CN113710164A - 具有低粘度切口填充材料的超声换能器组件 - Google Patents

具有低粘度切口填充材料的超声换能器组件 Download PDF

Info

Publication number
CN113710164A
CN113710164A CN202080028885.XA CN202080028885A CN113710164A CN 113710164 A CN113710164 A CN 113710164A CN 202080028885 A CN202080028885 A CN 202080028885A CN 113710164 A CN113710164 A CN 113710164A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filling material
kerf
transducer assembly
matching layer
ultrasonic transducer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080028885.XA
Other languages
English (en)
Inventor
D·纳尔逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EchoNous Inc
Original Assignee
EchoNous Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EchoNous Inc filed Critical EchoNous Inc
Publication of CN113710164A publication Critical patent/CN113710164A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H10N30/088—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by cutting or dicing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
    • A61B8/4272—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving the acoustic interface between the transducer and the tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/0674—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a low impedance backing, e.g. air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/752—Measuring equipment

Abstract

一种超声换能器组件和方法，该超声换能器组件和方法包括切口填充材料，该切口填充材料基本上填充相邻换能器元件之间的切口。在至少一个实施方案中，超声换能器组件包括多个换能器元件和多个切口。切口中的每个切口设置在换能器元件中的相邻换能器元件之间。切口填充材料设置在多个切口中。切口填充材料包括具有第一粘度的第一材料和将切口填充材料的第一粘度降低至小于第一粘度的第二粘度的溶剂。切口填充材料可包括硅树脂和挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体的混合物。

Description

具有低粘度切口填充材料的超声换能器组件
技术领域
本公开涉及超声换能器组件和方法，并且更具体地涉及在切口中具有切口填充材料的超声换能器组件和方法，该切口在相邻换能器元件之间延伸。
背景技术
诊断超声换能器组件通常包括沿方位角轴线布置的多个切割的换能器元件。换能器组件可包括在设备诸如超声探头中，并且用于发射和接收超声能量以产生靶向生物结构的有意义的图像。切割的换能器元件通常包括压电材料、一个或多个声学匹配层、声学透镜和背衬结构。相邻换能器元件之间的空间或间隙通常称为切口。
通常期望在相邻元件之间提供一些机械或声学隔离，例如以减少串扰并改善超声换能器组件中的换能器元件的方向性。获得元件间隔离(例如，相邻换能器元件之间的隔离)的一种方法是让切口空着，这些切口可被称为空气切口。然而，此类空气切口架构通常不对相邻换能器元件之间的侧向振动提供阻尼或约束，因此此类超声换能器组件的脉冲响应将受到影响。
空气切口的替代形式是用某种类型的切口填充材料填充切口。例如，可利用被设计成约束或衰减横模的切口填充材料；然而，由于切口填充材料的刚度，此类切口填充材料可导致过度的串扰。
发明内容
本公开部分地解决了对改进的超声换能器组件的需求，其中相比于常规设计，相邻换能器元件之间的切口可以更完全地填充，并且其中超声透镜可以更牢固地附接。
在至少一个实施方案中，提供了一种超声换能器组件，该超声换能器组件包括多个换能器元件、分别设置在多个换能器元件中的相邻换能器元件之间的多个切口以及多个切口中的切口填充材料。切口填充材料包括具有第一粘度的第一材料和将切口填充材料的第一粘度降低至小于第一粘度的第二粘度的溶剂。
在另一个实施方案中，本公开提供了一种方法，该方法包括通过切穿匹配层和换能器层来在超声换能器组件中形成多个切口。切口填充有切口填充材料，并且切口填充材料包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体与室温固化(RTV)硅树脂、乙酰氧基或中性固化硅树脂中的至少一者的混合物。该方法还包括用切口填充材料覆盖匹配层的表面，以及通过切口填充材料将超声镜头粘附到超声换能器组件。
在另一个实施方案中，提供了一种超声探头，该超声探头包括外壳和至少部分地包封在外壳内的超声换能器组件。超声换能器组件包括位于声学背衬上的多个换能器元件、位于多个换能器元件上的至少一个匹配层、沿第一方向延伸穿过至少一个匹配层并且至少部分地进入声学背衬中的多个切口以及位于多个切口中的切口填充材料。多个切口中的切口在多个换能器元件中的相邻换能器元件之间沿第二方向延伸，并且第二方向横向于第一方向。切口填充材料包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体与室温固化(RTV)硅树脂、乙酰氧基或中性固化硅树脂中的至少一者的混合物。
附图说明
图1是超声换能器组件的剖视图，该超声换能器组件可以是常规的超声换能器组件。
图2是示出根据本公开的一个或多个实施方案的包括超声换能器组件的超声探头的透视图。
图3是根据本公开的一个或多个实施方案的沿图2所示的线3-3截取的换能器组件的剖视图。
图4至图7是示出根据本公开的一个或多个实施方案的制造超声换能器组件的方法的剖视图。
具体实施方式
一种超声换能器组件可包括声学背衬、位于声学背衬上的多个压电换能器元件以及位于换能器元件上的一个或多个匹配层。多个切口延伸穿过匹配层并且将相邻换能器元件彼此分开。切口填充有切口填充材料，该切口填充材料包括第一材料(诸如RTV硅树脂)以及降低切口填充材料的粘度的溶剂(诸如挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体)。
通过降低切口填充材料的粘度，可实现对切口的更完全填充。另外，粘度降低的切口填充材料有利于在保持适于完全填充切口的粘度的同时将一种或多种添加剂包含到切口填充材料中。可包括此类添加剂以改变切口填充材料的特性，该特性可根据超声换能器的特定应用、切口几何形状或期望的操作频率来选择。添加剂可包括粉末、微粒、微球等，其可改变切口填充材料的特性，诸如密度、粘度、热导率、热膨胀系数(CTE)、声衰减或刚度。
在各种实施方案中，除了设置在切口中之外，本文提供的切口填充材料可以设置在超声换能器组件的匹配层的外表面上。在此类实施方案中，切口填充材料可用于将超声透镜粘附到外部匹配层。
图1是超声换能器组件10的剖视图，该超声换能器组件可以是常规的超声换能器组件。x轴表示方位角平面，y轴表示高度平面，z轴表示深度。
超声换能器组件10包括声学背衬14、多个换能器元件13、第一匹配层12和第二匹配层11。多个切口15将各个换能器元件13以及换能器元件13上的第一匹配层12和第二匹配层11的区域物理地分开。
切口填充材料16设置在切口15内。然而，如图1所示，切口填充材料16可不完全填充切口15。相反，切口15中的至少一些切口中存在气隙17a、17b、17c。气隙17a、17b、17c的存在表明切口15的不完全填充。这可能由各种因素引起，包括例如切口15具有太窄而不能被切口填充材料16适当填充的宽度和/或切口填充材料16具有太高而不能适当填充切口15的粘度。
例如，两部分锡或铂固化RTV硅树脂可用作切口填充材料16。然而，典型的RTV硅树脂材料(包括例如RTV664和RTV630)通常具有大于约100,000厘泊(cps)并且可大于约150,000cps的粘度。这种相对较高的粘度可能妨碍切口填充材料16一致且可重复地填充切口15的能力，特别是对于具有相对较窄切口宽度和/或相对较长深度的换能器组件而言。这种不完整的切口填充可导致脉冲响应具有更大的可变性和降低的性能。
因此，对于切口填充材料16导致部分填充的切口15(例如，包括气隙17a、17b、17c)的超声换能器组件，可能导致过度可变性和不可预测的性能。部分填充的切口15可能是非常窄的切口、粘性切口填充材料(例如，具有大于约100,000cps的粘度)、不能使切口填充材料16适当地脱气或前述条件的任何组合的结果。
图2是示出根据本公开的一个或多个实施方案的包括超声换能器组件110的超声探头100的透视图。
探头100包括形成该探头100的外部部分的外壳112。外壳112围绕探头100的内部电子部件和/或电路，包括例如电子器件，诸如驱动电路、处理电路、振荡器、波束形成电路、滤波电路，等等。外壳112可形成为围绕或至少部分地围绕探头100的位于外部的部分，诸如传感器面120，并且可以为密封的外壳，使得防止湿气、液体或其他流体进入外壳112。外壳112可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，外壳112由塑性材料形成。外壳112可由单个件(例如，围绕内部部件模制的单一材料)形成，或者可由彼此粘结或以其他方式附接的两个或更多个件(例如，上半部和下半部)形成。
超声换能器组件110至少部分地包封在外壳112内。换能器组件110包括电耦合到容纳在探头100内的内部电路的多个换能器元件，该内部电路为诸如驱动电路、处理电路、振荡器、波束形成电路、滤波电路等。
换能器组件110被配置为朝向患者体内感兴趣区域中的目标结构发射超声信号，并且响应于该超声信号的发射而接收从目标结构返回的回波信号。为此，换能器组件110的换能器元件能够发射超声信号并且接收后续回波信号。在各种实施方案中，该换能器元件可被布置为相控阵列的元件。合适的相控阵列换能器在本领域中是已知的。
换能器组件110可以包括换能器元件的一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。换能器阵列可包括压电陶瓷，诸如锆钛酸铅(PZT)，单晶或者可基于微机电系统(MEMS)。例如，在各种实施方案中，换能器组件110可包括压电微机械超声换能器(PMUT)，该PMUT是基于微机电系统(MEMS)的压电超声换能器，或者换能器组件110可包括电容微机械超声换能器(CMUT)，其中由于电容变化而提供能量转换。
超声探头100还可包括超声透镜114，该超声透镜可被包括作为超声换能器组件110的一部分，并且可形成探头100的传感器面120的一部分。透镜114可以为能够操作以将从超声换能器组件110的换能器元件发射的超声波束朝向患者聚焦和/或将从患者反射的超声波束聚焦到换能器元件的任何声学透镜。在一些实施方案中，超声透镜114可具有曲面形状。超声透镜114可具有不同的形状，取决于所需的应用，例如所需的操作频率等。超声透镜114可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，超声聚焦透镜114由室温固化(RTV)硅树脂材料形成。
图3是沿图2所示的线3-3截取的换能器组件110的剖视图。换能器组件110在一些方面类似于相对于图1所示和所述的换能器组件10；然而，换能器组件110的切口125基本上由切口填充材料128填充，而不在切口125中形成空隙，如本文将进一步详细解释的。
换能器组件110包括多个换能器元件123，该多个换能器元件可以是例如压电换能器元件。换能器元件123可由任何压电材料形成，包括例如锆钛酸铅(PZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、铌酸铅-镁(PMN)和钛酸铅(PT)的组合(诸如单晶PMN-PT)等。
换能器元件123形成在声学背衬124上。声学背衬124可以是衰减元件，该衰减元件减少或衰减不期望的声学反射并耗散热能，诸如可以由换能器元件123在超声探头100的操作期间的振动产生的热能。在一些实施方案中，声学背衬124由复合材料形成，诸如包括金属颗粒和粘弹性材料中的微球的复合材料、金属/环氧树脂复合材料、钨/乙烯基复合材料或任何其他合适的材料。
如图3所示，第一匹配层122和第二匹配层121可形成在换能器元件123上，其中换能器元件123中的每个换能器元件由第一匹配层122和第二匹配层121的相应部分覆盖。第一匹配层122和第二匹配层121通常用于增加声能从高阻抗压电换能器元件123到声阻抗低得多的待成像的目标(诸如人体内的器官或其他生物结构)的传输。通过选择适当的匹配层材料和厚度，声阻抗可被分级以使反射最小化，使得由换能器元件123发射的超声波有效地进入目标以用于超声成像。
第一匹配层122和第二匹配层121可由具有所需声学特性的任何合适的材料形成，包括例如环氧树脂或树脂材料、填料和添加剂的任何组合。
在一些实施方案中，第一匹配层122的声阻抗可大于第二匹配层121的声阻抗。虽然超声换能器组件110在图3中被示出为包括两个匹配层，但是本公开的实施方案不限于此。在各种实施方案中，换能器组件110中可包括多于或少于两个匹配层。
声学背衬124、换能器元件123以及第一匹配层122和第二匹配层121可通过任何合适的技术和/或材料彼此粘结。
多个切口125沿深度方向(例如，沿着z轴)延伸穿过第一匹配层122和第二匹配层121，并且将换能器元件123彼此侧向分开。切口125可至少部分地延伸到声学背衬124中，如图所示。在一些实施方案中，切口125中的每个切口可在换能器组件110中延伸到基本上相同的深度。在其他实施方案中，切口125中的一些切口可延伸到换能器组件110中的不同深度。
切口125可具有任何合适的宽度(例如，沿着x轴)，这可取决于各种因素，诸如换能器组件110的特定应用、操作频率范围等。在一些实施方案中，切口125中的每个切口可具有基本上相同的宽度。在其他实施方案中，切口125中的至少一个切口可具有与切口125中的至少另一个切口不同的宽度。在一些实施方案中，切口125的宽度可小于约0.1mm。在一些实施方案中，切口125的宽度可小于约50μm。在一些实施方案中，切口125具有在20μm至40μm(包括端值在内)范围内的宽度。
切口125填充有切口填充材料128。在各种实施方案中，切口填充材料128具有衰减特性以在换能器元件123之间提供合适的隔离，同时还具有足够高的杨氏模量以充分约束横模，但不会高到在生成或接收超声波时抑制换能器元件123位移。
在一些实施方案中，切口填充材料128包括第一材料和降低第一材料的粘度的溶剂。例如，在一些实施方案中，切口填充材料128包含室温固化(RTV)硅树脂和有利于RTV硅树脂的粘度降低的溶剂。硅树脂可以是任何硅树脂材料，包括例如单部分(乙酰氧基或中性固化)硅树脂、两部分(缩合或加成固化)RTV硅树脂，或单部分和两部分硅树脂体系的汞合金。
在一些实施方案中，切口填充材料128中的溶剂包括一种或多种硅氧烷。在一些实施方案中，切口填充材料128中的溶剂包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体，该流体有利于切口填充材料128的粘度降低，诸如RTV硅树脂。在一些实施方案中，切口填充材料128具有小于约1000cps(厘泊)的粘度。在一些实施方案中，切口填充材料128是具有在约25cps至250cps(包括端值在内)范围内的粘度的超低粘度材料。
通过在切口填充材料128中使用诸如VMS流体的溶剂，与常规单部分或两部分RTV硅树脂的粘度相比，切口填充材料128可具有显著降低的粘度。VMS流体在硅树脂化合物(例如RTV硅树脂)中的溶解性允许VMS流体用作稀释剂以降低硅树脂化合物的粘度。VMS流体可在不同蒸气压的范围内获得，因此，在各种实施方案中，可根据需要定制复合切口填充材料128的工作寿命和最终材料孔隙度，例如，取决于换能器组件110的特定应用或期望的操作特性、换能器组件110的尺寸、切口125的尺寸等。
作为切口填充材料128中的第一材料(例如RTV硅树脂)的显著粘度降低的结果，第一材料可相对大量地填充有其他材料以进一步改变切口填充材料128的特性。例如，粘度降低的RTV硅树脂可包含相对高浓度的附加材料，同时保持所需的低粘度以完全填充切口125。相比之下，用类似浓度的附加材料装载典型RTV硅树脂材料可将RTV硅树脂材料的粘度增加到不适合完全填充切口125的程度，并且相反可导致在切口125中形成空隙。
如图3所示，切口填充材料128可包括添加剂132，该添加剂可以是例如添加到第一材料(例如RTV硅树脂)并且改变切口填充材料128的一种或多种特性或特征的任何材料。在一些实施方案中，添加剂132可改变切口填充材料128的密度、粘度、热膨胀系数(CTE)、声衰减、热导率或刚度中的任一种。添加剂132包括与切口填充材料128的第一材料不同的材料。
在各种实施方案中，添加剂132可为或包括任何金属或金属氧化物粉末、聚合物粉末或微粒诸如微球。
在一些实施方案中，添加剂132包括微球，该微球可以是任何大致球形的微粒，并且可具有在约1μm和1mm之间的尺寸(例如直径)。在一些实施方案中，添加剂132包括玻璃或聚合物微球，该玻璃或聚合物微球可减小切口填充材料128的密度、增加粘度和/或减小CTE。添加剂132可包括玻璃微球，该玻璃微球可减小切口填充材料128的CTE。在一些实施方案中，添加剂132可包括中空微球，该中空微球可减小切口填充材料128的密度。在一些实施方案中，切口填充材料128中还可包含微球或细磨微粒诸如固化的硅树脂，以增加衰减并减少元件间串扰(例如，换能器元件123之间的串扰)。
在一些实施方案中，添加剂132包括粉末，诸如包括氮化铝(AlN)、氧化镁(MgO)、氮化硼(BN)、金刚石或铜中的一者或多者的粉末，该粉末可添加到切口填充材料128以增加热导率。
在一些实施方案中，添加剂132被包括在切口填充材料128的设置在切口125中的至少部分中。在一些实施方案中，添加剂132均匀地分布在整个切口填充材料128中，并且切口填充材料128可以是包括第一材料(例如，RTV硅树脂)和添加剂132的均质混合物。在其他实施方案中，添加剂132不均匀地分布在切口填充材料128中。例如，在一些实施方案中，添加剂132可以浓度梯度分散在第一材料中，例如，以沿着切口125的深度(例如，z轴)增加的浓度分散。在一些实施方案中，添加剂132可具有在切口125的直接位于相邻换能器元件123之间的区域中最高的浓度。这可在换能器元件123之间的聚焦区域中提供切口填充材料128的特定改变的特性，而切口填充材料128的其他部分可具有较低浓度的添加剂132或者可基本上不含添加剂132。
除了填充切口125之外，切口填充材料128可覆盖第二匹配层121的表面(例如，上表面)，如图3所示。超声透镜114可通过从第二匹配层121和超声透镜114之间的切口填充材料128层提供的粘附性附接到第二匹配层121。在一些实施方案中，切口填充材料128在第二匹配层121的上表面上方的厚度在0.01mm至5mm的范围内。在一些实施方案中，切口填充材料128在第二匹配层121的上表面上方的厚度在0.1mm至0.5mm的范围内，这在第二匹配层121和超声透镜114之间提供增强的粘附性。
在一些实施方案中，超声透镜114由RTV硅树脂材料形成，该硅树脂材料可与可被包括作为切口填充材料128中的第一材料的硅树脂材料相同或不同。在一些实施方案中，超声透镜114由两部分加成固化RTV硅树脂形成。在复合切口填充材料128中添加溶剂(例如，VMS流体)增强了切口填充材料128的粘附性，从而改善了RTV硅树脂超声透镜114与换能器组件110的粘附性。
一旦换能器组件110已被组装，例如超声透镜114形成在外部匹配层(例如，如图所示的第二匹配层121)上方，切口填充材料128就可被固化。在一些实施方案中，切口填充材料128中的溶剂(例如，VMS流体)在固化过程中释放，这导致硅树脂结构具有增加的硅(Si)链长度和较低的最终杨氏模量和肖氏硬度A(或较低的硬度等级)。固化切口填充材料128的较低硬度(例如，如较低硬度等级所指示)可减小换能器组件110的换能器元件123之间的摩擦和串扰。
超声透镜114可形成换能器组件110的外层，并且可形成超声探头100的暴露部分。例如，超声透镜114可沿超声探头100的传感器面120定位，如图2所示。
图4至图7是示出根据一个或多个实施方案的制造超声换能器组件(诸如图3所示的超声换能器组件110)的方法的剖视图。
如图4所示，制造超声换能器组件的方法可以包括形成超声换能器块210。超声换能器块210包括声学背衬224、位于声学背衬224上的超声换能器层223、位于超声换能器层223上的第一匹配层222以及位于第一匹配层222上的第二匹配层221。
声学背衬224、超声换能器层223、第一匹配层222和第二匹配层221可通过任何合适的材料和/或技术彼此层合或粘结。例如，在一些实施方案中，超声换能器块210的层可以通过一种或多种粘合剂诸如环氧树脂彼此粘结。
虽然超声换能器块210在图4中被示出为包括两个匹配层，但是本公开的实施方案不限于此。在各种实施方案中，超声换能器块210中可包括多于或少于两个匹配层。
如图5所示，该方法还可包括形成延伸穿过第二匹配层221、第一匹配层222和超声换能器层223的多个切口125。在一些实施方案中，多个切口125至少部分地延伸到声学背衬224中。切口125可例如通过切割超声换能器块210来形成，从而形成声学背衬124、换能器元件123以及第一匹配层122和第二匹配层121的单独区域，如图5所示。切口125因此将单独的换能器元件123彼此分开，并且进一步分开第一匹配层122和第二匹配层121的区域或部分。
切口125可形成为具有任何合适的宽度，例如，在换能器元件123中的相邻换能器元件之间延伸。在一些实施方案中，切口125可形成为具有在20μm至40μm(包括端值在内)范围内的宽度。
如图6所示，该方法还可包括用切口填充材料128填充多个切口125。切口填充材料128可包括第一材料和溶剂的混合物。在一些实施方案中，切口填充材料128的第一材料包括室温固化(RTV)或单部分(乙酰氧基或中性固化)硅树脂，并且溶剂包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体。在一些实施方案中，切口填充材料128还可以包括一种或多种添加剂132，该添加剂可以包括金属粉末、金属氧化物粉末、微粒或微球中的至少一者。
切口填充材料128还可覆盖第二匹配层121的表面(例如，上表面)，如图所示。切口填充材料128在第二匹配层121的表面上的厚度可在0.1mm至0.5mm的范围内，包括端值在内。
如图7所示，该方法还可包括将超声透镜114附接到第二匹配层121。超声透镜114可以例如通过在第二匹配层121的上表面和超声透镜114之间延伸的切口填充材料128粘附到第二匹配层121。
超声透镜114可形成为具有任何形状，并且在一些实施方案中，超声透镜114形成为具有弯曲形状，例如沿着超声透镜114的外表面。超声透镜114可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，超声聚焦透镜114由室温固化(RTV)硅树脂材料形成。
在本文提供的各种实施方案中，提供了超声换能器组件和方法，该组件和方法有利于改善超声透镜114与外部匹配层(诸如第二匹配层121)的粘附性。改善的粘附性由例如切口填充材料128提供，该切口填充材料可包括硅树脂和挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体的混合物。VMS流体降低硅树脂的粘度，这可有利于切口填充材料128在第二匹配层121的表面上的一致且方便的铺展。此外，与常规RTV硅树脂相比，复合切口填充材料128可具有改善的粘附特性。
另外，本公开的实施方案有利于根据超声换能器组件110的期望应用或设计来定制切口填充材料128以具有各种特性或特征。例如，通过在切口填充材料128中包括添加剂132，可以根据各种应用、切口几何形状、操作频率等的需要改变切口填充材料128的特性，诸如密度、粘度、热膨胀系数(CTE)、声衰减、热导率或刚度。
此外，本公开的实施方案有利于改善超声换能器组件110中切口125的填充。例如，由于切口填充材料128的粘度降低，切口125可被完全填充，从而减少切口中空隙的形成，否则这些空隙可能在以常规RTV硅树脂进行填充时发生。另外，由本公开提供的切口填充材料128更一致且可重复地填充切口125，从而减少切口填充过程中的变化，否则该变化可能在以常规RTV硅树脂进行填充时发生，常规RTV硅树脂通常产生对切口的不完全且不一致的填充。
本申请要求2019年3月15日提交的美国临时申请号62/819,010的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
可组合本文所述的各种实施方案来提供另外的实施方案。鉴于上文的详细说明，可以对这些实施方案作出这些和其他改变。一般来说，在随后的权利要求中，使用的术语不应解释成将权利要求书限制在本说明书和权利要求书中披露的具体实施方案中，而应解释成包括所有可能的实施方案以及这类权利要求书赋予的等效物的全部范围。因此，权利要求并不受本公开内容所限定。

Claims (22)

1.一种超声换能器组件，所述超声换能器组件包括：
多个换能器元件；
多个切口，所述多个切口分别设置在所述多个换能器元件中的相邻换能器元件之间；和
切口填充材料，所述切口填充材料位于所述多个切口中，所述切口填充材料包括：
第一材料，所述第一材料具有第一粘度；和
溶剂，所述溶剂将所述切口填充材料的所述第一粘度降低至小于所述第一粘度的第二粘度。
2.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中所述第一材料包括硅树脂。
3.根据权利要求2所述的超声换能器组件，其中所述溶剂包括硅氧烷。
4.根据权利要求2所述的超声换能器组件，其中所述溶剂包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体。
5.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中所述第二粘度在25厘泊至250厘泊的范围内，包括端值在内。
6.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中所述切口填充材料还包括分散在所述第一材料内的至少一种添加剂，并且所述至少一种添加剂改变所述切口填充材料的一种或多种特性。
7.根据权利要求6所述的超声换能器组件，其中所述至少一种添加剂包括金属粉末、金属氧化物粉末、微粒或微球中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的超声换能器组件，其中所述至少一种添加剂改变所述切口填充材料的密度、粘度、热膨胀系数、声衰减、热导率或刚度中的一者或多者。
9.根据权利要求6所述的超声换能器组件，其中所述至少一种添加剂均匀地分布在所述切口填充材料中。
10.根据权利要求1所述的超声换能器组件，还包括：
声学背衬；和
第一匹配层，
其中所述多个换能器元件定位在所述声学背衬和所述匹配层之间，并且所述切口延伸穿过所述第一匹配层并且至少部分地进入所述声学背衬中。
11.根据权利要求10所述的超声换能器组件，还包括位于所述第一匹配层上的第二匹配层，其中所述切口还延伸穿过所述第二匹配层。
12.根据权利要求11所述的超声换能器组件，其中所述切口填充材料覆盖所述第二匹配层的表面。
13.根据权利要求12所述的超声换能器组件，还包括设置在所述第二匹配层的所述表面上方的超声透镜，其中覆盖所述第二匹配层的所述表面的所述切口填充材料将所述超声透镜粘附到所述第二匹配层的所述表面。
14.根据权利要求13所述的超声换能器组件，其中所述超声透镜包括RTV硅树脂。
15.根据权利要求12所述的超声换能器组件，其中所述切口填充材料在所述第二匹配层的所述表面上的厚度在0.1mm至0.5mm的范围内，包括端值在内。
16.根据权利要求10所述的超声换能器组件，其中所述切口填充材料还包括分散在所述第一材料内的至少一种添加剂，所述至少一种添加剂改变所述切口填充材料的一种或多种特性，并且所述切口填充材料的所述至少一种添加剂在所述切口的直接设置在所述多个换能器元件中的相邻换能器元件之间的部分中具有比在所述切口的一个或多个其他部分中更高的浓度。
17.一种方法，所述方法包括：
通过切穿超声换能器组件的匹配层和换能器层来在所述超声换能器组件中形成多个切口；
用切口填充材料填充所述多个切口，所述切口填充材料包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体与室温固化(RTV)硅树脂、乙酰氧基或中性固化硅树脂中的至少一者的混合物；
用所述切口填充材料覆盖所述匹配层的表面；以及
通过所述切口填充材料将超声透镜粘附到所述超声换能器组件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中用所述切口填充材料覆盖所述匹配层的所述表面包括用厚度在0.1mm至0.5mm的范围内包括端值在内的所述切口填充材料覆盖所述匹配层的所述表面。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述切口填充材料还包括添加剂，所述添加剂包括金属粉末、金属氧化物粉末、微粒或微球中的至少一者。
20.一种超声探头，所述超声探头包括：
外壳；和
超声换能器组件，所述超声换能器组件至少部分地包封在所述外壳内，所述超声换能器组件包括：
声学背衬；
多个换能器元件，所述多个换能器元件位于所述声学背衬上；
至少一个匹配层，所述至少一个匹配层位于所述多个换能器元件上；
多个切口，所述多个切口沿第一方向延伸穿过所述至少一个匹配层并且至少部分地进入所述声学背衬中，所述多个切口中的所述切口在所述多个换能器元件中的相邻换能器元件之间沿第二方向延伸，所述第二方向横向于所述第一方向；和
切口填充材料，所述切口填充材料位于所述多个切口中，所述切口填充材料包括挥发性甲基硅氧烷(VMS)流体与室温固化(RTV)硅树脂、乙酰氧基或中性固化硅树脂中的至少一者的混合物。
21.根据权利要求20所述的超声探头，其中所述超声换能器组件还包括位于所述至少一个匹配层上的超声透镜，并且其中所述切口填充材料覆盖所述至少一个匹配层的表面并且将所述超声透镜粘附到所述至少一个匹配层的所述表面。
22.根据权利要求20所述的超声探头，其中所述切口填充材料还包括金属粉末、金属氧化物粉末、微粒或微球中的至少一者。
CN202080028885.XA 2019-03-15 2020-03-11 具有低粘度切口填充材料的超声换能器组件 Pending CN113710164A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962819010P 2019-03-15 2019-03-15
US62/819,010 2019-03-15
PCT/US2020/022149 WO2020190593A1 (en) 2019-03-15 2020-03-11 Ultrasound transducer assembly having low viscosity kerf fill material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113710164A true CN113710164A (zh) 2021-11-26

Family

ID=72423673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080028885.XA Pending CN113710164A (zh) 2019-03-15 2020-03-11 具有低粘度切口填充材料的超声换能器组件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200289093A1 (zh)
EP (1) EP3937789A4 (zh)
JP (1) JP2022526093A (zh)
CN (1) CN113710164A (zh)
WO (1) WO2020190593A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022172695A (ja) * 2021-05-06 2022-11-17 富士フイルムヘルスケア株式会社 音響カプラ、超音波画像処理方法、及び超音撮像装置
US20240023936A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 Olympus Medical Systems Corp. Ultrasound endoscope

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2057485A (en) * 1979-08-31 1981-04-01 Dow Corning Method for removing tacky adhesives and articles adhered therewith
US4938827A (en) * 1987-11-10 1990-07-03 Hewlett-Packard Company Preparation of a silicone rubber-polyester composite products
US20130207519A1 (en) * 2008-09-18 2013-08-15 N. Christopher Chaggares Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components
CN104282616A (zh) * 2013-07-10 2015-01-14 台湾积体电路制造股份有限公司 形成浅沟槽隔离结构的方法
CN107920797A (zh) * 2015-09-03 2018-04-17 富士胶片索诺声公司 超声波换能器组件
CN108348219A (zh) * 2015-11-25 2018-07-31 富士胶片索诺声公司 高频超音波换能器以及用于制造的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3862261A (en) * 1973-10-03 1975-01-21 Ophthalmic Sciences Inc Melamine resin-polyol-polyurethane coating composition and article coated therewith
US5232982A (en) * 1992-04-07 1993-08-03 General Electric Company One component room temperature vulcanizing silicone elastomer with improved primerless adhesion to polycarbonate
US5297553A (en) * 1992-09-23 1994-03-29 Acuson Corporation Ultrasound transducer with improved rigid backing
US5691960A (en) * 1995-08-02 1997-11-25 Materials Systems, Inc. Conformal composite acoustic transducer panel and method of fabrication thereof
US6891311B2 (en) * 2002-06-27 2005-05-10 Siemens Medical Solutions Usa, Inc Ultrasound transmit pulser with receive interconnection and method of use
US6994674B2 (en) * 2002-06-27 2006-02-07 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Multi-dimensional transducer arrays and method of manufacture
US6875178B2 (en) * 2002-06-27 2005-04-05 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Receive circuit for ultrasound imaging
US6806623B2 (en) * 2002-06-27 2004-10-19 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Transmit and receive isolation for ultrasound scanning and methods of use
US7022081B2 (en) * 2003-08-20 2006-04-04 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Heat sealable transducer shield and method of application
US7622853B2 (en) * 2005-08-12 2009-11-24 Scimed Life Systems, Inc. Micromachined imaging transducer
US20080125658A1 (en) * 2006-09-01 2008-05-29 General Electric Company Low-profile acoustic transducer assembly
US20090082673A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Xuanming Lu Semiconductor matching layer in a layered ultrasound transducer array
US8207652B2 (en) * 2009-06-16 2012-06-26 General Electric Company Ultrasound transducer with improved acoustic performance
US8776335B2 (en) * 2010-11-17 2014-07-15 General Electric Company Methods of fabricating ultrasonic transducer assemblies
US9367793B2 (en) * 2013-03-04 2016-06-14 Hello Inc. Wearable device with magnets distanced from exterior surfaces of the wearable device
US9911912B2 (en) * 2014-04-24 2018-03-06 General Electric Company Piezoelectric composite and method of forming same
CN108701754B (zh) * 2016-02-18 2022-07-26 柯尼卡美能达株式会社 压电元件的制造方法和压电元件
JP6780506B2 (ja) * 2017-01-06 2020-11-04 コニカミノルタ株式会社 圧電素子、その製造方法、超音波探触子および超音波撮像装置
US20220117503A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-21 The Regents Of The University Of California Integrated chemical/ultrasonic transducer sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2057485A (en) * 1979-08-31 1981-04-01 Dow Corning Method for removing tacky adhesives and articles adhered therewith
US4938827A (en) * 1987-11-10 1990-07-03 Hewlett-Packard Company Preparation of a silicone rubber-polyester composite products
US20130207519A1 (en) * 2008-09-18 2013-08-15 N. Christopher Chaggares Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components
CN104282616A (zh) * 2013-07-10 2015-01-14 台湾积体电路制造股份有限公司 形成浅沟槽隔离结构的方法
CN107920797A (zh) * 2015-09-03 2018-04-17 富士胶片索诺声公司 超声波换能器组件
CN108348219A (zh) * 2015-11-25 2018-07-31 富士胶片索诺声公司 高频超音波换能器以及用于制造的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020190593A8 (en) 2021-04-15
EP3937789A4 (en) 2022-11-23
EP3937789A1 (en) 2022-01-19
WO2020190593A1 (en) 2020-09-24
JP2022526093A (ja) 2022-05-23
US20200289093A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102633430B1 (ko) 초음파 변환기 조립체
JP5789618B2 (ja) 超音波探触子
JP4945769B2 (ja) 二重周波数帯域の超音波送受波器アレイ
US7678054B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosing device
JP5865873B2 (ja) 超音波探触子
US8378557B2 (en) Thermal transfer and acoustic matching layers for ultrasound transducer
US20200289093A1 (en) Ultrasound transducer assembly having low viscosity kerf fill material
JPH09238399A (ja) 超音波探触子及びその製造方法
KR20130030226A (ko) 초음파 트랜스듀서를 위한 열적 전송 및 음향 정합층
EP1591996A2 (en) Acoustic lens and ultrasonic probe using the lens
CN111203374A (zh) 用于超声换能器阵列的复合声学吸收器
US11691177B2 (en) Ultrasound probe with acoustic amplifier
US5552004A (en) Method of making an acoustic composite material for an ultrasonic phased array
JP4688484B2 (ja) 小型素子超音波トランスデューサ・アレイ用の音響裏当て材
JP4519330B2 (ja) 超音波探触子
US20240099693A1 (en) Ultrasound probe and ultrasound diagnostic apparatus
JP2008109641A (ja) 超音波探触子及び圧電振動子
KR101616510B1 (ko) 의료용 초음파 프로브
JP2022142171A (ja) 超音波探触子及びバッキング製造方法
JP2006262149A (ja) 超音波探触子及び超音波診断装置
JPH11113908A (ja) 超音波探触子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination