【技术实现步骤摘要】
本专利技术构思涉及超声成像领域。更具体地，本专利技术构思涉及用于生产包括超声换能器元件的阵列的超声换能器的方法。
技术介绍
1、超声阵列的大型2d阵列在医疗市场和消费电子产品中有多种应用。例如，医学成像、手势识别、定向声音、指纹检测和半空中触觉。
2、微机械超声换能器(mut)的标准结构在本领域中是已知的。制作了一个小圆筒，其中在小腔顶部上有悬浮的膜。该腔的尺寸与膜的刚度相结合将决定特定mut的谐振频率。作为示例，mut可由压电效应(pmut)驱动。通过在压电材料上施加处于谐振频率的交流电场，在压电材料和膜之间产生应力差，并且这将引起振动和声波的发射。典型频率的范围在20khz到100mhz。这转化成空气传播波的从1cm到<100um的波长范围。使用波束成形在发射中创建焦斑或在接收中对小光斑成像的应用需要更大的超声换能器阵列来一起工作。
3、阵列中的后续各元件之间的对于理想波束成形技术而言最优的间距是波长/2。取决于所使用的堆叠，这意味着各元件之间的间距将接近分立换能器的尺寸。结果是高pmut元件密度，且各元件之间几乎没有空间。
4、此外，在每个个体pmut旁边可能需要小电路，用于设置正确的相位或读出相位/振幅。该电路可能相对复杂，并且在与pmut相同的平面中可能没有空间。
5、因此，在本领域中需要改进可以按大阵列制造的超声换能器的设计。此外，在平面刚性基板上制造的超声换能器可能不适合扫描弯曲对象。操作者必须将平面换能器移动并压靠待检查的弯曲对象，这导致图像再现等方面的困难。
技术实现思路
1、本专利技术构思的目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。具体而言，本专利技术的目的是提供一种用于生产适用于大规模换能器的超声换能器的方法。
2、本专利技术的这一目的和其他目的至少部分地由独立权利要求中限定的本专利技术来满足。优选实施例在从属权利要求中陈述。
3、作为第一方面，提供了一种用于生产超声系统的超声换能器(1)的方法，其中该方法包括：
4、1)形成第一层结构，所述形成包括：
5、(a)在第一基板上形成前板柔性层，其中在前板柔性层和第一基板之间形成临时接合；
6、(b)在前板柔性层上形成超声换能器元件的阵列；以及
7、2)提供包括至少背板层的第二层结构；
8、其中1)形成第一层结构还包括和/或2)提供第二层结构包括：1)(c)在超声换能器元件的阵列上形成第一腔限定层和/或2)(a)在背板层上形成第二腔限定层；以及在第一腔限定层和/或第二腔限定层中限定腔的阵列；
9、3)通过将第一层结构粘性结合到第二层结构来进行贴附，其中超声换能器元件阵列在前板柔性层和背板层之间；以及
10、4)去除第一基板。
11、该方法用于生产超声换能器，特别适合于生产大面积超声换能器。超声换能器可以是柔性超声换能器。该方法同样特别适合于生产柔性超声换能器。然而，应该认识到，该方法不必一定被用于生产大面积超声换能器或柔性超声换能器。
12、超声换能器对于将超声信号发射到对象或发射到对象中是有用的。超声换能器可以仅被用于将超声信号发射到对象或发射到对象中，并且可以被用在包括发射超声信号的超声换能器的超声系统中。超声信号可以例如被发射(进入)到对象，以用于引起超声信号和对象之间的所需相互作用，例如用于对象的任何类型的超声治疗。
13、超声换能器还可有用于接收基于所发射的超声信号的超声响应信号。超声换能器因此可以被用在超声监测系统中。此类系统还可以包括用于处理从被检查对象获得的所得回波信号或响应信号的单独的处理装置、用于显示由超声换能器获得的图像的显示装置以及用于将信息从处理装置传送到显示装置的单独的通信装置。
14、该方法包括形成第一层结构和提供第二层结构。第一层结构和第二层结构可被彼此分开地形成。这意味着用于形成第一层结构的工艺可以针对第一层结构来被优化，而用于形成第二层结构的工艺可以针对第二层结构来被优化。这允许在进行各层之间的互连之前，分别优化第一层和第二层的处理。该方法与形成柔性结构和刚性结构兼容。
15、第一层结构可以是多层结构，诸如包括金属-绝缘体-金属层堆叠的多层结构。在一些实施例中，此类金属-绝缘体-金属层堆叠可以被用于提供基于压电效应的超声换能器功能，绝缘体是压电材料。
16、在形成第一层结构期间，可以使用低于350℃的温度，例如在200℃和300℃之间的温度。
17、前板柔性层可以形成膜，该膜可以被配置成当超声换能器被用于生成要由超声换能器发射的超声信号时振动。柔性层可以被认为是“前板”层，因为该层位于超声换能器的发射超声的一侧处。
18、超声换能器元件的阵列被布置在第一层结构中。该阵列可以是二维阵列。阵列的表面积可以是小的表面积，诸如1cm2或10cm2。阵列的表面积可以是较大的面积，诸如至少100cm2，诸如至少400cm2。
19、超声换能器元件的阵列被配置成产生在主方向上(即沿换能器轴线z)传播的超声能量。
20、超声换能器可以是片材的形式。片材可以具有彼此相对地布置的第一外表面和第二外表面，即具有指向两个不同且平行的方向的法向量。多层结构的外层可以分别形成第一外部片材和第二外部片材。片材的表面积可以是小的表面积，诸如1cm2或10cm2。片材的表面积，诸如第一或第二外表面的表面积可以是较大的面积，诸如至少100cm2，诸如至少400cm2。
21、在本公开中，层或层结构的位置可以被定义成“在轴向上位于另一层或层结构之上”或“在轴向上位于另一层或层结构之下”。术语“轴向”是指换能器轴线z，并且在轴向上布置在另一层或层结构上的层或层结构因此布置在沿正z方向进一步延伸的位置处。因此，如果换能器轴线z垂直向上，则“轴向上方”对应于“垂直上方”，“轴向下方”对应于“垂直下方”。
22、超声换能元件的谐振频率可以是在20khz到100mhz的范围中。这转化成范围从1cm减小到<100um的波长。
23、第二层结构可以是多层结构。第二层结构可以另选地仅包括背板层。术语“提供第二层结构”因此可以仅涉及形成背板层或者使得第二层结构仅包括背板层，该背板层可用于将第一层结构贴附到第二层结构的处理(诸如将第二层结构带到将第一层结构贴附到第二层结构的处理中)。根据其他实施例，术语“提供第二层结构”可以涉及形成多层结构。
24、背板层可以包括合适的基板，用于超声换能器的组件可被形成在该基板上。背板层可以仅用作承载这些组件的基板，并且因此可以由许多不同的材料形成。在各实施例中，背板层可以被用作在其上形成控制电路和/或其他电路系统的基板。背板层因此可包括薄膜半导体材料，诸如igzo(铟镓锌氧化物)和/或l本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于生产超声系统的超声换能器(200)的方法(100)，其中所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述超声换能器元件(4)包括压电元件。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其特征在于，阵列中的超声换能器元件(4)由所述压电元件之一来限定，并且其中所述腔(8)的阵列中的每个腔与相应的压电元件相关联并且所述压电元件被布置在所述腔(8)和所述前板柔性层(3)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，2)提供(104)所述第二层结构(5)包括：在第二基板(12)上形成(104a)所述背板层(6)。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括在3)之后，去除(111)所述第二基板(12)。
6.根据权利要求4或5中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，2)提供(104)所述第二层结构(5)还包括在所述第二基板(12)上形成(110)声学背衬层(10)，用于减少在操作期间被定向离开所述对象的声学传输。
7.根据前述权利要
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述第一层结构(1)的阵列中的超声换能器元件(4)与所述第二层结构(5)的阵列的个体控制电路(9)电连接，其中所述控制电路(9)的阵列被配置用于操作所述第一层结构(1)中的超声换能器元件(4)的阵列。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括5)形成(112)在所述超声换能器元件(4)的阵列和所述控制电路(9)的阵列之间的电连接(13)。
10.根据权利要求9所述的方法(100)，其特征在于，5)形成电连接(13)包括形成穿过所述第一层结构(1)到所述控制电路(9)的阵列中的控制电路的第一通孔，以及形成穿过所述前板柔性层(3)到所述超声换能器元件(4)的阵列中的超声换能器元件的第二通孔，以及穿过所述第一通孔、进一步到所述第二通孔以及穿过所述第二通孔来形成在所述控制电路(9)和所述超声换能器元件(4)之间的金属连接。
11.根据权利要求9所述的方法(100)，其特征在于，5)形成(112)电连接(13)包括形成穿过所述第一层结构(1)的通孔，包括穿过所述超声换能器元件(4)的阵列中的超声换能器元件到所述控制电路(9)的阵列中的控制电路，以及穿过所述通孔来形成在所述控制电路(9)和所述超声换能器元件(4)之间的金属连接。
12.根据权利要求7-11中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，还包括在所述背板层(6)上或下方布置集成电路结构，并将所述集成电路结构连接到所述控制电路(9)的阵列。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，还包括在4)之后，在所述前板柔性层(3)上添加(113)附加层(11)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，1)形成(101)所述第一层结构(1)和2)提供(104)所述第二层结构(5)被彼此分开地处理。
15.一种用于超声系统的超声换能器(200)，其中所述超声换能器(200)包括多层结构，所述多层结构包括第一层结构(1)和第二层结构(5)，
...【技术特征摘要】
1.一种用于生产超声系统的超声换能器(200)的方法(100)，其中所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述超声换能器元件(4)包括压电元件。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其特征在于，阵列中的超声换能器元件(4)由所述压电元件之一来限定，并且其中所述腔(8)的阵列中的每个腔与相应的压电元件相关联并且所述压电元件被布置在所述腔(8)和所述前板柔性层(3)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，2)提供(104)所述第二层结构(5)包括：在第二基板(12)上形成(104a)所述背板层(6)。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括在3)之后，去除(111)所述第二基板(12)。
6.根据权利要求4或5中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，2)提供(104)所述第二层结构(5)还包括在所述第二基板(12)上形成(110)声学背衬层(10)，用于减少在操作期间被定向离开所述对象的声学传输。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其特征在于，2)提供(104)所述第二层结构(5)包括：在所述背板层(6)上形成(109)控制电路(9)的阵列。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述第一层结构(1)的阵列中的超声换能器元件(4)与所述第二层结构(5)的阵列的个体控制电路(9)电连接，其中所述控制电路(9)的阵列被配置用于操作所述第一层结构(1)中的超声换能器元件(4)的阵列。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，所述方法还包...
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