超声换能器的热传递和声匹配层制造技术

本发明专利技术涉及超声换能器的热传递和声匹配层。提供了超声换能器和制造具有改进的热特性的超声换能器的方法。超声换能器可以包括：垫板、贴附到该垫板的压电元件、贴附到该压电元件的第一匹配层以及贴附到该第一匹配层的第二匹配层。该第一匹配层可以包括金属并且可以具有大约大于３０Ｗ／ｍＫ的热导率。该第二匹配层可以具有大约０．５－３００Ｗ／ｍＫ的热导率。该第一匹配层可以具有大约１０－２０ＭＲａｙｌ的声阻抗，并且该第二匹配层可以具有更低的声阻抗。该第一匹配层可以比该第二匹配层更厚。该超声换能器可以包括透镜，并且设置在该压电元件和该透镜之间的第一匹配层可以配置成从该压电元件传导热到该垫板。

【技术实现步骤摘要】

本技术的实施例大体上涉及配置成提供改进热特性的超声换能器。
技术介绍
如在图1中描绘的，常规超声换能器100可以由包括透镜102、阻抗匹配层104和 106、压电元件108、垫板110的各种层和用于连接到超声系统的电元件构成。压电元件108可以将电信号转换成超声波以朝目标传送并且也可以将接收的超声波转换成电信号。箭头112描绘从换能器100传送和在换能器100接收的超声波。该接收的超声波可以由超声系统使用以形成目标的图像。为了增加从换能器100输出的能量，阻抗匹配层104、106设置在压电元件108和透镜102之间。常规上，最佳的阻抗匹配已经认为是当匹配层104、106将压电元件108和透镜102分开的距离χ是以谐振频率传送的超声波的期望波长的大约1/4至1/2而达到。 常规的看法是这样的配置可以在超声波离开匹配层104、106时保持在匹配层104、106内反射的超声波同相。从换能器100传送的超声波可以加热透镜102。然而，接触患者的换能器具有大约 40摄氏度的最大表面温度以便避免患者不适并且遵守管制温度极限。从而，透镜温度可以是波传送功率和换能器性能的限制因素。许多已知的热管理技术集中在换能器的背面以便最小化超声能朝透镜的反射。但是，需要有具有改进热特性的改进超声换能器。
技术实现思路
本技术的实施例大体上涉及超声换能器和制造超声换能器的方法。在实施例中，例如，超声换能器可以包括垫板；贴附到该垫板的压电元件，该压电元件配置成将电信号转换成超声波以朝目标传送，该压电元件配置成将接收的超声波转换成电信号；贴附到该压电元件的第一匹配层，该第一匹配层具有第一声阻抗和大约大于 30ff/mK的热导率；和贴附到该第一匹配层的第二匹配层，该第二匹配层具有低于该第一声阻抗的第二声阻抗。在实施例中，例如，第一声阻抗是大约10-20MRayl。在实施例中，例如，第一匹配层具有第一厚度，并且第二匹配层具有小于该第一厚度的第二厚度。在实施例中，例如，第二匹配层具有大约0. 5-300ff/mK的热导率。在实施例中，例如，超声换能器可以进一步包括贴附到第二匹配层的第三匹配层， 该第三匹配层具有低于第二声阻抗的第三声阻抗。在实施例中，例如，超声换能器可以进一步包括透镜，其中第一和第二匹配层设置在压电元件和透镜之间，并且其中每个匹配层的厚度小于以谐振频率传送的超声波的期望波长的大约1/4。在实施例中，例如，第一匹配层包括金属。在实施例中，例如，第一匹配层包括配置成延伸超过压电元件的末端延伸到垫板的侧翼，该侧翼配置成从压电元件传导热到垫板。在实施例中，例如，压电元件包括多个切口，并且其中侧翼设置大致上垂直于该切口 (cut)。在实施例中，例如，压电元件包括多个切口，并且其中侧翼设置大致上平行于该切在实施例中，例如，第一匹配层包括配置成延伸超过压电元件的末端的部分，该部分连接到配置成延伸到垫板的热传导板片，该部分和该板片配置成从压电元件传导热到垫板。在实施例中，例如，垫板、压电元件、第一匹配层和第二匹配层由环氧树脂贴附。在实施例中，例如，制造超声换能器的方法可以包括将垫板贴附到压电元件，该压电元件配置成将电信号转换成超声波以朝目标传送，该压电元件配置成将接收的超声波转换成电信号；将第一匹配层贴附到该压电元件，该第一匹配层具有第一声阻抗和大约大于30W/mK的热导率；和将第二匹配层贴附到该第一匹配层，该第二匹配层具有低于该第一声阻抗的第二声阻抗。在实施例中，例如，制造超声换能器的方法可以进一步包括在压电元件和第一与第二匹配层中制造多个切口。在实施例中，例如，第一匹配层包括配置成延伸超过压电元件的末端的侧翼，并且该方法可以进一步包括在该侧翼的表面上切割多个刻槽；并且将该侧翼远离刻槽折叠使得该侧翼延伸超过压电元件的末端延伸到垫板，该侧翼配置成从压电元件传导热到垫板。在实施例中，例如，第一匹配层包括配置成延伸超过压电元件的末端的部分，并且该方法可以进一步包括将该部分连接到配置成延伸到垫板的热传导板片，该部分和该板片配置成从压电元件传导热到垫板。在实施例中，例如，垫板、压电元件、第一匹配层和第二匹配层由环氧树脂贴附。在实施例中，例如，超声换能器可以包括垫板；贴附到该垫板的压电元件，该压电元件配置成将电信号转换成超声波以朝目标传送，该压电元件配置成将接收的超声波转换成电信号；透镜；以及设置在该压电元件和该透镜之间的匹配层，该匹配层配置成从压电元件传导热到垫板。附图说明图1描绘现有技术超声换能器的层的横截面。图2A描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的层的横截面。图2B是根据本技术的实施例使用的超声换能器的匹配层属性表。图3描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的层的横截面。图4描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的层的横截面。图5描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的层的横截面。图6描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的层的透视图。图7描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器的计算机模拟结果。图8是描绘常规换能器和根据本技术的实施例建造的换能器的透镜表面处的温度测量的试验结果的图表。前面的
技术实现思路
以及某些实施例的下列详细说明当与附图结合阅读时将更好理解。为了说明本专利技术的目的，某些实施例在图中示出。然而，应该理解本专利技术不限于附图中示出的设置和工具。具体实施例方式本技术的实施例大体上涉及配置成提供改进热特性的超声换能器。在图中，类似的元件用类似的标识符标识。图1描绘现有技术超声换能器100的层的横截面。换能器100在
技术介绍
中描述， 并且包括设置在透镜102和压电元件108之间的两个匹配层104、106。匹配层104、106提供透镜102和压电元件108之间的组合距离X，该距离χ是以谐振频率传送的超声波的期望波长的大约1/4至1/2。图2A描绘根据本技术的实施例使用的超声换能器200的层的横截面。换能器200 包括透镜102、阻抗匹配层203-206、压电元件108、垫板110和用于连接到超声系统的电元件。垫板110包括散热(heat sink)和热管理。在某些实施例中，匹配层203-206、压电元件108和透镜102可以使用环氧树脂或在由例如工艺装备和/或压机提供的压力下硬化的粘合剂材料接合在一起。如利用常规超声换能器，压电元件108可以将电信号转换成超声波以朝目标传送并且也可以将接收的超声波转换成电信号。箭头112描绘从换能器200传送和在换能器 200接收的超声波。该接收的超声波可以由超声系统使用以形成目标的图像。为了增加从换能器100输出的能量，阻抗匹配层203-206设置在压电元件108和透镜102之间。匹配层203-206将压电元件108和透镜102分开距离y，其可以小于或大于距离x(该距离是以谐振频率传送的超声波的期望波长的大约1/4至1/2)。如在图1中描绘的，常规换能器一般包括两个匹配层104、106。这样的匹配层一般包括环氧树脂和填充物。已经发现在压电元件附近包括具有相对较高的声阻抗和相对较高的热导率的匹配层可以改进热特性和/或声属性。本文示出的实施例描绘具有三个或四个匹配层的专利技术性换能器。但是，实施例可以包括例如少至两个匹配层和大于四个匹配层，例如五个或六个匹配层。图2B是专利技术性超声换能器的实施例的匹配层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超声换能器，包括：垫板（１１０、３１０）；贴附到所述垫板（１１０、３１０）的压电元件（１０８、３０８），所述压电元件（１０８、３０８）配置成将电信号转换成超声波以朝目标传送，所述压电元件（１０８、３０８）配置成将接收的超声波转换成电信号；贴附到所述压电元件（１０８、３０８）的第一匹配层（２０６、３０５、４０１、５０１），所述第一匹配层（２０６、３０５、４０１、５０１）具有第一声阻抗和大约大于３０Ｗ／ｍＫ的热导率；以及贴附到所述第一匹配层（２０６、３０５、４０１、５０１）的第二匹配层（２０５、３０４），所述第二匹配层（２０５、３０４）具有低于所述第一声阻抗的第二声阻抗。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·CC·邰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US