[发明专利]用于换能器探头的换能器结构及其制作方法

说明书

技术领域

本文所述的实施例涉及换能器结构，且更特定而言，涉及对于用于换能器探头的换能器结构的受控的造型和布置的方法和系统。

背景技术

常常包括压电柱或压电柱阵列的超声探头用于多种应用，包括例如通过超声扫描的结构内部的无损成像。在许多这种成像应用中，期望使用复合材料，复合材料通常由压电材料和非压电材料组成。这些复合材料导致比单片压电材料更好的压电性能。需要尽可能多地减小构成该复合件的个别压电特征的大小，以允许以更高的频率操作，而这又提供在所得到的图像中的增加的分辨率。已知的用于制造压电换能器的切割-填充法在压电换能器中的柱状件大小减小时大体到达分辨率极限。此外，制造探头的已知方法，诸如切割和填充方法，限于在换能器柱之间制作直线切口，从而限制了可用的换能器设计空间，例如，换能器柱布置、截面形状的限制和不能制作自由形式的三维换能器特征。

以更高频率的已知超声探头的操作部分地通过减小换能器材料的厚度且相对应地减小包括换能器的压电柱的x-y截面面积来实现。此操作导致为了完成换能器的制造，切割时间延长。此外，由于(更薄的)压电柱的增加的断裂可能性，与常规的制造低频换能器的产品产量相比，用于制造高频换能器的切割-填充法的产品产量通常减小。此外，已知的制造方法可产生利用剪切波制成的换能器，这造成一个或多个超声波长在复合结构内行进。剪切波造成对探头的设计约束且造成探头中诸如鸣震(ringing)的声干涉。

发明内容

在一方面，提供一种用于在超声探头的构造中使用的复合陶瓷换能器结构。该结构包括基板和多个压电换能器柱。多个压电换能器柱在位于基板的X-Y平面上的多个空间位置处可控制地形成于基板上。多个压电柱包括限定于基板的X-Y-Z平面中的多个形状，其中多个压电换能器柱被配置成便于最小化在超声探头内的剪切波。

在另一方面，提供一种用于制造用于超声探头的构造中的陶瓷换能器结构的方法。该方法包括：形成基板层并且形成在基板层上的层，其中该层包括换能器材料和光聚合物。该方法还包括：使得该层的多个选定区域对可编程的光模式(pattern)曝光，以使得该层的选定区域可控制地固化来便于形成多个压电换能器柱。压电换能器柱包括位于基板的X-Y平面上且具有在基板的X-Y-Z平面中的多种形状的多个空间位置。压电换能器柱被配置成便于最小化剪切波且维持在超声探头内的纵波。

在又一方面，提供一种超声探头。探头包括基板和可控制地形成于基板上的多个压电换能器柱。柱形成于基板的X-Y平面上的多个空间位置，且其中多个压电柱包括限定于基板的X-Y-Z平面中的多个形状。多个压电换能器柱被配置成便于最小化剪切波且维持在超声探头内的纵波。探头还包括外接地围绕在基板上的压电换能器柱的填料。电接触件联接到多个压电换能器柱以便于将电能转换为超声能。

附图说明

图1示出了包括多个换能器柱阵列的示例性换能器结构的局部截面视图。

图2为制造用于图1所示结构的换能器柱阵列的示例性方法的流程图。

图3a示出了可用于制造用于图1所示结构的换能器柱的示例性浆液系统。

图3b示出了图3a所示的浆液系统的另一过程视图。

图4示出了可用于制造图1所示结构的换能器柱的示例性光调制系统。

图5a示出了在图4中所示用于制作示例性光模式的光调制系统。

图5b示出了图4所示的光调制系统的另一过程视图。

图5c示出了图4所示的光调制系统的另一过程视图。

图5d示出了图4所示的光调制系统的另一过程视图。

图6示出了图1所示的结构的透视图。

图7示出了用于图6所示结构的示例性换能器柱的侧视图。

图8示出了可用于图6所示的结构的示例性换能器柱的另一侧视图。

图9示出了可用于图6所示结构的换能器柱的示例性阵列的平面图。

图10示出了图9所示的换能器柱阵列的透视图。

图11示出了利用换能器柱阵列制作的示例性探头的局部侧视图。

部件列表

10   结构

12   阵列

14   换能器柱

16   基板

200   方法

18   功能层

202   形成功能层

204   使得多个选定区域曝光

206   使得功能层的选定区域固化

208   移除功能层的未曝光区域