叠层换能设备制造技术

实现包括电容式微机械超声换能器（ＣＭＵＴ），其具有以垂直叠层关系覆盖的额外换能设备。在一些实现中，额外的换能设备是第二ＣＭＵＴ，其被配置成在不同于第一ＣＭＵＴ的频率下工作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】叠层换能设备相关申请的交叉引用本申请要求于2007年12月3日所提交的第60/992，020号美国临时专利申请的 权益，此处通过引用并入其全部公开内容。背景为了发射和接收超声波已经开发出了各种类型的超声换能器。这些超声换能器通 常用在许多应用中，其中包括医疗诊断和治疗、声纳和水下成像、生化成像、材料的非破坏 性评估、通信、接近感测、气流测量、现场过程监控、声学显微、以及各种其他用途。超声换能 器可以被生产和/或使用作为单个分立的换能器。另外，还开发出了包含有多个换能器的 超声换能器阵列。例如，能够用于3D成像和其他应用的超声换能器的二维阵列。已经开发出的一种类型的超声换能器是微机械超声换能器(MUT)。与广泛使用的 压电(PZT)超声换能器相比，MUT在制造方法、工作带宽和工作温度方面具有优势。例如， PZT换能器典型地通过制作换能器阵列、切割阵列、以及连接单独的压电元件来生产。这种 制造技术可能是充满困难并且成本高昂的，而且PZT换能器本身可能有很大的阻抗失配的 问题。另一方面，MUT能够使用更有效率的半导体微加工技术制造，并且MUT显示出能与PZT 换能器相比的动力学性能。出于这些原因，MUT逐渐成为压电超声换能器有吸引力的替代 方案。一类被广泛应用的MUT是CMUT (电容式微机械超声换能器)，其利用电极之间的 静电吸引。例如，为改进设备性能最近开发出了具有嵌入式弹簧和平板的CMUT(ESCMUT)。 ESCMUT的基本结构是由微机械结构中的嵌入式弹簧支撑的平板或者多个平板。然而，虽然 在大多数设备参数方面，被这样开发的CMUT很大程度上显示出比PZT换能器更好的性能， 但为了使CMUT在每个应用领域中都能胜过PZT换能器，可能还需要改进CMUT。附图简述用附图与描述一起来示出和解释目前所预期的最佳模式的原理。在图中，参考号 码中最左边的数字标识该参考号码最先出现的那张图。在示意图中，相同的编号实质上描 述了在所有的几个视图中相类似的特征和组件。附图说明图1示出了具有叠层在CMUT上的换能设备的组件的示例性实现。图2示出了包括CMUT连接布置的系统的示例性实现。图3示出了用于叠层CMUT (stacked CMUT)的连接布置的示例性实现。图4示出了用于叠层CMUT的连接布置的另一个示例性实现。图5示出了用于叠层CMUT的连接布置的另一个示例性实现。图6示出了组件的示例性实现的横截面视图。图7示出了组件的示例性实现的横截面视图，所述组件包括第一 CMUT和第二 CMUT。图8A示出了组件的示例性实现的横截面视图，所述组件包括第一 CMUT和第二 CMUT。图8B示出了被修改的图8A组件的示例性实现的横截面视图。图9示出了包括分离的超声成像和HIFU探头的系统的例子。图10A-10B示出了系统的示例性实现，所述系统包括具有叠层CMUT的组件。图11示出了根据此处的实现的叠层组件性能的示例性图像信息。图12A-12B示出了系统的示例性实现，所述系统包括根据此处的实现的叠层组 件。图13A-13B示出了系统的示例性实现，所述系统包括根据此处的实现的叠层组 件。图14A-14B示出了系统的示例性实现，所述系统包括根据此处的实现的叠层组 件。图15A示出了组件示例性实现的横截面视图，所述组件包括CMUT和流量/温度传 感器。图15B示出了组件示例性实现的横截面视图，所述组件包括CMUT和流量/温度传 感器。详述在下列详述中，涉及形成了本公开一部分的附图，并且在其中通过图解说明而非 限制的方式显示了示例性实现。另外，应当注意的是，虽然本描述提供了如下面所描述和 如示意图中图解说明的各种示例性实现，但是本公开并不限于此处所描述和图解说明的实 现，而是可扩展到对于本领域中的技术人员而言是众所周知或者将会变得众所周知的其他 实现。本说明书中所提到的“一个实现”、“这个实现”、“一些实现”或者“这些实现”意味着 被描述与实现有关的特定特性、结构或者特征被包括在至少一个实现中，并且这些出现在 本说明书各处的词组未必全部都指的是相同的实现。额外地，在本描述中，阐明了众多具体 细节以便提供详尽的公开内容。然而，对本领域中普通技术人员而言很明显的是，这些具体 细节可能不是在所有实现中都需要的。在其他情况中，未详细描述和/或可以用框图形式 图解来说明熟知的结构、材料、电路、工艺和接口，以便不让本公开有不必要的理解困难。此处公开的实现涉及微机械超声换能器(CMUT)。一些实现针对带有叠层特性的 CMUT布置，并且提供用于各种应用的实现方法。一些实现包括基于CMUT建立的第二功能 结构，其将被称为换能设备。如此处所使用的，换能设备可以是任何换能器、传感器或者能 够转换或交换能量的其他设备。在一些实现中，叠层特性包括基于第一 CMUT结构建立的第 二 CMUT结构，以便将两个CMUT结构叠层，其中一个CMUT结构在另一个的顶部。一些实现 还包括两个叠层CMUT的工作方法。此外，一些实现是基于带有嵌入式弹簧的CMUT (ESCMUT)。在一些实现中，第二结构 能够建立在CMUT的平板上。该第二结构可以是包括接口电路、传感器或者换能器的换能设 备，例如，压力传感器、温度传感器、流量传感器、CMUT结构，或其他相似物。此外，在一些实 现中，如果第一 CMUT的平板被设计成相对刚性，则换能器的顶板可以用作平台用于这种额 外的第二结构的制造。当使用适当设计而被并入时，CMUT和建立在该CMUT顶上的额外特 性或结构可以独立地操作。在一些实现中，两个CMUT结构能够基于ESCMUT设计被相接触地建立，即一个结构 在另一个以上。例如，第一 CMUT结构可以形成在与弹簧层有关的电极和与基底有关的电极 之间。然后，第二结构可以形成在与弹簧层有关的电极和与平板有关的电极之间。此外，在6一些实现中，CMUT的平板能够图案化成某一形状，这不但改进了 CMUT性能，而且会最小化 在两个CMUT结构工作之间的干扰。在此处公开的一些实现中，其重点在于带有两个叠层CMUT结构的换能器组件。可 以不同的组合来使用所述叠层CMUT结构，以便达成想要的功能和性能用于选定的应用，诸 如分离的发射和接收功能、双工发射、双工接收、或者独立工作的CMUT，正如接下来要讨论 的一样。此处阐明的途径不仅大大改进了 CMUT的设计灵活性以适应超声系统，而且还能显 著地改进换能器性能。在一些实现中，通过光刻限定两个叠层换能器结构的位置，从而使得 两个换能器能够精确配准(registeration)，其中一个换能器被构造在另一个的顶部。此处 公开的叠层CMUT配置中的CMUT结构能够被设计成任何配置，例如，单个元件换能器、1维阵 列、1.5维阵列、1.75维阵列、2维阵列或者环阵列，等等。而且两个叠层CMUT结构可以具有 相同或不同的配置。在一些实现中，叠层结构保护换能器区域，这对于经直肠、腔内和血管内的应用而 言是很重要的。关于带有叠层CMUT结构的换能器的实现的一个应用是HIFU(高强度聚焦 超声)，其可以用于组织切除、前列腺癌治疗等等。关于此处公开的实现的另一个应用是 IVUS (冠状动脉内超声)，其用于血管内成像。图1示出了包括CMUT 111的组件110的实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件，包括：第一电容式微机械超声换能器（ＣＭＵＴ）；以及第二换能设备，其以叠层关系与所述第一ＣＭＵＴ相邻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-3 60/992,020一种组件，包括第一电容式微机械超声换能器(CMUT)；以及第二换能设备，其以叠层关系与所述第一CMUT相邻。2.如权利要求1所述的组件，其中所述第二换能设备是第二CMUT。3.如权利要求2所述的组件，其中所述第一CMUT包括第一电极；第二电极，其通过第一空隙与所述第一电极分离，所述第一空隙通过一个或多个第一 支撑物维持；以及弹簧构件，其用于使所述第一电极和所述第二电极能够在所述第一空隙中朝着彼此和 远离彼此移动。4.如权利要求3所述的组件，其中所述第二 CMUT包括所述第二电极和一第三电极，所述第三电极在所述第二电极 的与所述第一电极相对的侧上通过第二空隙与所述第二电极分离，所述第二空隙通过一个 或多个第二支撑物维持。5.如权利要求4所述的组件，其中所述第三电极安装在柔性元件上，所述柔性元件使所述第三电极能够在所述第二 空隙中朝着和远离所述第二电极移动，所述柔性元件提供弹簧力以使所述第三电极朝着初 始位置返回。6.如权利要求4所述的组件，其中所述第三电极被形成为覆盖所述第二电极和所述弹簧构件的板的一部分，并且通 过第二空隙从所述第二电极和所述弹簧构件分离，所述第二空隙通过一个或多个第二支撑 物维持，其中所述第三电极被配置成朝着和远离所述第二电极移动，以及其中所述第三电极主要位于所述第一支撑物中的一个或多个上面，使得所述第二 CMUT 的工作对所述第一 CMUT的工作具有最小的影响。7.如权利要求2所述的组件，其中所述第一 CMUT被配置成在第一频率下工作，并且所述第二 CMUT被配置成在不同 于所述第一频率的第二频率下工作。8.如权利要求2所述的组件，其中所述第一 CMUT和所述第二 CMUT共享共用的中间电极。9.如权利要求2所述的组件，其中所述第一 CMUT连接到接收电路以接收声能，以及其中所述第二 CMUT连接到发射电路以发射声能。10.如权利要求2所述的组件，还包括其中所述第一 CMUT和所述第二 CMUT连接到电路以选择性地将所述第一 CMUT和第二 CMUT连接到下列之一发射电路，其用于使所述第一 CMUT和第二 CMUT能够发射声能；或者接收电路，其用于使所述第一 CMUT和所述第二 CMUT能够接收声能。11.如权利要求2所述的组件，其中所述第一 CMUT和所述第二 CMUT并联连接，其中所述第一 CMUT连接到第一电路以选择性地将所述第一 CMUT连接到第一发射电路 或第一接收电路中的一个，以及其中所述第二 CMUT连接到第二电路以选择性地将所述第二 CMUT连接到第二发射电路 或第二接收电路中的一个。12.如权利要求2所述的组件，其中所述第一 CMUT和所述第二 CMUT安装在探头上；其中所述第一 CMUT被配置为成像换能器，用于在外科手术过程期间提供组织的视野，以及其中所述第二 CMUT被配置成将超声能量聚焦在期望的组织区域上，用于在外科手术 过程期间进行组织切除。13.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇力，
申请(专利权)人：科隆科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]