超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统技术方案

本发明专利技术实施例公开一种超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统。在发明专利技术的一具体实施方式中，超声换能器包括基板，包括贯穿基板的多个空腔通道；和设置在基板上的至少一个超声换能单元，每个超声换能单元包括：设置在基板远离感测目标一侧的至少一个超声发射单元以及设置在基板靠近感测目标一侧的多个超声接收单元，每个超声换能单元包括至少两个空腔通道，相邻的空腔通道的长度不同，以使每个超声换能单元中的超声发射单元发射的超声波经空腔通道至预定感测区域。该实施方式通过设置贯穿基板的多个空腔通道，并使得每个超声换能单元中相邻的空腔通道长度不同，从而使得声束聚焦偏转或聚焦至预定感测区域。聚焦偏转或聚焦至预定感测区域。聚焦偏转或聚焦至预定感测区域。

【技术实现步骤摘要】
超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统


[0001]本专利技术涉及超声换能器
更具体地，涉及一种超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统。

技术介绍

[0002]目前，医疗换能系统中成像探头通常为通过驱动芯片控制相控阵进行逐行扫描成像。一般一个探头由512个阵元组成线阵或者128*128的面阵，每次由16个阵元形成相控阵波束，因此传统医疗超声探头需要使用一个或几个多通道IC驱动探头形成相控阵聚焦成像。然而，随着对成像质量的要求日益提高，当超声探测项目中需要高密度面阵进行精细化成像时，探头中阵元数量将随之增大到以万为单位，这种控制方式将需要大量的驱动芯片，大大增加探头成本。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
[0004]为达到上述目的，本申请采用下述技术方案：
[0005]本申请第一方面提供了一种超声换能器，包括：
[0006]基板，包括贯穿基板的多个空腔通道；和
[0007]设置在基板上的至少一个超声换能单元，每个超声换能单元包括：
[0008]设置在基板远离感测目标一侧的至少一个超声发射单元，用于向预定感测区域发射超声波，以及
[0009]设置在基板靠近感测目标一侧的多个超声接收单元，用于接收自预定感测区域反射的超声波；
[0010]其中，每个超声换能单元包括至少两个空腔通道，相邻的空腔通道的长度不同，以使每个超声换能单元中的超声发射单元发射的超声波经空腔通道至预定感测区域。
[0011]在一些可选的实施例中，空腔通道包括：
[0012]自基板靠近超声发射单元侧沿垂直于基板的方向延伸形成的第一通道；
[0013]第一通道弯折并形成沿平行于基板表面的方向延伸的第二通道；
[0014]第二通道弯折并形成沿垂直于基板的方向延伸的第三通道；
[0015]第三通道弯折并形成沿平行于基板表面的方向延伸的第四通道；以及
[0016]第四通道弯折并形成沿垂直于基板的方向延伸至基板靠近超声接收单元一侧的第五通道。
[0017]在一些可选的实施例中，每个超声换能单元中相邻的空腔通道的第二通道长度不同并且相邻的空腔通道的第四通道长度不同，以使得相邻的空腔通道的长度不同。
[0018]在一些可选的实施例中，第一通道在基板上的正投影与超声发射单元在基板上的正投影交叠，第五通道在所述基板上的正投影与超声接收单元在基板上的正投影错开。
[0019]在一些可选的实施例中，每个超声换能单元包括多个阵元，每个阵元包括一个空腔通道，在每个超声换能单元中，空腔通道的长度基于相邻阵元之间的延时不同而不同，
[0020]超声发射单元发射的超声波经空腔通道声束聚焦偏转或声束聚焦至预定感测区域，第i个阵元的延时τ
i
满足：
[0021][0022]其中，表示声束偏转角度，c表示超声波的声速，x
i
表示第i个阵元与延时为0的中心阵元之间的距离，R0表示超声换能单元的焦距。
[0023]在一些可选的实施例中，
[0024]每个超声换能单元中的超声发射单元是整面的或者独立的，
[0025]超声发射单元包括CMUT声源、PMUT声源、PZT声源、以及PVDF声源中的一种。
[0026]在一些可选的实施例中，超声换能器还包括：
[0027]设置在基板与超声接收单元之间的第一支撑层，和/或
[0028]设置在基板与超声发射单元之间的第二支撑层。
[0029]本专利技术第二方面提供一种超声系统，包括：
[0030]探头，探头包括上文所述的超声换能器；
[0031]电压源，耦合至探头，用于在超声系统的发射模式中向超声发射单元中的至少一个提供电压。
[0032]本专利技术第三方面提供一种制作根据上文所述的超声换能器的方法，方法包括：
[0033]形成基板，基板包括贯穿基板的多个空腔通道；
[0034]在基板上形成至少一个超声换能单元，每个超声换能单元包括：
[0035]设置在基板远离感测目标一侧的至少一个超声发射单元，用于向预定感测区域发射超声波，以及
[0036]设置在基板靠近感测目标一侧的多个超声接收单元，用于接收自预定感测区域反射的超声波，
[0037]其中，每个超声换能单元包括至少两个空腔通道，相邻的空腔通道的长度不同，以使每个超声换能单元中的超声发射单元发射的超声波经空腔通道至预定感测区域。
[0038]在一些可选的实施例中，
[0039]形成基板进一步包括：
[0040]利用3D打印形成基板，
[0041]在基板上形成至少一个超声换能单元进一步包括：
[0042]将超声接收单元贴合在第一子材料层上，
[0043]将第一子材料层远离超声接收单元一侧减薄形成贴合有超声接收单元的支撑层；
[0044]将超声发射单元贴合在基板上；
[0045]将支撑层未贴合超声接收单元的一侧和基板未贴合超声发射单元的一侧贴合在一起形成至少一个超声换能单元。
[0046]在一些可选的实施例中，
[0047]形成基板进一步包括：
[0048]在第一子材料层上刻蚀形成多个垂直于第一子材料层的第一开槽和自第一开槽
的开口起沿平行于第一子材料层表面延伸的第二开槽；
[0049]在第一子材料层形成第二开槽的表面上键合第二子材料层；
[0050]在第二子材料层上刻蚀形成多个垂直于第二子材料层的第三开槽，第三开槽贯通第二子材料层并与第二开槽远离第一开槽的末端连接，以形成基板的第一部分；
[0051]在第三子材料层上刻蚀形成多个垂直于第三子材料层的第三开槽和自第三开槽的开口沿平行于第三子材料层表面延伸的第四开槽，以形成基板的第二部分；
[0052]将第一部分和第二部分键合，以形成基板。
[0053]本专利技术的有益效果如下：
[0054]本专利技术针对目前现有的问题，制定一种超声换能器及其制作方法、以及超声换能系统，且通过提供具有多个空腔通道的基板，和设置在基板上的至少一个超声换能单元，并通过设置每个超声换能单元中包括至少两个空腔通道且相邻两个空腔通道的长度不同，以使每个超声换能单元中的超声发射单元发射的超声波经空腔通道至预定感测区域，从而通过空腔通道物理上的长度实现了声程差控制，无需设置多通道驱动芯片即可实现精细化的声束聚焦控制，易于实现，降低了超声换能器的成本，适合需要精细化成像的大面积阵列，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0055]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0056]图1示出根据本专利技术实施例的超声换能器的示意性俯视图；
[0057]图2示出根据图1中的线AA
′
截取的根据本专利技术实施例的超声换能器中的超声换能单元的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，其特征在于，包括：基板，包括贯穿所述基板的多个空腔通道；和设置在所述基板上的至少一个超声换能单元，每个超声换能单元包括：设置在所述基板远离感测目标一侧的至少一个超声发射单元，用于向预定感测区域发射超声波，以及设置在所述基板靠近所述感测目标一侧的多个超声接收单元，用于接收自所述预定感测区域反射的超声波，其中，每个所述超声换能单元包括至少两个所述空腔通道，相邻的所述空腔通道的长度不同，以使每个超声换能单元中的超声发射单元发射的超声波经所述空腔通道至所述预定感测区域。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述空腔通道包括：自所述基板靠近所述超声发射单元侧沿垂直于所述基板的方向延伸形成的第一通道；所述第一通道弯折并形成沿平行于所述基板表面的方向延伸的第二通道；所述第二通道弯折并形成沿垂直于所述基板的方向延伸的第三通道；所述第三通道弯折并形成沿平行于所述基板表面的方向延伸的第四通道；以及所述第四通道弯折并形成沿垂直于所述基板的方向延伸至所述基板靠近所述超声接收单元一侧的第五通道。3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，每个超声换能单元中相邻的空腔通道的第二通道长度不同并且相邻的空腔通道的第四通道长度不同，以使得相邻的空腔通道的长度不同。4.根据权利要求2或3所述的超声换能器，其特征在于，所述第一通道在所述基板上的正投影与所述超声发射单元在所述基板上的正投影交叠，所述第五通道在所述基板上的正投影与所述超声接收单元在所述基板上的正投影错开。5.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，每个超声换能单元包括多个阵元，每个阵元包括一个空腔通道，在所述每个超声换能单元中，所述空腔通道的长度基于相邻阵元之间的延时不同而不同，所述超声发射单元发射的超声波经所述空腔通道声束聚焦偏转或声束聚焦至所述预定感测区域，第i个阵元的延时τ
i
满足：其中，表示声束偏转角度，c表示超声波的声速，x
i
表示第i个阵元与延时为0的中心阵元之间的距离，R0表示所述超声换能单元的焦距。6.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，每个超声换能单元中的超声发射单元是整面的或者独立的，所述超声发射单元包括CMUT声源、PMUT声源、PZT声源、以及PVDF声源中的一种。7.根据权利要求1所述的超声换能器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾越，曹永刚，王雷，韩艳玲，佟月，姬雅倩，李倩岩，陈婉芝，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：