超声换能器阵列制造技术

一种超声换能器元件（１０４，３１３），包括：具有第一侧面和第二侧面的有源层（２０１）；连接到第一侧面的第一电极（２０４，３１７）和连接到第一侧面的第二电极（２０５，３１９）；和具有连接到第一电极的第一输出（３１６）和连接到第二电极的第二输出（３１８）的电路（３１５），其中第一输出给第一电极提供第一电压，第二输出给第二电极提供第二电压，并且电路给有源层提供大约等于第一电压和第二电压之差的电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声换能器阵列超声波(超声)换能器(transducer,变换器)是一种将电信号转换成超声 信号或者将超声信号转换成电信号的装置。超声换能器已经广泛应用于非侵入 地探查固体、液体和气体。超声换能器被广泛应用的一种应用是医疗成像。医疗成像中使用的很多超 声换能器都是压电装置。例如元件可以由锆钛酸铅(PZT)制成并组成阵列，这 些阵歹U形成换能器部件。换能器部件可以包括换能器元件的一维阵列或者换能 器元件的二维阵列。前者能提供被探查样本的二维图像，而后者能提供样本的 三维图像。超声探头(ultrasonic probe)包括在外壳中提供的换能器部件，该外壳可以 包括控制电子器件和阻抗匹配层。然后超声探头用于向人体内发射超声信号， 接收从人体反射的超声信号并将反射的超声信号转换成电信号。电信号然后可 以通过多个同轴电缆从探头发射到电子装置，该电子装置处理电信号并形成人 体被探查部分的二维图像或三维图像。一种在医疗成像中引起关注的换能器是压电微加工换能器(PMUT)。压电 微加工换能器使用已知的半导体制造技术以阵列的形式制成并且不需要阻抗匹 配层就能够提供成像能力。合成结构包括元件的阵列，W^元件包括布置在硅基 底上的韧性薄膜。在PMUT的有源压电层两端施加的电压导致超声信号的Mt。随着医疗成像己经逐渐成为可行的对人体一部分进行非侵入成像的方法， 对提高成像能力的需求继续增加。例如，众所周知，超声波随着i4A人体的深 度而衰减相当厉害。为了在更深的人体内部成像，提供具有相当强度的超声信 号是有用的。这需要给换能器阵列的换能器元件输入更大的电压。不幸的是，在已知的二维阵列中，难以向换能器部^m供足够大的电压来 取得需要的超声强度级别，这需要大量兀件。因此，需要一种设备，能克服至少上面提及的已知方法的缺点。根据一个实施例，超声换能器元件(element)包括具有第一侧風side)和第二侧面的有源层。该元件还包括连接到第一侧面的第一电极和连接到第一侧面 的第二电极。此外，该元件还包括具有连接到第一电极的第一输出和连接到第 二电极的第二输出的电路。第一输出给第一电极提供第一电压，第二输出给第 二电极提供第二电压。该电路给有源层提供大约等于第一 电压和第二电压之差 的电压。根据另一实施例的超声换能器阵列，包括多个超声换能器元件。多顿声 换能器元件的每一个包括具有第一侧面和第二侧面的有源层 ，连接到第一侧面 的第一电极和连接到第一侧面的第二电极；禾哆个电路，每个电路连接至移个 超声元件中的相应一个。多个电路的每一个包括连接到多个超声换能器元件相 应一个的第一电极的第一输出，和连接到多个超声换能器元件相应一个的第二 电极的第二输出。而且，每一个第一输出提供第一电压，每一个第二输出提供 第二电压，并且每一个电路分别向所述多个超声换能器元件的相应之一的有源 层提供大约等于第一电压和第二电压之差的电压。根据另一实施例，超声探头包括外壳和电缆部件。超声探头还包括布置在 外壳中的具有多个超声换能器元件的超声换能器阵列。多个超声换能器元件中 的每一个包括具有第一侧面和第二侧面的有源层；连接到第一侧面的第一电极 和连接到第一侧面的第二电极。探头还包括多个电路，每个电路连接到多个元件中的相应一个。多个电路 的每一个包括连接到多个超声换能器元件相应一个的第一电极的第一输出和连 接至U多个超声换能器元件相应一个的第二电极的第二输出。每一个第一输出提 供第一电压，每一个第二输出提供第二电压，并且每一个电路给所述多个超声 换能器元件相应-一个的有源层提供大约等于第一电压和第二电压之差的电压。阅读下述详细的说明并结合附图能最好的理解本专利技术。需强调的是，各禾中 特征不必按比例示出。事实上，为了阐述清楚，尺寸可以任意增加或减小。附图说明图1是根据一个实施例的超声探头的局部分解图。 图2是根据一个实施例的超声换能器元件的截面图。 图3a是超声换能器元件和电路的简化示意图，换能器的电压-时间曲线图 和功率-时间曲线图。图3b是根据一个实施例的超声换能器元件和电路的简化示图意图，电压-时间曲线，和声强度-时间曲线图。在下面的详细描述中，为了解释和不受限制的目的，为提供对本专利技术的全 面理解，阐述了一个公开了具体细节的实施例。然而，显而易见的是，受益于 本公开的本领域普通技术人员也可以预见不同于这里公开的具体细节的其它实 施例。而且，可能省略了对众所周知的装置、方法、系统和协议的说明以便不 混淆对本实施例的说明。尽管如此，根据本实施例，也可能使用在本领域普通 技术人员范围内的这样的装置、方法、系统和协议。最后，实施例中的任何地 方中，相同的参考数字指的是相同的特征。图1是根据一个实施例的超声探头100的局部分解图。超声探头100包括透镜101和外壳102。透镜101适合于从探头导入超声波或将超声波导入到探头， 可以是一个本领域普通技术人员范围内的多种透镜元件的一种。外壳102适合 技术人员管理超声测试的操作。说明性地，探头100用于人体和动物的医疗测试，但并不限于这种应用。 例如，探头100可以用在科学成像或者其它鄉的非侵入(non-invasive)成像 和观赋中。探头100的许多替代应用对受益于本公开的本领域普通技术人员来 说是显而易见的。探头100包括超声换能器元件104的阵列103。在一个具体的式实例中， 换能器元件104是PMUT。说明性地，PMUT阵列103由硅晶片或者其它半导 体晶片制成，包括多个单个的换能器元件104。在一个示例性实例中，PMUT 阵列包括多个PZT薄膜换能器元件。说明性地，阵列103和换能器元件104和 它们的制造可以如美国专利Solomon等人的US6314057;或者Klee等人的 US6784600;或者Miller等人的US6592525中所描述的那样。这些专利已经转 让给本受让人。阵列103和换能器元件104和它们的制造也可以如美国专利 Berstein的US5596292中所描述的那样。上述提及的专利的公开内容在]JM51参 考特别引入。在一个具体的实施例中，PMUT阵列103是一个二维(2D)阵歹ij，适合于 存储(garner)两个正交平面内的成像。由阵列103通过超声波的激寸和接收收 集的数据可以由电子装置(未示出)处理以提供三维(3D)成像。此外，从阵列103接收的数据可以被处理以提供样本的横截面和旋转的三维图。在阵列103的下面是微波束形成器105，其是集成电路。该微波束形皿 105提供用于从探头100发射和接收超声波的电路。有利地，该微波束形麟 105肯g够使相对大量的换能器元件104连接到设置在电缆107中的相对少量的同 轴电缆108。为此，阵列103可以包括数千个超声换能器元件104。在这里描述 的实施例中，每一个超声换能器元件104包括至少两个电连接，ilii它，信 号。如果每一个元件104都连接到-一条电缆108上，那么经由电缆108划寸的 功率和信号将过于难处理。例如，在一些阵列中有6800个超声换能器元件，将 需要6800条电缆。这将是完全不现实的。有利地，微波束形成器105能提供多 斷言号到/从多个换能器。因此，所需的同轴电缆濯的数量M^到较易处理的 数量。微波束形麟105包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器元件（１０４，３１３），包括：　　　　具有第一侧面和第二侧面的有源层（２０１）；　　　　连接到第一侧面的第一电极（２０４，３１７）和连接到第一侧面的第二电极（２０５，３１９）；和　　　　具有连接到第一电极的第一输出（３１６）和连接到第二电极的第二输出（３１８）的电路（３１５），其中所述第一输出向所述第一电极提供第一电压，所述第二输出向所述第二电极提供第二电压，并且所述电路向所述有源层提供大约等于第一电压和第二电压之差的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J弗拉瑟，B杜福特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]