一种超声换能器，包括一层叠物，该层叠物具有一个第一面１０２、一个相对的第二面１０４以及在该第一面和第二面之间延伸的纵轴线Ｌｓ。该层叠物包括多个层，每一个层具有一顶面和一相对的底面，其中该层叠物的多个层包括一上非极化压电层１２６、位于下面的一下极化压电层１０６以及一介电层１０８。该介电层１０８连接到压电层１０６并且限定一在基本平行于该层叠物的该轴线的方向上延伸第二预定长度的开口。在该层叠物中限定有多个第一切口槽１１８，每一个第一切口槽在该层叠物中延伸一预定深度穿过该上压电层１２６并进入该下压电层１０６中，并且在基本平行于该轴线的方向上延伸第一预定长度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阵列式超声换能器相关申请的交叉引用本申请是在2005年4月4日提交的第11/109， 986号美国专利申 请的部分继续申请，该第11/109， 986号美国专利申请要求在2004 年4月20日提交的第60/563, 784号美国临时申请的权益，同时也要 求在2005年11月2日提交的第60/733， 091号美国临时申请的权益， 这些申请通过引用全文纳入本说明书中。
技术介绍
由压电材料制成的高频超声换能器用于医疗领域中对皮肤和眼睛 中的小组织特征进行析像，并且也用于血管成像应用中。高频超声换 能器也用于对小动物或者试验动物内的结构和流体流动进行成像。最 简单的超声成像系统使用一个固定焦距的单元件换能器，该单元件换 能器用机械方法扫描来捕获二维深度的图像。然而，线性阵列换能器 更具有吸引力，具有像可变焦距、可变波束控制之类的特点并且允许 使用更先进的构图算法和增大的帧频率。虽然线性阵列换能器具有许多优点，但常规的线性阵列换能器制 造需要复杂的工序。而且，在高频率时，即在20MHz或者大约20MHz 或20MHz以上时，阵列的压电结构必须比低频阵列压电体的压电结构 更小、更薄、更精密。至少由于这些原因，使用切割锯以及像叉指式 对接(interdigital pair bonding)之类的最新切割锯方法产生阵列 的常规切片和填充方法(dice and fill method)在制造高频线性阵 列换能器时有许多缺点并且不能令人满意。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术的超声换能器包括一具有第一面、相对的第 二面和在该第一面和第二面之间延伸的纵轴线的层叠物(stack)。该 层叠物包括多个层，每一个层具有一顶面和一相对的底面。在一个方 面，该层叠物的多个层包括一连接到介电层的压电层。多个切口槽(kerf slot)被限定在该层叠物中，每一个切口槽在该层叠物中延伸 一预定深度并且在基本平行于该轴线的方向上延伸第一预定长度。在 另一方面，介电层限定一在基本平行于该层叠物的该轴线的方向上延伸第二预定长度的开口。在一个示例方面，每一个切口槽的第一预定 长度至少等长于该介电层所限定的开口的第二预定长度。此外，该第 一预定长度短于在基本平行于该纵轴线的纵向上的、该层叠物的第一 面和相对的第二面之间的纵向距离。附图说明包括在本说明书中并构成本说明书一部分的附解了下述的几 个方面，并且与描述一起用来解释本专利技术的原理。所有的附图中，相 同的数字代表相同的元件。图1是本专利技术的阵列式超声换能器的实施方案的立体图，示出了 多个阵列单元，即阵列单元l、 2、 3、 4……N。图2是图1中的阵列式超声换能器的多个阵列单元中的一个阵列 单元的立体图。图3是示出了安装在图2的阵列单元上的透镜的立体图。 图4是本专利技术的阵列式超声换能器的一个实施方案的橫截面图。 图5是图4中所示出的实施方案的分解横截面图。 图6是横切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵列 式超声换能器的示例性局部横截面图，该图示出了穿过第一匹配层、 压电层、介电层延伸出去并且进入衬底层的多个第一和第二切口槽。图7是橫切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵列 式超声换能器的示例性局部横截面图，该图示出了穿过第一和第二匹 配层、压电层、介电层延伸出去并且进入衬底层的多个第一和第二切图8是横切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵列 式超声换能器的示例性局部横截面图，该图示出了穿过第一和第二匹 配层、压电层、介电层延伸出去并且进入透镜和衬底层的多个第一和 第二切口槽。图9是横切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵列9式超声换能器的示例性局部橫截面图，该图示出了穿过第一和第二匹 配层、压电层、介电层延伸出去并且进入透镜和衬底层的多个第一和 第二切口槽，其中，在此实施例中，该多个第二切口槽比该多个第一切口槽窄。图IO是横切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵 列式超声换能器的示例性局部橫截面图，该图示出了穿过第一和第二 匹配层、压电层、介电层延伸出去并且进入透镜和衬底层的多个第一 切口槽，此外还示出了穿过第一和第二匹配层延伸出去并进入透镜和 压电层的多个第二切口槽。图11是横切图1中的阵列式超声换能器的纵轴线Ls所得的该阵 列式超声换能器的示例性局部横截面图，该图示出了穿过第一和第二 匹配层、压电层、介电层延伸出去并且进入透镜和衬底层的多个第一 切口槽，此外还示出了穿过介电层延伸出去并且进入压电层的多个第二切口槽。图12A-G示出了用于制造本专利技术的阵列式超声换能器的实施方 案的示例性方法。图13示出了换能器的频率响应的图解表示。 图14示出了换能器的时间响应的图解表示。图15是对图12G的示例性PZT层叠物的图解分析，该图以红色示 出了用于设计的最佳区域。此分析是针对图12G中所图解的示例性PZT 层叠物的，并且表示了用于比较一些替代层叠物设计的基线。图16是具有粘合层的PZT层叠物的替代实施方案的前视橫截面 图，该粘合层被置于上非极化PZT层和下极化PZT层之间，其中这些 PZT层具有基本相似的声阻抗。阵列的间距被限定为2x (We) +wkl+wk2，其中Wj也被标为WeUment)是子切割单元的宽度，Wki和Wk2分别是第 一和 第二切口槽的宽度。图17是对图16中的第一切口槽宽度wu为8nm且第二切口槽宽 度ww为的示例性PZT层叠物的图解分析，并且以红色示出了用 于设计的优选区域。图18是对图16中的第一切口槽宽度w"为8 jim且第二切口槽宽 度ww为5pm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且以红色示出了用于i殳计的优选区域。图19是对图19中的第一切口槽宽度wu为8nm且第二切口槽宽 度wu为5pm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了带宽可如 何受单元的宽度和上非极化PZT层的厚度影响。图20是对图16中的第一切口槽宽度WH为8nm且第二切口槽宽 度wu为5Mm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了对于-6dB 阈值水平处的脉冲响应，脉沖宽度可如何受单元的宽度和上非极化PZT 层的厚度影响。图21是对图16中的第一切口槽宽度ww为8jLim且第二切口槽宽 度ww为5pm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了对于-20dB 阈值水平处的脉冲响应，脉沖宽度可如何受单元的宽度和上非极化PZT 层的厚度影响。图22是对图16中的第一切口槽宽度wu为8Mm且第二切口槽宽 度ww为5ji迈的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了中心频率 可如何受单元的宽度和上非极化PZT层的厚度影响。图23是对图16中的第一切口槽宽度wu为8nm且第二切口槽宽 度Wk2为5n血的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了通频带中 的波动(ripple )可如何受单元的宽度和上非极化PZT层的厚度影响。图24是对图16中的第一切口槽宽度wu为8jLim且第二切口槽宽 度Wk2为5nm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了脉沖旁瓣 抑制可如何受单元的宽度和上非极化PZT层的厚度影响。图25A-C是本专利技术的示例性的示意性PZT层叠物的示例性俯视图、 仰视图和横截面图，俯视图示出了在PZT层叠物的顶部和底部处的从 覆在上面的(overly本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声换能器，包括： 一层叠物，该层叠物具有第一面、相对的第二面以及在该第一面和第二面之间延伸的纵轴线，其中该层叠物包括多个层，每一个层具有一顶面和一相对的底面，其中该层叠物的该多个层包括一下极化压电层、一上非极化压电层以及一介电层；以及 多个被限定在该层叠物中的第一切口槽，每一个第一切口槽在该层叠物中延伸一预定深度穿过该上非极化压电层并进入该下极化压电层，并且在基本平行于该轴线的方向上延伸第一预定长度， 其中该介电层的顶面连接到该下压电层的一部分底面并位于该下压电层的该一部分底面之下，并且限定一在基本平行于该层叠物的该轴线的方向上延伸第二预定长度的开口，其中每一个第一切口槽的第一预定长度至少等长于由该介电层所限定的该开口的第二预定长度并且短于在基本平行于该轴线的纵向上的、该层叠物的该第一面和该相对的第二面之间的纵向距离。
【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：M卢卡斯，SF福斯特，J殷，G庞，R加西亚，
申请(专利权)人：视声公司，阳光溪流女子学院健康科学中心，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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