[发明专利]用于高频超声的膜水下听音器及其制造方法

说明书

一种用于分析高频超音波换能器的膜水下听音器具有压电膜，该压电膜具有形成于膜表面上的电极图案。在一个实施例中，电极图案在除水下听音器有效区域以外的，膜的每一面上都是双重的。在一个实施例中，电极是通过用激光脉冲去除膜上的导电层形成的。激光被设置用来从膜的相同面从压电膜上去除导电层，从而精确地对准有效区域中的电极。在一个实施例中，水下听音器的有效区域具有900‑10000平方微米的面积。

相关申请交叉引用

本申请要求2016年2月19日提交的专利号为62/297763的美国临时申请，以及2015年8月18日提交的专利号为62/206808的美国临时申请的权益，其通过引用的方式整体并入。

技术领域

本公开的技术涉及用于测试超音波换能器的水下听音器，尤其是被用于测试高频超音波换能器的水下听音器。

背景技术

超声成像是通过从换能器发送多个声能的短脉冲到感兴趣区域，以及收集包含在相应回声信号中的信息而运行的。第1A图显示一种具有多个单独换能器组件12(未按比例绘制)的简化了的超音波换能器，当不同的电压在该组件间被提供时，该组件振动并产生超声声信号。当该组件接收声能时，该组件也产生电信号。组件12通常被安排在一个一维或者二维数组中，该数组包括一个或多个匹配层14以及固定镜头16。小心选择驱动信号被应用在每一个换能器组件上的振幅和时间，声信号建设性地合并从而在预定位置形成具有聚焦带的波束。随着换能器工作频率的增加，聚焦带(经常是米饭颗粒的形状)的尺寸减小。例如，在15MHz的中心频率，聚焦带的尺寸约为500×300μm。在30MHz，聚焦带的尺寸下降到约为280×150μm。在50MHz，聚焦带的尺寸小于200×100μm。除了超声数组，超声信号也可以由如第1B图所示的单元件换能器17产生。

随着具有超过70MHz上角频率的具有50MHz中心频率的数组系统的引入，超高频诊断超声在过去的十年里，在临床前和临床产业中都有了实质性的进步。有许多可以被探索的新的科学和医学可能性，由于超高频超声的更高分辨率和带宽。但是，新的测试和表征挑战与新的应用和性能一起出现了。如本领域技术人员将理解的，随着换能器在频率上的增加，波长相应地减小，并且多个其他机制，例如声波在水中的非线性传播变得越来越普遍。在科学上以及为了管理医疗和临床前设备的目的，当前需要理解超高频超声在水中的特性。另外，为了利用现代复杂的FEA模型，需要精确地测量处于或者甚至低于数组音高的声场。明显地，需要具有更高频率校准的更小孔径的水下听音器，以确保对谐波的精确测量，以及减小由被相对更大孔径的水下听音器测量时短波长声波引起的空间不确定性。

在超音波换能器能够被食品和药物管理局(FDA)批准在美国用于临床使用，或者能够在欧洲获得用于临床使用的CE标记之前，由换能器产生的声能必须被表征。该表征产生压力强度映射图，以确保聚焦带被很好地限定，并且换能器没有在不被期望的位置产生能量的热点。相似地，该表征确定，所产生的能量并没有那么大以至于其将在待检查的组织里导致空穴，并且功率输出在由多种组织施加的可接受的限度内。良好设立的标准存在以规定注册审批需要的测试协议和结果。然而，由于缺乏适当小的水下听音器孔径尺寸和足够高的频率校准数据，超高频超声越来越多地将这些测试推向以及超过极限。

如第2图所示，大多数换能器测试通过在液体槽40(通常是除气的水，但可以是另一种液体)中操作换能器20而被执行。水下听音器50被放置在超声波束路径中的被计算器控制的平台(未显示)上。当换能器被操作时，该平台被移动从而使得水下听音器去测量聚焦带的位置以及多个位置处的波束强度。来自水下听音器的信号被计算器系统储存以确定换能器如预想地在运行。空间中强度测量的散点图限定了超音波换能器波束的特性。