可配置超声波成像器制造技术

本申请涉及一种可配置超声波成像器以及一种成像装置(120)，包括压电元件的二维阵列(2000)。各压电元件(2002)包括：压电层；底电极(2003)，设置于压电层的底侧，且配置以在发送模式期间接收发送信号并在接收模式期间产生电荷；及第一顶电极(2006)，设置于压电层的顶侧；及第一导体(2007)，二维阵列(2000)的第一列中的一部分压电元件的第一顶电极电性耦合至第一导体(2007)。至第一导体(2007)。至第一导体(2007)。

【技术实现步骤摘要】
可配置超声波成像器
[0001]本申请是申请日为2017年11月30日，申请号为201780085509.2，专利技术名称为“可配置超声波成像器”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术属于一种成像装置，特别是一种具有可配置超声波线成像器(configurable ultrasonic line imagers)的成像装置。

技术介绍

[0003]一种用于对人体或动物体内部组织、骨胳、血流或器官进行成像以及显示其影像的非侵入式成像系统/探头，需要将信号发送至体内，以及接收来自被成像的身体部位的发射或反射信号。通常用于成像系统的传感器(transducers)的是收发器(transceivers)及有些收发器是基于光声或超声波效应。一般而言，收发器用于成像，但不一定只限于成像。例如，收发器可用于医学成像、管道中的流量测量、扬声器和麦克风阵列、碎石术(lithotripsy)，用于治疗的局部组织加热或用于手术的高强度聚焦超声(highly intensive focused ultrasound，HIFU)。由块体压电(piezoelectric，PZT)材料构成的传统传感器通常需要非常高的电压脉冲来产生发送信号，通常为100V或更高。这种高电压会导致高功率散逸，因为传感器中的功耗/散逸与驱动电压的平方成比例。探头表面的热度也有限制，其限制探头消耗的功率，因于消耗的功率与探头产生的热量成正比。在传统的系统中，热量的产生让探头需要有冷却配置，此增加了探头的制造成本和重量。一般而言，传统探头的重量也是一个问题，因为多数使用这些探头的超声波检查人员知晓这会使会肌肉遭受损伤。
[0004]用于医学成像的传统超声波探头通常使用PZT材料或其它压电陶瓷和聚合物复合材料(piezo ceramic and polymer composites)。探头通常能容纳传感器及一些其它电子器件，其具有使影像显示在显示单元上的装置。为了制造传感器的传统块体PZT元件，可简单地将厚的压电材料板切割成大的矩形形状的PZT元件。这些矩形形状的PZT元件的制造非常昂贵，因为制造过程涉及精确的切割矩形厚PZT或陶瓷材料，并以精确的间距安装在基板上。此外，传感器的阻抗远高于传感器的发送/接收电子器件的阻抗。
[0005]在传统的系统中，传感器的发送/接收电子器件通常远离探头设置，且需要传感器和电子设备之间的微同轴电缆。一般而言，电缆需要有精确的延迟长度和阻抗匹配，且了有效地将传感器通过电缆连接至电子器件，时常需要额外的阻抗匹配网络。
[0006]微加工技术(micro
‑
machining technologies)的进步使得感测器和致动器，例如电容微机械超声波传感器(capacitive micromachined ultrasound transducers，cMUT)和压电微机械超声波传感器(piezoelectric micromachined ultrasound transducers，pMUT)，可有效地形成在基板上。相较于具有庞大的压电材料的传统传感器，pMUT的体积较小且制造成本较低，同时其在电子器件和传感器之间具有更简单和更高性能的互连关系，此在操作频率上提供更大的灵活性，且可产生更高质量的影像。
[0007]虽然这些传感器的基本概念已在1990年代初期公开，但此概念于商业实施的过程中遇到了许多挑战。例如，由于在高电压操作期间的电荷累积，传统的cMUT感测器特别容易发生故障或在性能上有所漂移，难以在较低频率下产生够高的声压，且本质上是非线性的。传统的pMUT是一种具前瞻性的替代方案，但有着发送和接收效率低下的问题，仍需要相对较高的工作电压且带宽有限。因此，亟需具有增强效率的pMUT，其可在较低电压下操作且具有高带宽。

技术实现思路

[0008]在实施例中，成像装置包括压电元件的二维阵列。各压电元件包括：压电层；底电极，设置于压电层的底侧，且配置以在发送模式期间接收发送信号并在接收模式期间产生电荷；及第一顶电极，设置于压电层的顶侧；及第一导体，二维阵列的第一列中的一部分压电元件的第一顶电极电性耦合至第一导体。
[0009]在实施例中，成像装置包括：压电元件的二维阵列，压电元件的二维阵列的各压电元件包括至少一个子压电元件，且包括：压电层；底电极，设置于压电层的底侧；及第一顶电极及第二顶电极，设置于压电层的顶侧；及第一导体，二维阵列的第一列中的一部分压电元件的第一顶电极电性耦合至第一导体；第一电路，电性耦合至第一导体且配置以处理通过第一导体接收的一信号；第二导体，二维阵列的第二列中的一部分压电元件的第二顶电极电性耦合至第二导体；开关，具有第一端子及第二端子，第一端子电性耦合至第二导体；第二电路，用于处理信号；发送驱动器，用于发送一讯号至第二导体；及开关的第二端子选择性地耦合至第二电路及发送驱动器中的一个。
[0010]在实施例中，成像装置包括：压电元件的二维阵列，压电元件的二维阵列的各压电元件包括至少一个子压电元件，且包括：压电层；底电极，设置于压电层的底侧；及第一顶电极及第二顶电极，设置于压电层的顶侧；及第一导体，二维阵列的第一排中的一部分压电元件的第一顶电极电性耦合至第一导体；第一电路，电性耦合至第一导体且配置以处理通过第一导体接收的一信号；第二导体，二维阵列的第一列中的一部分压电元件的第二顶电极电性耦合至第二导体；开关，具有第一端子及第二端子，第一端子电性耦合至第二导体；第二电路，用于处理信号；发送驱动器，用于发送信号至第二导体；及开关的第二端子选择性地耦合至第二电路及发送驱动器其中之一。
[0011]在实施例中，成像装置包括收发器基板和专用集成电路(application
‑
specific integrated circui，ASIC)芯片。收发器基板包括：压电元件的二维阵列，压电元件的二维阵列的各压电元件包括：压电层；底电极，设置于压电层的底侧；底电极，设置于压电层的底侧；底电极，设置于压电层的底侧；第一顶电极及第二顶电极，设置于压电层的顶侧；及第一导体及第二导体，分别电性耦合至第一顶电极及第二顶电极。ASIC芯片包括：电路元件的二维阵列，电路元件的二维阵列的各电路元件包括：第一电路，电性耦合至压电元件的第一导体且配置以处理通过第一导体接收的信号；开关，具有第一端子及第二端子，第一端子电性耦合至一压电元件的第二导体；第二电路，用于处理信号；发送驱动器，用于发送信号至第二导体；及开关的第二端子选择性地耦合至第二电路及发送驱动器其中之一。
[0012]在实施例中，用于控制多个压电元件的电路包括：第一导体，在发送模式期间，用于发送驱动信号至通过其中的一个或更多个压电元件；及第二导体，在接收模式期间，用于
发送传感信号至通过其中的一个或更多个压电元件。多个电路元件的各电路元件包括：第一开关，具有第一端子，电性耦合至第二导体及压电元件的第一电极；第二开关，具有第一端子及第二端子，第二开关的第一端子电性耦合至第一导体；发送驱动器，电性耦合至第二个开关的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式可编程成像装置，包括：被配置为产生超声图像的传感器；控制电路；通信电路；可编程存储器；其中所述传感器包括压电元件的平面阵列，所述压电元件中的每一个被配置为以多个操作模式进行操作，每个操作模式对应于存储在所述可编程存储器中并且能够由所述控制电路执行的一个或更多个配置文件。2.根据权利要求1所述的便携式可编程成像装置，其中所述通信电路被配置为将所述便携式可编程成像装置通信地耦合到显示单元，所述显示单元被配置为显示所述超声图像并且还被配置为接收用户输入。3.根据权利要求2所述的便携式可编程成像装置，其中所述通信电路被配置为通过至少一根导电电缆将所述便携式可编程成像装置通信地耦合到所述显示单元。4.根据权利要求2所述的便携式可编程成像装置，其中所述通信电路还包括收发器电路，所述收发器电路被配置为发送和接收无线信号以通过至少一个无线信号将所述便携式可编程成像装置通信地耦合到所述显示单元。5.根据权利要求2所述的便携式可编程成像装置，其中每个所述操作模式能够通过从所述...

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