CN101405090A - 阵列式超声换能器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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。

背景技术

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。

发明内容

在一个方面，本发明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图图解了下述的几个方面，并且与描述一起用来解释本发明的原理。所有的附图中，相同的数字代表相同的元件。

图1是本发明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1、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是本发明的阵列式超声换能器的一个实施方案的横截面图。

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衬底层的多个第一和第二切口槽。

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，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10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示出了用于制造本发明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横截面图，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(w_e)+w_k1+w_k2，其中w_e(也被标为w_element)是子切割单元的宽度，w_k1和w_k2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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为8μm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_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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19是对图19中的第一切口槽宽度w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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，脉冲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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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，脉冲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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm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w_k1为8μm且第二切口槽宽度w_k2为5μm的示例性PZT层叠物的图解分析，并且示出了脉冲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是本发明的示例性的示意性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(overlying)透镜向外延伸的接地电气层的部分；仰视图示出了在纵向延伸的边缘处的位于个体信号电极元件之间的裸露的介电层部分(如人们可理解的，未在PZT层叠物的中心部分示出的是显示个别化信号电极元件的线——PZT层叠物的每个单元有一个信号电极)。

图26A是用于图25A-C的PZT层叠物的内插器(interposer)的俯视平面图(top plan view)，示出了从邻近换能器中心开口处向外延伸的电迹线以及位于内插器的顶部和底部的接地电迹线；示出了置于内插器的表面的一部分上的介电层，该介电层限定了沿着平行于内插器的纵轴线的轴线定位的成列的交错的凹孔(well)，每一凹孔与内插器的电迹线连接；此外还示出了焊膏球形隆起(ball bump)，该焊膏球形隆起安装在介电层内的每一凹孔中，使得当PZT层叠物安装在介电层上并且被施加以热量时，焊料熔化以在个体单元信号电极和内插器上的个体迹线之间形成所需的电连续性——凹孔有助于将焊料保持在该凹孔的范围以内。

图26B是图26A中的介电层的交错凹孔以及位于下面的内插器的电迹线的局部放大图，该凹孔被构造来接收焊膏球形隆起。

图27A是安装在图26A中的介电层和内插器上的、图25A中的PZT层叠物的俯视平面图。

图27B是安装在图26A中的介电层和内插器上的、图25A中的PZT层叠物的俯视平面图，该图将PZT层叠物显示为透明层以图解PZT层叠物和位于下面的内插器之间的安装关系，安装在它们之间的焊膏球形隆起在相应的单元信号电极和内插器上的电迹线之间形成电连接。

图28A是用于将本发明的换能器安装到其上的示例性电路板的示意性俯视平面图，该电路板具有多个形成在其上的板电迹线，每一板电迹线具有一个适于连接到换能器的电迹线的近端和一个适于连接到连接器的远端，该连接器例如是通过其传递信号的电缆。

图28B是用于安装具有75微米的间距的示例性256单元阵列的示例性电路板的俯视平面图。

图28C是图28B中的电路板的通孔的俯视平面图，这些通孔与电路板的位于下面的接地层相通。

图29是示例性电路板的一部分的俯视平面图，该图在区域A中示出了换能器的接地电极层，该接地电极层被引线接合(wire bond)到内插器上的电迹线，该电迹线又被引线接合到电路板的接地焊盘；此外还在区域B中示出了换能器的个体电迹线，这些电迹线被引线接合到电路板的个体板电迹线。

图30A是图29中的区域A的局部放大横截面图，该图示出了定位在焊膏球形隆起周围且在PZT层叠物和内插器之间的介电层。

图30B是图29中的区域B的局部放大横截面图，该图示出了在PZT层叠物和内插器之间的介电层。

图31A和31B是安装到电路板的一部分上的示例性换能器的局部横截面图。

图32是安装到电路板的一部分上的示例性换能器的区域B的局部放大图。

图33是不包括内插器的换能器的局部放大横截面图，该图示出了安装在位于下面的电路板上的焊膏球形隆起，每一球形隆起被安装到电路板的一个板电迹线上；示出了PZT层叠物，该PZT层叠物被安装在球形隆起上，使得PZT层叠物的相应单元信号电极经由相应的球形隆起与电路板的、与之相应的板电迹线处于电连续状态。

图34A是图33的局部放大横截面图，该图示出了没有内插器的换能器的接地电极层，该接地电极层被引线接合到电路板的接地焊盘。

图34B是图33的局部放大横截面图，该图示出了布置在电路板的电迹线和PZT层叠物的单元信号电极之间并且与它们电连接的球形隆起。

图35是一个其内限定了多个开口的示例性内插器的俯视(topelevational)示意图，并且示出了在内插器的周边边缘的多个部分上的对准装置。

图36是PZT层叠物的俯视示意图，该图示出了多个槽，这些槽穿过接地电极层延伸出去并且延伸到位于下面的PZT层叠物中一预定距离并且被填充以导电材料。

图37是图36中的PZT层叠物的俯视示意图，该图示出了至少一个安装在PZT层叠物的顶面的一部分上的匹配层。

图38是连接到图35中的内插器并且位于该内插器下面的、图37中的PZT层叠物的仰视(bottom elevation)示意图，该图示出了至少一个连接到内插器的匹配层，并且示出了图37中的PZT层叠物在被磨至所需厚度之后的底面，该底面露出了与接地电极层电连接的接地总线的远端。

图39是在介电层被构图于图38中的PZT层叠物的底面的多个部分上之后图38中的PZT层叠物的仰视示意图，其中介电层不与接地总线的裸露远端接触。

图40是在信号电极层被构图于介电层和图39中的PZT层叠物的底面的多个部分上之后该PZT层叠物的仰视示意图。

图41是在屏蔽电极被构图于环绕内插器中的开口的内插器部分上之后图40中的PZT层叠物的俯视示意图，此实施例中的屏蔽电极连接到裸露在内插器开口内的匹配层。

图42是在图41中的PZT层叠物已经被切割成个体超声换能器阵列之后该层叠物的仰视示意图，该图示出了接地总线的裸露端和在PZT层叠物的底面上的信号电极层的电迹线。

图43是图42中的PZT层叠物的仰视示意图，该图示出了示例性引线接合引线，该引线将接地总线连接到电路的地并且将信号电极层的电迹线的接合焊盘连接到电路的信号线；并且示出了衬底，该衬底覆盖电迹线的、连接到被限定在PZT层叠物中的阵列单元并且位于该阵列单元下面的部分。

图44是去除了内插器和屏蔽电极并且在图43中的PZT层叠物内形成第一和第二切口槽之后，该图43中的PZT层叠物内的多个阵列单元中的一个阵列单元的示意性立体截面图。

图45是去除了屏蔽电极并且在图43中的PZT层叠物内形成第一和第二切口槽之后，该图43中的PZT层叠物内的多个阵列单元中的一个阵列单元的示意性立体截面图。

图46是在图43中的PZT层叠物内形成第一和第二切口槽之后，该图43中的PZT层叠物内的多个阵列单元中的一个阵列单元的示意性立体截面图。

图47是具有安装在内插器的开口内并且与屏蔽电极接触的透镜的图46中的PZT层叠物内的多个阵列单元中的一个阵列单元的示意性立体图。

图48是具有贴附到图47中的PZT层叠物的附加衬底层的该PZT层叠物内的多个阵列单元中的一个阵列单元的示意性立体图。

图49是相对于柔性电路安装并且与该柔性电路电连接的换能器的示意性横截面图。

具体实施方式

本说明书全文所使用的范围可以被表述为从“大约”一特定值和/或到“大约”另一特定值。当表述这样的范围时，另一实施方案包括从该特定值和/或到其它特定值。同样地，当通过使用先行的“大约”以近似值表示数值时，应该理解的是，该特定值形成另一实施方案。还应该理解的是，每一个范围的两端点在相关于另一端点和独立于另一端点时都是重要的。也应该理解的是，在本说明书中公开了多个数值，每个数值除公开了该数值本身之外，在本说明书中还公开了“大约”该特定数值。例如，如果公开了数值“30”，则也公开了“大约30”。也应该理解的是，如本领域普通技术人员所能够恰当理解的，当公开了一个数值时，也公开了“小于或等于”该数值、“大于或等于该数值”和在两数值之间的可能范围。例如，如果公开了数值“30”，则也公开了“小于或等于30”和“大于或等于30”。

也应该理解的是，在整个本申请中，数据以多种不同形式提供，并且该数据代表端点和起始点以及这些数据点任意组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“30”和特定数据点“100”，应该理解，认为公开了大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于“30”和“100”以及“30”和“100”之间。

“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况能够或者不能够发生，而且该描述包括该事件或情况发生的例子和该事件或情况不发生的例子。

本发明在以下的示例性实施方案中会被更详细地描述，由于其中的许多改型和变体对本领域普通技术人员来说将会是明显的，所以该示例性实施方案仅仅旨在说明。本说明书中所使用的“一”、“一个”或“该”根据其被使用的上下文可以表示一个或多个。

参照图1-11，在本发明的一个方面，超声换能器包括具有第一面102、相对的第二面104和在这二者之间延伸的纵轴线Ls的层叠物100。该层叠物包括多个层，每一层具有顶面128和相对的底面130。在一个方面，该层叠物的多个层包括压电层106和介电层108。在一个方面，该介电层连接到该压电层上并位于该压电层下面。

该层叠物的多个层可进一步包括接地电极层110、信号电极层112、衬底层114以及至少一匹配层。被切割的附加层可以包括，但不限于，临时保护层(未示出)、声透镜302、光致抗蚀剂层(未示出)、导电环氧树脂(未示出)、粘合剂层(未示出)、聚合物层(未示出)、金属层(未示出)等。

压电层106可以由各种各样的材料制成。形成该压电层的材料可以选自例如，但不是限于，由陶瓷、单晶体、聚合物和共聚物材料、具有0-3型和/或2-2型和/或3-1型连通性(connectivity)的陶瓷-聚合物复合物和陶瓷-陶瓷复合物等组成的组。在一个实施例中，该压电层包括钛酸锆酸铅(PZT)陶瓷。

介电层108能够限定该压电层的工作区域。通过常规薄膜技术——包括但不限于旋涂或浸涂技术，至少一部分该介电层能够直接沉积到至少一部分该压电层上。或者，可以通过照相平版印刷法(photolithography)对介电层构图以裸露压电层的一区域。

如所示例性示出的，该介电层可以被施用到该压电层的底面上。在一个方面，该介电层不覆盖该压电层的整个底面。在一个方面，该介电层限定一开口或间隙，该开口或间隙在基本平行于该层叠物的纵轴线的方向上延伸第二预定长度L2。在介电层中的开口优选与压电层的底面的中心区域对准。该开口限定该阵列的高度尺寸(elevationdimension)。在一个方面，该阵列的每一个单元120具有相同的高度尺寸，并且该开口的宽度在专供形成有切口槽的该装置的工作区域之用的压电层区域内是不变的。在一个方面，介电层中的开口的长度能够以预定的方式在基本垂直于该层叠物的纵轴线的轴线上变化，从而引起阵列单元在高度尺寸上的变化。

介电层和压电层的相对厚度以及介电层和压电层的相对介电常数限定了所施加电压在该两层分配的程度。在一个实施例中，电压可以被拆分为90％施加在介电层，10％施加在压电层。可以预期的是，介电层和压电层上的分压比率是可变的。在其下面没有介电层的压电层部分，所施加的电压全部量都施加在压电层上。这一部分限定了该阵列的工作区域。

在这一方面，介电层使得可以使用比工作区域宽的压电层，并且使得切口槽(下文中描述)能以使得该阵列单元(下文中描述)和阵列子单元(下文中描述)被限定在工作区域内但在顶面上保持公共接地(common ground)的方式在该工作区域内被制造并且延伸到该区域之外。

多个第一切口槽118被限定在该层叠物内。每个第一切口槽都在该层叠物内延伸一预定深度并在基本平行于该层叠物纵轴线的方向上延伸第一预定长度L1。可以理解的是，第一切口槽的“预定深度”可以构成一预定深度曲线，该曲线是沿该第一切口槽的相应长度的位置的函数。每一个第一切口槽的第一预定长度至少等长于由介电层限定的该开口的第二预定长度，并且短于在基本平行于层叠物的纵轴线的纵向上的、该层叠物的第一面和相对的第二面之间的纵向距离。在一个方面，该多个第一切口槽限定多个超声阵列单元120，即阵列单元1、2、3、4......N。

该超声换能器还可包括多个第二切口槽122。在这一方面，每个第二切口槽都在该层叠物内延伸一预定深度并在基本平行于该层叠物的纵轴线的方向上延伸第三预定长度L3。如上文所指出的那样，该第二切口槽的“预定深度”可以构成一预定深度曲线，该曲线是沿该第二切口槽的相应长度的位置的函数。每个第二切口槽的长度至少等长于由介电层限定的该开口的第二预定长度，并且短于在基本平行于层叠物的纵轴线的纵向上的、该层叠物的第一面和相对的第二面之间的纵向距离。在一个方面，每一个第二切口槽定位得邻近至少一个第一切口槽。在一个方面，多个第一切口槽限定多个超声阵列单元，多个第二切口槽限定多个超声阵列子单元124。例如，对于无任何第二切口槽的本发明的阵列，每个阵列单元具有一个阵列子单元；对于在两个相应的第一切口槽之间带有一个第二切口槽的本发明的阵列，每个阵列单元具有两个阵列子单元。

本领域普通技术人员可以理解的是，由于第一切口槽和第二切口槽均不延伸到层叠物的相应的第一面和第二面中任意一个，也就是说，切口槽具有居中长度，所以所形成的阵列单元由靠近层叠物的相应第一面和第二面的、层叠物的邻接部分支撑。

本发明的层叠物的压电层能够在被认为相对于现有临床成像频率标准为高的频率下谐振。在一个方面，该压电层在大约30MHz的中心频率下谐振。在另一方面，该压电层在大约10-200MHz的中心频率下谐振，优选在大约20-150MHz的中心频率下谐振，更优选在大约25-100MHz的中心频率下谐振。

在一个方面，多个超声阵列子单元中的每一个的宽度与高度之宽高比都大约为0.2-1.0，优选大约为0.3-0.8，更优选大约为0.4-0.7。在一个方面，对于压电单元的横截面，使用小于大约0.6的宽度与高度之宽高比。这一宽高比和由其所得到的几何结构将阵列单元的横向谐振模式(resonance mode)和与用来产生声能的厚度谐振模式分开。如本领域普通技术人员所理解的，可以考虑将类似的横截面设计用于其它类型的阵列。

如上所述，制造多个第一切口槽来限定多个阵列单元。在一个每个阵列单元具有两个子切割单元的64单元阵列的非限制性实施例中，加工129个相应的第一和第二切口槽来产生128个压电子单元，该128个压电子单元组成该阵列的64个单元。可以预期的是，对于更大的阵列，这一数字是可以增加的。对于没有进行子切割的阵列，带有64个和256个阵列单元的阵列结构可以分别使用65个和257个第一切口槽。在一个方面，该第一和/或第二切口槽可以填充空气。在另一个可选的方面，该第一和/或第二切口槽还可填充液体或例如聚合物之类的固体。

通过“子切割”方法使用多个第一和第二切口槽形成子单元是这样一种技术，即将两相邻子单元电短接在一起，使得该对被短接的子单元起该阵列一个单元的作用。对于给定的单元间距，子切割可为提高单元宽度与高度之宽高比创造条件，使得在单元内的不需要的横向谐振被转移到在该设备的期望工作带宽之外的频率，其中所述单元间距为第一切口槽所产生的阵列单元的中心到中心的间隔。

在低频率，可以使用精密的切割刀片子切割阵列单元。在高频率，由于阵列单元尺寸减小，子切割变得更加困难。对于大于约20MHz的高频阵列设计，子切割理念——在以更大单元间距为代价的情况下——能够降低典型阵列单元的电阻抗，并增加阵列单元的信号强度和敏感性。阵列的间距可以相对于在设备的中心频率下声音在水中的波长来描述。例如，当涉及具有30MHz的中心频率的换能器时，50微米的波长是能够使用的有用波长。考虑到这一点，对于大多数应用，单元间距大约为0.5λ-2.0λ的线性阵列是可接受的。

在一个方面，本发明的层叠物的压电层的间距大约为7.5-300微米，优选大约为10-150微米，更优选大约为15-100微米。在一个实施例中，旨不在进行限制，对于30MHz的阵列设计，对应于1.5λ所得到的间距是大约74微米。

在另一方面，旨不在进行限制，对于具有大约60微米厚的压电层的层叠物，具有大约8微米宽、间隔为74微米的第一切口槽并带有邻近至少一个第一切口槽定位、也具有大约8微米的切口宽度的第二切口槽，导致具有合乎需求的宽度与高度之宽高比的阵列子单元和间距为大约1.5λ的64单元阵列。如果没有使用子切割并且所有相应的切口槽都是第一切口槽，那么该阵列结构可以被构造和布置为形成128个单元的间距为0.75λ的阵列。

在高频率，当阵列单元的宽度和切口槽的宽度按比例缩小到1-10个微米的数量级时，最好在阵列的制造中加工窄的切口槽。本领域的普通技术人员可以理解的是，使切口槽变窄能够将阵列的间距降至最小，使得在该阵列装置正常工作的过程中能量栅瓣效应能够最小化。另外，通过使切口槽变窄，对于给定的阵列间距通过除去尽可能少的压电层，单元强度和敏感性被最大化。使用激光加工，该压电层可以以精细的间距被构图并保持机械完整性。

可以使用激光微加工将该多个第一和/或第二切口槽延伸到层叠物中到其各自的预定深度。激光微加工提供了一种延伸或“切割”该切口槽的非接触方法。可用来“切割”切口槽的激光器包括，例如，可见光波长激光器和紫外线波长激光器以及脉冲长度为100ns-1fs的激光器等。在所公开的发明的一个方面，通过使用在UV范围内的较短波长激光器和/或脉冲长度为皮秒-飞秒的激光器最小化热影响区域(HAZ)。

激光微加工能够在尽可能短的时间内将大量能量控制在尽可能小的体积内局部烧蚀材料表面。如果入射光子的吸收在足够短的时段内发生，则没有时间发生热传导。一个干净的烧蚀槽被生成，同时只有很少的残余能量，这能够防止局部熔化并使热损害最小化。最好选择使在汽化区域内所消耗的能量最大化同时使对周围压电层的损害最小化的激光条件。

为了最小化HAZ，可以最大化所吸收的激光脉冲的能量密度并防止能量在材料内通过热传导机制耗散。两种可以使用的示例性类型的激光器为紫外线(UV)激光器和飞秒(fs)激光器。UV激光器在陶瓷中具有非常浅的吸收深度，因此能量被包含在浅层的体积内。fs激光器具有非常短的时间脉冲(约10-15s)，因此能量的吸收在这个时间范围内发生。在一个实施例中，不需要在激光切割之后对压电层进行任何再极化。

UV激基激光器适于制造用于生产像喷嘴、光学装置、传感器等之类的微型光-电-机系统(MOEMS)单元的复杂微型结构。由于在几个紫外线波长有短脉冲形式的高峰值功率输出，激基激光器以低热损害和高解析度对材料进行处理。

通常，如本领域普通技术人员所理解的，对于给定的激光微加工系统，烧蚀深度主要取决于每一脉冲的能量和脉冲的数量。对于给定的激光能量密度(fluence)，一直到一深度烧蚀速率可以是几乎不变的并且是完全独立的，超过该深度则该烧蚀速率快速降低并饱和(saturate)为零。通过控制入射到压电层叠物上的每一位置的脉冲数量，可以得到最高达给定激光能量密度所对应的饱和深度的、作为位置的函数的预定切口深度。该饱和深度可被认为是等离子体羽流(在烧蚀过程中产生的)和激光沟槽的壁两者吸收激光能量所造成的。在羽流中的等离子体当被限制在更深沟槽的壁内时会更密集，更能吸收；此外，羽流扩展可能要用更长的时间。在高能量密度下，激光脉冲开始和羽流衰减开始之间的时间通常是几纳秒。对于脉冲长度为10纳秒量级的激光器，这意味着激光束的后部会与羽流相互作用。使用皮秒-飞秒激光器能够避免激光束与羽流相互作用。

在一个方面，用来将第一或第二切口槽延伸到压电层里或者延伸穿过压电层的激光器是例如像KrF激基激光器系统(例如，具有大约248nm的波长)之类的短波长激光器。可以使用的短波长激光器的另一个例子是氩氟化物激光器(argon fluoride laser)(例如，具有大约193nm的波长)。在另一方面，用于切割该压电层的激光器是短脉冲长度激光器。例如，可以使用被改进为发射ps到fs量级的短脉冲长度的激光器。

可以使用能量密度范围为大约0-20J/cm²(对于PZT陶瓷，优选为大约0.5-10.0J/cm²)的KrF激基激光器系统(具有波长为大约248nm的UV光)来激光切割大约1-30μm宽(更优选为5-10μm宽)、穿过压电层大约1-200μm厚(优选10-150μm厚)的切口槽。压电层的实际厚度多数常常基于一个从¹/₄λ到¹/²λ的厚度，而该厚度又基于材料的声音速度以及该阵列换能器的预期中心频率在¹/₄λ和¹/₂λ之间变化。如本领域普通技术人员所清楚的，衬底层和匹配层的选择以及它们各自的声阻抗值决定该压电层的最终厚度。也如本领域普通技术人员所清楚的，目标厚度可以基于该阵列每个子单元具体的宽度与高度之宽高比进一步精调整。切口的宽度越宽并且激光能量密度越高，激基激光器能够切得越深。每单位区域的激光脉冲数目还可为进行精确的深度控制创造条件。在另一方面，一个能量密度较低的激光脉冲，即能量密度小于大约1J/cm²-10J/cm²的激光脉冲，可用来激光烧蚀穿过基于聚合物的材料(polymer based material)和穿过薄金属层。

如上文所指出的那样，该多个层可进一步包括信号电极层112和接地电极层110。可以通过应用覆盖介电层和压电层暴露区域的镀金属层(未示出)来限定电极。如本领域普通技术人员可理解的，该电极层可以包括任何金属化表面。能够使用的电极材料的一个非限制性实例是镍(Ni)。不氧化的具有较低阻抗(在1-100MHz下)的金属化层能够通过例如像喷镀(蒸镀、电镀等)之类的薄膜沉积技术而被沉积。铬/金组合物(分别为300/3000埃)是这种较低阻抗的金属化层的实例，但是更薄和更厚的层也能使用。铬用作金的界面粘合层。如本领域普通技术人员所清楚的，可以预期的是，可以使用在半导体和微制造领域众所周知的其它常规界面粘合层。

信号电极层的至少一部分顶面连接到压电层的至少一部分底面，信号电极层的至少一部分顶面连接到介电层的至少一部分底面。在一个方面，如本说明书中所描述的，信号电极比介电层所限定的开口宽，并且覆盖位于导电材料404之上的区域内的介电层的边缘，该导电材料404用于将该层叠物表面安装到内插器上。

在一个方面，所沉积的信号电极图案为覆盖压电层底面的整个表面的图案或者为横跨介电层所限定的开口延伸的适合区域的预定图案。该信号电极的初始长度可以比其最终长度长。该信号电极可以被修整(或蚀刻)成更复杂的图案，该更复杂的图案导致更短的长度。

可以使用激光(或者其它例如像反应离子蚀刻(RIE)之类的材料去除技术)去除所沉积的电极的一些以形成最终的复杂的信号电极图案。在一个方面，通过喷镀(分别为300/3000的铬/金-但是更厚和更薄的层是可预期的)来沉积比介电间隙长的、简单矩形形状的信号电极。然后借助于激光对信号电极进行构图。

荫罩(shadow mask)和标准“湿式清洗台(wet bench)”照相平版印刷法也可以用于直接形成相同或相似的、具有更复杂细部的信号电极图案。

在另一方面，接地电极层的至少一部分底面连接到压电层的至少一部分顶面。接地电极层的至少一部分顶面连接到第一匹配层116的至少一部分底面。在一个方面，该接地电极层在基本平行于该层叠物纵轴线的纵向上至少等长于介电层所限定的开口的第二预定长度。在另一方面，该接地电极层在基本平行于该层叠物纵轴线的纵向上至少等长于每个第一切口槽的第一预定长度。在还一方面，该接地电极层连接式地基本覆盖压电层的整个顶面。

在一个方面，该接地电极层在基本平行于该层叠物纵轴线的纵向上至少等长于每个第一切口槽的第一预定长度(如上所述)以及每个第二切口槽的第三预定长度。在一个方面，接地电极的一部分一般保持裸露，以便于将信号地从接地电极连接到在内插器402(下文有描述)上的信号地迹线(signal ground trace)上。

在一个实施例中，虽然信号电极和接地电极两者都可以通过物理沉积技术(蒸镀或喷镀)来镀敷，但是也可以使用例如像电镀之类的其它方法。在一个优选的方面，使用像喷镀之类的敷形涂覆技术在介电层边缘附近的区域获得良好的阶梯覆盖。

如上文所指出的，在没有介电层的区域，施加到信号电极和接地电极的电信号的全部电压存在于压电层上。在有介电层的区域，电信号的全部电压分布在介电层的厚度以及压电层的厚度上。在一方面，介电层上的电压和压电层上的电压的比值，与介电层的厚度和压电层的厚度的比值成正比，与介电层的介电常数和压电层的介电常数的比值成反比。

该层叠物的多个层可以进一步包括至少一个具有顶面和相对的底面的匹配层。在一方面，该多个层包括两个这样的匹配层。第一匹配层116的至少一部分底面可被连接到该压电层的至少一部分顶面上。如果使用了第二匹配层126，则该第二匹配层的至少一部分底面连接到该第一匹配层的至少一部分顶面上。该匹配层在基本平行于该层叠物纵轴线的纵向上可以至少等长于由介电层所限定的开口的第二预定长度。

该匹配层具有预定的声阻抗和目标厚度。例如，混有环氧树脂的粉末(体积％)可以用来产生预定的声阻抗。可以将该匹配层施用到压电层的顶面上，使其固化并将其研磨到适当的目标厚度。

本领域普通技术人员能理解的是，该匹配层能够具有通常等于大约或大约等于在该装置的中心频率下在该匹配层材料本身内部声音的波长的¹/₄的厚度。该匹配层的具体厚度范围取决于该装置的层的实际选择、它们的具体材料特性以及预期的中心频率。在一个实例中，不旨在进行限制，对于基于聚合物的匹配层材料，在30MHz下，这导致约15-25μm的优选厚度值。

在一方面，该匹配层可以包括以30％的体积与301-2Epotek环氧树脂混合的PZT，该以30％的体积与301-2Epotek环氧树脂混合的PZT具有大约8兆雷(Mrayl)的声阻抗。在一方面，该声阻抗可以在大约8-9兆雷，在另一方面，该声阻抗可以在大约3-10兆雷，在又一方面，该阻抗可以在大约1-33兆雷。如本领域普通技术人员已知的，制备掺有粉末的环氧树脂并且随后将该材料固化到压电层的顶面上，使得在该层内基本上没有气穴。该环氧树脂可以在初始时就被脱气，混入粉末后对该混合物进行第二次脱气。该混合物可以在高于室温的设定点温度(20-200℃)——其中用于301-2环氧树脂的为80℃——被施用到压电层的表面上。该环氧树脂通常在2小时内固化。在一个方面，不旨在进行限制，在301-2环氧树脂中有30％体积的PZT，该第一匹配层的厚度是大约¹/₄波长并为大约20μm厚。

该层叠物的该多个层可以进一步包括具有顶面和相对的底面的衬底层114。在一方面，该衬底层基本上充满由介电层所限定的开口。在另一方面，该衬底层的至少一部分顶面连接到该介电层的至少一部分底面上。在又一方面，介电层的基本上整个底面都连接到该衬底层的至少一部分顶面上。在还一方面，该衬底层的至少一部分顶面连接到该压电层的至少一部分底面上。

如本领域普通技术人员可理解的，该匹配层和衬底层可以选自声阻抗在空气和/或水的声阻抗以及该压电层的声阻抗之间的材料。此外，如本领域普通技术人员可理解的，环氧树脂或聚合物可以与各种组成和比例的金属和/或陶瓷粉末混合，以产生具有可变声阻抗和声衰减的材料。所有这样的材料的组合在该公开文本中是可预期的。选择变化范围为从1-6个不连续层(discrete layer)到一个渐变层的匹配层以及变化范围为从0-5个不连续层到一个渐变层的衬底层能使得用于特定中心频率的压电层的厚度变化。

在一方面，对于带有两匹配层和一衬底层的30MHz的压电阵列换能器，该压电层的厚度是在大约50μm-60μm之间。在另一非限制性实施例中，该厚度可以在大约40μm-75μm之间变化。对于中心频率在25-50MHz的换能器以及对于不同数量的匹配层和衬底层，可以基于对所使用的材料的认识，相应地调节该压电层的厚度，并且换能器设计领域的普通技术人员能够确定合适的尺寸。

可以使用激光器改变该压电层的一个(或两个)面。一个这样的改变可以是在施用匹配层和衬底层之前产生弯曲的陶瓷表面。这是施用于二维上的激光切割的可变深度控制方法的延伸。使在两维上去除材料的表面弯曲后，可以沉积金属化层(未示出)。压电层的再极化也可以用来重新排列压电层材料的电偶板子。

在一方面，透镜302可以以与为该层叠物最上层的层的顶面基本叠置对准的方式(in substantial overlying registration with)被定位。该透镜可以用于聚焦声能。该透镜可以由如本领域普通技术人员所知的聚合材料制成。例如，具有三个平坦侧面和一个曲面的预成型或预加工的Rexolite片可以用作透镜。曲率半径(R)由声透镜的预期焦距确定。例如，但不旨在进行限制，该透镜可以用计算机数控设备、激光加工、模塑等方法常规加工。在一方面，该曲率半径足够大，使得弯曲宽度(WC)至少与介电层所限定的开口等宽。

在一个优选的方面，该透镜的最小厚度基本上叠加在介电层所限定的开口或间隙的中心之上。此外，该弯曲宽度大于该介电层所限定的开口或间隙。在一方面，该透镜的长度可以宽于切口槽的长度，使得一旦该透镜被安装到换能器装置的顶上，所有的切口槽都得到保护和密封。

在一方面，该透镜的平坦面可以涂覆有粘合剂层，以将该透镜粘结到该层叠物上。在一个实施例中，该粘合剂层可以是用来将透镜粘结到该层叠物上的SU-8光致抗蚀剂层。可以理解的是，如果施用到透镜底面的粘合剂层的厚度在厚度上具有适合的波长(例如厚度为¹/₄波长)，则所施用的粘合剂层也可以作为第二匹配层126。所示例的SU-8层的厚度可以通过普通的薄膜沉积技术(例如旋涂之类)控制。

当涂覆温度升高到大约60-85℃时，SU-8薄膜变得具有粘性(有粘着力)。在高于85℃的温度下，SU-8层的表面拓扑开始变化。因此，在一个优选的方面，这一过程在80℃的设定点温度实施。由于SU-8层已是固态形式，并且升高的温度只会使得该层变得具有粘性，因而一旦该层被连接到该层叠物上，所施用的SU-8就不会沿该阵列的切口向下流动。这样在形成的阵列单元之间保持了物理间隙和机械隔离。

为了避免在SU-8层和第一匹配层之间混入空气，这一粘结过程在局部真空内进行是优选的。在粘结发生、使该试件冷却到室温之后，可将该SU-8层暴露在紫外线下(穿过该Rexolite层)来使SU-8交联，以使该层更坚固，并提高粘附性。

在将透镜安装到该层叠物上之前，该SU-8层和该透镜可以被激光切割，这样能有效地使阵列切口(第一和/或第二阵列切口槽)，并且在一方面使子切割的或第二切口，延伸通过两个匹配层(如果使用了两个匹配层的话)并进入透镜。如果该SU-8和透镜被激光切割，可以使用取放机器(或者按一定尺寸制作并加工为与粘结在一起的实际部件的具体尺寸和形状相应的调准夹具)在该层叠物的顶层的最上表面上在X和Y方向上对准透镜。可以使用大约1-5J/cm²的激光能量密度来激光切割该SU-8和透镜。

至少一个第一切口槽能够延伸通过或者进入至少一层以达到其在该层叠物内的预定深度/深度曲线。层叠物的一些层或者所有层能够基本同时被切穿或者切入。因此，可以选择性地基本同时切穿多个层。而且，如本领域普通技术人员所清楚的，可以选择性地同时切穿几个层，而在随后的时间选择性地切穿其它层。在一方面，至少一个第一和/或第二切口槽的至少一部分延伸到一预定深度，该预定深度是从压电层顶面到压电层底面的距离的至少60％，并且至少一个第一和/或第二切口槽的至少一部分能延伸到一预定深度，该预定深度是从压电层顶面到压电层底面的距离的100％。

至少一个第一切口槽的至少一部分能够延伸到该介电层内到一预定深度，且一个第一切口槽的至少一部分还能够延伸到衬底层内到一预定深度。如本领域普通技术人员所清楚的，进入衬底层中的预定深度可以在0微米到等于或大于压电层本身厚度的深度之间变化。通过衬底层的激光微加工能提供在邻近单元之间的隔离方面的显著改进。在一方面，一个第一切口槽的至少一部分延伸通过至少一层并延伸到衬底层内到一预定深度。如本说明书中所描述的，该进入衬底层中的预定深度可以变化。在基本平行于该层叠物纵轴线的纵向上，至少一个第一切口槽的至少一部分的预定深度与同一相应切口槽的另一部分的预定深度相比，或者与另一切口槽的至少一部分的预定深度相比，可以不同。在另一方面，至少一个第一切口槽的预定深度可以深于至少一个其它切口槽的预定深度。

如上文所述，如上文对于第一切口槽所描述的，至少一个第二切口槽能够延伸通过至少一层以达到其在层叠物中的预定深度。如上文对于第一切口槽所描述的，该第二切口槽能够延伸到所述层叠物的至少一层里或者延伸通过所述层叠物的至少一层。如果层叠物的各层是独立切割的，则在层叠物的给定层内的每一个切口槽，无论是第一切口槽还是第二切口槽，都能够基本叠置对准相邻层中的对应槽。

在一优选方法中，在该层叠物被安装到内插器上并且衬底层被施用之后，将该切口槽激光切割进入压电层内。

该超声换能器可进一步包括具有顶面和相对的底面的内插器402。在一方面，该内插器限定在基本平行于该层叠物的纵轴线Ls的方向上延伸第四预定长度L4的第二开口。该第二开口便于将衬底层简单施用至该压电层叠物的底面上。

多个电迹线(electrical trace)406可以以预定图案被定位在该内插器的顶面上，并且信号电极层112也能够限定一电极图案。该层叠物——包括带有限定电极图案的信号电极112——可以以与该内插器402基本叠置对准的方式安装，使得由信号电极层所限定的电极图案与定位在该内插器顶面上的电迹线的预定图案电性连接。该内插器也可以用作引到该阵列的各个单元的电引线(electrical lead)的再分配层。该阵列的接地电极110能够连接到在内插器上的专供接地连接之用的迹线。如果使用透镜，这些连接可以在连附透镜之前进行。然而，如果透镜材料的区域小得足以使得接地电极的一部分仍然裸露出，则该连接可以在透镜被连附之后进行。有许多本领域普通技术人员所公知的导电环氧树脂和涂料可以被用于进行这些连接。如本领域普通技术人员所清楚的，引线接合(wirebonding)也可以被用于进行这些连接。例如，引线接合可以用来进行从内插器到柔性电路的连接以及用来进行从该层叠物到该内插器的连接。因此，可以预期的是，可以使用本领域中已知的方法，例如，并不旨在进行限制，通过使用包括但不限于焊料的导电表面安装材料或通过使用引线接合，来进行表面安装。

衬底材料114可以如本文中所述来制造。在一个非限制性实施例中，该衬底材料可以由能被用来产生预定声阻抗的混有环氧树脂的粉末(体积％)制成。以30％与301-2Epotek环氧树脂混合的PZT具有8兆雷的声阻抗，并且不导电。当使用基于环氧树脂的衬底时，在内插器所限定的第二开口内发生一些就地固化的情况下，使用粘结到层叠物的顶面上的刚性板能够帮助最小化该层叠物的翘曲。基于环氧树脂的衬底层可以由其它粉末例如钨、氧化铝等组成。可以理解的是，可以预期其它常规衬底材料，例如，不旨在进行限制，银胶(silverepoxy)等。

为了减少需要就地固化的材料的量，衬底层可以在其固化之后被预制和切割成合适的尺寸，使得其适合通过该内插器所限定的开口。该预制衬底的顶面可以涂敷一层新的衬底材料(或者其它粘合剂)并且被定位在该内插器所限定的第二开口内。通过减少就地固化的材料的量，可以减少在层叠物内产生的残余应力量，并且能够保持该压电体的表面基本平整或平坦。在衬底层的粘结完成之后可以拆掉该刚性板。

本发明的阵列可以具有如本领域普通技术人员所清楚的任何形式，包括线性阵列、稀疏线性阵列、1.5维阵列等。

制造超声阵列的示例方法

本说明书提供了一种制造超声阵列的方法，该方法包括用激光切割压电层106，其中所述压电层在高超声发送频率下谐振。本说明书还提供了一种包括用激光切割压电层的制造超声阵列的方法，其中该压电层在大约30MHz的超声发送中心频率下谐振。本说明书还提供了一种包括用激光切割压电层的制造超声阵列的方法，其中所述压电层在大约10-200MHz、优选在大约20-150MHz、更优选在大约25-100MHz的超声发送频率下谐振。

本说明书还提供了一种通过用激光切割压电层使得热影响区域最小化来制造超声阵列的方法。也论述了一种包括用激光切割压电层使得不需要再极化(在激光微加工之后)的制造超声阵列的方法。

本说明书提供了一种方法，其中可以在一个或者一系列连续步骤中实现所有功能层的“切割”。本说明书还提供了一种制造超声阵列的方法，该方法包括用激光切割压电层使得该压电层在高超声发送频率下谐振。在一个实施例中，激光切割除压电层以外的附加层。在另一个实施例中，该压电层和附加层基本在同一时间或者基本同时被切割。所切割的附加层可以包括，但不限于，临时保护层、声透镜302、匹配层116和/或126、衬底层114、光致抗蚀剂层、导电环氧树脂类、粘合剂层、聚合物层、金属层、电极层110和/或112等。一些或所有层可以基本同时被切穿。因此，可以选择性地基本同时切穿多个层。而且，如本领域普通技术人员所清楚的，可以选择性地同时切穿几个层，在随后的时间选择性地切穿其它层。

还提供了一种方法，其中在层叠物的顶面和底面都暴露在空气中的地方，激光首先切穿至少压电层，其次切穿衬底层。层叠物100可以连附到机械支撑件或内插器402上，该机械支撑件或内插器402限定位于该层叠物区域下面的孔或开口，以便保持通向层叠物底面的通道。该内插器也可以用作引到该阵列的各个单元的电引线的再分配层。在一个实施例中，在激光切穿安装到内插器上的层叠物之后，附加衬底材料可以被沉积到由该内插器所限定的第二开口内，以增加该衬底层的厚度。

当然，所公开的方法并不限于用激光进行单次切割，如本领域普通技术人员所清楚的，可以用激光进行多次附加的切割，穿过一个或者多个所公开的层。

还提供了一种制造超声阵列的方法，该方法包括用激光切割压电层，使得该压电层在高超声发送频率下谐振。在此实施方案中，激光将该压电层的各部分切割至不同的深度。例如，激光可以切割到至少一个深度或者几个不同的深度。激光切割的每一深度都可以被认为是该阵列结构的单独区域。例如，一个区域可能需要激光切穿该匹配层、电极层、压电层和衬底层，而第二个区域可能需要激光切穿该匹配层、电极层、压电层、介电层108等。

在所公开的方法的一个方面，预切割的组装好的层叠物的顶面和底面均被裸露，激光加工可以从任何一个面(或者两个面)进行。在此实施例中，使两个面都裸露便于激光加工产生更干净和更平直的切口边缘。一旦激光束“穿透”，则因为加工过程不再依靠从进入点喷射出的材料，激光束能够清洁切口的边缘，并且与切口最深部分的羽流之间的相互作用可以最小化。

还提供了一种方法，其中激光还能够对其它压电层构图。除了PZT压电陶瓷之外，可以制造并研磨陶瓷聚合物复合层至如关于使用例如像叉指法之类的本领域已知的技术所描述的类似厚度。例如，2-2和3-1型陶瓷聚合物复合物可以制成具有大约为阵列所需间距的陶瓷宽度和陶瓷与陶瓷间间隔。聚合物填充物可以被去除，并且该阵列的单元与单元间串扰可以被降低。去除聚合物材料所需的能量密度低于去除陶瓷所需要的能量密度，因此激基激光器是一种用于去除在聚合物-陶瓷复合物中的聚合物以产生带有通风切口(air kerf)的阵列结构的适合工具。在这种情况下，在阵列的工作区域内(去除了聚合物的地方)，2-2型复合物可以用作1相陶瓷(1-phase ceramic)。或者，可以去除3-1型复合物中的聚合物的一个连通轴(axis ofconnectivity)。

另一种用于2-2型复合物的方法可以是激光微加工垂直于该2-2型复合物取向的切口。得到的结构可以是类似于使用3-1型复合物生成的结构的结构，因为阵列单元将是陶瓷/聚合物复合物。由于陶瓷和聚合物可以同时被烧蚀，这一方法可以用更高的能量密度加工。

被激光烧蚀的试件表面可被保护以避免在激光加工过程本身期间在试件上沉积碎屑。在此实施例中，可以在层叠物组件的顶面上沉积保护层。该保护层可以是临时性的并且能够在激光加工之后被去除。该保护层可以是可溶解层，例如像常规抗蚀剂层等。例如，当顶面是一薄金属层时，该保护层起防止金属剥离或剥落的作用。如本领域普通技术人员所理解的，可以使用其它尽管激光能量密度高和激光切口密度高仍能够保持粘合到试件上并且在激光切割之后仍然能够被从表面去除的可溶解层。

实施例

提出了以下实施例，以便为本领域普通技术人员提供在此要求保护的超声阵列换能器和方法的完全公开和描述，并且这些实施例旨在仅对本发明进行示例，并不旨在限制发明人认为是其发明的内容的范围。

图12a-12g示出了一种使用激光微加工技术制造示例性高频超声阵列的示例性方法。首先，提供在其顶面和底面带有电极的预极化压电结构。一示例性结构为由CTS Communications Components Inc(Bloomingdale，IL)经销的型号为PZT 3203HD(零件编号KSN6579C)的产品。在一方面，在压电体顶面上的电极成为该阵列的接地电极110，在其底面上的电极被去除并用介电层108取代。一电极可以随后被沉积到该压电体的底面上，成为该阵列的信号电极112。

可选地，未氧化的较低电阻(在1-100MHz下)的金属化层通过例如像喷镀、蒸镀、电镀等之类的薄膜沉积技术来沉积。这种金属化层的非限制性实例为铬/金结合物(combination)。如果使用这种层，则铬用作金的粘合剂层。可选地，对于陶瓷压电体(例如PZT)，从厂商处得到的结构的自然表面粗糙度可能大于所期望的。为了提高在获得压电层106的目标厚度方面的准确度/精确度，可以将该压电结构的顶面研磨为一光滑面层(smoothfinish)并且将电极施用到该研磨面上。

然后，第一匹配层116被施用到该压电结构的顶面上。在一方面，部分上电极保持裸露，以便于信号地被从上电极连接到在下面的内插器402上的一个或多个信号地迹线。将匹配层施用到该压电结构的顶面上，使其固化并随后将其研磨到该目标厚度。所使用的匹配层材料的一个非限制性实例就是以30％与301-2Epotek环氧树脂混合的PZT，该以30％与301-2Epotek环氧树脂混合的PZT具有大约8兆雷的声阻抗。在一些实施例中，对于第一层需要在7-9兆雷范围的值。在另一些实施例中，可以使用在1-33兆雷范围内的值。掺有粉末的环氧树脂被制备并且被固化到该压电结构的顶面上，使得在第一匹配层内基本上没有气穴。在一个非限制性实施例中，该301-2环氧树脂首先被脱气，接着被混入粉末，该混合物被第二次脱气。该混合物在高于室温的设定点温度下被施用到该压电结构的表面上。在此方面，该匹配层具有7-9兆雷的期望声阻抗和大约为¹/₄波长的目标厚度，对于301-2环氧树脂内的30％PZT，该目标厚度大约为20μm。可选地，不同组成以及与所需粘度的不同环氧树脂适当混合(体积百分比)的粉末可以用来产生期望的声阻抗。

可选地，一金属化层可以被施用到与压电结构的上电极连接的研磨匹配层的顶上。这一附加金属层起帮助电屏蔽的冗余接地层(redundant grounding layer)的作用。

该压电结构的底面被研磨以获得压电层106的目标厚度，该目标厚度适于在层叠物处于其完成形式时产生具有期望的工作中心频率的装置。期望的厚度取决于对该层叠物的层、它们的材料的组成以及制成的几何形状和尺寸的选择。该压电层的厚度受层叠物中其它层的声阻抗以及阵列单元120的宽高比的影响，该阵列单元120的宽高比由阵列间距以及阵列单元切口118和子切割切口122的切口宽度联合限定。例如，对于具有两匹配层和一衬底层的30MHz的压电阵列，压电层的目标厚度是大约60μm。在另一个实施例中，该目标厚度为大约50-70μm。如本领域普通技术人员所知的，对于在25-50MHz范围内的频率，基于对所使用的材料的认识，相应地调整该目标厚度值。

介电层108被施用到被研磨的压电层的至少一部分底面上。所施用的介电层在该压电层的中心区域(在匹配层所覆盖的区域之下)限定一个开口。可以理解，由该介电层所限定的开口也限定了该阵列的高度尺寸。在一个示例性的实施例中，为了形成介电层，使用了被用来旋涂到平坦表面和表体(represent)上的SU-8抗蚀剂组分(MicroChem，Newton，MA)。通过控制旋转速度、旋转时间以及加热时间(在旋涂和薄膜沉积技术领域中已知的所有标准参数)可以获得均匀的厚度。该SU-8组分也是可光成像的，因此通过标准照相平版印刷技术，可以对该介电层构图并且在抗蚀剂中蚀刻出所需宽度和幅度(breath)的间隙以形成该压电层中的开口。可选地，可以使用负性抗蚀剂组分，使得在蚀刻过程中暴露在UV辐射下的抗蚀剂区域不被去除，以形成该介电层的开口(或者任何普通图案)。

介电层与压电层底面的粘合通过后期UV照射来强化。在蚀刻过程之后的补充UV照射可以促进SU-8层内的交联并提高该介电层的粘附性和耐化学性。

可选地，可以使用机械支撑件来防止层叠物100在介电层施用过程中的破裂。在此方面，通过将SU-8层旋制(spin)到该机械支撑件本身上，将该机械支撑件施用到第一匹配层上。该机械支撑件可以使用在沉积该SU-8介电体、旋转、烘焙、初始的UV照射以及抗蚀剂显影(development)的过程中。在一方面，该机械支撑件在第二次UV照射之前被去除，因为该SU-8层起支撑自身的作用。

接着，信号电极层112被施用到该压电层的研磨底面以及该介电层的底面上。该信号电极层比该介电层所限定的开口宽，并且在覆在用来将该层叠物表面安装到在下面的内插器的导电材料上面的区域内覆盖所构图的介电层的边缘。该信号电极层通常通过例如像蒸镀或喷镀之类的常规物理沉积技术来施用，但可以使用其它例如像电镀之类的技术。在另一实施例中，为了在该介电层边缘附近的区域内获得良好的阶梯覆盖，使用了像喷镀等的常规敷形涂覆技术。在一个实施例中，信号电极层覆盖层叠物的底面的整个表面或者形成一个中心跨过介电层所限定的开口的矩形图案。然后通过激光对该信号电极层构图。

在一方面，信号电极层的初始长度长于该信号电极的最终长度。该信号电极被修整(或蚀刻)成更复杂的图案以形成更短的长度。可以理解的是，可以使用荫罩或者标准照相平版印刷工艺来沉积具有更复杂细部的图案。此外，激光或者其它材料去除技术，例如像反应离子蚀刻(RIE)，也可以被用来去除所沉积的信号电极的一些以形成类似的复杂图案。

在没有介电层的区域，被施加到该信号电极和接地电极的电信号的全部电压存在于压电层上。在有介电层的区域，该电信号的全部电压分布在该介电层的厚度以及该压电层的厚度上。

接下来，该层叠物被安装到一机械支撑件上，使得该第一匹配层的上表面被粘结到该机械支撑件上并且该层叠物的底面被裸露。在一方面，该机械支撑件的表面尺寸大于该层叠物的表面尺寸。在另一方面，在当从顶部看时仍然可见的该机械支撑件的区域内(即支撑件的周边内)，具有在将该层叠物表面安装到内插器的时候用于对准的标记。例如，该机械支撑件可以是，但并不限于，一内插器。这样的内插器的一个例子是可以从基内姆公司(Gennum Corporation)(加拿大，安大略，Burlington)买到的64单元、74μm间距的阵列(在30MHZ下为1.5λ)，其零件编号为GK 3907_3A。当该机械支撑件和该内插器相同时，该介电层所限定的开口的两个边缘可以垂直于该支撑件上的金属迹线定向，使得在表面安装步骤中该层叠物能够相对于在内插器上的金属迹线被正确地定向。

在一方面，在该内插器上的任意(或所有)外部迹线都用作对准标记。这些标记便于确定由该介电层所限定的开口在X-Y两个轴上相对于在机械支撑件上的标记的取向。在另一方面，在该机械支撑件上的对准标记被放置在该层叠物本身的表面的一部分上。例如，在沉积接地电极层时对准标记可以被放置在该层叠物上。

如上文所提到的，在信号电极层的底面上形成电极图案并用激光对其构图，该信号电极层位于该层叠物的底面上。激光切口的深度深得足以去除电极的一部分。本领域普通技术人员可以理解的是，该激光微加工工艺步骤类似于用激光修整在表面电阻器和电路板或柔性电路上的电迹线。在一方面，使用在机械支撑件周边上的标记作为参照，激光束的X-Y轴以与由介电层所限定的开口的已知关系来限定。激光修整的图案以使得该图案能够叠加(superimpose)在内插器上所限定的金属迹线图案上的方式来定向。修整后的信号电极图案与内插器的信号迹线图案的Y轴对准是重要的，在一方面，失准不大于1个完整的阵列单元间距。

用荫罩的投影蚀刻方法(projection etch mode)中所使用的KrF激基激光器可以用来生成所需要的电极图案。例如，可以使用Lumonics(Farmington Hills，MI)EX-844，FWHM＝20ns。在一方面，通过使用矩形孔径切出的激基激光束的均质中心部分穿过射束衰减器、双远焦系统(double teles copic system)以及薄金属罩，并且成像到试件的表面上，该试件安装在具有有效焦距为86.9mm的3透镜投影系统(分辨率≤1.5μm)的计算机控制x-y-z台(stage)上。在一方面，该罩投影系统的缩小比可以固定为10∶1。

在一方面，两组功能部件(feature)被修整到在该层叠物上的信号电极中。引线指(leadfinger)功能部件被修整到该层叠物上的信号电极中，以提供从内插器到由介电层所限定的开口限定的压电层的工作区域的电连续性。在制作这些引线指的过程中，可以产生该信号电极的最终长度。窄传输线(narrowline)也被修整到该层叠物上的信号电极中，以使每个引线指电绝缘。

通过将该层叠物安装到机械支撑内插器(作为实际内插器，尺寸和形式正好)上并且将激光修整后的信号电极图案相对于机械支撑件上的外部可见的金属图案定向，使得该修整后的信号电极图案能自动对准实际内插器上的迹线。在表面安装过程中通过使用对准该两个机械支撑内插器和实际内插器的边缘的夹具，使得表面安装对准变得简单。在表面安装过程完成之后，去除该机械支撑内插器。对于该表面安装过程，可以使用本领域中已知的材料404，该材料包括，例如可以从美国英迪姆公司(Indium Corporation of America)(Utica，NY)买到的低温使用的(low temperature perform)铟焊料。

接下来，衬底材料114被施用到已形成的层叠物上。如果使用基于环氧树脂的衬底，并且其中在该内插器的孔内发生一些就地固化，则可以使用连结到该层叠物的顶面上的刚性板来防止该层叠物的翘曲。一旦该衬底层的固化完成，则该板就可以被拆掉。在一方面，选择包括高声衰减和足够大的厚度的衬底材料性能的组合，使得该衬底材料表现为尽可能接近100％吸收材料。该衬底层不会引起阵列单元之间的电短路。

该层叠物的接地电极连接到该内插器上的专供接地连接之用的迹线上。有许多本领域普通技术人员所公知的示例性导电环氧树脂和涂料能够用于进行这一连接。在一方面，如本领域普通技术人员已知的，来自该内插器的迹线连接到由柔性电路或者其它PCB材料制成的更大的底轨迹电路平台(footprunt circuit platform)上，该底轨迹电路平台便于将该阵列和实时运转该设备来产生实时超声图像所需的适合的波束成形器电子装置整合。可以使用例如像焊接、引线接合以及各向异性导电薄膜(ACF)之类的本领域已知的几种技术来实现这些电连接。

在一方面，阵列单元120和子单元124可以通过对激光束进行调准使得阵列切口槽相对于该层叠物中的底部电极图案定向和对准(在X和Y上)来形成。可选地，该激光切口槽延伸到下面的衬底层里。

在一方面，透镜302以与为该层叠物的最上层的层的顶面基本叠置对准的方式被定位。在另一方面，该透镜的最小厚度基本上叠加在由介电层所限定的开口的中心之上。在又一方面，弯曲宽度比介电层所限定的开口宽。该透镜的长度宽于在下面的切口槽的长度，使得一旦该透镜被安装到该换能器装置的顶上，所有的切口槽都得到保护和密封。

在一方面，该透镜的底部平坦面可以被涂敷粘合剂层，以将该透镜粘合到已形成和切割的层叠物上。在一个实施例中，该粘合剂层可以是用来将该透镜粘合到该层叠物上的SU-8光致抗蚀剂层。

可以理解的是，如果施用到透镜底面的粘合剂层的厚度在厚度上为适当波长(例如厚度为¹/₄波长)，则所施用的粘合剂层也可以充当第二匹配层126。所示例的SU-8层的厚度可以通过普通的薄膜沉积技术(例如旋涂等)控制。

当涂覆温度升高到大约60-85℃时，SU-8薄膜变得具有粘性(有粘着力)。在高于85℃的温度下，SU-8层的表面拓扑开始变化。因此，在一个优选的方面，这一过程优选在80℃的设定点温度实施。由于SU-8层已是固态形式，并且升高的温度只会使得该层变得具有粘性，因而一旦该粘合剂层被连附到该层叠物上，所施用的SU-8不会沿该阵列的切口向下流动。这样在形成的阵列单元之间保持了物理间隙和机械隔离。为了避免在粘合剂层和第一匹配层之间混入空气，这一粘合过程在局部真空内进行是优选的。一方面，在粘合发生，试件冷却到室温之后，将该SU-8层进行紫外线照射(通过连附的透镜)来使该SU-8交联，以使该层更坚固，并提高粘附性。

在另一方面，在将透镜安装到该层叠物上之前，该SU-8层和该透镜可以被激光切割，这样有效地使该阵列切口(第一和/或第二阵列切口槽)，并且在一方面使子切割的或第二切口，延伸穿过两个匹配层(如果使用了两个匹配层的话)并进入透镜。

现在参照图16-24，在本发明的超声换能器的替代实施方案中，公开了一种PZT层叠物，该层叠物在其自身内保持相对简单的层组合的同时能够有超宽的带宽响应。对于医用或研究用成像换能器，换能器或者PZT层叠物设计的一个期望特征是具有宽带频率响应(或者在时域内的短时响应)。

在本发明中，如上面指出的，该种宽带频率响应通过使用连附到PZT层叠物的压电层的底面上的衬底层抑制换能器的响应来加以控制。它还通过使用一组位于压电层顶面上的经适当设计的波匹配层来加以控制。通常匹配层的数量在1-3层间变化，不过更多的层也是可能的。如本领域普通技术人员所理解的，所有这些层的材料性能，包括声阻抗、声速、弹性顺度和厚度在内，在压电层叠物的设计中起主要作用。

此外，随着层数的增加以及随着换能器的设计中心频率的增加，制造压电层叠物的能力变得越来越难以控制。在一个实施例中，不旨在进行限制，在30MHz，这些匹配层的厚度可以在1-60微米的范围内，并取决于每个所选匹配层的具体材料参数。

在此替代实施方案中，提供了一种超声换能器设计，该设计包括匹配层，该匹配层被置于PZT层叠物内，具有与压电层自身相同的例如像声阻抗之类的材料参数。在下文公开的一个示例性方面，提供了一种具有确定的声阻抗的PZT层叠物，该层叠物被连接到非极化的PZT匹配层。在此方面，PZT层叠物和该非极化的PZT匹配层的声阻抗基本相等。

给出了示例性的结果，该结果示出了换能器的替代实施方案的效能。使用PZFlex(Weidlinger Associates Inc.)有限元分析(“FEA”)进行分析。对于本实施方案的PZT-PZT层叠物，＞100％的单向带宽是可能的。如本领域普通技术人员所理解的，获得该种带宽通常需要包括3个四分之一波匹配层的层叠物，各层具有递减的声阻抗。

此外，此前已经开发了典型目的为产生一种在f₀和2f₀下谐振的结构的PZT-PZT层叠物。在该种常规设计中，两个PZT层都是极化的并且是活性的。然而，在本文中所描述的超声换能器的替代实施方案中，第二PZT层是非极化的(非活性的)并且充当活性PZT层和超声介质之间的被动界面层。

为简洁起见，参照图13和14，定义了用于此申请中的换能器响应的几个主要参数。这些参数要么与换能器的频率响应相关，要么与换能器的时间响应相关，并且验证了PZT-PZT层叠物的该替代实施方案的性能。

如本说明书所用的，用BW或df注释的术语“带宽”是指换能器的通频带，或者指落在最敏感(或者显示出最小量的插入损耗)的频率点6dB以内的频率范围。

如本说明书所用的，用缩写词Fo注释的措辞“中心频率”是指换能器的中心频率并且通常被定义为在装置的-6dB带宽内的中间点。对如下所述的换能器测试结果来说，使用了基本为30MHz的中心频率。

如本说明书所用的，为了将本实施方案的PZT-PZT层叠物的性能与其它层叠物设计进行比较，措辞“插入损耗”是指来自PZT-PZT换能器层叠物的1个阵列单元的声响应相对于图12G中示出的PZT层叠物的1个阵列单元的声响应的强度——当这两个相应的单元被用相同的电脉冲激励时。注意到，在图15中I L＜24.5dB(I L代表插入损耗)是一个使用绝对能量标度表示换能器响应的绝对值。

如本说明书所用的，术语“波动”是指，或者表征了在装置的带宽内的换能器响应的小变化。此定义没有考虑在换能器的带宽内可能存在的任何坡度(slope)。

如本说明书中所用的，措辞“脉冲响应”是指换能器在其被驱动脉冲激励之后发出一规定阈值以上的声响应的时间间隔。所提出的正常阈值水平通常在-6dB和-20dB的水平。驱动脉冲是具有一个与换能器响应的中心频率相等的中心频率的宽带单循环双极脉冲。

如本说明书所用的，措辞“副脉冲抑制”(或者“旁瓣脉冲抑制”)是指脉冲响应的副瓣(secondary lobe)的峰值抑制。在脉冲响应中，通常有一初始脉冲(或者主瓣(first lobe))响应，一些副瓣伴随着该初始脉冲响应。对于一设计良好的层叠物，副瓣具有比主瓣小得多的振幅。有效的度量是确定副瓣的峰值。理想的是使此峰值尽可能地小。在换能器的该具体实施方案中，初始瓣和副瓣之间的相对差异已经被表征，并且可以被保持在低于初始峰值20dB的水平。

如本说明书中所用的，措辞“中心频率偏移”是指装置的中心频率的变化。在此方面，对实验来说，对于模拟中所用的匹配和衬底层的所有变换，压电层的厚度保持相同。如可以理解的，FEA模拟中所用的层的变化确实引起了装置的中心频率的变化。这种变化的灵敏度对于确定一个具体的PZT层叠物设计可被复制的程度如何是一个有用的度量。这被表示为一个FEA确定的F₀值与设计的F₀值的比值。例如，比值“1”意味着对于特定的层叠物设计没有中心频率偏移。

再参照图12G，示出了一个示例性PZT层叠物，该层叠物具有一位于所连接的PZT层下面的衬底。两个匹配层126、116安装在PZT层106的上表面上。最后，透镜连接到最上面的匹配层126的上表面上。图15用图形示出了对此示例性设计的分析。此处，用红颜色示出了用于设计的优选区域。

如图16中横截面图所示，在换能器的PZT层叠物的替代实施方案的一个实施例中，两层PZT 502、504以彼此叠置的关系被设置和定位。上层PZT 502是非极化的，而下层PZT 504是极化的。在一方面，非极化的且非活性的上PZT层可以由与极化的且活性的下PZT层一样的材料制成。当然，可预期的是，上PZT层可以由具有与下PZT层相类似的声阻抗的其它材料制成。

在另一方面，由例如——不旨在进行限制——锡焊料等制成的粘合层506被定位在两个PZT层的两个相对的面之间并且与这两个面接触。下极化PZT层的底面安装在衬底层508的顶面上，该衬底层由例如——不旨在进行限制——PZT、环氧树脂等制成。此外，透镜512被定位到上PZT层的顶面上。在另一方面，由例如——不旨在进行限制——SU-8制成的粘合层510被置于透镜302和上PZT层的顶面之间。在又一方面，接地电极层可以被置于下极化压电层和上非极化压电层之间。

间隔开的一系列平行的第一切口槽520被切入由粘结的两层PZT形成的复合体中，并且延伸通过该复合体的大体厚度。此外，间隔开的一系列第二切口槽522被切入该复合体中，从非极化的上PZT层的上表面穿过该活性PZT层的厚度的约75％。一个大约75％的深度大致是获取图17-24所示性能所需的穿过PZT层的活性层的最小深度。本领域普通技术人员应理解，可预期的是，超过75％的深度是可预期的，因为更深的深度能够比上述图中所示的更多地提高性能。

在图16示出的实施方案中，并且如图17-24所示，带宽、通带波动、旁瓣以及脉冲宽度由结构参数控制，这些结构参数例如是单元宽度(w_e)、切口宽度(w_k1、w_k2)、切口深度、位于非活性和活性PZT层之间的粘合层的厚度以及非活性PZT层的厚度(h_PZT2)等。

具体地，图17和18用图表示了对图16所示的示例性PZT层叠物的分析。用于换能器设计的优选区域用红色突出显示。在图16中，第一切口宽度是8μm，第二切口宽度是8μm。在图18中，第一切口宽度是8μm，第二切口宽度是5μm。此外，图21-24示出了单元宽度和上非极化PZT层的厚度对带宽、在-6dB和-20dB阈值水平处的脉冲宽度、中心频率、通频带中的波动以及脉冲旁瓣抑制的影响。在这些实施例中，第一切口宽度恒定为8μm，第二切口宽度恒定为5μm。

现在参照图25A-33，本发明还包括适于接收示例性换能器并且还适于连接到至少一个常规连接器的电路板。如本说明书所提到的，该常规连接器适于辅助性地连接用于传输和/或提供所需的信号的电缆。关于这些附图，如本领域普通技术人员所理解的，由于电路板的精细细部，除非另有说明，这些附图只是辅助性电路板和相关联的多单元阵列的示意性表示。图28示出了用于间距为75微米的256单元阵列的示例性电路板的俯视图。

现在具体参照图25A-27B，示出了用于该示例性电路板的示例性换能器。在图25A-25C中，示出了本发明的示例性的示意性PZT层叠物的示例性俯视图、仰视图和横截面图。图25A示出了PZT层叠物的俯视图并且图解了接地电极层600的从PZT层叠物的顶部和底部延伸的部分。在一方面，该接地电气层延伸PZT层叠物的整个宽度。图25B示出了PZT层叠物的仰视图。在此方面，沿着PZT层叠物的纵向延伸边缘，PZT层叠物在各个体信号电极单元620之间形成介电层610的裸露部分。在另一方面，信号单元延伸PZT层叠物的整个宽度。如可理解的，在PZT层叠物的在下面的“中心部分”中没有示出显示个别化信号电极单元的线。如可进一步理解的，PZT层叠物的每一个单元有一个信号电极，例如256单元的阵列有256个信号电极。

图26A是用于图25A-C的PZT层叠物的内插器650的俯视平面图，该内插器包括从邻近该内插器的中心开口之处向外延伸的电迹线652。该内插器还包括位于部件的顶部和底部的接地电迹线。

内插器可以还包括围绕部件的中心开口置于内插器的一部分顶面上的介电层656。在此方面，还参照图26B，该介电层限定了两列交错的凹孔660，该中心开口的每一侧一列，并且这两列凹孔沿着平行于内插器的纵轴线的轴线延伸。每一凹孔与内插器的电迹线连接。焊膏662可用来填充介电层中的每一凹孔，使得当PZT层叠物安装在介电层上并且施以热量时，焊料熔化，以在各个体单元信号电极和内插器上的各个体迹线之间形成所需的电连续性。在使用中，该凹孔有助于将焊料保持在该凹孔的边界之内。

图27A是被安装在图26A所示的内插器的介电层上的、在图25A中示出的PZT层叠物的俯视平面图。为了帮助理解本发明，图27B提供了被安装在图26A所示的内插器和介电层上的、在图25A中示出的PZT层叠物的俯视平面图，在该俯视图中PZT层叠物被显示为透明。这提供了PZT层叠物和位于下面的介电层/内插器之间的安装关系的图解，安装在它们之间的焊膏在相应单元信号电极和内插器上的电迹线之间形成电连接。

现在参照图28A-28C，示出了用于将本发明的换能器安装到其上的示例性电路板680的示意性俯视平面图。在一方面，电路板的至少一部分是柔性的。在一个实施方案中，电路板包括一个底部铜接地层和一个被安装到该底部铜接地层的上表面的聚酰亚胺薄膜层(Kapton层)。在一方面，电路板也可以包括多个位于下面的基本刚性的支撑结构。在此方面，围绕电路板中的中心开口的中心部分具有被安装到底部铜接地层的底面的刚性支撑结构。在另一方面，连接器将要被连接到其的电路板部分也具有被安装到底部铜接地层的底面的刚性支撑结构。

电路板还包括多个形成在Kapton层的顶面上的板电迹线(boardelectrical trace)，每一板电迹线具有适于连接到换能器的电迹线的近端和适于连接到连接器的远端，该连接器例如是用于通过其进行信号传递的电缆。在一方面，电路的形成每一电迹线的长度具有基本不变的阻抗。

电路板还包括多个通孔(via)，这些通孔贯穿Kapton层并且与位于下面的接地层连接，以便可以形成信号返回路径或者信号接地路径。此外，电路板包括多个接地引脚。每一接地引脚具有一个(贯穿在Kapton层中的通孔中的一个)连接到电路板的接地层的近端和一个适于连接到连接器的远端。

图28B是用于安装具有75微米的间距的示例性256单元阵列的示例性电路板的俯视平面图，图28C是图28B的电路板的通孔的俯视平面图，该通孔与电路板的位于下面的接地层连接。图28B也限定了电路板中的孔，这些孔的尺寸和形状被设计成适于接收连接器的引脚，使得当连接器安装到电路板的部分上时，各电迹线和接地引脚与连接器适当配准。

图29示出了一个示例性电路板的一部分的局部放大俯视平面图，该图在区域A中示出了换能器的接地电极层600，该接地电极层600被引线接合到位于内插器650上的接地电迹线654，该接地电迹线又被引线接合到电路板的接地焊盘682。图30A中示出了换能器的接地电极层的放大的示例性连接。电路板的接地焊盘通过Kapton层中的通孔与位于下面的底部铜接地层连接。如图所示，并且如图30B进一步示例性示出的，在区域B中，换能器的各个体电迹线610被引线接合到电路板的各个体板电迹线684。现在参照图31A，在一方面，电路板680的中心开口686位于换能器的衬底材料的下面。

现在参照图33-34B，本发明预期了安装如图25A所示例性示出的换能器，该换能器未将内插器包括进电路板的基本刚性的中心部分。此实施方案能够消除大部分的引线接合。在此方面，示例性的PZT层叠物被直接表面安装到电路板上，例如通过一系列球形隆起690，这些球形隆起例如但不限于由金制成。该示例性的金制球形隆起装置是常规的表面安装技术，并且代表与前文所述的表面安装技术一致的另一类型的表面安装技术。在此实施例中，电路板的刚性化的中心部分可以可选地提供与内插器相同的功能度(functionality)。仍然需要从PZT层叠物的接地电极到电路板地的引线接合或者其它常规电连接，以完成组装装置的信号回路。图34A示出了被引线接合到电路板接地焊盘的换能器(没有内插器)接地电极层。

可选的，如图31-33所示，导线可以被一保护性团块状顶部涂层(glob top coating)覆盖，该保护性团块状顶部涂层保护引线接合。在另一方面，也可以使用一个防止该团块状顶部材料流到引线接合附近以外的团块状顶部障碍物(glob top dam)。可以预期的是，该团块状顶部障碍物可以永久保持，或者一旦该团块状顶部材料被适当固化就可将其去除。

在一方面，该金制球形隆起可被直接施用到电路板上。每一球形隆起被定位为与该电路板的一个电迹线连接。当PZT层叠物被施用时，它与电路板的电迹线对准并且经由该球形隆起实现电连续性。PZT层叠物例如——不旨在进行限制——通过以下方式固定到电路板上：a)使用底层填料(underfill)，例如可UV固化的；b)使用ACF带(ACFtape)；c)通过将纯铟焊料电镀到PZT或电路板的电极上，并且使铟回流以提供PZT上的信号电极和电路板上的金制球形隆起等之间的焊接接缝。

现在参照图35-48，示出了用于组装本发明的换能器的替代方法。应理解的是，尽管该组装换能器的示例性方法将用来形成八个个体换能器，但是通过使用所描述的装配方法，可利用该方法形成任意所需数量的换能器，即1，2，3，4......N个换能器。

示例性的换能器组件可以包括具有上表面802和下表面804的内插器800，该下表面804被构造为安装到位于下面的PZT复合组件的最上面的匹配层的顶面上。内插器还限定至少一个开口810，该开口从上表面到下表面延伸穿过该内插器。在一方面，形成内插器中的开口的壁812可以具有渐缩的横截面，使得限定在上表面中的开口横截面面积大于限定在内插器下表面中的开口横截面面积。此外，内插器中的开口被构造为基本围绕位于下面的PZT复合组件的工作区域。也就是说，该开口具有大于将被限定在PZT复合组件中的第一个和最后一个阵列单元之间的距离的纵向长度尺寸，以及大于第一切口槽的长度的宽度尺寸。在另一方面，可预期的是，该内插器可以由硬陶瓷形成，该硬陶瓷为例如——不旨在进行限制——氧化铝。

在另一方面，内插器的周边边缘815可限定至少一个用于帮助将内插器与位于下面的PZT复合组件对准的对准装置。在一个示例性方面，每一对准装置可以包括被限定在内插器周边边缘中的凹口817。在另一方面，可预期的是，凹口对817A、817B可被限定在邻近该内插器的每一拐角的周边边缘上。可选地，内插器可以具有对准装置，例如，设置在内插器的下表面上以帮助将内插器与位于下面的PZT层叠物对准的对准功能部件。类似地，对准功能部件可被设置在内插器的上表面上，以帮助将切割组件对准。

在此方面，PZT复合组件820可以包括市场上可买到的PZT层，或者替代地包括上述的PZT层复合组件中的任一个。在一方面，PZT层具有沉积在PZT层的基本平坦的顶表面上的电极层821。在此实施方案中，电极层将充当所得阵列换能器的接地电极。在一个同时制造几个换能器阵列的实施例中，PZT层叠物具有2.625”X 2.625”的标准尺寸。在组装的此阶段，PZT层的厚度是多少并不重要。

接下来，形成延伸穿过电极层并延伸进入位于下面的PZT层至一期望深度的至少一对槽、孔或通孔822。在一方面，该对槽、孔或通孔中的每一槽、孔或通孔被定位为基本相互平行并间隔开一预定距离。在图示的实施例中，在PZT复合组件上形成两对槽。所形成的槽、孔或通孔对填充有例如像银胶、焊料等导电材料，如本领域普通技术人员所理解的，经填充的槽、孔或通孔形成一对接地总线，该接地总线与PZY层顶面上的接地电极电连接，并因而成为该接地电极的延伸。

至少一个匹配层830被安装到电极层的上表面的一部分。在一方面，匹配层基本覆盖电极层的期望工作表面，即，该匹配层被安装到电极层的上表面上，使得将形成完工阵列组件一部分的电极层部分被覆盖。如可理解的，并且如上文在之前的实施方案中所述，如果需要，所述的至少一个匹配层随后可被研磨到一期望厚度。

内插器的底面随后可被安装到最上面的匹配层的顶面。可以使用例如但不限于环氧树脂或粘合膜这样的常规粘合剂来将内插器连接到匹配层。优选地，当内插器被连接到位于下面的匹配层时，匹配层的通过内插器中的开口而裸露的部分上不存在任何粘合剂。在另一方面，内插器的对准装置可用于帮助将所构造的复合组件和内插器定位——例如，在此实施例中，通过将所构造的复合组件的周边边缘定位成使得它们与内插器的周边边缘中的凹口的相应边缘基本共面来实现。在此方面，内插器下表面的至少一部分延伸超出所构造的复合组件的周边边缘，这使得能够测量所构造的复合组件的高度。

然后，PZT层的下表面被按常规磨削或者研磨到期望厚度。所述厚度可以相对于所连附的内插器的裸露部分的下表面来测量。在此方面，PZT层的下表面一直被研磨到接地总线824在PZT层的研磨后的下表面上裸露。如可理解的，此方面起将地从PZT层的上表面连接到PZT层的下表面的作用。

可选地，在研磨PZT层的下表面之前，可以暂时填充内插器中的开口，以在PZT层的下表面被研磨至期望厚度时提高所构造的复合组件的结构刚性。在研磨步骤完成之后，可以去除填充内插器开口的材料。

随后，将介电层840按常规地沉积到PZT层的研磨后的下表面上。在一个实施例中，介电层可以是光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂可以以适于形成期望厚度的介电层的旋转速度和旋转循环被旋涂到该研磨后的表面上。然后可以通过常规的照相平版印刷技术，根据所需对介电层进行构图。替代地，在研磨或磨削之前，可将PZT层叠物切割到一受控深度并且填充以环氧树脂，使得在研磨PZT层叠物后，环氧树脂本身将形成介电层。在此方面，该方法将产生基本平坦的底面，这与会导致一介电步骤的起初的方法相反。如本领域普通技术人员所理解的，虽然这两个方法导致不同的表面形态，但它们产生具有起相同作用的介电层的PZT层叠物。

可预期的是，对于装配过程中形成的每一阵列发射机应答器(transponder)，限定一对相对的伸长介电材料带840A、840B。在一方面，该相对的伸长介电带对被定位为彼此基本平行并且在PZT层的下表面上的接地总线上的裸露端之间延伸。在另一方面，沉积介电层，使得所构造的复合组件的下表面上的接地总线的至少一部分被裸露。

在接下来的操作中，在所构造的复合组件的下表面上形成信号电极850。如上文中关于在前的实施方案所指出的，为换能器的每一阵列单元设置信号迹线或电极。此外，每一信号迹线850具有直接连接到PZT层下表面的部分和沉积在介电层上的部分。在一方面，沉积在介电层上的一部分信号迹线形成接合焊盘852。将理解的是，可预期信号电极可以通过任何常规方式形成，例如——不旨在进行限制——通过喷镀至期望深度并通过激光加工和/或照相平版印刷术进行构图来形成。

可选地，可以用屏蔽电极860覆盖在内插器上的开口中的匹配层的裸露部分。在另一方面，至少该开口的壁部分也可以被覆盖，以形成屏蔽电极的一部分。同样可预期的是，屏蔽电极能够延伸到内插器的上表面上并且基本环绕该开口。可理解的是，屏蔽电极不与所形成的换能器的地连接，而是被配置为一旦阵列被完全封装到带有医疗用线组件的外壳内时，被放置成与系统或机壳地(未示出)电连接。

随后，可以将所构造的复合组件切割成所需的尺寸。在图解的实施例中，所构造的复合组件可被切割成八个分开的复合组件，所述的八个分开的复合组件随后可被制成八个运作的换能器。在此方面，如果使用常规的切割锯，优选的是，切割锯从复合组件的顶部开始切割。

其次，在复合组件中形成第一和第二切口槽，以限定换能器的阵列单元。如本领域普通技术人员所理解的，可以像以上针对其它实施方案所述的那样来形成第一和第二切口槽。在一个替代性方法中，在形成该第一和第二切口槽的过程中，可以将一些衬底材料施用到PZT层的下表面。在此方面，可预期的是，施用衬底以及形成切口槽的顺序可以以多种不同的组合方式来执行，以获得本说明书中所图解和描述的阵列结构。下文描述了两个示例性实施例。本领域普通技术人员将理解的是，本发明的范围和主旨内的若干更多的组合是可能的。

在第一实施例中，可以在邻近信号电极图案的不是工作阵列(active array)一部分的区域内，用激光从PZT表面的底侧开始穿过层叠物的整个厚度切割出激光对准功能部件。随后可以将衬底施用到PZT的底面上，其基本覆盖介电层之间的间隙，但使信号电极的接合焊盘裸露。可将复合组件翻转并且将激光对准所形成的对准功能部件。在对准之后，可以用激光将第一和第二切口槽加工至所需的深度。

在另一实施例中，可以在邻近信号电极图案的不是阵列一部分的区域内，用激光从PZT表面的底侧开始穿过层叠物的整个厚度切割出激光对准功能部件。然后，用激光从PZT的底面开始将第一切口槽的一部分加工到一小于复合PZT层叠物的整个厚度的深度，使得该第一切口槽并不突破复合PZT层叠物的顶面。然后可以将一薄层衬底材料施加到PZT的底面，其基本覆盖介电层之间的间隙但使接合焊盘裸露。可将复合组件翻转以使激光能够对准对准功能部件。在对准之后，可以用激光加工第一切口槽和第二切口槽。在此实施例中，由于第一切口槽已经部分地从底侧形成，因此这些切口展现出较小的锥度，这是激光加工的固有特性。当然，可预期的是，该第二切口槽可以延伸至与第一切口槽不同的深度。

如上所述，可以通过使用激光器将第一和第二切口加工到其期望深度。在一个示例性方面，第一切口可以延伸穿过屏蔽电极层、穿过至少一个匹配层、穿过接地电极层并进入位于下面的PZT层的至少一部分。第一和第二切口如上所述限定阵列单元。

可选地，可以用衬底层870覆盖被定位在PZT层的下表面上的裸露信号迹线的部分。在此方面，优选地，所施用的衬底不在介电层上延伸，更优选地，所施用的衬底不覆盖信号迹线的任何接合焊盘。

现在参照图49，图解了安装图43和47所示的发射机应答器的方法。首先，基本刚性的基底900被设置为限定一个被构造来接收发射机应答器的开口。在一个实施例中，基底可以由常规电路板材料制成，该材料例如——不旨在进行限制——FR4等。在上文作了示例性描述的柔性电路的相对端在位于基底中的开口的相对侧被连附到基底上，并且限定一个用于可操作地接收发射机应答器的凹处(pocket)902。

发射机应答器的内插器的上表面的一部分被安装在所形成的电路凹处内。如人们所理解的，当随后通过俯视图观察柔性电路和发射机应答器时，柔性电路的信号焊盘和接地焊盘以及发射机应答器的接合焊盘和接地总线焊盘是可见的，并且可从该立面图角度容易地接近。在此方面，相应的焊盘和地的相对位置使得能够使用引线接合来形成信号和地引线接合。在完成引线接合之后，用一常规的团块状顶部材料904来覆盖所有的接合，以保护引线接合的完整性。

随后可选地，将环形外壳910安装到柔性电路的一部分上。所安装的环形外壳被构造为围绕阵列换能器以及团块状顶部信号和地引线接合。然后可用衬底材料912填充该环，以在所形成的PZT层叠物后面提供足够厚度的衬底材料并且进一步保护所装配的换能器。在一个优选方面，所增加的衬底可以由与已经接触PZT层叠物的已存在衬底相同的复合物制成。在另一方面，优选地，原始衬底材料被部分地掺砂或粗糙化，以避免在两个衬底层之间的任何界限分明的界面。

在最后的可选步骤中，可以将一个透镜安装到覆在被限定在内插器中的开口之内的匹配层上的屏蔽电极的一部分上，如果使用该透镜并且该透镜并没有已以其它方式安装的话。

对本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围和主旨的情况下，可以对本发明作出各种改型和变体。通过考虑在此公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方案对本领域普通技术人员来说也将是显而易见的。旨在该说明书和实施例被认为仅仅是示例性的。

Claims (50)

1.一种超声换能器，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。

2.权利要求1的超声换能器，其特征在于，该上压电层覆在该下压电层上。

3.权利要求1的超声换能器，其特征在于，该上和下压电层具有相似的声阻抗特性。

4.权利要求1的超声换能器，其特征在于，该多个第一切口槽限定多个超声阵列单元。

5.权利要求1的超声换能器，其特征在于，该多个层还包括一信号电极层，其中该信号电极层的至少一部分顶面连接到该压电层的至少一部分底面，并且其中该信号电极层的至少一部分顶面连接到该介电层的至少一部分底面。

6.权利要求3的超声换能器，其特征在于，该多个层还包括一接地电极层，其中该接地电极层被置于该下极化压电层和该上非极化压电层之间。

7.权利要求6的超声换能器，其特征在于，在基本平行于该轴线的纵向上，该接地电极层至少等长于由该介电层所限定的该开口的第二预定长度。

8.权利要求7的超声换能器，其特征在于，在基本平行于该轴线的纵向上，该接地电极层至少等长于每一个第一切口槽的第一预定长度。

9.权利要求6的超声换能器，其特征在于，该层叠物的该多个层还包括至少一个匹配层，每一个匹配层具有一顶面和一相对的底面，其中该多个第一切口槽延伸通过该至少一个匹配层，并且其中该匹配层中的至少一个是该上非极化压电层。

10.权利要求6的超声换能器，其特征在于，该至少一个匹配层包括一第一匹配层和一第二匹配层，该第二匹配层被连接到该第一匹配层使得该第二匹配层覆在该第一匹配层上。

11.权利要求10的超声换能器，其特征在于，该第一匹配层的至少一部分底面连接到该压电层的至少一部分顶面。

12.权利要求9的超声换能器，其特征在于，在基本平行于该轴线的纵向上，该至少一个匹配层中的每一个匹配层至少等长于由该介电层所限定的该开口的第二预定长度。

13.权利要求9的超声换能器，其特征在于，该层叠物的该多个层还包括一衬底层，其中该衬底层的至少一部分顶面连接到该介电层的至少一部分底面。

14.权利要求13的超声换能器，其特征在于，该衬底层基本上充满由该介电层所限定的该开口。

15.权利要求13的超声换能器，其特征在于，该衬底层的至少一部分顶面连接到该压电层的至少一部分底面。

16.权利要求11的超声换能器，其特征在于，还包括一透镜，其中该透镜以与该至少一个匹配层中的该匹配层的顶面基本叠置对准的方式被定位。

17.权利要求16的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽延伸到该透镜的底部中。

18.权利要求1的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽的至少一部分延伸进入位于下面的介电层中到一预定深度。

19.权利要求18的超声换能器，其特征在于，一个第一切口槽的该至少一部分延伸到该衬底层中。

20.权利要求1的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽的至少一部分的预定深度在基本平行于该轴线的纵向上变化。

21.权利要求1的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽的预定深度深于至少一个其它第一切口槽的预定深度。

22.权利要求1的超声换能器，其特征在于，还包括多个第二切口槽，每一个第二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三预定长度，其中每一个第二切口槽的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，其中每一个第二切口槽邻近至少一个第一切口槽定位。

23.权利要求22的超声换能器，其特征在于，每一第二切口槽延伸穿过该上压电层并且延伸进入该下压电层中。

24.权利要求22的超声换能器，其特征在于，该多个第一切口槽限定多个超声阵列单元，并且该多个第二切口槽限定多个超声阵列子单元。

25.权利要求24的超声换能器，其特征在于，该多个超声阵列子单元中的每一个的宽度与高度的宽高比为大约0.5到大约0.7。

26.权利要求22的超声换能器，其特征在于，在基本平行于该轴线的纵向上，该接地电极层至少等长于每一个第一切口槽的第一预定长度以及每一个第二切口槽的第三预定长度。

27.权利要求22的超声换能器，其特征在于，至少一个第二切口槽延伸到位于下面的介电层中。

29.权利要求22的超声换能器，其特征在于，第二切口槽的预定深度在基本平行于该轴线的纵向上变化。

30.权利要求22的超声换能器，其特征在于，至少一个第二切口槽的预定深度深于至少一个其它第二切口槽的预定深度。

31.权利要求6的超声换能器，还包括一具有一顶面和一相对的底面的内插器。

32.权利要求31的超声换能器，还包括多个电迹线，该多个电迹线以预定图案被定位在该内插器的顶面上。

33.权利要求32的超声换能器，其特征在于，该内插器限定一在基本平行于该层叠物的该轴线的方向上延伸第四预定长度的第二开口。

34.权利要求32的超声换能器，其特征在于，该信号电极层限定一电极图案。

35.权利要求34的超声换能器，其特征在于，该层叠物以与该内插器基本叠置对准的方式安装，使得由该信号电极层所限定的电极图案与被定位在该内插器顶面上的电迹线的预定图案电连接。

36.权利要求1的超声换能器，其特征在于，该多个第一切口槽限定多个超声阵列单元。

37.一种超声换能器，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至少一个压电层、介电层和至少一个匹配层，其中该介电层的顶面连接到该压电层的一部分底面并且位于该压电层的该部分底面之下，并且限定一个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，其中该至少一个匹配层的底面连接到该压电层的一部分顶面并且覆在该压电层的该部分顶面上；

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并在基本平行于该轴线的方向上延伸第一预定长度，其中每一第一切口槽的该第一预定长度至少等长于由该介电层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；以及

一具有上表面和相对的下表面的内插器，其中该内插器的下表面连接到该至少一个匹配层的一部分顶面并且覆在该至少一个匹配层的该部分顶面上，该内插器还限定一个开口使得该至少一个匹配层的第二部分被裸露，该开口被构造为基本环绕该被限定在该层叠物中的该多个第一切口槽。

38.权利要求37的超声换能器，其特征在于，该多个第一切口槽限定多个超声阵列单元。

39.权利要求38的超声换能器，其特征在于，该多个层还包括被置于该至少一个匹配层和该压电层之间的接地电极层。

40.权利要求39的超声换能器，其特征在于，该层叠物还包括一对间隔开的接地总线，该接地总线从接地电极延伸至与该介电层间隔开的压电层的一部分底面并且与该接地电极电连接。

41.权利要求40的超声换能器，其特征在于，该层叠物还包括一信号电极层，该信号电极层连接到该介电层的底面的多个部分和该压电层的底面的多个部分并且位于该介电层的底面的该多个部分和该压电层的底面的该多个部分之下。

42.权利要求41的超声换能器，其特征在于，该信号电极层包括多个信号电极，其中这些信号电极被构造为使得每一信号电极与该多个超声阵列单元中的一个超声阵列单元对准。

43.权利要求42的超声换能器，其特征在于，该信号电极和间隔开的接地总线的各个远端都被定位在该层叠物的底面上。

44.权利要求37的超声换能器，还包括屏蔽电极，该屏蔽电极连接到在内插器的开口中裸露的、该至少一个装配层的第二部分并且覆在该第二部分上，其中该第一切口槽延伸穿过该屏蔽层。

45.权利要求44的超声换能器，其特征在于，该屏蔽电极连接到内插器中的开口的至少一部分壁。

46.权利要求45的超声换能器，其特征在于，该屏蔽电极连接到内插器中的开口的壁，并且连接到内插器中的该开口的上表面的围绕该开口的部分。

47.权利要求37的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽延伸穿过至少一个层以达到其在该层叠物中的预定深度。

48.权利要求47的超声换能器，还包括多个第二切口槽，每一第二切口槽在该层叠物中延伸一预定深度并在基本平行于该轴线的方向上延伸第三预定长度，其中每一第二切口槽的该第三预定长度等长于由该介电层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，其中一个第二切口槽邻近至少一个第一切口槽定位。

49.权利要求48的超声换能器，其特征在于，至少一个第二切口槽延伸穿过至少一个层以达到其在该层叠物中内的预定深度。

50.权利要求37的超声换能器，其特征在于，至少一个第一切口槽的至少一部分的预定深度在基本平行于该轴线的纵向上变化。

51.权利要求44的超声换能器，还包括一透镜，其中该透镜以与被裸露在内插器的开口中的该至少一个装配层的第二部分的顶面基本叠置对准的方式被定位。

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