り返すが、ポケット８２は、各トランスデューサの空気ギャップ４２として機能するサイズおよび所望の間隔で形成される。最も好ましくは、ポケット８２は、好ましくは、それぞれの横方向において約０．０３ｍｍの幅で２．５〜５μｍの深さまで形成される。
【０１３７】
必須ではないが、好ましくは、各ポケット８２は、ＢＣＢ層５４を通って少なくとも下層の接着促進剤層１０６へとさらに延在している。場合によっては、エッチング加工は、促進剤層１０６の接着の下層部分を除去し、各ポケット８２の底部においてシリコンバッキングウエハ８０を露出させるように実施してもよい。
【０１３８】
ポケット８２は、シリコンバッキングウエハ８０上の数および配置を最大化するよう正方形を有するように製造してもよい。しかしながら、他の実施形態には、円形のポケットまたは凹部が含まれ、その場合には多角形および／または六角形の大きい船形および／またはポケットとなる。正方行列配向のポケット８２の形成によって、簡素化されたトランスデューサスイッチングが可能となるが、他の構成も可能である。
【０１３９】
エッチング加工後に、プリフォーム９８は、残っているマスクコーティング１１０を除去してＢＣＢ層５４を露出させるようにクリーニングされる。
【０１４０】
図１６および図１７は、上側プリフォーム半分体１００の形成と、下側プリフォーム９８上へのその配置を最良に示している。図１７は、ＳＯＩシリコンカバーリングウエハの一部として提供されるものとして上部シリコンウエハ８４を図示しており、ウエハ８４は、製造を簡素化するために、リリース可能にホルダ層１２４に固定されている。ホルダ層１２４は、溶解可能な酸化ケイ素層１２６または他の好適な溶媒によってシリコンウエハ８４を載置するために使用されるさらなるシリコン層から選択してもよい。代替的に、ホルダ層１２４は、１ｎｍの厚さのＡＰ３０００層によってシリコンウエハ８４に接着されるＢＣＢ層として形成することもできる。繰り返すが、１つの簡素化された構造では、上部シリコン層８４は、膜４４の意図した厚さを考慮して、所望の厚さまで研削またはレーザーアブレーションを行ってウエハから機械加工される。
【０１４１】
ウエハ８４の最終厚さは、膜４４（図１７）を提供するように選ばれ、膜４４は、所望の仕上げ厚さを有しており、その厚さは最も好ましくは約０．１〜５０ナノメートルの間で選ばれる。また、シリコンウエハ層８４の最終厚さは、マイクロアレイモジュール１６によって提供されることとなるビーム出力信号の周波数範囲（より薄い＝より低い周波数）を考慮して選択される。
【０１４２】
簡素化された構造では、ウエハ層８４は、部分的に硬化したＢＣＢ層５４に向けて載置するように設けられている。しかしながら、上部シリコン層８４は、場合によっては、部分的に硬化したＢＣＢ層５４との結合を促進するために接着促進剤層（図示せず）でコーティングしてもよい。
【０１４３】
図１７に示されるように、プリフォーム９８、１００は一直線に並べられており、層８４はＢＣＢ構造層５４に対して接触している。上部シリコン層８４を移動させて一直線上にしてＢＣＢ層５４に対して接触させると、プリフォーム９８、１００は、次いで、ＢＣＢ層５４を完全に硬化させるように加熱され、シリコン層８４／ＢＣＢ層５４の最終的な結合および融合が起こり、トランスデューサ空気ギャップ４２が封止される。
【０１４４】
最も好ましくは、下側プリフォーム半分体９８上へのシリコンウエハ８４の配置後に、プリフォーム半分体９８、１００の構造体は、残留溶媒を追い出し、最大結合強度をもたらすように約１５０℃の初期結合温度まで加熱される。次いで、結合された半分体９８、１００は、約１時間窒素雰囲気下、２５０℃で最終的に硬化される。
【０１４５】
下側プリフォーム半分体９８上に上側プリフォーム半分体１００を載置した後に、二酸化ケイ素接着剤層１２６が溶解され、ホルダ層１２４が除去される。その後、上部シリコン層８４は、膜ダイヤフラム４４（図１７）が得られるように所望の仕上げ厚さ、好ましくは０．１〜５ｎｍの間の厚さまでレーザーアブレーションをされてもよく、平坦な最上面を有する。レーザーアブレーション後に、クロム界面層および導電性金層４８が、場合によっては、シリコン層８４の上面上に光によりめっきされる。めっき後に、次に接着剤層１２２が溶解され、ホルダピース１２０が除去される。ホルダ層１２０、１２４は、ＣＦ４／Ｈ２を使用して接着剤層１２２、１２６を選択的に溶解させて除去してもよく、上部シリコンウエハ８４が変位可能な膜４４として適当な場所に残される。
【０１４６】
１つの方法では、導電層４８が、膜ウエハ８４の上部上に積層される１００ｎｍの厚さの金層として提供される。代替的な構造では、金層が、所望の上部層厚さが得られるように適当な場所にスピン積層される。
【０１４７】
場合によっては、融合したウエハアセンブリは、その後、所望の数の個々のトランスデューサ２０（すなわち４０ｘ４０アレイ）を有する所望のモジュール１６サイズへと切断される。導電性金層４８は、周波数発生器７０から、センサバッキングプラットフォーム１８上に形成された金属積層層５０へ導電性を提供する。
【０１４８】
センサアセンブリ１４に、（たとえば図７に示されるように）トランスデューサ２０Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ４０の個別に作動可能な列が設けられる場合には、金層４８のフォトプリント後に、続いて層４８が選択的にエッチング加工されて、層の一部が除去され、電気的に隔離され、導電性金ワイヤボンディングＷ１、Ｗ２・・・Ｗ４０が残され、トランスデューサＳ１、Ｓ２・・・Ｓ４０の関連する列に導電性を提供する。一実施形態では、完成したＣＭＵＴマイクロアレイ１６は、その後、導電性接着剤を使用してバッキングプラットフォーム１８のコーティングされた金属面５０上へ直接ロボットにより載置できる状態である。
【０１４９】
さらに別のトランスデューサ製造モードが、図１８〜図２８を参照して説明されており、同様の参照番号が同様の要素を特定するために使用されている。該方法は、バッキング層４６としてのシリコンバッキングウエハ８０と、シリコンウエハ８４の代わりに上部デバイス層またはトランスデューサ膜４４としてのＢＣＢ上部ウエハ１４４（図２６）とを接合させるために使用される段階的な製造プロセスとして実施される。
【０１５０】
図１８〜図２３は、各トランスデューサ２０の下側プリフォーム半分体９８（図２３）の形成を図示している。プリフォーム半分体９８は、図１１を参照して説明される実施形態に従って実質的に形成されるシリコンバッキング層８０を使用して製造される。下側プリフォーム半分体９８を形成する際に、標準的なＮタイプシリコンウエハ８０が使用されるが、１平方センチメートル当たり約０．００８〜０．０２オームの間の抵抗が得られるようにアンチモンが高濃度にドープされている。場合によっては、取扱いしやすいように、ウエハ８０が、図１１に示されるように溶解可能な酸化ケイ素層１２２によってシリコンホルダ１２０に固定されてもよい。代替的に、ホルダ層は、１ｎｍの厚さのＡＰ３０００層によってシリコンウエハ８０に接着されるＢＣＢ層として形成することもできる。層１１８中で使用される好ましいＢＣＢとしては、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（登録商標）３０２２〜３５が挙げられ、場合によってはメシチレンによって希釈される。
【０１５１】
シリコンウエハ８０の上面１０８は、図１８に示されるように、接着促進剤、好ましくはＡＰ３０００（登録商標）、のおおよそ１ナノメートルの厚さの層１０６によってコーティングされる。
【０１５２】
接着促進剤層１０６によるコーティング後に、ＢＣＢ５４（図１９）の次の構造層が、接着促進剤層１０６上に塗布される。ＢＣＢ層５４は、好適なシンナーで部分的に薄めてもよく、接着促進剤層１０６上にスピン積層して、実質的に滑らかなで平行な表面を提供し、各トランスデューサ２０の空気ギャップ４２について所望のＺ高さを実現する。最も好ましくは、ＢＣＢ構造層５４は、約５００〜１５００ナノメートルの間、最も好ましくは約９００ナノメートルの所定の厚さを提供するようにスピン積層される。スピン積層後に、コーティングされたウエハバッキング層８０がオーブン中に配置され、ＢＣＢ層５４が完全に硬化されるのに必要とされる定格時間のおおよそ半分の間おおよそ３００℃で加熱される。したがって、ＢＣＢ層５４は、その部分的な硬化、好ましくは完全な硬化の約４０〜６０％をもたらすように加熱され、それにより部分的なゲル層（図１９）としてＢＣＢ層５４が安定化される。
【０１５３】
部分的硬化後に、次のフォトレジスト層１１０が、ゲルＢＣＢ構造層５４の上面上に積層される。最も好ましくは、フォトレジスト層１１０は１８０５フォトレジスト層として選択され、それは約０．５マイクロメートルの厚さで塗布される。フォトレジスト層１１０（図２０）は、層５４上に均一に積層され、次いで、フォトレジスト上にトランスデューサポケットをプリントするフォトネガティブマスクを通してＵＶ光に露光される。図２１に示されるように、露光されたフォトレジストは、化学的に変化し、洗い流されることに対して抵抗するが、一方、未露光の材料は容易に洗い流されて層５４を露出させる。
【０１５４】
次いで、ウエハは、エッチング浴中へ配置され、エッチング浴では、層５４中の露出したＢＣＢがエッチング加工される。エッチング加工は、未保護のままのゲルＢＣＢ構造層５４の露出した領域を除去し、個々のポケット８２（図２２）を形成する。エッチング加工は、好ましくは、ポケット８２が、ゲルＢＣＢ層５４の露出した領域および下層の接着促進剤層１０６の両方の部分を除去するように（図２２）十分な時間にわたって実施される。ポケット８２は、各トランスデューサ２０の空気ギャップ４２として機能するサイズおよび所望の間隔で形成される。上述した方法と同様、ポケット８２は、好ましくは、それぞれの横方向において約０．０３ｍｍの幅で約２．５〜４μｍの深さまで形成される。正方形ポケット８２は、バッキングウエハ８０上のそれらの配置スペース数を最大化するのに好ましいが、他の形状および配向を使用することもできる。
【０１５５】
好ましくは、各ポケット８２の底部において、シリコンバッキング層８０が実質的に平坦な表面として露出され、好ましくは約０．５ｍｍ未満で選択された厚さを有するようにエッチング加工は実施されない。
【０１５６】
エッチング加工後に、プリフォーム半分体９８は好適な溶媒中で洗浄され、それによりフォトレジスト層１１０の残りが除去され、部分的に硬化したゲルＢＣＢ層５４（図２３）が露出される。次いで、プリフォーム半分体９８は、選択された上側プリフォーム半分体１００との最終組み立ての前に洗浄およびクリーニングされる。
【０１５７】
上側プリフォーム半分体１００およびトランスデューサダイヤフラム４４の形成の代替的な方法では、酸化ケイ素ハンドリングウエハ１２４が、図２４に示されるように設けられる。次いで、図２４に示されるように、酸化ケイ素リリース層１２６が金でスパッタリングされて上部金層４８が形成される。金層４８の積層は、代替的には、最終的な所望の厚さで積層される実質的に平坦な金層４８が得られるように従来のめっきプロセスによって実施される。
【０１５８】
図２５に示されるように、金めっき後に、ＡＰ３０００（登録商標）などの接着促進剤層１２８が金層４８上に塗布される。最も好ましくは、接着促進剤層１２８は、約０．２〜５ｎｍの間、好ましくは約０．５ｎｍで選択される実質的に均一な厚さで提供される。
【０１５９】
接着促進剤層１２８の積層後に、ＢＣＢ層１４４は、次いで、接着促進剤層１２８の上部上にスピンコーティングされる。ＢＣＢ層１４４は、ダイヤフラム４４を形成するように選ばれた厚さで塗布される。ＢＣＢ層１４４のスピンコーティング塗布によって、ＢＣＢ層１４４を所定の厚さまで均一に形成できるということが認識されるべきである。ＢＣＢ層は、たとえばＣｙｃｌｏｔｅｎｅから形成されていてもよく、それは、スピンコーティングのための所望の粘度が得られるように薄められてもよいし、薄められていなくてもよい。最も好ましくは、ＢＣＢ層１４４は、最終的な硬化中に予測される予想収縮を補うように選択されるウェット厚さで提供され、センサ用途に応じて、約５０ｎｍ未満、好ましくは約０．２〜０．８ｎｍの間の最終厚さを有するダイヤフラム４４が提供されることとなる。しかしながら、より厚いまたはより薄いダイヤフラム４４が形成されてもよい。
【０１６０】
図２７および図２８は、下側プリフォーム９８のＢＣＢ層５４へのＢＣＢ系上側プリフォーム１００の組み立てを最良に示している。ＢＣＢ層１４４がウェットで実質的に未硬化の状態のままであり、ＢＣＢ層５４がおおよそ５０％だけしか硬化していないままである場合に、トランスデューサ２０の２つのプリフォーム半分体９８、１００を移動させて一直線上にし（図２７）、真空オーブン（図示せず）中に配置する。
【０１６１】
オーブンは、プリフォーム半分体９８、１００間の接触をもたらす前の接触の前に完全な真空状態とする。真空条件の後に、ウェットＢＣＢ層１４４および部分的に硬化したＢＣＢ層５４は見当合わせされ、半分体９８、１００は、おおよそ３フィートポンドの軽い圧力下で一緒に保持され、両ＢＣＢ層１４４、５４の完全な硬化をもたらすのに十分な時間の間３００℃で加熱硬化される。完全な硬化中に、ウェットＢＣＢ層１４４が縮小および収縮することとなるということが認識されるべきである。収縮は、製造業者によって提供される既知の値であり、使用されるＢＣＢの選択されたグレードに依存しており、１０体積％というように高くてもよい。
【０１６２】
最終的な硬化後に、組み立てられたウエハの結合したプリフォーム９８、１００は、真空オーブンから取り出され、冷却される。次いで、アセンブリは、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）浴中に配置されて、酸化ケイ素接着剤層１２６およびハンドリングウエハ１２４（および該当する場合にはシリコンウエハ８０用の接着剤層１２２およびバッキングウエハホルダ１２０）が選択的に除去される。酸化ケイ素層１２６の除去およびハンドリング層１２４のリリースによって、ダイヤフラム４４に結合されている上部金層４８が露出し、形成されたトランスデューサ２０の導電性前面３８が提供される。
【０１６３】
好ましい実施形態は、各トランスデューサ２０の後面２２上への導電性グラウンド層５０の形成を説明しているが（図１０）、本発明はそのようなものに限定されない。代替的な構造では、上部導電層４８は、マイクロアレイ１６をセンサアセンブリ１４グラウンドに電気的に接続するように設けられてもよい。
【０１６４】
本発明のさらなる実施形態によるトランスデューサ２０を図示している図２９を参照できるが、ここでは同様の参照番号が同様の要素を特定するために使用されている。図２９のトランスデューサ２０では、導電性金パッド１３０が、トランスデューサ空気ギャップ４２内でシリコン底部層４６の上面上に設けられている。導電性パッド１３０は、好ましくは、金、銅、銀または他の導電性金属でできており、導電性リード１３２によって周波数発生器７０（図９）に電気的に連結されており、導電性リード１３２は、導電性パッド１３０の後面から、シリコンバッキング４６に形成されている開口またはビア１３４を通って延在している。
【０１６５】
図３０〜図３３に示されるように、好ましい製造方法では、シリコンバッキング層８０は、最初に、実質的に図１１を参照して説明される実施形態に従って選択される。その形成後に、ビア１３４が、図３０に示されるように、それぞれの意図したトランスデューサ空気ギャップ４２の場所の中央領域においてバッキング層８０に機械加工される。
【０１６６】
ビア１３４の形成後に、ビアホールは、金（ｇ）または他の選択された導電性金属で充填される。バッキング層８０の前面および後面は、その後、好適なフォトマスク層１４４、１４６でコーティングされ、フォトマスク層１４４、１４６は、それぞれ所望の導電性パッド１３０および導電性リード１３２（図２８）を形成するようにパターン化される。次いで、マスクされたバッキング層８０は、マスク層を活性化させるために露光され、マスク層の一部を除去するように洗浄され、その場所にはパッドおよび伝導性リードめっきが形成されることとなる。
【０１６７】
次いで、層８０の前面および後面は、無電解積層またはスパッタリング技術を用いて所望の厚さの金（または他の導電性金属）でめっきされ、その後、余剰の金積層を除去するように洗浄され、めっきされた導電性パッド１３０および導電性リード１３２の構造体が残される。
【０１６８】
洗浄ならびに最終的なクリーニングおよび乾燥の後に続いて、図１９〜図２３を参照して説明されるように接着促進剤層１０６およびＢＣＢ構造層５４が金属めっきされたウエハ８０上に形成されて、プリフォーム半分体９８が形成されるが、それによりポケットエッチング加工８２が、各金導電性パッド１３０を露出させるように行われる。次いで、プリフォーム半分体９８は、好ましくは、上述した実施形態に従って上側プリフォーム半分体１００と接合される。
【０１６９】
図３３は、さらなる実施形態に従って形成されたトランスデューサ２０のプリフォーム半分体１０２を図示しているが、同様の参照番号が同様の要素を特定するために使用されている。たとえば図２１に示されるＢＣＢ層５４のエッチング加工およびフォトレジスト層１１０の除去により、底部ウエハ８０および導電性パッド１３０が露出される。
【０１７０】
好ましくは、導電性パッド１３０は、約１〜２ｎｍの間のＺ軸寸法の厚さと、各キャビティ４２の横径ｄａｖｇのおおよそ５０％まで延在している横寸法を有する導体プレートとして形成される。導電性パッド１３０が、キャビティ８２の床面の少なくとも５０％にわたって延在していると、導電性パッド８２は、トランスデューサ２０の活性化時に最適な磁束を提供できる。
【０１７１】
導電性パッド１３０およびリード１３２の積層後に、引き続いて選択された上側プリフォーム半分体１００が、たとえば上述のもののうちの１つに従って下側半分体１０２と一直線に並べられ、それに固定され、融合される。
【０１７２】
好ましい構造では、個々のプレートリード１３２は、各ＣＭＵＴマイクロアレイモジュール１６のエッジ部分への単一のトレースとして延在していてもよく、意図したセンサ用途に応じて、単独で、選択的なグループでまたは同時にトランスデューサ２０の活性化が可能となる。
【０１７３】
場合によっては、１つ以上のさらなる接着促進剤および／またはコーティング層が、ボンディング前にベースおよび／または上部ウエハ８０、８４に塗布されてもよい。好適なコーティング層としては、金または他の導電性金属コーティングが挙げられる。
【０１７４】
結果として、上述の実施形態によるセンサアセンブリ１４の実施形態は以下のもののうちの１つ以上を特徴とする。
１．３Ｄトランスデューサ構成を使用またはシミュレートして、音波ビームを整形し、形成すること。
２．双曲放物面上へのＣＭＵＴトランスデューサの３Ｄ配置を使用またはシミュレートしてビーム整形するＣＭＵＴ技術を使用する超音波システム。
３．ビーム形状は、チップの双曲放物面形状の設計および整形によって制御でき、そしてビームの全体幅が制御されて、表面がより平坦になるほど、ビームの幅が広くなる。
４．マイナーローブのサイズおよび影響を制限することにより、干渉をより少なくする双曲放物面形状。
５．ＣＭＵＴトランスデューサを用いると、送信および受信機能の両方においてより大きい信号圧力を得ることができる。
６．各ＣＭＵＴトランスデューサは、個別に、選択されたグループでおよび／またはすべて同時に動作させてもよく、それにより広範なビームステアリング能およびビーム内の物体位置が提供される。
７．ＣＭＵＴトランスデューサ設計はより微細になっており、したがってより多くのトランスデューサを各高度に配置するこができるため、より大きい信号強度および分解能が可能となる。
８．簡素化された製造および／または向上した信頼性。
【０１７５】
詳細な説明では、垂直ストリップ構成で電気的に接続されているものとして各マイクロアレイモジュール１６中のトランスデューサ２０を説明しているが、本発明はそのようなものに限定されない。また、トランスデューサ２０を連結する他の方法も可能であろう。限定されないが、次世代の電気的に連結されたトランスデューサのグループは、２つの方向の周波数調整が可能となるように垂直ストリップおよび水平ストリップのいずれとしても配向させることができるということが想定される。
【０１７６】
モニタリングシステム１２の好ましい使用は車両死角モニタリングにおいて提供されるが、その用途はそれに限定されないということが認識されるべきである。同様に、詳細な説明は、自動車センサ１４で使用されるものとして静電容量型超音波トランスデューサ型マイクロアレイモジュール１６を説明しているが、以上から様々な他の用途が容易に明らかであろう。そのような用途としては、限定されないが、鉄道産業、海洋産業および航空機産業での用途の他、様々な家庭用途、医療用イメージング、産業環境および商業環境に関連した用途ならびに消費財の用途が挙げられる。
【０１７７】
本発明の様々な好ましい実施形態を説明したが、本発明は、開示された特定の構造および方法に限定されない。以上から多くの改変例および変形例が当業者には思い浮かぶであろう。本発明の定義について、添付の特許請求の範囲を参照できる。
【図１】
2016516184.tif 000004
【図２】
2016516184.tif 000005
【図３】
2016516184.tif 000006
【図４】
2016516184.tif 000007
【図５】
2016516184.tif 000008
【図６】
2016516184.tif 000009
【図７】
2016516184.tif 000010
【図８ａ】
2016516184.tif 000011
【図８ｂ】
2016516184.tif 000012
【図８ｃ】
2016516184.tif 000013
【図９】
2016516184.tif 000014
【図１０】
2016516184.tif 000015
【図１１】
2016516184.tif 000016
【図１２】
2016516184.tif 000017
【図１３】
2016516184.tif 000018
【図１４】
2016516184.tif 000019
【図１５】
2016516184.tif 000020
【図１６】
2016516184.tif 000021
【図１７】
2016516184.tif 000022
【図１８】
2016516184.tif 000023
【図１９】
2016516184.tif 000024
【図２０】
2016516184.tif 000025
【図２１】
2016516184.tif 000026
【図２２】
2016516184.tif 000027
【図２３】
2016516184.tif 000028
【図２４】
2016516184.tif 000029
【図２５】
2016516184.tif 000030
【図２６】
2016516184.tif 000031
【図２７】
2016516184.tif 000032
【図２８】
2016516184.tif 000033
【図２９】
2016516184.tif 000034
【図３０】
2016516184.tif 000035
【図３１】
2016516184.tif 000036
【図３２】
2016516184.tif 000037
【図３３】
2016516184.tif 000038
【国際調査報告】
2016516184.tif 000039
2016516184.tif 000040