用于微加工的超声换能器的声学镜片制造技术

本申请公开了配置为用于超声换能器的匹配层。在一个实施例中，换能器堆栈可包括电容微加工的超声换能器(CMUT)、声镜片、以及在其之间的匹配层。该匹配层可由柔性材料(例如弹性体和/或流体)制成，并被配置为与CMUT一起使用。该匹配层可包括在该换能器的顶表面之上的底表面，以及在镜片的底表面之下的顶表面。

Acoustic lenses for ultrasonic transducers for Microfabrication

The application discloses a matching layer configured for ultrasonic transducers. In one embodiment, the transducer stack may include a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT), an acoustic lens, and a matching layer between them. The matching layer may be made of flexible materials such as elastomers and/or fluids and configured to be used with CMUT. The matching layer may include a bottom surface above the top surface of the transducer and a top surface below the bottom surface of the lens.

【技术实现步骤摘要】
用于微加工的超声换能器的声学镜片本申请是2014年03月17日提交的、名称为“用于微加工的超声换能器的声学镜片”、申请号为201410097886.6的中国专利技术专利申请的分案申请。对相关申请的交互引用本申请要求，2013年3月15日提出的申请案号为61/793,124，名称为“用于微加工的超声换能器的声学镜片”的美国临时专利申请的优先权，这里通过引用将其公开内容结合于此。
本专利技术通常涉及超声换能器，特别是超声换能器的匹配层。
技术介绍
在超声成像设备中，主体的图像是通过传输一个或多个来自声波换能器的脉冲进入体内而创建。响应于该脉冲的反射回波信号由相同或不同的换能器检测。回波信号引起换能器元件产生电子信号，该电子信号被超声波系统分析，以创建回波信号的一些特征的图，如它们的振幅、功率或频移等。因此该图可以作为图像显示给用户。一种类型的换能器是微加工超声换能器(MUT)，其可以由例如，硅制成并配置为发送和接收超声波能量。MUT可包括电容微加工的超声换能器(CMUTs)和压电微加工超声换能器(PMUTs)。相对于传统的换能器，MUT可提供许多优势，例如，更低的生产成本，减少的制造时间，和/或更宽的频率带宽。然而，MUT可能脆弱并通常地用于一次性的内部超声成像的应用中。在外部探测器中使用换能器一般包括将声镜片粘结或以其他方式附加在换能器上。声镜片可防止换能器损坏和/或也可提供声学聚焦到一个主体。在一些低频应用中，MUT可用于具有声镜片的外部探测器，例如，弹性体材料。然而，由于越高频率材料的声衰减越大等原因，这些弹性体镜片可能不适用于高频超声的应用(例如，高于15MHz)。因此，需要用于适合使用在更高的频率的MUT探测器的低损耗和持久的声镜片。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种超声换能器堆栈，包括第一匹配层，具有第一顶表面和第一底表面，其中所述第一匹配层包括柔性材料(compliantmaterial)，以及其中所述第一匹配层具有第一厚度和第一声阻抗；镜片层，具有覆盖在所述第一顶表面上的第二底表面，第二顶表面，和第二厚度，其中所述镜片层具有第二厚度和第二声阻抗；以及换能器层，具有在所述第一底表面和所述第二底表面下的第三顶表面，其中所述第三层包括微加工的超声换能器，被配置为在中心频率产生超声波，以及其中所述第三顶表面包括所述换能器的上膜。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于外部使用的超声换能器堆栈，所述超声换能器堆栈包括第一匹配层，具有第一顶表面和第一底表面，其中所述第一匹配层包括第一柔性材料，以及其中所述第一匹配层具有第一声阻抗；镜片层，具有覆盖在所述第一顶表面上的第二底表面，以及第二顶表面被配置为放置于倚靠主体的外皮，其中所述镜片层具有与所述第一声阻抗不同的第二声阻抗；以及第三层，具有在所述第一底表面和所述第二底表面下的第三顶表面，其中所述第三层包括微加工的超声换能器，被配置为产生超声波。附图说明图1是现有技术中的电容微加工超声换能器的侧示图。图2A是根据本公开的技术的一个或多个实施例配置的超声换能器堆栈的等轴前视图。图2B是根据本公开的技术的一个实施例配置的超声换能器堆栈的放大侧视图。图3A和图3B是根据本公开的技术的一个实施例配置的超声换能器堆栈的侧视图。图4A和图4B是根据本公开的技术的一个实施例配置的超声换能器堆栈的侧视图。具体实施方式本技术通常涉及配置用于超声换能器的匹配层。应当理解的是许多以下讨论的细节被提出以描述以下的实施例，其描述方式足够使得在相关领域熟练的技术人员制造并使用公开的实施例。然而，下面描述的几个细节可能并不是实践本技术的某些实施例所必需的。此外，该技术可包括在权利要求范围内、但并未参考图1-4B进行详细描述的其他实施例。使用示例的换能器堆栈从一主体捕获超声波数据通常包括产生超声波，向主体传送超声波，以及接收由主体反射的超声波。广泛的频率的超声波可以被用来捕获超声波数据，例如，可以使用低频率超声波(如，低于15MHz)和/或高频超声波(例如，大于或等于15MHz)。那些本领域普通技术人员可以很容易地基于，例如但不限于，图像的深度和/或所需的分辨率等因素，确定使用哪个频率范围。公开的换能器可以可操作地连接至超声波成像系统，用于超声波数据的生成、传输、接收和处理。例如，可以使用能提供任何频率的超声波信号的超声波扫描装置对超声波进行传输、接收和处理。在本公开的一些方面，可以使用能运行在15MHz或者以上的超声波系统或设备，而在其他方面，也可以使用配置为运行在低于15MHz的超声波系统或设备。虽然下面公开的换能器可被用于超声医学测量和/或成像应用，它们并不局限于这些用途。在一些实施例中，例如，以下的换能器可用于生物计量应用，例如指纹扫描仪。图1是现有技术中的电容微加工超声换能器的侧示图。换能器100包括耦合到上电极104的电源101，下电极102置于衬底114(例如，硅衬底)上。上电极104耦合或邻近膜108。如下所详述的，上电极104可被配置为引起108膜偏转，其可例如引起超声波从其传播开。间隙110允许膜108充分向下偏转(如，朝向下电极102)而不与下电极102和/或衬底114接触。膜108可响应于例如上、下电极102和104之间的电压的变化的和/或施加在膜108上的声能(例如，超声波)而偏转。在所示的实施例中，换能器被配置为电容微加工超声换能器(CMUT)。本领域普通技术人员可理解，可由电源101将偏置电压施加在上电极104和下电极102。电源101可包括交流电流源和/或直流电流源(图中未显示)。冲击在换能器100上的声能(例如超声波)可以偏转膜108，引起上、下电极102和104之间的电压变化，以产生电信号。相反地，在上、下电极102和104之间施加交流电信号可以偏转膜108，以产生超声波信号，从而从换能器100传播开。图2A是根据所公开的技术的实施例所配置的超声换能器堆栈200的等轴前视图。换能器200包括在第一层220以下的换能器堆栈层201和第二层224。换能器201可包括，例如，单个阵列元素，换能器元素的一维阵列，或换能器元素的多维阵列。此外，换能器201可以由本领域已知的任何合适的换能器制成，例如，压电换能器，CMUT，压电微加工超声换能器(PMUT)等。换能器顶表面203位于第一层底表面223之下，第一层顶表面221在第二层底表面225之下。第二层顶表面226可被应用于主体或放置接近一主体(例如，人类，动物，等等)。图2B是根据本公开的实施例配置的换能器堆栈200的侧视图。在所示的实施例中，换能器层包括CMUT(例如，图1的换能器100)。本领域普通技术人员应理解，CMUT换能器(如，换能器201)可能脆弱，并缺乏其他类型的换能器的耐久性(如，压电(PZT)换能器)。然而，将低声损失和耐用的硬材料直接放置到CMUT换能器上会显著降低阵列的效率，甚至可能阻止阵列工作。因此，如下进一步详细地描述，以镜片(例如，第二层224)和换能器之间的相对薄的柔性层(例如，第一层220)组装超声换能器的堆栈(例如，换能器201)允许换能器有效地发射超声波，且还将换能器201和第二层224进行结合。此外，结合硬的外层还可保持换能器的平整度，从而提高换能器的效率和准确性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声换能器堆栈，包括：第一匹配层，具有第一顶表面和第一底表面，其中所述第一匹配层包含柔性材料，并且其中，所述第一匹配层具有第一厚度和第一声阻抗；镜片层，具有覆盖在所述第一顶表面上的有纹理的第二底表面、第二顶表面和第二厚度，其中所述镜片层具有第二厚度和第二声阻抗；和换能器层，具有在所述第一底表面和所述第二底表面下的第三顶表面，其中所述换能器层包括微加工的超声波换能器，被配置为在中心频率产生超声波，以及其中所述第三顶表面包括所述换能器的上膜。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/793,124;2014.03.11 US 14/205,1231.一种超声换能器堆栈，包括：第一匹配层，具有第一顶表面和第一底表面，其中所述第一匹配层包含柔性材料，并且其中，所述第一匹配层具有第一厚度和第一声阻抗；镜片层，具有覆盖在所述第一顶表面上的有纹理的第二底表面、第二顶表面和第二厚度，其中所述镜片层具有第二厚度和第二声阻抗；和换能器层，具有在所述第一底表面和所述第二底表面下的第三顶表面，其中所述换能器层包括微加工的超声波换能器，被配置为在中心频率产生超声波，以及其中所述第三顶表面包括所述换能器的上膜。2.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述柔性材料包含PDMS类型硅胶。3.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述柔性材料具有小于100MPa的杨氏模量。4.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述镜片层包含聚甲基戊烯。5.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述镜片层包含热固性交联苯乙烯共聚物。6.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中，所述第一厚度小于所述第二厚度。7.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述第一厚度小于所述中心频率的1/4波长。8.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中，所述中心频率大于15MHz。9.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中，所述第二底表面的纹理为多个脊部和在所述多个脊部之间的多个凹槽。10.如权利要求1所述的换能器堆栈，其中所述柔性层包括基质材料，以及其中所述第一匹配层包括由与所述基质材料组合的第一多个微米级的颗粒和第二多个纳米级的颗粒形成的复合层。11.如权利要求10所述的换能器堆栈，其中所述第一多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，保罗·邓汉姆，查勇·奥，N·克里斯·柴格里斯，
申请(专利权)人：富士胶片索诺声公司，
类型：发明
国别省市：美国,US