具有压电传感器的成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种成像系统(120)，其包括：用以产生压力波并将外部压力波转换为电子讯号的收发器单元(210)；以及用以控制收发器单元(210)的操作的控制单元(208)。收发器单元(210)包括：基板(501)；悬挂在基板(501)上的至少一膜(504)；以及安装在所述至少一膜上的复数个换能器组件(520)。复数个换能器组件(520)中的每一个具有底部电极(806)、在底部电极(806)上的压电层(804)、以及在压电层(804)上的至少一顶部电极(802)。复数个换能器组件(520)中的每一个响应于施加在底部电极(806)以及至少一顶部电极(802)的电势产生弯曲力矩并响应外部压力波所致之弯矩生成电荷。并响应外部压力波所致之弯矩生成电荷。并响应外部压力波所致之弯矩生成电荷。

【技术实现步骤摘要】
具有压电传感器的成像装置
本申请是申请日为2017年11月23日、申请号为201780085508.8、专利技术名称为“具有压电传感器的成像装置”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2017年11月23日、申请号为PCT/US2017/063163)的分案申请。


[0001]本专利技术是关于成像装置，且更具体地，是关于具有压电传感器的成像装置。

技术介绍

[0002]用于成像人体内脏器官并显示内脏器官影像的非侵入式成像系统传送信号至人体并接收自器官反射的信号。通常用于成像系统中的换能器被称为收发器，且一些收发器是以光音波(photo
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acoustic)或超音波效应作为基础。一般而言，压电换能器被用于成像以及其他应用，像是医学成像、管道中的流量测量、扬声器、麦克风、碎石术、用于治疗的加热组织、以及用于手术的高强度聚焦超音波(HIFU)。
[0003]微加工技术的进步允许传感器和致动器被有效地接合在基板上。具体而言，与具有大型的形状因子(large form factor)的传统块体压电组件(bulk piezoelectric element)相比，使用电容性转换(cMUT)或压电转换(pMUT)的微机械超音波换能器(MUT)是特别有利的。虽然这些换能器的基本概念已在90年代早期公开，但这些概念的商业实施遇到了许多挑战。例如，传统的cMUT传感器由于在操作期间积累的介电电荷而特别容易发生故障或性能漂移(drift)。传统的pMUT是一种很有前途的替代方案，但是存在与传输并且接收效率低下相关的问题。因此，需要具有增强的效率并且可应用于各种传感装置的pMUT。

技术实现思路

[0004]在实施例中，一种收发器组件包含：基板；悬挂于基板上的至少一膜；以及安装在该至少一膜上的复数个换能器组件(transducer element)，复数个换能器组件中的每一个换能器组件具有底部电极、在底部电极上的压电层、以及在压电层上的至少一顶部电极，复数个换能器组件中的每一个换能器组件响应于施加于底部电极以及至少一顶部电极的电势产生弯矩并响应于对其施加的弯矩生成(developing)电荷。
[0005]在实施例中，一种成像系统包含：用于产生压力波并将外部压力波转换成电子信号的收发器单元；以及用以控制收发器单元的操作的控制单元。收发器单元包括：基板；悬挂于基板上的至少一膜；以及安装在该至少一膜上的复数个换能器组件，复数个换能器组件中的每一个换能器组件具有底部电极、在底部电极上的压电层、以及在压电层上的至少一顶部电极，复数个换能器组件中的每一个换能器组件响应于施加于底部电极以及至少一顶部电极的电势产生弯矩并响应于外部压力波所致的弯矩生成电荷。
附图说明
[0006]将参考其示例可在附图中示出的本专利技术实施例。这些图式旨在说明而非限制。尽
管本专利技术已大致描述在这些实施例的上下文中，但应理解的是，并不意图将本专利技术的范围限于这些特定实施例。
[0007]图1是为显示根据本公开实施例的成像系统的图式。
[0008]图2是为显示根据本公开实施例的成像器的方块图。
[0009]图3A是为显示根据本公开实施例的例示性收发器片的示意图。
[0010]图3B是为显示根据本公开实施例的包括一或多个收发器片的收发器数组的顶视图和侧视图。
[0011]图4A是为显示根据本公开实施例的收发器单元的放大视图。
[0012]图4B是为显示根据本公开实施例的例示性压电组件的横截面图。
[0013]图5是为显示根据本公开实施例之沿着线4
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4截取的第4A图中的收发器单元的横截面图。
[0014]图6至图7是为显示根据本公开实施例的收发器单元的截面示意图。
[0015]图8是为绘示根据本公开实施例在压电组件中产生弯矩(bending moment)的机制。
[0016]图9是为绘示根据本公开实施例的在压电组件上生成电荷的机制。
[0017]图10至图11是为显示根据本公开实施例的到多个压电组件的电连接的示意图。
[0018]图12是为显示根据本公开实施例的与多个压电组件耦接的例示性膜的透视图。
[0019]图13是为显示根据本公开实施例图12中的膜的横截面图。
[0020]图14是为显示根据本公开实施例的发射模式/过程中图13的膜的数值模拟的图式。
[0021]图15是为显示根据本公开实施例的图12的膜的增益作为时间延迟的函数的曲线图。
[0022]图16是为显示根据本公开实施例的包括具有不同共振频率特性的多个膜的收发器单元的示意图。
[0023]图17是为显示根据本公开实施例的图16的膜的增益作为频率的函数的曲线图。
[0024]图18A是为显示根据本公开实施例的包括具有不同的共振频率特性的多个膜的收发器单元的示意图。
[0025]图18B是为显示根据本公开实施例的图18A的膜的增益作为频率的函数的曲线图。
[0026]图19A是为显示根据本公开实施例的包括具有不同的共振频率的多个膜的收发器单元的示意图。
[0027]图19B是为显示根据本公开实施例的图19A的膜的增益作为频率的函数的曲线图。
[0028]图20是为显示根据本公开实施例的具有多个膜的收发器单元的示意图。
[0029]图21A是为显示根据本公开实施例在图20中的一个膜的横截面图。
[0030]图21B是为显示根据本公开实施例的在第一共振模式致动的第21A图中的膜的图式。
[0031]图22A是为显示根据本公开实施例的在图20中的一个膜的横截面图。
[0032]图22B是为显示根据本公开实施例的在第三共振模式致动的图22A中的膜的图式。
[0033]图23A是为显示根据本公开实施例的在图20中的一个膜的横截面图。
[0034]图23B是为显示根据本公开实施例在第五共振模式致动的图23A中的膜的图式。
[0035]图24A至图28显示根据本公开实施例的用于制造具有两个膜的例示性收发器单元的步骤。
[0036]图29是为显示根据本公开实施例的具有不同电极图案的三个收发器单元的示意图。
[0037]图30是为显示根据本公开实施例的图29中的收发器单元的增益作为频率的函数的曲线图
具体实施方式
[0038]在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以提供对本公开的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本公开可在没有这些细节的情况下实施。此外，本领域技术人员将认识到，下面描述的本公开的实施例可以诸如过程、装置、系统或装置的各种方式实现。
[0039]图中所示的组件/组件是本公开例示性实施例的说明，并且旨在避免模糊本公开。说明书中对「一个实施例」、「优选实施例」、「实施例」或「复数个实施例」的引用意味着接合实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本公开的至少一实施例中，且可在多于一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种收发器组件，包含：基板；至少一个膜，悬挂于所述基板上；以及安装在所述至少一个膜上的多个换能器组件，所述多个换能器组件中的每一个换能器组件具有底部电极、在所述底部电极上的压电层、以及在所述压电层上的至少一个顶部电极，所述多个换能器组件中的每一个换能器组件响应于跨所述底部电极和所述至少一个顶部电极施加的电势产生弯矩并响应于对其施加的弯矩生成电荷。2.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述多个换能器组件中的第一换能器组件的所述压电层与所述多个换能器组件中的第二换能器组件的所述压电层以相反方向极化。3.如权利要求1所述的收发器组件，其进一步包含第二基板，其中所述第二基板包括第一金属导体且所述至少一个膜包括第二金属导体，且其中所述第一金属导体以及所述第二金属导体形成电容器。4.如权利要求1所述的收发器组件，其进一步包含第二基板，其中所述第二基板包括光源且所述至少一个膜包括孔，所述孔布置为穿过由所述光源发出的光的一部分。5.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述至少一个膜包括凹槽与凸块中的至少其一，因此具有可变化的厚度。6.如权利要求5所述的收发器组件，其中所述至少一个膜的所述可变化的厚度产生应力成形区域，以在对其施加弯矩时以预定方式变形所述膜。7.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述至少一个膜包括多个膜，且进一步包含一个或多个凹槽，所述一个或多个凹槽形成于所述基板中且设置于相邻膜之间，其中所述一个或多个凹槽减弱所述多个换能器组件之间的串音。8.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述第一换能器组件与所述第二换能器组件产生相反方向的弯矩。9.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述第一换能器组件与所述第二换能器组件产生相同方向的弯矩。10.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述第一换能器组件的所述至少一个顶部电极电耦接至所述第二换能器组件的所述底部电极，且其中所述第一换能器组件的所述底部电极电耦接至所述第二换能器组件的所述至少一个顶部电极。11.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述压电层包含一个或多个压电子层。12.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述至少一个膜包括第一膜以及第二膜，且所述第一膜与所述第二膜在不同的共振模式致动。13.如权利要求1所述的收发器组件，其中施加至第一压电组件的电子讯号相对于施加至第二压电组件的电子讯号具有相位延迟。14.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述至少一个膜包括第一膜以及第二膜，且所述第一膜在发射模式操作以产生压力波，且所述第二膜仅在接收模式操作以侦测压力波。15.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述基板包括设置在所述至少一个膜下的至少一个腔，且其中所述腔为真空或填充有气体。16.如权利要求1所述的收发器组件，其中所述压电层包含PZT、KNN、PZT
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N、PMN
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Pt、
AlN、Sc
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AlN、ZnO、PVDF和LiNiO3中的至少其一。17.一种成像系统，包含：收发器单元，用于产生压力波并将外部压力波转换成电子讯号；以及控制单元，用以控制所述收发器单元的操作；所述收发器单元包括：基板；至少一个膜，悬挂于所述基板上；以及多个换能器组件，安装在所述至少一个膜上，所述多个换能器组件中的每一个换能器组件具有底部电极、在所述底部电极上的压电层、以及在所述压电层上的至少一个顶部电极，所述多个换能器组件中的每一个换能器组件响应于跨所述底部电极和所述至少一个顶部电极施加的电势产生弯矩并响应于对其施加的弯矩生成电荷。18.如权利要求17所述的成像系统，其进一步包含：覆盖层，用以聚焦由所述收发器单元产生的所述压力波。19.如权利要求17所述的成像系统，其进一步包含：处理器，用以处理所述电子讯号；以及显示器，用以基于来自所述处理器的处理过的讯号显示图像。20.如权利要求17所述的成像系统，其中所述多个换能器组件中的第一换能器组件的所述压电层与所述多个换能器组件中的第二换能器组件的所述压电层以相反方向极化。21.如权利要求17所述的成像系统，其中所述至少一个膜包括第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑迪普，
申请(专利权)人：艾科索成像公司，
类型：发明
国别省市：