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超声转换器阵列及其制造方法

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CN1117275A
CN1117275A CN 94191059 CN94191059A CN1117275A CN 1117275 A CN1117275 A CN 1117275A CN 94191059 CN94191059 CN 94191059 CN 94191059 A CN94191059 A CN 94191059A CN 1117275 A CN1117275 A CN 1117275A
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米歇尔·P·芬斯特维德
约瑟夫·斯蒂芬·道格拉斯
盖伊·R·贾斯特
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帕罗尔设计公司
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Abstract

超声转换器阵列(10)和制造它的方法,它具有沿着一条阵列轴线(A)排列的多个转换元件(12)。各个转换元件(12)包括压电层(22)和一或多个声学匹配层(24,26)。压电层(22)具有覆盖有前电极(42)的凹进前表面和覆盖有后电极(40)的后表面,各个转换元件(12)的形状得到选择,以使之被机械聚焦到成象平面中。一个支撑部分(80)沿着阵列轴线(A)以预定的方式保持这多个转换元件(12),从而使各个元件(12)被机械聚焦到该成象平面中。

Description

超声转换器阵列及其制造方法

本发明涉及超声转换器阵列,且更具体地说,是涉及具有多个独立的、在声学上隔离的元件的阵列,这些元件沿着直线、曲线的轴或这两种轴,而均匀地分布。

超声转换器阵列在技术上是众所周知的,并具有许多应用,包括医学诊断成象、流体流动检测和材料的无损测试。这些应用一般要求有高精度和宽频带响应,以获得最佳的分辨率。

超声转换器阵列一般包括多个独立的转换元件,这些元件沿着一个阵列轴均匀分布,而该轴是直线(即直线阵列)或曲线(例如凹或凸形阵列)的。这些转换元件每一个都包括一个压电层。该传感元件还包括一或多个重叠的声学匹配层,通常每一个有四分之一波长厚。该阵列,是借助相邻的转换元件之间的传输时序的振动,而受到电驱动的。通过使各个转换元件与一个脉冲发生器/接收器电路达到电匹配,通过使各个转换元件与所要测试的物体达到声学匹配,并通过使各个元件在声学上彼此隔离,而实现增强的传感性能。声学匹配层通常得到采用,以改进声能从压电元件与所要测试的物体的传输。

除了在成象平面内的电子聚焦以外,还需要提供平面外的聚焦。这通常是通过与声波透镜一起,采用具有凹形表面的压电层或平整压电层,而在机械上伴随实现的。

一种包含机械聚焦的已知的传感器阵列,是由平面—凹形压电基底制成的。由凹形表面形成的腔,充满了聚合物混合物,诸如钨—环氧树脂混合物,并随后被研磨成平整的。随后,一个环氧层基底或适当的四分之一波片匹配层基底,被附在填充物层的平整表面上,以改善从器件的声能传输。各个转换元件,是通过用切割锯切割所产生的夹层基底而形成的。在该切割过程中,四分之一波片匹配层基底没有受到切割,或者只是部分地受到切割,从而使各个传感元件连接在一起。这种结构的结果,是提供了一种阵列,它在机械上是集中的,并且其正面上具有平整的表面。在制成了至各个传感元件的电连接且形成了其所希望的阵列配置(例如直线、凹形、凸形)之后,附上一个支撑层,以支撑这些转换元件并吸收或反射从压电基底传送来的声能。

这种阵列的一个缺点,是它的频率响应频带太窄且灵敏度太低。特别地,填充物层的不均匀厚度,阻止了宽频率范围的声能从压电材料至所要扫描的物体的传输。另外,窄的响应频带,增大了传输的声波的脉冲长度,因而限制了阵列的轴向分辨率。另一个缺点,是相邻的声学匹配层产生了不利的元件间交扰。

制作传感器阵列的另一种通常的结构,在授予Ishiya-ma的美国专利第4,734,963中进行了描述。在该技术中,采用了一个平整的压电材料板,且具有电极引线图形的柔性印刷电路板被接合到平整板的后表面的一个部分上。类似地,具有均匀厚度的平整的四分之一波片匹配层,被附在平整压电板的正面。一个柔性的支撑板,被附在压电板的后表面上,并抓住了所附的柔性印刷电路板的一部分。各个转换元件,是通过用切割锯,切割平整压电板和相应的平整声学匹配层并通过柔性的支撑板,而形成的。柔性的支撑板,随后沿着直线、凹形或凸形的轴线而形成,并被接合到支撑基底上。一个硅胶弹性体透镜,被附在四分之一波片匹配层的前表面上,以实现各个元件的所希望的机械聚焦。

这种结构的一个缺点,是转换元件的灵敏度,受到了硅胶透镜的低效率的不利影响。硅胶透镜产生了频率相关的损耗,而这种损耗在一般用于成象阵列的范围内(3.5至10MHz)较高。制造也受到对于硅胶透镜与阵列的各个元件的精确排列的要求的不利影响。

另一种构造技术,在授予Dubut的美国专利第5,042,492号中得到描述,它采用了压电元件的凹形设置,这些元件被沿着它们的前表面设置,以形成相邻、可变形的声学传输片。该片包括金属层,以将压电元件的前表面电连接起来。压电元件的后表面,被分别连接到单独的导线。这种结构的一个缺点,是叶片的金属化,且叶片本身在压电元件上也是连续的,因而对传感器的性能产生了不利的影响。另外,导线与压电元件的的分别连接,是浪费时间的,并可能损坏材料。

考虑到这些,应该理解的是,仍然需要一种改进的超声传感器元件阵列,其中各个元件具有一个压电层,该压电层在机械上得到聚焦,而不需要声波透镜,且该压电层被附在一或多个四分之一波片匹配层上,而这些四分之一波片匹配层具有均匀的厚度并以类似的方式得到聚焦。各个转换元件,包括相应的压电和匹配层,还应该沿着阵列轴在机械上彼此隔离,以形成独立的转换元件,而这些转换元件是能够沿着直线或曲线路径形成的。还需要的,是一种阵列,这种阵列提供了减小的横向谐振模式和减小的压电层体声阻抗。还需要减小把各个引线和/或地线连接到转换元件所需的时间,并减小在电连接操作中对传感器阵列的损坏。本发明满足了这种需要。

本发明提供了具有独立转换元件的超声转换器阵列,这些传感元件在机械上被集中在一个成象平面中,在声学上与所测试的介质相匹配,并在声学上沿着成象平面中的阵列轴线彼此隔离,从而产生了改进的声学性能、改进了灵敏度、增大的带宽和改进了聚焦特性。本发明还提供了一种方法,用于制作上述阵列并在单个的操作中将引线和地线电连接到独立转换元件,而该操作比较简单并且没有损坏。这种改进了方法还产生了一种阵列,其中转换元件沿着阵列轴线是特别均匀的。

本发明的超声转换器阵列,可以是与超声设备一同使用的探头的形式的。该阵列包括多个独立转换元件,而各个转换元件带有压电层和一个声学匹配层;该压电层具有凹形的前表面和后表面,而该声学匹配层具有凹形的前表面、后表面和均匀的厚度。凹形指的是包括由曲线段或直线段或二者所组成的凹进部分。声学匹配层的后表面,被设置在压电层的凹形的前表面上。压电层的该前表面以及声学匹配层的前和后表面的形状,适合于将各个转换元件机械聚焦到一个成象平面中。该阵列进一步包括一个支撑部分,它以彼此相距的方式支撑着转换元件,并使转换元件沿着位于成象平面中的一个阵列轴线排列。

在本发明的另一个特征,压电层的前表面可以包括一系列沿着阵列轴线的方向设置的槽。这些槽的目的,是减小横向谐振模式并减小压电层的体声学阻抗。另外,如果为了机械聚焦的目的而希望凹进的形状,这些槽使得压电层能够容易地形成凹进的形状。

本发明的另一个特征,是阵列的独立转换元件的电连接。具体地,在制作过程中,一个压电基底(它最终将被安装在一个声学匹配层基底上并受到切割以形成独立转换元件)得到金属化,且其后表面带有隔离切口以形成卷绕的前表面电极,和隔离的后表面电极。在将结合的压电/声学匹配层基底切割成独立转换元件之前,可以将具有电极引线图形的柔性印刷电路板焊接到隔离的后表面电极上。接地箔可以被焊接到卷绕的前表面电极上。此时对压电基底的切割,随后将产生具有其自己的电极引线和接地线接的各个转换元件。在其中凹进的前表面带有上述的槽(从而使缠绕的前表面电极不连续)的情况下,一层适当的导电材料,诸如铜,可以被设置在压电基底与声学匹配层基底之间,以保证槽与接地连接之间的电连接。

本发明的另一个特征,是独立转换元件自己可以则被分割,并同时保持与其的电连接。这种结构进一步减小了乱真横向谐振模式和元件间的交扰。

制作上述超声转换器阵列的改进方法,包括提供具有凹进前表面和一个后表面的压电基底,并将一或多个具有大体均匀的厚度的声学匹配层加到该压电基底的凹进前表面上,以产生一种中间组件。该中间组件被附在一个柔性前支撑板上,且一系列大体平行的切口完全通过该中间组件并进入该柔性前支撑板。这些切口形成了一系列沿着一个阵列轴线排列的独立转换元件,每一个都具有一个压电层和一个或多个声学匹配层。随后,平行切割的中间组件,通过使这些层抵抗柔性前支撑板的偏置力而绕正成象平面中的一条阵列轴线弯曲,而被形成所希望的形状。所形成的中间组件随后被附在与压电基底的后表面相邻的支撑部分上,且临时的前支撑板被除去,从而产生了超声转换器阵列。

在上述方法中加入一个步骤是有利的,该步骤即形成一系列的、基本通过压电基底的平行切口,以在压电基底的凹进前表面上形成上述的槽。另一个有利的步骤,是在柔性前支撑板与声学匹配层之间采用热塑粘合剂,其中该热塑粘合剂在预定的温度以上失去其粘合性并释放该支撑板。

上述的方法,通过用低声学阻抗衰减材料填充切断和槽,能够得到进一步的改进,以进一步改进阵列的谐振质量。通过在除去该柔性前支撑板之后,将一个弹性填充物层附在声学匹配层的暴露凹进表面上,可以获得进一步的好处,并使独立转换元件电绝缘并改进声学耦合。

从以下结合附图对最佳实施例所进行的描述,本发明的其他特征和优点,将变得显而易见;这些附图和最佳实施例,以举例的方式,显示了本发明的原理。

图1是根据本发明制成的超声转换器阵列的最佳实施例的部分剖视立体图。为了说明的目的,该阵列的一部分被与其余部分分离。

图2A是图1的阵列的分离部分的放大剖视图,显示了转换元件的细节。图2B是图2A的阵列部分的修正形式,显示了传感器的子元件。

图3是本发明的压电基底的侧视剖视图。

图4是图3的压电基底的侧视剖视图,它具有一系列的锯齿形切口。

图5是本发明的声学匹配层基底的侧视剖视图。

图6A和6B是侧视图,显示了本发明的加压操作。

图7是装在根据本发明的柔性前支撑板上的压电和声学匹配层基底的侧视剖视图。

图8是安装在根据本发明的凸出形式的工具上的前支撑板与相应的、带有柔性印刷电路引线的转换元件的正视剖视图。

图9是根据本发明的支撑材料和介电面层包围的相应引线连接和转换元件的侧视剖视图。

图1显示了根据本发明的制成的超声转换器阵列10。该阵列包括多个包含在外壳14中的独立超声传感器元件12。这些独立的元件与柔性印刷电路板的引线16和接地箔18相电连接,而接地箔18由聚合物支撑材料80固定到位。在阵列与外壳周围形成有介电表面层20。

各个独立超声传感器元件12都由压电层22、第一声学匹配层24和第二声学匹配层26制成(也参见图2A)。由于压电和邻接声学匹配层的凹进形状,独立的元件被机械聚焦到所希望的成象平面(由X—Y轴限定)。独立的元件还沿着位于成象平面中的一条阵列轴线A(如在各个转换元件的端部之间延伸的弦的中点限定的),而彼此机械隔离。

在最佳实施例中,阵列轴线A具有凹进的形状,以进行扇区扫描。从以下的描述可见,该阵列轴线可以是直线或曲线,或者是直线部分与曲线部分的结合。

独立超声传感器元件的阵列,可以用以下的最佳方式制造。参见图3,一块压电陶瓷材料被研磨成平整形状,并被切割成矩形,以形成带有前表面32和后表面34的基底30。一种特别适合的压电陶瓷材料,是Motorola Ceramic Prod-ucts制造的3203HD。这种材料具有高密度和强度,这有利于进行切割步骤而不使独立的元件产生裂缝。

压电基底30,通过加上金属化层36,而得到进一步的制备,而金属化层36是借助例如用5%的氟硼酸溶液首先对表面进行蚀刻,并随后用可商业获得的镀材料和装置进行无电镀镍,而加上的。其他的方法,也可以得到采用,以镀上压电材料,诸如铬、镍、金或其他金属的真空淀积。所镀上的材料在压电基底的所有表面上充分延伸。在最佳实施例中,一层铜随后被电镀在该第一镍层上(大约为1微米厚),然后是一薄层电镀的金(<0.1微米厚),以防止腐蚀。

金属化层36得到隔离,以通过形成两个通过压电基底的后表面34的锯齿形切口38,而形成两个电极。为此可采用切片锯。用锯切出的两个切口,形成了后表面电极40和分离的前表面电极42。前表面电极包括卷绕的端部44,后者从前表面32延伸到压电基底的后表面34。卷绕的端部44最好沿着后表面的各边延伸大约1mm。

参见图4,金属化和隔离的压电基底30,得到了制备,以通过将其转过来并将后表面电极34设置在一个支撑膜46(例如一个绝缘聚酯膜)上,而得到切割。可以用一种热塑粘合剂,来将压电基底附在支撑膜上。采用切片锯,形成一系列基本上通过压电基底30的锯齿形切口48,并最好在锯齿形切口的内端49与基底的后表面34之间,留有少量的(例如50微米)的未切割基底材料。或者,可以使锯齿形切口通过基底30,并进入但不完全通过后表面电极。当在其上制成了足够数目的切口且在它们之间有小的距离时,基底变成柔性的,从而能够随后得到弯曲或凹进成形。或者,基底可以是平整的。或者,可以形成一系列完全通过压电基底但不通过匹配层的锯齿形切口。

锯齿形切口48的另一个目的,是减小完成的器件中的横向谐振模式。在此方面,该锯齿形切口可被充满低硬度、松散的环氧材料。另外,这些切口之间可以有规则的间隔,其他有规则的间隔,或者随机的间隔,以进一步抑制传感器阵列的运行频率附近的不利的谐振模式。

在最佳实施例中,锯齿形切口的周期,大约为基底的厚度(从前至后表面)的一半。然而,如果基底太薄,则锯齿形切口可以随机定位,而相邻的锯齿形切口之间的距离,可以从大约为基底的厚度的两倍的预定最大值,至大约为厚度的一半的预定最小值。可以采用厚度约为.001—.002英寸的片。

本领域的技术人员应该理解,虽然以上描述的形成压电基底的具体最佳制备方法,但该基底也可以通过机械加工、热成形或其他已知方法,而被制成凹进的形状。术语凹进,包括由曲线段或直线段或它们的组合所形成的凹形。还应该理解的是,本发明可以采用各种压电材料,包括陶瓷(例如锌酸铅、钛酸钡、偏铌酸铅和钛酸铅)、压电塑料(例如PVDF聚合物和PVDF—TrFe共聚物)、复合材料(例如1—3PZT/聚合物复合物、弥散在聚合物填质中的PZT粉末(0—3复合物)以及PZT与PVDF或PVDF—TrFe的化合物),或张驰铁电材料。

现在结合图5来描述声学匹配层的制备方法。具体地,分别显示了第一和第二声学匹配层24、26。这些声学匹配层都可以由具有均匀的厚度的聚合物或聚合物复合材料制成,该厚度大约等于四分之一波长,这由附在压电基底30上的各种材料中的声速来确定。这些四分之一波片层中的声阻抗,被选择为压电基底的声阻抗与所要探测的物体或介质的声阻抗的中间值。例如,在本发明的最佳实施例中,压电材料的体声学阻抗大约为29MRayls。第一四分之一波片匹配层24的声阻抗,大约为6.5MRayls。这样的声阻抗,可以通过填充有硅酸锂铝的环氧树脂来获得。第二四分之一波片匹配层26的阻抗,大约为2.5MRayls,并能够由未填充的环氧树脂层来获得。

在该最佳实施例中,由钛制成的平整、抛光、加工过的板(未显示),被用作支撑部分,以制作声学匹配层。作为第一步骤,将厚度大约为1微米的铜层52或其他导电材料,电镀在体加工板的平整表面上。由环氧材料制成的第一声学匹配层,然后被浇制在该铜层上,并在固化过程中接合在该铜层上。该环氧层随后被研磨到等于大约所希望运行频率(由该材料中的声速来确定)处的四分之一波长的厚度。第二声学匹配层以类似的方式浇制,并被研磨到大约等于四分之一波长的厚度(由该材料中的声速确定)。为了改进铜层与第一声学匹配层之间的接合,可以在该铜层上电镀一层锡。

在对第二声学匹配层的研磨完成之后,将匹配层和接合的铜层从钛板上释放,以产生两个声学匹配层与该铜层的叠层。以此方式,形成了声学匹配层基底54,它至少在其一个表面上具有导电表面。

在该最佳实施例中,采用了如上所述的两个声学匹配层和铜层。然而,应该理解的是,可以采用两个以上的匹配层,且可以通过几方式来形成这些四分之一波片层。或者,可以用具有适当的声阻抗的导电材料,例如石墨、填充有银的环氧树脂、或玻璃化的碳,来制造第一匹配层,并省略铜层。还可以采用单个的、具有诸如大约4MRayls的声阻抗的匹配层,而不是多个匹配层。四分之一波长材料也可以通过在压电基底的表面上进行模制,或者通过浇制和研磨方法,而制成。

下面,描述以凹进的形式形成压电基底30和声学匹配层基底54的最佳方法。参见图6A,显示了具有凹进底模56和压杆58的模压机。声学匹配层基底54被插入到底模与压杆之间,且铜层52对着底模。由于压电基底30将在随后的模压操作中被接合到铜层上,在铜层与底模之间设置了一个塑料垫片62,以补偿偏离。

在将声学匹配层基底压成凹进形状的同时,一个柔性前支撑板64被临时装到第二声学匹配层26上。该支撑板64具有对着第二声学匹配层的凹进的表面66,且表面66的曲率与被压入声学匹配层基底54的曲率相似。可以采用一个热塑粘合层67,来保持支撑板64与基底54之间的接合,从而在例如低于120℃的温度下,支撑板将保持固定在匹配层上。该支撑板还具有平整表面68,用于临时安装在切割杆70上。可以采用喷涂的粘合剂,来将支撑板装到切割杆上,而该切割杆以可拆下的方式被安装在压杆58上。

在其中形成了凹进的声学匹配层基底并将其体温接合到柔性前支撑板上的第一模压操作之后,通过将压电基底30(仍然被装在其支撑膜46上)设置在模压的声学匹配层基底54与底模56之间(见图6B),而使模压机为第二模压操作作好准备。可以将一个薄塑料垫片60放置在压电基底与底模之间,以补偿底模的曲率半径的偏离。

在以凹进的方式形成压电基底的同时,带有柔性前支撑板的声学匹配层基底,可以采用适当的粘合剂71,而被永久接合到压电基底上。如果希望的话,可以将一层锡电镀到铜层上,以增强这种接合。在最佳实施例中,两个模压操作都是在高温下进行的,例如通过将模压机放置在炉子中进行。

在模压之后,所产生的接合和成形压电和声学匹配层基底,被从模压机中取下。支撑膜46随后被除去,且边缘得到修整以形成中间组件72(见图7)。上述的模压操作,产生了带有相应的声学匹配层的、机械聚焦的压电基底。

参见图7和8,电连接可以通过将两个铜“接地箔”焊接到缠绕的前表面电极42上,而得到形成,而缠绕的前表面电极与以凹进的方式形成在压电基底30上的各个隔离切口38相邻。柔性印刷电路板的引线16,然后被焊接到后表面电极40上,而该后表面电极40与各个隔离切口相邻并对着以凹进的方式形成的压电基底上的接地箔条。

在切割之前,引线和接地箔被折叠起来,以向下延伸过柔性前支撑板64,且切片锯被装在中间组件72上(切割杆70仍然被连接)。阵列的独立转换元件12,是通过使一系列平行的锯齿形切口82与成象平面正交,切割柔性印刷电路板的引线16、接地箔18、压电基底30和声学匹配层基底54,但不完全切通柔性前支撑板64,而形成的。以此方式,各个阵列元件和相应的引线连接,被彼此隔离。在最佳实施例中,压电基底中的锯齿形切口48的间隔(见图4)和中间组件72中的锯齿形切口82之间的间隔,是均匀而相等的,从而形成了阵列中的多个压电杆90(见图2A)。

应该理解的是,通过在切割之前向下折叠引线和接地箔,引线和接地箔只是受到部分的切割,从而保持了柔性印刷电路板和接地连接的完整性(见例如图2A)。在图7中,显示了两个引线16。在此情况下,交替的转换元件与一侧的引线相连,而间隔的转换元件与另一侧的引线相连。额外的接地箔被作为备份。

在图2B显示的替换实施例中,超声转换器阵列具有几个转换元件,各个元件由两个并联电连接的子元件12A、12B组成。这种阵列是通过切割中间组件,从而不仅在柔性印刷电路板的引线16上的信号导体72之间,而且还通过信号导体本身,形成锯齿形切口,而构成的。该子元件有助于减小乱真横向谐振模式和元件间的交扰。或者,该转换元件可以由两个以上的子元件构成。

在切割之后,取下切割杆,且与独立转换元件12相关的柔性前支撑板64,可以沿着所希望的阵列轴线,通过将支撑板弯曲并临时固定在凸出、凹进、或直线形的工具76(见图8)上,而得到形成。由适当材料(例如铝)制成的外壳14,然后被安装在所述前支撑板和相应的阵列元件周围。在最佳实施例中,锯齿形切口82填充有低声阻抗衰减材料,诸如低硬度聚氨酯(未显示),以改进谐振质量。

参见图1和9,聚合物支撑材料80被浇制在由外壳14和前支撑板64形成的腔中,以包围转换元件和相应的电引线。这种支撑材料最好具有低的声阻抗,例如<2MRayls,并可以由填充有塑料或玻璃微球的聚合物组成,以减小其声阻抗。或者,可以采用具有较高声阻抗的化合物,以改善转换元件的带宽,但在一定程度上减小了灵敏度。

为了实现最终的产品,通过将传感器阵列加热到120℃以上的温度并剥离支撑板以暴露第二匹配层的凹进表面,将柔性前支撑板取下。转换元件,借助聚合物支撑材料80,保持固定在外壳中。阵列随后被放置在一个模子中,而聚氨酯聚合物被灌注在该模中,以形成介电表面层20,而该介电表面层20填充并密封了第二匹配层26的凹进表面,并形成了得到适当选择的外表面(例如平整或凹进的),以改进同所要测试的物体的声学耦合。表面层中的声速得到选择,以接近声波在其中传播的介质的声速或所要测试的介质中的声速,以减小脱离聚焦的影响。1.6MRayls的声阻抗,在四分之一波片层与诸如水或人体组织的介质之间提供了良好的匹配。

从前面的描述,可以理解,本发明提供了一种超声转换器阵列,它具有独立转换元件,这些转换元件通过采用凹进的压电元件和相邻的类似凹进、均匀厚度的声学匹配层,而得到了机械聚焦,而不用采用声波透镜。独立转换元件沿着阵列轴线而在声学上彼此隔离,并通过基本上通过压电基底和匹配层进行切割而彼此分离,以形成独立的元件。

当然,应该理解的是对于本领域的技术人员来说,本最佳实施例的各种修正是显而易见。因此,本发明的范围不仅限于所述的具体实施例,而是只由所附的权利要求书限定。

Claims (58)

1.用于制作超声转换器阵列的方法,包括以下步骤:设置压电基底,该压电基底具有其上覆盖有前电极的凹进前表面,并具有其上覆盖有后电极的后表面;将具有基本上均匀的厚度的声学匹配层加到压电基底的凹进前表面上,以产生中间组件;将该中间组件固定在一个柔性前支撑板上;在压电基底的后表面上,切割出一系列基本上平行的切口,这些切口基本上通过中间组件的压电层和声学匹配层,这些切口形成了沿着一条阵列轴线排列的一系列独立转换元件;通过使这些层抵抗柔性前支撑板的偏置力而绕着基本上与该阵列轴线垂直的一条轴线弯曲,使平行切割的中间组件具有所希望的形状;将一种支撑材料加到该中间组件的压电基底的后表面上;以及除去前支撑板,以给出超声转换器阵列。
2.根据权利要求1的方法,其中提供压电基底的步骤包括以下步骤:提供压电材料制成的平整基底;从基底的前表面切割出一系列平行切口,这些平行切口基本上通过压电基底;以及利用模压机使平行切割的压电基底形成预定的形状。
3.根据权利要求2的方法,其中使在切割步骤中形成并基本上通过压电基底的平行切口部分地进入基底并以基本上均匀的内部隔开。
4.根据权利要求2的方法,其中在切割步骤中形成并基本上通过压电基底的平行切口,在预定的最小间隔和预定的最大间隔之间基本上随机地彼此隔开。
5.根据权利要求2的方法,其中形成平行切口压电基底的步骤和加上声学匹配层的步骤,基本上是同时进行的。
6.根据权利要求2的方法,其中提供压电基底的步骤,进一步包括将弹性填充物材料放置在压电基底中的空间中—这些空间是在进行基本上通过压电基底的切割的步骤中产生的,以在声学上隔离相邻的部分。
7.根据权利要求6的方法,其中用在该放置步骤中的弹性填充物材料是环氧材料。
8.根据权利要求1的方法,其中提供压电基底的步骤包括:使压电基底的所有表面金属化;切割压电基底上的金属化层,以在该基底的后表面上形成后电极并在该基底的前表面上形成前电极,该前电极延伸到该基底的后表面上一部分上。
9.根据权利要求8的方法,进一步包括以下步骤:将柔性信号导体连接到压电基底的后电极上;以及将柔性接地导体连接到压电基底上的前电极上。
10.根据权利要求9的方法,其中进行基本上通过中间组件的压电层和声学匹配层的切割的步骤,包括对信号导体进行切割以使用于各个转换元件的各个信号导体电绝缘的步骤。
11.根据权利要求1的方法,其中加上声学匹配层的步骤包括以下步骤:提供平整的抛光加工板;将一薄金属电极层电镀到该加工板上;在该电镀电极层上形成一或多个由环氧材料构成的声学匹配层;从该加工板上除去电极层和一或多个声学匹配层;利用模压机使除去的电极层和一或多个匹配层形成预定的形状;以及将压电基底的凹进前表面永久地接合到所形成的电极层和一或多个声学匹配层上。
12.根据权利要求11的方法,其中:形成一或多个声学匹配层的步骤包括浇制环氧材料的步骤;形成除去的电极层和一或多个声学匹配层的步骤和永久接合的步骤,是基本上同时进行的。
13.根据权利要求1的方法,其中固定的步骤包括用热塑粘合剂将声学匹配层固定到柔性前支撑板上的步骤,其中该热塑粘合剂在预定的温度以上失去其粘合性。
14.根据权利要求1的方法,其中:加上声学匹配层的步骤包括加上一个在一个之上的至少两个声学匹配层的步骤;且进行基本上通过中间组件的压电层和声学匹配层的切割的步骤,包括进行从压电基底的后表面至前支撑板的、完全通过中间组件的切割的步骤。
15.根据权利要求14的方法,其中除去前支撑板的步骤,包括将弹性填充物材料放置在中间组件上的暴露平行切口中的步骤,以使各个转换元件在声学上隔离。
16.根据权利要求15的方法,其中用在放置步骤中的弹性填充物材料是聚氨酯。
17.一种用于制造超声转换器阵列的方法,包括以下步骤:提供一个压电基底,它具有覆盖有前电极的前表面和覆盖有后电极的后表面;切割出一系列从基底的前表面基本上通过该压电基底的平行切口;将具有基本上均匀的厚度的声学匹配层加到压电基底的前表面上,以产生一个中间组件;切割出基本上通过该中间组件的压电层和声学匹配层的一系列基本上平行的切口,这些切口处于基本上与前面制成的、基本上通过压电基底的切口基本上垂直的平面内,且这些切口形成了一系列独立转换元件;将一种支撑材料加到该中间组件的压电基底的后表面上。
18.根据权利要求17的方法,其中在基本上通过压电基底的切割步骤中形成的平行切口,具有基本上均匀的间隔。
19.根据权利要求17的方法,其中在基本上通过压电基底的切割步骤中形成的平行切口,具有在预定最小间隔与预定最大间隔之间的随机间隔。
20.根据权利要求17的方法,进一步包括在一个模压机中形成平行切割压电基底的步骤,从而使基底的前表面为凹进的,且加上声学匹配层的步骤是基本上同时进行的。
21.根据权利要求20的方法,其中形成平行切口压电基底的步骤和施加声学匹配层的步骤,是基本上同时进行的。
22.根据权利要求17的方法,其中提供压电基底的步骤进一步包括将弹性填充物材料放置在压电基底上的空间中的步骤—这些空间是在基本上通过压电基底的切割步骤中产生的,以在声学上隔离相邻的部分。
23.根据权利要求22的方法,其中用在放置步骤中的弹性填充物材料,是环氧材料。
24.根据权利要求17的方法,其中:基本上通过压电基底的切割步骤,完全通过前电极而进行切割;且施加声学匹配层的步骤包括在声学匹配层的下侧形成薄的金属电极层,以及将声学匹配层加到该压电基底上,且声学匹配层的电极层与压电基底的前电极相电接触。
25.根据权利要求17的方法,其中:加上声学匹配层的步骤,包括加上一个在一个之上的至少两个声学匹配层的步骤;且基本上通过中间组件的声学匹配层和压电层进行切割的步骤,包括从压电基底的后表面完全通过中间组件并进入前支撑板而进行切割的步骤。
26.根据权利要求25的方法,其中除去前支撑板的步骤包括将弹性填充物材料放置在暴露在中间组件上的平行切口中的步骤,以使独立转换元件在声学上隔离。
27.根据权利要求26的方法,其中用在放置步骤中的弹性填充物材料是聚氨酯。
28.一种用于制造超声转换器阵列的方法,包括以下步骤:提供一个压电基底,它具有覆盖有前电极的前表面和覆盖有后电极的后表面;将具有基本上均匀的厚度的声学匹配层加到压电基底的前表面上,以产生一个中间组件;将该中间组件固定到一个柔性前支撑板上;将柔性信号导体连接到压电基底的后表面上的后电极上;将柔性接地导体连接到压电基底的前表面上的前电极上;切割出从压电基底的后表面基本上通过该中间组件的压电层和声学匹配层的一系列基本上平行的切口,以形成一系列独立传感元件;其中切割步骤包括对信号导体进行切割以使各个转换元件的分离信号导体电绝缘的步骤;将一种支撑材料加到该中间组件的压电基底的后表面上;除去前支撑板,以给出一个超声转换器阵列。
29.根据权利要求28的方法,进一步包括通过使这些层克服柔性前支撑板的偏置力而弯曲,从而使平行切割的中间组件形成所希望的形状,以使该中间组件具有预定的弧形形状的步骤。
30.一种超声转换器阵列,它具有用于测试物体的成象平面,包括:多个沿着该成象平面中的一条阵列轴线排列的转换元件,各个转换元件包括压电层,它具有覆盖有前电极的凹进前表面和覆盖有后电极的后表面,以及第一声学匹配层,它具有凹进前表面、后表面和均匀的厚度,该声学匹配层的后表面被设置在压电层的凹进前表面上,其中压电层和第一声学匹配层的至少一部分与相邻的转换元件隔开;且其中声学匹配层和压电层的前表面的形状得到适当的选择,以将各个转换元件机械聚焦到该成象平面;以及一个支撑部分,它以沿着阵列轴线排列和分隔的方式支撑多个转换元件,从而使各个元件被机械聚焦到该成象平面中。
31.根据权利要求30的超声转换器阵列,其中多个转换元件中的每一个都进一步包括一个具有凹进前表面、后表面和均匀的厚度的第二声学匹配层,它被设置在第一声学匹配层的凹进前表面上。
32.根据权利要求30的超声转换器阵列,其中一个柔性信号导体被连接到多个转换元件的每一个的后电极上,且一个柔性接地导体被连接到多个转换元件的每一个的前电极上。
33.根据权利要求32的超声转换器阵列,其中多个转换元件的每一个都被分成子元件,且这些子元件在电气上是并联的。
34.根据权利要求30的超声转换器阵列,进一步包括形成多个传感元件的外表面的介电材料。
35.根据权利要求30的超声转换器阵列,其中相邻转换元件之间的空间充满了低阻抗声学衰减材料。
36.根据权利要求30的超声转换器阵列,其中前和后电极均包括由镍制成的内层和由铜制成的外层。
37.根据权利要求36的超声转换器阵列,其中前和后电极进一步包括由金构成的外层。
38.根据权利要求30的超声转换器阵列,其中对于各个转换元件,压电层的前表面被沿着阵列轴线的方向排列的一系列槽所切断,各个转换元件进一步包括用于提供跨过这一系列槽的导电通路的装置。
39.根据权利要求38的超声转换器阵列,进一步包括槽中的弹性填充物材料,以使相邻的段在声学上隔离。
40.根据权利要求39的超声转换器阵列,其中弹性填充物材料是环氧材料。
41.根据权利要求40的超声转换器阵列,其中用于提供导电通路的装置包括各个转换元件的声学匹配层与压电层之间的导电层。
42.根据权利要求40的超声转换器阵列,其中用于提供导电通路的装置是声学匹配层,其中该声学匹配层是导电材料。
43.根据权利要求32的超声转换器阵列,其中该阵列轴线具有凸出的形状。
44.一种超声转换器阵列,它具有用于测试物体的成象平面,包括:多个沿着该成象平面中的一条阵列轴线排列的转换元件,各个转换元件包括一个压电层,它具有覆盖有前电极的前表面和覆盖有后电极的后表面,该前表面被沿着该阵列轴线的方向排列的一系列槽所切断,一个第一声学匹配层,它具有凹进前表面和均匀的厚度并被设置在压电层的前表面上,以及,用于提供跨过压电层的这一系列槽的导电通路,其中该压电层和第一声学匹配层的至少一部分与相邻的传感元件相分开;以及一个支撑部分,它以沿着阵列轴线排列和分隔的方式支撑多个转换元件,从而使各个元件被机械聚焦到该成象平面中。
45.根据权利要求44的超声转换器阵列,进一步包括用于将多个转换元件聚焦到成象平面中的装置。
46.根据权利要求44的超声转换器阵列,其中声学匹配层和压电层的前表面的形状得到适当的选择,以将各个转换元件机械聚焦到该成象平面中。
47.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中多个转换元件的每一个进一步包括一个第二声学匹配层,该第二声学匹配层具有凹进前表面、后表面和均匀的厚度,并被设置在第一声学匹配层的凹进前表面上。
48.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中一个柔性信号导体被连接在多个转换元件的每一个的后电极上,且一个柔性接地导体被连接在多个转换元件的每一个的前电极上。
49.根据权利要求48的超声转换器阵列,其中多个转换元件的每一个都被分成子元件,而这些子元件在电气上并联。
50.根据权利要求46的超声转换器阵列,进一步包括介电材料,该介电材料形成了多个转换元件的外表面层。
51.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中相邻转换元件之间的空间充满了低阻抗声学衰减材料。
52.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中前和后电极均包括由镍构成的内层和由铜构成的外层。
53.根据权利要求52的超声转换器阵列,其中前和后电极进一步包括由金构成的外层。
54.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中用于提供导电通路的装置包括在各个转换元件的声学匹配层与压电层之间的导电层。
55.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中用于提供导电通路的装置是声学匹配层,其中该声学匹配层是导电材料。
56.根据权利要求46的超声转换器阵列,其中该阵列轴线具有凸出的形状。
57.根据权利要求44的超声转换器阵列,进一步包括在槽中的弹性填充物材料,以在声学上隔离相邻的段。
58.根据权利要求57的超声转换器阵列,其中弹性填充物材料是环氧材料。
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