具有聚乙烯第三匹配层的宽带矩阵换能器制造技术

一种超声换能器，包括压电单元（１７５）、第一和第二匹配层（１２０，１３０）、以及包括低密度聚乙烯（ＬＰＤＥ）的第三匹配层（１４０）。为超声矩阵探头提供宽的带宽的所述第三匹配层（１４０）可以向下延伸以包围所述阵列（Ｓ３６０）并且连接到外壳以对阵列进行密封（Ｓ３７０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有聚乙烯第三匹配层的宽带矩阵换能器超声换能器用于将电信号变换为超声能量以及将超声能量变换回电信号。 超声會遣可以用于例如对感兴趣的身体进行检査，并且由换能器从该身体接收 的回声可以用于获得诊断信息。 一个特别的应用是医疗成像，其中回声用于形 成患者内部器官的二维和三维图像。超声换能器使用匹配层或一系列匹配层， 以更加有效地将压电体中产生的声学能量耦合到受M或患者的身体。匹配层 位于换能器的上面，,正被探测的身体。以类似于光学路径中用于透镜的相 应防反針凃层功能的方式，逐层完成声学耦合。换能器中压电材料与身体相比相对高的声阻抗由匹配层的中间阻抗(intervening impedance) (span)。例 如，设计可能要求特定阻抗的第一匹配层。第一匹配层是声路^A换能器到身 体所避啲第一个层。每个连续的匹配层，如果倒可一层，需要逐步降低的阻 抗。最顶端层的阻抗仍然比身体的阻抗高，但一个或多个层提供了在将由压电 体产生的超声声学地耦合到身体、以及将从身体返回的超声耦合到压电体的过 程中较平滑的传输、阻抗方向渐变(i即edanceiise)。最佳分层包括适当系列的声学阻抗的设计和相应材料的识别。 一维换能器 的匹配层中^顿的材料包括陶瓷、石墨复合材料、聚亚安酉縛，所述一维(1D) 换能器的单元以单个行的方式排腿线。虽然已知1D换能器包掛午多匹配层，但是隨有二维(2D)阵歹嫉能器单 元的换能器由于换能器单元的不同形状而需要不同的匹配层方案。传输的声波 以那个特定声波的频率特性振动，并且该频率具有相关联的波长。1D阵列换能 器的单元在一个横向方向上典型地小于工作频率半个波长宽度，但在其它横向 方向上是几个波长的长度。2D阵列换能器的单^两个横向方向上可以小于半 个波长。这种形状的变化降低了有效的纵向刚性，并且因此降低了单元的丰臓 阻抗。由于单元阻抗较低，所以造成匹配层的阻抗也应当劍氏以获得最佳性能。 然而，低阻抗材料的复杂因素在于，当如在2D阵列换能器中一样被切割成窄柱 时，声的速度变得依赖于信号的频率，这一5 1尔为速度色散。这种色散改变 层与频率的匹配特性，这是不希望的，并且可以产生截止频率，在该截止频率U操作换能器是不可能的。由于缺少用于三个匹配层设计的合适材料，所以2D阵歹嗾能器通常仅4顿两个匹配层制造。然而，这限制了带宽和灵驗，两 者对于改善多普勒、彩色流量(color flow)和谐波成像模式方面的性能都是关键的。例如，在谐波成像的情况下，传输低的基频以提供iaA超声受检者或患者的身体组织的较深穿透，而通过接收基频以上的谐波频率来获得较高的^fjf 率。因而常常希望足够大的带宽，以包含多种多样的频率。1D和2D阵列换能器的压电单元典型地由多晶陶瓷材料制成，其中一种最普 通的是锆钛酸铅(PZT)。单晶压电材料正变得可以使用，例如单晶铌锰勝S/钛 酸铅(lead manganese niobate/lead titanate， PMN/PT)合金。由这些单晶 材料律喊的压电换能器单元呈现出显著较高的电-机械耦合，这潜在鹏供了改 善的灵敏度和带宽。当前的专利技术人注意到，提高的单晶压电体的电-机械耦合还产生樹氐的有效 声阻抗。结果， 地，选择匹配层，其声阻抗低于用于通常的多晶换能器(例 如陶瓷换能器)的匹配层的声阻抗。由于三个匹配层单晶换能器要求具有较低声阻抗的匹配层，并且由于超声 探头换能器的第二匹配层总是比其第一匹配层阻抗低，所以对陶瓷换能器可用 的第二匹配层、例如石墨复合材料可以用作三个匹配层单晶换能器的第一匹配 层。第一和第二匹配层典型地足够坚硬，使得用于阵列的每个单元的层必须彼 此机械地分离开以保,个单元声学地独立于其它单元。最通常的，皿过在 两个方向上锯齿切害啲方貌成，所述锯齿切割穿透两个匹配层和压电材料。另一个考虑可以是电导率，其对于各向同性导电的石墨复合材料来说将是 不存在的问题。然而，找到适当的第二匹配层可以包括选择这样的材料，其不仅具有适当 的声阻抗，而且具有合适的电导率。超声探头的压电换能器 于压电体中产生的电场。这些场ffi31连接到压 电体的至少两个面的电极产生并且检测。例如为了产生超声，在电极之间施加 电压，需要电连接到电极。换能器的旨单元可以接收不同的电输入。到换能 器单元的终端有时垂直地连接到声学路径，虽然这对于二维矩阵阵列的内部单 元可能是有问题的。从而，可以优选的是，将单元连接到共同基础，该共同基础位于阵列的上面或者下面。匹配层可以用作基础平面、或者可以提供分离的 基础平面。该基础平面可以用导电箔片实施，该箔片足够薄以避免干扰超声。 然而，除与瞎第一匹配层和压电单元之间设置分离的基础平面， 地， 使第一匹配层在声学路径方向上是导电的，以便完成从后面流动并且穿过阵列的电路。因为2D阵列单元是机械分离的，例如ilil在两个方向上锯齿切割产生 独立的柱，所以对于阵列内部的单元，不存在横向地到阵列边缘的电通路。因 而，该电SJ 各必须乡纽匹配层誠。对于第二匹配层保持相同的规则。聚亚安酯具有大约2.1兆瑞利(MRayl)的声阻抗，可以用作第三匹配层， 该第三匹配层要求比第一，二层低的阻抗。然而，除了具有比所希望的阻抗 略高的阻抗，聚亚安酯非常易于受化学反应的影响。因此，聚亚安酯需要保护 涂层，以将聚亚安酯和换能器阵列的剩余部分密封以不受环境污染物例如化学 消毒齐诉卩湿气的影响。另外，从MI呈控制的角度来看，不同的生产ai呈可以产 生不同的保护涂层厚度，导致所生产的探头中不均匀的声性能。最终，对施加 《尉户凃层的分离的斑呈的需要极大地增加了生产成本。为了克月让面提到的缺点， 一方面，超声换能器包含压电单元、以及第一 到第三匹配层，所述第三匹配层包括低密度聚乙烯(LDPE)。另一方面，超声换能器具有在二维结构上排列的换能器单元阵列以及至少 三个匹配层。下面将在后面附图的帮助下阐^^述新第鹏声探头的细节，其中 附图说明图1是依照本专利技术的具有三个匹配层的矩阵换能器的侧面截面亂 图2是一个例子的侧面截面亂该例子显示了第三匹配层如何连接到换能 器外壳；以及图3是制造图1所示换能器的斑呈的一种仔的流程图。图1 M^例性而非限制性的例子显示了^m本专利技术的可用于超声探头的矩阵换能器100。矩阵换能器100具有压电层110、三个匹配层120、 130、 140、 与第三匹配层140结合的薄膜150、互连层155、 一个或多个半导体芯片(IC) 160以及背衬165。压电层110包含换育旨器单元175的二维阵列170，阵列中的行平行于图1的图纸而阵列的列垂直于图1的图纸。换能器100进一步包括在 第二和第三匹配层130、 140之间的共同基础平面180，该基础平面180向周边 延伸至向下环绕用于固定到柔性电路185，从而完成对于各个换能器单元175的电路。具体地，换能器单元175 ffli^拂凸起190鄉幼式接合到半导体 芯片160，并且芯片,到柔性电路185。同轴电缆(*^出)连接到柔性电路 185，该同轴电缆典型地来自超声探头的背部。矩阵换能器100可用于传输超声和/或接,声。如前面提到的，第一匹配层120可以实施为石墨复合材料。环氧匹配层传输具有足够速度的声，并且该匹配层具有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器（１００），包括：　　　　压电单元（１７５）；　　　　第一和第二匹配层（１２０，１３０）；以及　　　　包括低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）的第三匹配层（１４０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-8 60/706,3991、一种超声换能器(100)，包括压电单元(175)；第一和第二匹配层(120，130)；以及包括低密度聚乙烯(LDPE)的第三匹配层(140)。2、 权利要求l所述的换能器，进一步包括LDPE薄膜(150)，该薄膜包含所 述第三匹配层并且向下延伸以包围所述单元(S360)。3、 权利要救所述的换能器，其中所述薄膜形^^f述单元(210， S370)周 围的密封的一部分。4、 一种超声换能器(100)，包括 在二维结构上排歹啲换能器单元(175)阵列(170);以及 至少三个匹配层(120， 130， 140)。5、 权利要求4所述的换能器，其中所腿的赴层(140)包括低密度聚乙 烯(LDPE)。6、 权禾腰求4所述的换能器，包括薄膜(150)，该薄膜包含所述层的最上 层并且向下延伸以包围所述阵列(S360)。7、 权利要求6所述的换能器，其中所述薄膜形成所述阵列周围的密封(210， S370)...

【专利技术属性】
技术研发人员：H诺尔斯，B奥斯曼，M威尔逊，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]