陣列式超聲換能器的制作方法

專利名稱：陣列式超聲換能器的制作方法
陣列式超聲換能器相關申請的交叉引用本申請是在2005年4月4日提交的第11/109， 986號美國專利申 請的部分繼續申請，該第11/109， 986號美國專利申請要求在2004 年4月20日提交的第60/563, 784號美國臨時申請的權益，同時也要 求在2005年11月2日提交的第60/733， 091號美國臨時申請的權益， 這些申請通過引用全文納入本說明書中。
背景技術：
由壓電材料制成的高頻超聲換能器用于醫療領域中對皮膚和眼睛 中的小組織特征進行析像，并且也用于血管成像應用中。高頻超聲換 能器也用于對小動物或者試驗動物內的結構和流體流動進行成像。最 簡單的超聲成像系統使用一個固定焦距的單元件換能器，該單元件換 能器用機械方法掃描來捕獲二維深度的圖像。然而，線性陣列換能器 更具有吸引力，具有像可變焦距、可變波束控制之類的特點并且允許 使用更先進的構圖算法和增大的幀頻率。雖然線性陣列換能器具有許多優點，但常規的線性陣列換能器制 造需要復雜的工序。而且，在高頻率時，即在20MHz或者大約20MHz 或20MHz以上時，陣列的壓電結構必須比低頻陣列壓電體的壓電結構 更小、更薄、更精密。至少由于這些原因，使用切割鋸以及像叉指式 對接(interdigital pair bonding)之類的最新切割鋸方法產生陣列 的常規切片和填充方法(dice and fill method)在制造高頻線性陣 列換能器時有許多缺點并且不能令人滿意。發明內容在一個方面，本發明的超聲換能器包括一具有第一面、相對的第 二面和在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線的層疊物(stack)。該 層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面。在一個方 面，該層疊物的多個層包括一連接到介電層的壓電層。多個切口槽(kerf slot)被限定在該層疊物中，每一個切口槽在該層疊物中延伸 一預定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預定長度。在 另一方面，介電層限定一在基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第二預定長度的開口。在一個示例方面，每一個切口槽的第一預定 長度至少等長于該介電層所限定的開口的第二預定長度。此外，該第 一預定長度短于在基本平行于該縱軸線的縱向上的、該層疊物的第一 面和相對的第二面之間的縱向距離。


包括在本說明書中并構成本說明書一部分的附解了下述的幾 個方面，并且與描述一起用來解釋本發明的原理。所有的附圖中，相 同的數字代表相同的元件。圖1是本發明的陣列式超聲換能器的實施方案的立體圖，示出了 多個陣列單元，即陣列單元l、 2、 3、 4……N。圖2是圖1中的陣列式超聲換能器的多個陣列單元中的一個陣列 單元的立體圖。圖3是示出了安裝在圖2的陣列單元上的透鏡的立體圖。 圖4是本發明的陣列式超聲換能器的一個實施方案的橫截面圖。 圖5是圖4中所示出的實施方案的分解橫截面圖。 圖6是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣列 式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一匹配層、 壓電層、介電層延伸出去并且進入襯底層的多個第一和第二切口槽。圖7是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣列 式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進入襯底層的多個第一和第二切圖8是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣列 式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進入透鏡和襯底層的多個第一和 第二切口槽。圖9是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣列9式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進入透鏡和襯底層的多個第一和 第二切口槽，其中，在此實施例中，該多個第二切口槽比該多個第一切口槽窄。圖IO是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣 列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一和第二 匹配層、壓電層、介電層延伸出去并且進入透鏡和襯底層的多個第一 切口槽，此外還示出了穿過第一和第二匹配層延伸出去并進入透鏡和 壓電層的多個第二切口槽。圖11是橫切圖1中的陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的該陣 列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了穿過第一和第二 匹配層、壓電層、介電層延伸出去并且進入透鏡和襯底層的多個第一 切口槽，此外還示出了穿過介電層延伸出去并且進入壓電層的多個第二切口槽。圖12A-G示出了用于制造本發明的陣列式超聲換能器的實施方 案的示例性方法。圖13示出了換能器的頻率響應的圖解表示。 圖14示出了換能器的時間響應的圖解表示。圖15是對圖12G的示例性PZT層疊物的圖解分析，該圖以紅色示 出了用于設計的最佳區域。此分析是針對圖12G中所圖解的示例性PZT 層疊物的，并且表示了用于比較一些替代層疊物設計的基線。圖16是具有粘合層的PZT層疊物的替代實施方案的前視橫截面 圖，該粘合層被置于上非極化PZT層和下極化PZT層之間，其中這些 PZT層具有基本相似的聲阻抗。陣列的間距被限定為2x (We) +wkl+wk2，其中Wj也被標為WeUment)是子切割單元的寬度，Wki和Wk2分別是第 一和 第二切口槽的寬度。圖17是對圖16中的第一切口槽寬度wu為8nm且第二切口槽寬 度ww為的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且以紅色示出了用 于設計的優選區域。圖18是對圖16中的第一切口槽寬度w"為8 jim且第二切口槽寬 度ww為5pm的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且以紅色示出了用于i殳計的優選區域。圖19是對圖19中的第一切口槽寬度wu為8nm且第二切口槽寬 度wu為5pm的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了帶寬可如 何受單元的寬度和上非極化PZT層的厚度影響。圖20是對圖16中的第一切口槽寬度WH為8nm且第二切口槽寬 度wu為5Mm的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了對于-6dB 閾值水平處的脈沖響應，脈沖寬度可如何受單元的寬度和上非極化PZT 層的厚度影響。圖21是對圖16中的第一切口槽寬度ww為8jLim且第二切口槽寬 度ww為5pm的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了對于-20dB 閾值水平處的脈沖響應，脈沖寬度可如何受單元的寬度和上非極化PZT 層的厚度影響。圖22是對圖16中的第一切口槽寬度wu為8Mm且第二切口槽寬 度ww為5ji邁的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了中心頻率 可如何受單元的寬度和上非極化PZT層的厚度影響。圖23是對圖16中的第一切口槽寬度wu為8nm且第二切口槽寬 度Wk2為5n血的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了通頻帶中 的波動(ripple )可如何受單元的寬度和上非極化PZT層的厚度影響。圖24是對圖16中的第一切口槽寬度wu為8jLim且第二切口槽寬 度Wk2為5nm的示例性PZT層疊物的圖解分析，并且示出了脈沖旁瓣 抑制可如何受單元的寬度和上非極化PZT層的厚度影響。圖25A-C是本發明的示例性的示意性PZT層疊物的示例性俯視圖、 仰視圖和橫截面圖，俯視圖示出了在PZT層疊物的頂部和底部處的從 覆在上面的(overlying)透鏡向外延伸的接地電氣層的部分；仰視圖 示出了在縱向延伸的邊緣處的位于個體信號電極元件之間的棵露的介 電層部分(如人們可理解的，未在PZT層疊物的中心部分示出的是顯 示個別化信號電極元件的線一_PZT層疊物的每個單元有一個信號電 極)。圖26A是用于圖25A-C的PZT層疊物的內插器(interposer )的 俯視平面圖(top plan view),示出了從鄰近換能器中心開口處向外 延伸的電跡線以及位于內插器的頂部和底部的接地電跡線；示出了置于內插器的表面的一部分上的介電層，該介電層限定了沿著平行于內插器的縱軸線的軸線定位的成列的交錯的凹孔(well)，每一凹孔與 內插器的電跡線連接；此外還示出了焊骨球形隆起(ball bump),該 焊骨球形隆起安裝在介電層內的每一凹孔中，使得當PZT層疊物安裝 在介電層上并且被施加以熱量時，焊料熔化以在個體單元信號電極和 內插器上的個體跡線之間形成所需的電連續性一一凹孔有助于將焊料 保持在該凹孔的范圍以內。圖26B是圖26A中的介電層的交錯凹孔以及位于下面的內插器的 電跡線的局部放大圖，該凹孔被構造來接收焊骨球形隆起。圖27A是安裝在圖26A中的介電層和內插器上的、圖25A中的PZT層疊物的俯視平面圖。圖27B是安裝在圖26A中的介電層和內插器上的、圖25A中的PZT 層疊物的俯視平面圖，該圖將PZT層疊物顯示為透明層以圖解PZT層 疊物和位于下面的內插器之間的安裝關系，安裝在它們之間的焊骨球 形隆起在相應的單元信號電極和內插器上的電跡線之間形成電連接。圖28A是用于將本發明的換能器安裝到其上的示例性電路板的示 意性俯視平面圖，該電路板具有多個形成在其上的板電跡線，每一板 電跡線具有一個適于連接到換能器的電跡線的近端和一個適于連接到 連接器的遠端，該連接器例如是通過其傳遞信號的電纜。圖28B是用于安裝具有75微米的間距的示例性256單元陣列的示 例性電路板的俯視平面圖。圖28C是圖28B中的電路板的通孔的俯視平面圖，這些通孔與電 路板的位于下面的接地層相通。圖29是示例性電路板的一部分的俯視平面圖，該圖在區域A中示 出了換能器的接地電極層，該接地電極層被引線接合(wire bond)到 內插器上的電跡線，該電跡線又被引線接合到電路板的接地焊盤；此 外還在區域B中示出了換能器的個體電跡線，這些電跡線被引線接合 到電路板的個體板電跡線。圖30A是圖29中的區域A的局部放大橫截面圖，該圖示出了定位 在焊骨球形隆起周圍且在PZT層疊物和內插器之間的介電層。圖30B是圖29中的區域B的局部放大橫截面圖，該圖示出了在PZT層疊物和內插器之間的介電層。圖31A和31B是安裝到電路板的一部分上的示例性換能器的局部 橫截面圖。圖32是安裝到電路板的一部分上的示例性換能器的區域B的局部 放大圖。圖33是不包括內插器的換能器的局部放大橫截面圖，該圖示出了 安裝在位于下面的電路板上的焊骨球形隆起，每一球形隆起被安裝到 電路板的一個板電跡線上；示出了PZT層疊物，該PZT層疊物被安裝 在球形隆起上，使得PZT層疊物的相應單元信號電極經由相應的球形 隆起與電路板的、與之相應的板電跡線處于電連續狀態。圖34A是圖33的局部放大橫截面圖，該圖示出了沒有內插器的換 能器的接地電極層，該接地電極層被引線接合到電路板的接地焊盤。圖34B是圖33的局部放大橫截面圖，該圖示出了布置在電路板的 電跡線和PZT層疊物的單元信號電極之間并且與它們電連接的球形隆 起。圖35是一個其內限定了多個開口的示例性內插器的俯視(top elevational )示意圖，并且示出了在內插器的周邊邊緣的多個部分上 的對準裝置。圖36是PZT層疊物的俯視示意圖，該圖示出了多個槽，這些槽穿 過接地電極層延伸出去并且延伸到位于下面的PZT層疊物中一預定距 離并且被填充以導電材料。圖37是圖36中的PZT層疊物的俯視示意圖，該圖示出了至少一 個安裝在PZT層疊物的頂面的一部分上的匹配層。圖38是連接到圖35中的內插器并且位于該內插器下面的、圖37 中的PZT層疊物的仰視(bottom elevation)示意圖，該圖示出了至 少一個連接到內插器的匹配層，并且示出了圖37中的PZT層疊物在被 磨至所需厚度之后的底面，該底面露出了與接地電極層電連接的接地 總線的遠端。圖39是在介電層被構圖于圖38中的PZT層疊物的底面的多個部 分上之后圖38中的PZT層疊物的仰視示意圖，其中介電層不與接地總 線的棵露遠端接觸。圖40是在信號電極層被構圖于介電層和圖39中的PZT層疊物的 底面的多個部分上之后該PZT層疊物的仰視示意圖。圖41是在屏蔽電極被構圖于環繞內插器中的開口的內插器部分 上之后圖40中的PZT層疊物的俯視示意圖，此實施例中的屏蔽電極連 接到棵露在內插器開口內的匹配層。圖42是在圖41中的PZT層疊物已經被切割成個體超聲換能器陣 列之后該層疊物的仰視示意圖，該圖示出了接地總線的棵露端和在PZT層疊物的底面上的信號電極層的電跡線。圖43是圖42中的PZT層疊物的仰視示意圖，該圖示出了示例性 引線接合引線，該引線將接地總線連接到電路的地并且將信號電極層 的電跡線的接合焊盤連接到電路的信號線；并且示出了襯底，該襯底 覆蓋電跡線的、連接到被限定在PZT層疊物中的陣列單元并且位于該 陣列單元下面的部分。圖44是去除了內插器和屏蔽電極并且在圖43中的PZT層疊物內 形成第一和第二切口槽之后，該圖43中的PZT層疊物內的多個陣列單 元中的一個陣列單元的示意性立體截面圖。圖45是去除了屏蔽電極并且在圖43中的PZT層疊物內形成第一 和第二切口槽之后，該圖43中的PZT層疊物內的多個陣列單元中的一個陣列單元的示意性立體截面圖。圖46是在圖43中的PZT層疊物內形成第一和第二切口槽之后， 該圖43中的PZT層疊物內的多個陣列單元中的一個陣列單元的示意性 立體截面圖。圖47是具有安裝在內插器的開口內并且與屏蔽電極接觸的透鏡 的圖46中的PZT層疊物內的多個陣列單元中的一個陣列單元的示意性 立體圖。圖48是具有貼附到圖47中的PZT層疊物的附加襯底層的該PZT 層疊物內的多個陣列單元中的一個陣列單元的示意性立體圖。圖49是相對于柔性電路安裝并且與該柔性電路電連接的換能器的示意性橫截面圖。
具體實施方式
本說明書全文所使用的范圍可以被表述為從"大約" 一特定值和/ 或到"大約"另一特定值。當表述這樣的范圍時，另一實施方案包括 從該特定值和/或到其它特定值。同樣地，當通過使用先行的"大約" 以近似值表示數值時，應該理解的是，該特定值形成另一實施方案。 還應該理解的是，每一個范圍的兩端點在相關于另一端點和獨立于另 一端點時都是重要的。也應該理解的是，在本說明書中公開了多個數 值，每個數值除公開了該數值本身之外，在本說明書中還公開了 "大約"該特定數值。例如，如果公開了數值"30"，則也公開了 "大約 30"。也應該理解的是，如本領域普通技術人員所能夠恰當理解的， 當公開了一個數值時，也公開了 "小于或等于"該數值、"大于或等 于該數值"和在兩數值之間的可能范圍。例如，如果公開了數值"30"， 則也公開了 "小于或等于30"和"大于或等于30"。也應該理解的是，在整個本申請中，數據以多種不同形式提供， 并且該數據代表端點和起始點以及這些數據點任意組合的范圍。例如， 如果公開了特定數據點"30"和特定數據點"100"，應該理解，認為 公開了大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于"30"和"100" 以及"30"和"100"之間。"可選的"或"可選地"表示隨后描述的事件或情況能夠或者不 能夠發生，而且該描述包括該事件或情況發生的例子和該事件或情況 不發生的例子。本發明在以下的示例性實施方案中會被更詳細地描述，由于其中 的許多改型和變體對本領域普通技術人員來說將會是明顯的，所以該 示例性實施方案僅僅旨在說明。本說明書中所使用的"一"、"一個" 或"該"根據其被使用的上下文可以表示一個或多個。參照圖1-11，在本發明的一個方面，超聲換能器包括具有第一 面102、相對的第二面104和在這二者之間延伸的縱軸線Ls的層疊物 100。該層疊物包括多個層，每一層具有頂面128和相對的底面130。 在一個方面，該層疊物的多個層包括壓電層106和介電層108。在一 個方面，該介電層連接到該壓電層上并位于該壓電層下面。該層疊物的多個層可進一步包括接地電極層110、信號電極層 112、襯底層114以及至少一匹配層。被切割的附加層可以包括，但不15限于，臨時保護層(未示出)、聲透鏡302、光致抗蝕劑層(未示出)、 導電環氧樹脂(未示出)、粘合劑層(未示出)、聚合物層(未示出)、 金屬層(未示出)等。壓電層106可以由各種各樣的材料制成。形成該壓電層的材料可 以選自例如，但不是限于，由陶瓷、單晶體、聚合物和共聚物材料、 具有0-3型和/或2-2型和/或3-1型連通性(connectivity)的陶瓷-聚合物復合物和陶瓷-陶瓷復合物等組成的組。在一個實施例中， 該壓電層包括鈦酸鋯酸鉛(PZT)陶資。介電層108能夠限定該壓電層的工作區域。通過常規薄膜技 術一_包括但不限于旋涂或浸涂技術，至少一部分該介電層能夠直接 沉積到至少一部分該壓電層上。或者，可以通過照相平版印刷法 (photolithography)對介電層構圖以棵露壓電層的一區域。如所示例性示出的，該介電層可以被施用到該壓電層的底面上。 在一個方面，該介電層不覆蓋該壓電層的整個底面。在一個方面，該 介電層限定一開口或間隙，該開口或間隙在基本平行于該層疊物的縱 軸線的方向上延伸第二預定長度L2。在介電層中的開口優選與壓電層 的底面的中心區域對準。該開口限定該陣列的高度尺寸(elevation dimension)。在一個方面，該陣列的每一個單元120具有相同的高度 尺寸，并且該開口的寬度在專供形成有切口槽的該裝置的工作區域之 用的壓電層區域內是不變的。在一個方面，介電層中的開口的長度能夠以預定的方式在基本垂直于該層疊物的縱軸線的軸線上變化，從而 引起陣列單元在高度尺寸上的變化。介電層和壓電層的相對厚度以及介電層和壓電層的相對介電常數 限定了所施加電壓在該兩層分配的程度。在一個實施例中，電壓可以 被拆分為90%施加在介電層，10%施加在壓電層。可以預期的是，介 電層和壓電層上的分壓比率是可變的。在其下面沒有介電層的壓電層 部分，所施加的電壓全部量都施加在壓電層上。這一部分限定了該陣 列的工作區域。在這一方面，介電層使得可以使用比工作區域寬的壓電層，并且 使得切口槽(下文中描述)能以使得該陣列單元(下文中描述)和陣 列子單元(下文中描述)被限定在工作區域內但在頂面上保持公共接地(common ground )的方式在該工作區域內被制造并且延伸到該區域 之外。多個第一切口槽118被限定在該層疊物內。每個第一切口槽都在 該層疊物內延伸一預定深度并在基本平行于該層疊物縱軸線的方向上 延伸第一預定長度L1。可以理解的是，第一切口槽的"預定深度"可 以構成一預定深度曲線，該曲線是沿該第一切口槽的相應長度的位置 的函數。每一個第一切口槽的第一預定長度至少等長于由介電層限定 的該開口的第二預定長度，并且短于在基本平行于層疊物的縱軸線的 縱向上的、該層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離。在一 個方面，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元120，即陣列單元1、 2、 3、 4……N。該超聲換能器還可包括多個第二切口槽122。在這一方面，每個 第二切口槽都在該層疊物內延伸一預定深度并在基本平行于該層疊物 的縱軸線的方向上延伸第三預定長度L3。如上文所指出的那樣，該第 二切口槽的"預定深度"可以構成一預定深度曲線，該曲線是沿該第 二切口槽的相應長度的位置的函數。每個第二切口槽的長度至少等長 于由介電層限定的該開口的第二預定長度，并且短于在基本平行于層 疊物的縱軸線的縱向上的、該層疊物的第一面和相對的第二面之間的 縱向距離。在一個方面，每一個第二切口槽定位得鄰近至少一個第一 切口槽。在一個方面，多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元，多個 第二切口槽限定多個超聲陣列子單元124。例如，對于無任何第二切口槽的本發明的陣列，每個陣列單元具有一個陣列子單元；對于在兩 個相應的第一切口槽之間帶有一個第二切口槽的本發明的陣列，每個 陣列單元具有兩個陣列子單元。本領域普通技術人員可以理解的是，由于第一切口槽和第二切口 槽均不延伸到層疊物的相應的第一面和第二面中任意一個，也就是說， 切口槽具有居中長度，所以所形成的陣列單元由靠近層疊物的相應第一面和第二面的、層疊物的鄰接部分支撐。本發明的層疊物的壓電層能夠在被認為相對于現有臨床成像頻率 標準為高的頻率下諧振。在一個方面，該壓電層在大約30MHz的中心 頻率下諧振。在另一方面，該壓電層在大約10 - 200MHz的中心頻率下諧振，優選在大約20—150MHz的中心頻率下諧振，更優選在大約25 -100MHz的中心頻率下諧振。在一個方面，多個超聲陣列子單元中的每一個的寬度與高度之寬 高比都大約為0. 2-1. 0，優選大約為0. 3-0. 8，更優選大約為0. 4-0. 7。 在一個方面，對于壓電單元的橫截面，使用小于大約0.6的寬度與高 度之寬高比。這一寬高比和由其所得到的幾何結構將陣列單元的橫向 諧振模式(resonance mode)和與用來產生聲能的厚度諧振模式分開。 如本領域普通技術人員所理解的，可以考慮將類似的橫截面設計用于 其它類型的陣列。如上所述，制造多個第一切口槽來限定多個陣列單元。在一個每 個陣列單元具有兩個子切割單元的64單元陣列的非限制性實施例中， 加工129個相應的第一和第二切口槽來產生128個壓電子單元，該128 個壓電子單元組成該陣列的64個單元。可以預期的是，對于更大的陣 列，這一數字是可以增加的。對于沒有進行子切割的陣列，帶有64個 和256個陣列單元的陣列結構可以分別4吏用65個和257個第一切口 槽。在一個方面，該第一和/或第二切口槽可以填充空氣。在另一個可 選的方面，該第一和/或第二切口槽還可填充液體或例如聚合物之類的 固體。通過"子切割"方法使用多個第一和第二切口槽形成子單元是這 樣一種技術，即將兩相鄰子單元電短接在一起，使得該對被短接的子 單元起該陣列一個單元的作用。對于給定的單元間距，子切割可為提 高單元寬度與高度之寬高比創造條件，使得在單元內的不需要的橫向 諧振被轉移到在該設備的期望工作帶寬之外的頻率，其中所述單元間 距為第 一切口槽所產生的陣列單元的中心到中心的間隔。在低頻率，可以使用精密的切割刀片子切割陣列單元。在高頻率， 由于陣列單元尺寸減小，子切割變得更加困難。對于大于約20MHz的高頻陣列設計，子切割理念——在以更大單元間距為代價的情況 下一一能夠降低典型陣列單元的電阻抗，并增加陣列單元的信號強度 和敏感性。陣列的間距可以相對于在設備的中心頻率下聲音在水中的 波長來描述。例如，當涉及具有30MHz的中心頻率的換能器時，50微 米的波長是能夠使用的有用波長。考慮到這一點，對于大多數應用，單元間距大約為0. 5入-2. 0入的線性陣列是可接受的。在一個方面，本發明的層疊物的壓電層的間距大約為7. 5-300微 米，優選大約為10 - 150微米，更優選大約為15 - 100微米。在一個 實施例中，旨不在進行限制，對于30MHz的陣列設計，對應于1.5入 所得到的間距是大約74微米。在另一方面，旨不在進行限制，對于具有大約60微米厚的壓電層 的層疊物，具有大約8微米寬、間隔為74微米的第一切口槽并帶有鄰 近至少一個第一切口槽定位、也具有大約8微米的切口寬度的第二切 口槽，導致具有合乎需求的寬度與高度之寬高比的陣列子單元和間距 為大約1.5入的64單元陣列。如果沒有使用子切割并且所有相應的切 口槽都是第一切口槽，那么該陣列結構可以被構造和布置為形成128 個單元的間距為0. 75入的陣列。在高頻率，當陣列單元的寬度和切口槽的寬度按比例縮小到i-io 個微米的數量級時，最好在陣列的制造中加工窄的切口槽。本領域的 普通技術人員可以理解的是，使切口槽變窄能夠將陣列的間距降至最 小，使得在該陣列裝置正常工作的過程中能量柵瓣效應能夠最小化。 另外，通過使切口槽變窄，對于給定的陣列間距通過除去盡可能少的 壓電層，單元強度和敏感性被最大化。使用激光加工，該壓電層可以 以精細的間距被構圖并保持機械完整性。可以使用激光微加工將該多個第一和/或第二切口槽延伸到層疊 物中到其各自的預定深度。激光微加工提供了一種延伸或"切割"該切口槽的非接觸方法。可用來"切割"切口槽的激光器包括，例如， 可見光波長激光器和紫外線波長激光器以及脈沖長度為100ns - lf s 的激光器等。在所公開的發明的一個方面，通過使用在UV范圍內的較 短波長激光器和/或脈沖長度為皮秒-飛秒的激光器最小化熱影響區 域(HAZ)。激光微加工能夠在盡可能短的時間內將大量能量控制在盡可能小 的體積內局部燒蝕材料表面。如果入射光子的吸收在足夠短的時段內 發生，則沒有時間發生熱傳導。 一個干凈的燒蝕槽被生成，同時只有 很少的殘余能量，這能夠防止局部熔化并使熱損害最小化。最好選擇 使在汽化區域內所消耗的能量最大化同時使對周圍壓電層的損害最小19化的激光條件。為了最小化HAZ，可以最大化所吸收的激光脈沖的能量密度并防 止能量在材料內通過熱傳導機制耗散。兩種可以使用的示例性類型的 激光器為紫外線(UV)激光器和飛秒(fs)激光器。UV激光器在陶瓷中具有非常淺的吸收深度，因此能量被包含在淺層的體積內。fs激光器 具有非常短的時間脈沖(約10-15s)，因此能量的吸收在這個時間 范圍內發生。在一個實施例中，不需要在激光切割之后對壓電層進行 任何再極化。UV激基激光器適于制造用于生產像噴嘴、光學裝置、傳感器等之 類的微型光-電-機系統(MOEMS)單元的復雜微型結構。由于在幾個紫 外線波長有短脈沖形式的高峰值功率輸出，激基激光器以低熱損害和 高解析度對材料進行處理。通常，如本領域普通技術人員所理解的，對于給定的激光微加工系統，燒蝕深度主要取決于每一脈沖的能量和脈沖的數量。對于給定 的激光能量密度(Huence)， 一直到一深度燒蝕速率可以是幾乎不變 的并且是完全獨立的，超過該深度則該燒蝕速率快速降低并飽和(saturate)為零。通過控制入射到壓電層疊物上的每一位置的脈沖 數量，可以得到最高達給定激光能量密度所對應的飽和深度的、作為 位置的函數的預定切口深度。該飽和深度可被認為是等離子體羽流(在 燒蝕過程中產生的)和激光溝槽的壁兩者吸收激光能量所造成的。在 羽流中的等離子體當被限制在更深溝槽的壁內時會更密集，更能吸收； 此外，羽流擴展可能要用更長的時間。在高能量密度下，激光脈沖開 始和羽流衰減開始之間的時間通常是幾納秒。對于脈沖長度為10納秒 量級的激光器，這意味著激光束的后部會與羽流相互作用。使用皮秒-飛秒激光器能夠避免激光束與羽流相互作用。在一個方面，用來將第一或第二切口槽延伸到壓電層里或者延伸 穿過壓電層的激光器是例如像KrF激基激光器系統(例如，具有大約 248mn的波長)之類的短波長激光器。可以使用的短波長激光器的另 一個例子是氬氟化物激光器(argon fluoride laser)(例如，具有 大約193nm的波長)。在另一方面，用于切割該壓電層的激光器是短 脈沖長度激光器。例如，可以使用被改進為發射ps到fs量級的短脈沖長度的激光器。可以使用能量密度范圍為大約0-20J/cm2 (對于PZT陶乾，優選 為大約0. 5-10. 0 J/cm2 )的KrF激基激光器系統(具有波長為大約248nm 的UV光)來激光切割大約1- 30ym寬(更優選為5 - 10jum寬)、穿 過壓電層大約1 - 200ijm厚(優選10- 150jam厚)的切口槽。壓電層 的實際厚度多數常常基于一個從V4入到^入的厚度，而該厚度又基于 材料的聲音速度以及該陣列換能器的預期中心頻率在7A和^入之 間變化。如本領域普通技術人員所清楚的，襯底層和匹配層的選擇以 及它們各自的聲阻抗值決定該壓電層的最終厚度。也如本領域普通技 術人員所清楚的，目標厚度可以基于該陣列每個子單元具體的寬度與高度之寬高比進一步精調整。切口的寬度越寬并且激光能量密度越高， 激基激光器能夠切得越深。每單位區域的激光脈沖數目還可為進行精 確的深度控制創造條件。在另一方面， 一個能量密度較低的激光脈沖， 即能量密度小于大約1J/cmLl(U/ci^的激光脈沖，可用來激光燒蝕穿 過基于聚合物的材料(polymer based material)和穿過薄金屬層。如上文所指出的那樣，該多個層可進一步包括信號電極層112和 接地電極層110。可以通過應用覆蓋介電層和壓電層暴露區域的鍍金 屬層(未示出)來限定電極。如本領域普通技術人員可理解的，該電 極層可以包括任何金屬化表面。能夠使用的電極材料的一個非限制性 實例是鎳(Ni)。不氧化的具有較低阻抗(在1 - 100MHz下)的金屬 化層能夠通過例如像噴鍍(蒸鍍、電鍍等)之類的薄膜沉積技術而被 沉積。鉻/金組合物(分別為300/3000埃)是這種較低阻抗的金屬化層的實例，但是更薄和更厚的層也能使用。鉻用作金的界面粘合層。 如本領域普通技術人員所清楚的，可以預期的是，可以使用在半導體 和微制造領域眾所周知的其它常規界面粘合層。信號電極層的至少一部分頂面連接到壓電層的至少一部分底面， 信號電極層的至少一部分頂面連接到介電層的至少一部分底面。在一 個方面，如本說明書中所描述的，信號電極比介電層所限定的開口寬， 并且覆蓋位于導電材料404之上的區域內的介電層的邊緣，該導電材 料404用于將該層疊物表面安裝到內插器上。在一個方面，所沉積的信號電極圖案為覆蓋壓電層底面的整個表面的圖案或者為橫跨介電層所限定的開口延伸的適合區域的預定圖 案。該信號電極的初始長度可以比其最終長度長。該信號電極可以被 修整(或蝕刻)成更復雜的圖案，該更復雜的圖案導致更短的長度。可以使用激光(或者其它例如像反應離子蝕刻(RIE)之類的材料 去除技術)去除所沉積的電極的一些以形成最終的復雜的信號電極圖 案。在一個方面，通過噴鍍(分別為300/3000的鉻/金-但是更厚和 更薄的層是可預期的)來沉積比介電間隙長的、簡單矩形形狀的信號 電極。然后借助于激光對信號電極進行構圖。蔭軍(shadow mask)和標準"濕式清洗臺(wet bench)"照相 平版印刷法也可以用于直接形成相同或相似的、具有更復雜細部的信 號電極圖案。在另一方面，接地電極層的至少一部分底面連接到壓電層的至少 一部分頂面。接地電極層的至少一部分頂面連接到第一匹配層116的 至少一部分底面。在一個方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物 縱軸線的縱向上至少等長于介電層所限定的開口的第二預定長度。在 另一方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上至少 等長于每個第一切口槽的第一預定長度。在還一方面，該接地電極層 連接式地基本覆蓋壓電層的整個頂面。在一個方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向 上至少等長于每個第一切口槽的第一預定長度(如上所述)以及每個 第二切口槽的第三預定長度。在一個方面，接地電極的一部分一般保 持棵露，以便于將信號地從接地電極連接到在內插器402 (下文有描述) 上的信號地跡線(signal ground trace)上。在一個實施例中，雖然信號電極和接地電極兩者都可以通過物理 沉積技術(蒸鍍或噴鍍)來鍍敷，但是也可以使用例如像電鍍之類的 其它方法。在一個優選的方面，使用像噴鍍之類的敷形涂覆技術在介 電層邊緣附近的區域獲得良好的階梯覆蓋。如上文所指出的，在沒有介電層的區域，施加到信號電極和接地 電極的電信號的全部電壓存在于壓電層上。在有介電層的區域，電信 號的全部電壓分布在介電層的厚度以及壓電層的厚度上。在一方面， 介電層上的電壓和壓電層上的電壓的比值，與介電層的厚度和壓電層22的厚度的比值成正比，與介電層的介電常數和壓電層的介電常數的比 值成反比。該層疊物的多個層可以進一步包括至少一個具有頂面和相對的底 面的匹配層。在一方面，該多個層包括兩個這樣的匹配層。第一匹配層116的至少一部分底面可被連接到該壓電層的至少一部分頂面上。 如果使用了第二匹配層126，則該第二匹配層的至少一部分底面連接 到該第一匹配層的至少一部分頂面上。該匹配層在基本平行于該層疊 物縱軸線的縱向上可以至少等長于由介電層所限定的開口的第二預定 長度。該匹配層具有預定的聲阻抗和目標厚度。例如，混有環氧樹脂的 粉末(體積％ )可以用來產生預定的聲阻抗。可以將該匹配層施用到 壓電層的頂面上，使其固化并將其研磨到適當的目標厚度。本領域普通技術人員能理解的是，該匹配層能夠具有通常等于大 約或大約等于在該裝置的中心頻率下在該匹配層材料本身內部聲音的波長的74的厚度。該匹配層的具體厚度范圍取決于該裝置的層的實際 選擇、它們的具體材料特性以及預期的中心頻率。在一個實例中，不旨在進行限制，對于基于聚合物的匹配層材料，在30MHz下，這導致約 15-25nm的優選厚度值。在一方面，該匹配層可以包括以30%的體積與301-2 Epotek環 氧樹脂混合的PZT，該以30%的體積與301-2 Epotek環氧樹脂混合的 PZT具有大約8兆雷(Mrayl)的聲阻抗。在一方面，該聲阻抗可以在 大約8-9兆雷，在另一方面，該聲阻抗可以在大約3-10兆雷，在又 一方面，該阻抗可以在大約1-33兆雷。如本領域普通技術人員已知的， 制備摻有粉末的環氧樹脂并且隨后將該材料固化到壓電層的頂面上， 使得在該層內基本上沒有氣穴。該環氧樹脂可以在初始時就被脫氣， 混入粉末后對該混合物進行第二次脫氣。該混合物可以在高于室溫的 設定點溫度(20-200"C )——其中用于301-2環氧樹脂的為801C — — 被施用到壓電層的表面上。該環氧樹脂通常在2小時內固化。在一個 方面，不旨在進行限制，在301-2環氧樹脂中有30%體積的PZT，該 第一匹配層的厚度是大約74波長并為大約20jim厚。該層疊物的該多個層可以進一步包括具有頂面和相對的底面的襯底層114。在一方面，該襯底層基本上充滿由介電層所限定的開口。 在另一方面，該襯底層的至少一部分頂面連接到該介電層的至少一部 分底面上。在又一方面，介電層的基本上整個底面都連接到該襯底層 的至少一部分頂面上。在還一方面，該襯底層的至少一部分頂面連接 到該壓電層的至少一部分底面上。如本領域普通技術人員可理解的，該匹配層和襯底層可以選自聲 阻抗在空氣和/或水的聲阻抗以及該壓電層的聲阻抗之間的材料。此 外，如本領域普通技術人員可理解的，環氧樹脂或聚合物可以與各種 組成和比例的金屬和/或陶瓷粉末混合，以產生具有可變聲阻抗和聲衰 減的材料。所有這樣的材料的組合在該公開文本中是可預期的。選擇 變化范圍為從l-6個不連續層(discrete layer)到一個漸變層的匹 配層以及變化范圍為從0-5個不連續層到一個漸變層的襯底層能使 得用于特定中心頻率的壓電層的厚度變化。在一方面，對于帶有兩匹配層和一襯底層的30MHz的壓電陣列換 能器，該壓電層的厚度是在大約50pm-60Mm之間。在另一非限制性 實施例中，該厚度可以在大約40Mm-75pm之間變化。對于中心頻率 在25 - 50MHz的換能器以及對于不同數量的匹配層和襯底層，可以基 于對所使用的材料的認識，相應地調節該壓電層的厚度，并且換能器 設計領域的普通技術人員能夠確定合適的尺寸。可以使用激光器改變該壓電層的一個(或兩個)面。 一個這樣的 改變可以是在施用匹配層和襯底層之前產生彎曲的陶瓷表面。這是施 用于二維上的激光切割的可變深度控制方法的延伸。使在兩維上去除 材料的表面彎曲后，可以沉積金屬化層(未示出)。壓電層的再極化 也可以用來重新排列壓電層材料的電偶極子。在一方面，透鏡302可以以與為該層疊物最上層的層的頂面基本 疊置對準的方式(in substantial overlying registration with) 被定位。該透鏡可以用于聚焦聲能。該透鏡可以由如本領域普通技術 人員所知的聚合材料制成。例如，具有三個平坦側面和一個曲面的預 成型或預加工的Rexolite片可以用作透鏡。曲率半徑(R)由聲透鏡 的預期焦距確定。例如，但不旨在進行限制，該透鏡可以用計算機數 控設備、激光加工、模塑等方法常規加工。在一方面，該曲率半徑足夠大，使得彎曲寬度(wc)至少與介電層所限定的開口等寬。在一個優選的方面，該透鏡的最小厚度基本上疊加在介電層所限 定的開口或間隙的中心之上。此外，該彎曲寬度大于該介電層所限定 的開口或間隙。在一方面，該透鏡的長度可以寬于切口槽的長度，使得 一旦該透鏡被安裝到換能器裝置的頂上，所有的切口槽都得到保護和密封。在一方面，該透鏡的平坦面可以涂覆有粘合劑層，以將該透鏡粘 結到該層疊物上。在一個實施例中，該粘合劑層可以是用來將透鏡粘結到該層疊物上的SU-8光致抗蝕劑層。可以理解的是，如果施用到透鏡底面的粘合劑層的厚度在厚度上具有適合的波長(例如厚度為74波長)，則所施用的粘合劑層也可以作為第二匹配層126。所示例的 SU-8層的厚度可以通過普通的薄膜沉積技術(例如旋涂之類)控制。 當涂覆溫度升高到大約60-85lC時，SU-8薄膜變得具有粘性(有 粘著力)。在高于851C的溫度下，SU-8層的表面拓樸開始變化。因 此，在一個優選的方面，這一過程在801C的設定點溫度實施。由于SU -8層已是固態形式，并且升高的溫度只會使得該層變得具有粘性， 因而一旦該層被連接到該層疊物上，所施用的SU-8就不會沿該陣列 的切口向下流動。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間隙和機械 隔離。為了避免在SU-8層和第一匹配層之間混入空氣，這一粘結過程 在局部真空內進行是優選的。在粘結發生、使該試件冷卻到室溫之后， 可將該SU-8層暴露在紫外線下(穿過該Rexolite層)來使SU-8 交聯，以使該層更堅固，并提高粘附性。在將透鏡安裝到該層疊物上之前，該SU-8層和該透鏡可以被激 光切割，這樣能有效地使陣列切口 (第一和/或第二陣列切口槽)，并 且在一方面使子切割的或第二切口，延伸通過兩個匹配層(如果使用 了兩個匹配層的話)并進入透鏡。如果該SU-8和透鏡被激光切割， 可以使用取放機器(或者按一定尺寸制作并加工為與粘結在一起的實 際部件的具體尺寸和形狀相應的調準夾具)在該層疊物的頂層的最上 表面上在X和Y方向上對準透鏡。可以使用大約1-5J/cn^的激光能 量密度來激光切割該SU - 8和透鏡。至少一個第一切口槽能夠延伸通過或者進入至少一層以達到其在 該層疊物內的預定深度/深度曲線。層疊物的一些層或者所有層能夠基 本同時被切穿或者切入。因此，可以選擇性地基本同時切穿多個層。 而且，如本領域普通技術人員所清楚的，可以選擇性地同時切穿幾個 層，而在隨后的時間選擇性地切穿其它層。在一方面，至少一個第一 和/或第二切口槽的至少 一部分延伸到 一預定深度，該預定深度是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的至少60%，并且至少一個第一和/或 第二切口槽的至少 一部分能延伸到 一預定深度，該預定深度是從壓電 層頂面到壓電層底面的距離的100%。至少一個第一切口槽的至少一部分能夠延伸到該介電層內到一預 定深度，且一個第一切口槽的至少一部分還能夠延伸到襯底層內到一 預定深度。如本領域普通技術人員所清楚的，進入襯底層中的預定深 度可以在O微米到等于或大于壓電層本身厚度的深度之間變化。通過 襯底層的激光微加工能提供在鄰近單元之間的隔離方面的顯著改進。 在一方面， 一個第一切口槽的至少一部分延伸通過至少一層并延伸到 襯底層內到一預定深度。如本說明書中所描述的，該進入襯底層中的預定深度可以變化。在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上，至少一 個第一切口槽的至少一部分的預定深度與同一相應切口槽的另一部分的預定深度相比，或者與另一切口槽的至少一部分的預定深度相比， 可以不同。在另一方面，至少一個第一切口槽的預定深度可以深于至 少一個其它切口槽的預定深度。如上文所述，如上文對于第一切口槽所描述的，至少一個第二切 口槽能夠延伸通過至少一層以達到其在層疊物中的預定深度。如上文 對于第一切口槽所描述的，該第二切口槽能夠延伸到所述層疊物的至 少一層里或者延伸通過所述層疊物的至少一層。如果層疊物的各層是 獨立切割的，則在層疊物的給定層內的每一個切口槽，無論是第一切 口槽還是第二切口槽，都能夠基本疊置對準相鄰層中的對應槽。在一優選方法中，在該層疊物被安裝到內插器上并且襯底層被施 用之后，將該切口槽激光切割進入壓電層內。該超聲換能器可進一步包括具有頂面和相對的底面的內插器402。 在一方面，該內插器限定在基本平行于該層疊物的縱軸線Ls的方向上延伸第四預定長度L4的第二開口。該第二開口便于將襯底層簡單施用 至該壓電層疊物的底面上。多個電跡線(electrical trace) 406可以以預定圖案被定位在 該內插器的頂面上，并且信號電極層112也能夠限定一電極圖案。該 層疊物——包括帶有限定電極圖案的信號電極112——可以以與該內 插器402基本疊置對準的方式安裝，使得由信號電極層所限定的電極 圖案與定位在該內插器頂面上的電跡線的預定圖案電性連接。該內插 器也可以用作引到該陣列的各個單元的電引線(electrical lead)的 再分配層。該陣列的接地電極110能夠連接到在內插器上的專供接地 連接之用的跡線。如果使用透鏡，這些連接可以在連附透鏡之前進行。 然而，如果透鏡材料的區域小得足以使得接地電極的一部分仍然棵露 出，則該連接可以在透鏡被連附之后進行。有許多本領域普通技術人 員所公知的導電環氧樹脂和涂料可以被用于進行這些連接。如本領域 普通技術人員所清楚的，引線接合(wirebonding)也可以被用于進行 這些連接。例如，引線接合可以用來進行從內插器到柔性電路的連接 以及用來進行從該層疊物到該內插器的連接。因此，可以預期的是， 可以使用本領域中已知的方法，例如，并不旨在進行限制，通過使用 包括但不限于焊料的導電表面安裝材料或通過使用引線接合，來進行 表面安裝。襯底材料114可以如本文中所述來制造。在一個非限制性實施例 中，該襯底材料可以由能被用來產生預定聲阻抗的混有環氧樹脂的粉 末(體積％ )制成。以30 %與301-2 Epotek環氧樹脂混合的PZT具 有8兆雷的聲阻抗，并且不導電。當使用基于環氧樹脂的襯底時，在 內插器所限定的第二開口內發生一些就地固化的情況下，使用粘結到 層疊物的頂面上的剛性板能夠幫助最小化該層疊物的翹曲。基于環氧 樹脂的村底層可以由其它粉末例如鎢、氧化鋁等組成。可以理解的是， 可以預期其它常規襯底材料，例如，不旨在進行限制，銀膠(silverepoxy)等。為了減少需要就地固化的材料的量，襯底層可以在其固化之后被 預制和切割成合適的尺寸，使得其適合通過該內插器所限定的開口。 該預制襯底的頂面可以涂敷一層新的襯底材料(或者其它粘合劑)并且被定位在該內插器所限定的第二開口內。通過減少就地固化的材料 的量，可以減少在層疊物內產生的殘余應力量，并且能夠保持該壓電 體的表面基本平整或平坦。在襯底層的粘結完成之后可以拆掉該剛性 板。本發明的陣列可以具有如本領域普通技術人員所清楚的任何形式，包括線性陣列、稀疏線性陣列、1.5維陣列等。制造超聲陣列的示例方法本說明書提供了 一種制造超聲陣列的方法，該方法包括用激光切 割壓電層106，其中所述壓電層在高超聲發送頻率下諧振。本說明書 還提供了 一種包括用激光切割壓電層的制造超聲陣列的方法，其中該 壓電層在大約30MHz的超聲發送中心頻率下諧振。本說明書還提供了 一種包括用激光切割壓電層的制造超聲陣列的方法，其中所述壓電層 在大約10 - 200MHz、優選在大約20 - 150MHz、更優選在大約25-lOOMHz的超聲發送頻率下諧振。本說明書還提供了一種通過用激光切割壓電層使得熱影響區域最 小化來制造超聲陣列的方法。也論述了 一種包括用激光切割壓電層使 得不需要再極化(在激光微加工之后)的制造超聲陣列的方法。本說明書提供了 一種方法，其中可以在一個或者一 系列連續步驟 中實現所有功能層的"切割"。本說明書還提供了一種制造超聲陣列 的方法，該方法包括用激光切割壓電層使得該壓電層在高超聲發送頻 率下諧振。在一個實施例中，激光切割除壓電層以外的附加層。在另 一個實施例中，該壓電層和附加層基本在同一時間或者基本同時被切 割。所切割的附加層可以包括，但不限于，臨時保護層、聲透鏡302、 匹配層116和/或126、襯底層114、光致抗蝕劑層、導電環氧樹脂類、 粘合劑層、聚合物層、金屬層、電極層110和/或112等。 一些或所有 層可以基本同時被切穿。因此，可以選擇性地基本同時切穿多個層。 而且，如本領域普通技術人員所清楚的，可以選擇性地同時切穿幾個 層，在隨后的時間選擇性地切穿其它層。還提供了一種方法，其中在層疊物的頂面和底面都暴露在空氣中 的地方，激光首先切穿至少壓電層，其次切穿襯底層。層疊物100可以連附到機械支撐件或內插器402上，該機械支撐件或內插器402限 定位于該層疊物區域下面的孔或開口，以便保持通向層疊物底面的通 道。該內插器也可以用作引到該陣列的各個單元的電引線的再分配層。 在一個實施例中，在激光切穿安裝到內插器上的層疊物之后，附加襯 底材料可以被沉積到由該內插器所限定的第二開口內，以增加該襯底 層的厚度。當然，所公開的方法并不限于用激光進行單次切割，如本領域普 通技術人員所清楚的，可以用激光進行多次附加的切割，穿過一個或 者多個所公開的層。還提供了 一種制造超聲陣列的方法，該方法包括用激光切割壓電 層，使得該壓電層在高超聲發送頻率下諧振。在此實施方案中，激光 將該壓電層的各部分切割至不同的深度。例如，激光可以切割到至少 一個深度或者幾個不同的深度。激光切割的每一深度都可以被認為是 該陣列結構的單獨區域。例如， 一個區域可能需要激光切穿該匹配層、 電極層、壓電層和襯底層，而第二個區域可能需要激光切穿該匹配層、 電極層、壓電層、介電層108等。在所公開的方法的一個方面，預切割的組裝好的層疊物的頂面和 底面均被棵露，激光加工可以從任何一個面(或者兩個面)進行。在 此實施例中，使兩個面都棵露便于激光加工產生更干凈和更平直的切 口邊緣。 一旦激光束"穿透"，則因為加工過程不再依靠從進入點噴 射出的材料，激光束能夠清潔切口的邊緣，并且與切口最深部分的羽 流之間的相互作用可以最小化。還提供了一種方法，其中激光還能夠對其它壓電層構圖。除了 PZT 壓電陶瓷之外，可以制造并研磨陶瓷聚合物復合層至如關于使用例如 像叉指法之類的本領域已知的技術所描述的類似厚度。例如，2-2和 3 - 1型陶瓷聚合物復合物可以制成具有大約為陣列所需間距的陶瓷寬 度和陶瓷與陶瓷間間隔。聚合物填充物可以被去除，并且該陣列的單 元與單元間串擾可以被降低。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種用于去除在聚合物 -陶瓷復合物中的聚合物以產生帶有通風切口 (air kerf)的陣列結 構的適合工具。在這種情況下，在陣列的工作區域內(去除了聚合物的地方)，2 - 2型復合物可以用作1詩目陶瓷(l-phase ceramic )。 或者，可以去除3-1型復合物中的聚合物的一個連通軸(axis of connectivity)。另 一種用于2 - 2型復合物的方法可以是激光微加工垂直于該2 -2型復合物取向的切口。得到的結構可以是類似于使用3-l型復合物 生成的結構的結構，因為陣列單元將是陶瓷/聚合物復合物。由于陶資 和聚合物可以同時被燒蝕，這一方法可以用更高的能量密度加工。被激光燒蝕的試件表面可被保護以避免在激光加工過程本身期間 在試件上沉積碎屑。在此實施例中，可以在層疊物組件的頂面上沉積 保護層。該保護層可以是臨時性的并且能夠在激光加工之后被去除。 該保護層可以是可溶解層，例如像常規抗蝕劑層等。例如，當頂面是 一薄金屬層時，該保護層起防止金屬剝離或剝落的作用。如本領域普 通技術人員所理解的，可以使用其它盡管激光能量密度高和激光切口 密度高仍能夠保持粘合到試件上并且在激光切割之后仍然能夠被從表 面去除的可溶解層。實施例提出了以下實施例，以便為本領域普通技術人員提供在此要求保 護的超聲陣列換能器和方法的完全公開和描述，并且這些實施例旨在 僅對本發明進行示例，并不旨在限制發明人認為是其發明的內容的范圍。圖12a-12g示出了一種使用激光微加工技術制造示例性高頻超 聲陣列的示例性方法。首先，提供在其頂面和底面帶有電極的預極化 壓電結構。 一示例性結構為由CTS Communications Components Inc (Bloomingdale， IL )經銷的型號為PZT 3203HD (零件編號KSN6579C ) 的產品。在一方面，在壓電體頂面上的電極成為該陣列的接地電極110， 在其底面上的電極被去除并用介電層108取代。 一電極可以隨后被沉 積到該壓電體的底面上，成為該陣列的信號電極112。可選地，未氧化的較低電阻(在l-100MHz下)的金屬化層通過 例如像噴鍍、蒸鍍、電鍍等之類的薄膜沉積技術來沉積。這種金屬化 層的非限制性實例為鉻/金結合物(combination)。如果使用這種層，則鉻用作金的粘合劑層。可選地，對于陶瓷壓電體(例如PZT),從 廠商處得到的結構的自然表面粗糙度可能大于所期望的。為了提高在 獲得壓電層106的目標厚度方面的準確度/精確度，可以將該壓電結構 的頂面研磨為一光滑面層(smooth finish)并且將電極施用到該研磨 面上。然后，第一匹配層116被施用到該壓電結構的頂面上。在一方面， 部分上電極保持棵露，以便于信號地被從上電極連接到在下面的內插 器402上的一個或多個信號地跡線。將匹配層施用到該壓電結構的頂 面上，使其固化并隨后將其研磨到該目標厚度。所使用的匹配層材料 的一個非限制性實例就是以30%與301-2 Epotek環氧樹脂混合的 PZT，該以30%與301 - 2 Epotek環氧樹脂混合的PZT具有大約8兆 雷的聲阻抗。在一些實施例中，對于第一層需要在7-9兆雷范圍的值。 在另一些實施例中，可以使用在1-33兆雷范圍內的值。摻有粉末的 環氧樹脂被制備并且被固化到該壓電結構的頂面上，使得在第一 匹配 層內基本上沒有氣穴。在一個非限制性實施例中，該301-2環氧樹脂 首先被脫氣，接著被混入粉末，該混合物被第二次脫氣。該混合物在 高于室溫的設定點溫度下被施用到該壓電結構的表面上。在此方面， 該匹配層具有7-9兆雷的期望聲阻抗和大約為'A波長的目標厚度， 對于301-2環氧樹脂內的30% PZT，該目標厚度大約為20pm。可選 地，不同組成以及與所需粘度的不同環氧樹脂適當混合(體積百分比) 的粉末可以用來產生期望的聲阻抗。可選地， 一金屬化層可以被施用到與壓電結構的上電極連接的研 磨匹配層的頂上。這一附加金屬層起幫助電屏蔽的冗余接地層 (redundant grounding layer)的作用。該壓電結構的底面被研磨以獲得壓電層106的目標厚度，該目標 厚度適于在層疊物處于其完成形式時產生具有期望的工作中心頻率的 裝置。期望的厚度取決于對該層疊物的層、它們的材料的組成以及制 成的幾何形狀和尺寸的選擇。該壓電層的厚度受層疊物中其它層的聲 阻抗以及陣列單元120的寬高比的影響，該陣列單元120的寬高比由 陣列間距以及陣列單元切口 118和子切割切口 122的切口寬度聯合限 定。例如，對于具有兩匹配層和一襯底層的30MHz的壓電陣列，壓電層的目標厚度是大約60jam。在另一個實施例中，該目標厚度為大約 50 - 70jam。如本領域普通技術人員所知的，對于在25 - 50MHz范圍內 的頻率，基于對所使用的材料的認識，相應地調整該目標厚度值。介電層108被施用到被研磨的壓電層的至少一部分底面上。所施 用的介電層在該壓電層的中心區域(在匹配層所覆蓋的區域之下)限 定一個開口。可以理解，由該介電層所限定的開口也限定了該陣列的高度尺寸。在一個示例性的實施例中，為了形成介電層，使用了被用 來旋涂到平坦表面和表體(represent)上的SU - 8抗蝕劑組分 (MicroChem， Newton， MA)。通過控制旋轉速度、旋轉時間以及加熱 時間(在旋涂和薄膜沉積技術領域中已知的所有標準參數)可以獲得 均勻的厚度。該SU-8組分也是可光成像的，因此通過標準照相平版 印刷技術，可以對該介電層構圖并且在抗蝕劑中蝕刻出所需寬度和幅 度(breath)的間隙以形成該壓電層中的開口。可選地，可以使用負 性抗蝕劑組分，使得在蝕刻過程中暴露在UV輻射下的抗蝕劑區域不被 去除，以形成該介電層的開口(或者任何普通圖案)。介電層與壓電層底面的粘合通過后期UV照射來強化。在蝕刻過程 之后的補充UV照射可以促進SU-8層內的交聯并提高該介電層的粘附 性和耐化學性。可選地，可以使用機械支撐件來防止層疊物100在介電層施用過 程中的破裂。在此方面，通過將SU-8層旋制(spin)到該機械支撐 件本身上，將該機械支撐件施用到第一匹配層上。該機械支撐件可以 使用在沉積該SU-8介電體、旋轉、烘焙、初始的UV照射以及抗蝕劑 顯影(development)的過程中。在一方面，該機械支撐件在第二次 UV照射之前被去除，因為該SU-8層起支撐自身的作用。接著，信號電極層112被施用到該壓電層的研磨底面以及該介電 層的底面上。該信號電極層比該介電層所限定的開口寬，并且在覆在 用來將該層疊物表面安裝到在下面的內插器的導電材料上面的區域內 覆蓋所構圖的介電層的邊緣。該信號電極層通常通過例如像蒸鍍或噴 鍍之類的常規物理沉積技術來施用，但可以使用其它例如像電鍍之類 的技術。在另一實施例中，為了在該介電層邊緣附近的區域內獲得良 好的階梯覆蓋，使用了像噴鍍等的常規敷形涂覆技術。在一個實施例中，信號電極層覆蓋層疊物的底面的整個表面或者形成一個中心跨過 介電層所限定的開口的矩形圖案。然后通過激光對該信號電極層構圖。 在一方面，信號電極層的初始長度長于該信號電極的最終長度。該信號電極被修整(或蝕刻)成更復雜的圖案以形成更短的長度。可 以理解的是，可以使用蔭軍或者標準照相平版印刷工藝來沉積具有更復雜細部的圖案。此外，激光或者其它材料去除技術，例如像反應離子蝕刻(RIE)，也可以被用來去除所沉積的信號電極的一些以形成類 似的復雜圖案。在沒有介電層的區域，被施加到該信號電極和接地電極的電信號 的全部電壓存在于壓電層上。在有介電層的區域，該電信號的全部電 壓分布在該介電層的厚度以及該壓電層的厚度上。接下來，該層疊物被安裝到一機械支撐件上，使得該第一匹配層 的上表面被粘結到該機械支撐件上并且該層疊物的底面被棵露。在一 方面，該機械支撐件的表面尺寸大于該層疊物的表面尺寸。在另一方 面，在當從頂部看時仍然可見的該機械支撐件的區域內(即支撐件的 周邊內)，具有在將該層疊物表面安裝到內插器的時候用于對準的標 記。例如，該機械支撐件可以是，但并不限于， 一內插器。這樣的內 插器的一個例子是可以從基內姆^>司(Gennum Corporation)(加拿 大，安大略，Burlington)買到的64單元、74nm間距的陣列(在30MHZ 下為)，其零件編號為GK3907_3A。當該機械支撐件和該內插器 相同時，該介電層所限定的開口的兩個邊緣可以垂直于該支撐件上的 金屬跡線定向，使得在表面安裝步驟中該層疊物能夠相對于在內插器 上的金屬跡線被正確地定向。在一方面，在該內插器上的任意(或所有)外部跡線都用作對準 標記。這些標記便于確定由該介電層所限定的開口在X - Y兩個軸上相 對于在機械支撐件上的標記的取向。在另一方面，在該機械支撐件上 的對準標記被放置在該層疊物本身的表面的一部分上。例如，在沉積 接地電極層時對準標記可以被放置在該層疊物上。如上文所提到的，在信號電極層的底面上形成電極圖案并用激光 對其構圖，該信號電極層位于該層疊物的底面上。激光切口的深度深 得足以去除電極的一部分。本領域普通技術人員可以理解的是，該激33光微加工工藝步驟類似于用激光修整在表面電阻器和電路板或柔性電 路上的電跡線。在一方面，使用在機械支撐件周邊上的標記作為參照，激光束的X - Y軸以與由介電層所限定的開口的已知關系來限定。激光 修整的圖案以使得該圖案能夠疊加(super impose )在內插器上所限定 的金屬跡線圖案上的方式來定向。修整后的信號電極圖案與內插器的 信號跡線圖案的Y軸對準是重要的，在一方面，失準不大于l個完整 的陣列單元間距。用蔭革的投影蝕刻方法(projection etch mode )中所、使用的KrF 激基激光器可以用來生成所需要的電極圖案。例如，可以使用 Lumonics (Farmington Hills， MI) EX-844， F麗=20ns。在一方 面，通過使用矩形孔徑切出的激基激光束的均質中心部分穿過射束衰 減器、雙遠焦系統(double telescopic system)以及薄金屬罩，并 且成像到試件的表面上，該試件安裝在具有有效焦距為86. 9mm的3透 鏡投影系統(分辨率《1.5ium)的計算機控制x-y-z臺(stage)上。 在一方面，該軍投影系統的縮小比可以固定為10: 1。在一方面，兩組功能部件(feature)被修整到在該層疊物上的信 號電極中。引線指Ueadfinger)功能部件被修整到該層疊物上的信 號電極中，以提供從內插器到由介電層所限定的開口限定的壓電層的 工作區域的電連續性。在制作這些引線指的過程中，可以產生該信號 電極的最終長度。窄傳輸線(narrow line)也被修整到該層疊物上的 信號電極中，以使每個引線指電絕緣。通過將該層疊物安裝到機械支撐內插器(作為實際內插器，尺寸和 形式正好)上并且將激光修整后的信號電極圖案相對于機械支撐件上 的外部可見的金屬圖案定向，使得該修整后的信號電極圖案能自動對 準實際內插器上的跡線。在表面安裝過程中通過使用對準該兩個機械 支撐內插器和實際內插器的邊緣的夾具，使得表面安裝對準變得簡單。 在表面安裝過程完成之后，去除該機械支撐內插器。對于該表面安裝 過程，可以使用本領域中已知的材料404，該材料包括，例如可以從 美國英迪姆公司(Indium Corporation of America) (Utica， NY) 買到的低溫使用的(low temperature perform)銦焊料。接下來，襯底材料114被施用到已形成的層疊物上。如果使用基34于環氧樹脂的襯底，并且其中在該內插器的孔內發生一些就地固化， 則可以使用連結到該層疊物的頂面上的剛性板來防止該層疊物的翹 曲。
一旦該襯底層的固化完成，則該板就可以被拆掉。在一方面，選 擇包括高聲衰減和足夠大的厚度的襯底材料性能的組合，使得該襯底材料表現為盡可能接近100%吸收材料。該襯底層不會引起陣列單元之間的電短路。該層疊物的接地電極連接到該內插器上的專供接地連接之用的跡 線上。有許多本領域普通技術人員所公知的示例性導電環氧樹脂和涂 料能夠用于進行這一連接。在一方面，如本領域普通技術人員已知的，來自該內插器的跡線連接到由柔性電路或者其它PCB材料制成的更大 的底軌跡電路平臺(footprint circuit platform)上，該底軌跡電 路平臺便于將該陣列和實時運轉該設備來產生實時超聲圖像所需的適 合的波束成形器電子裝置整合。可以使用例如像焊接、引線接合以及 各向異性導電薄膜(ACF )之類的本領域已知的幾種技術來實現這些電 連接。在一方面，陣列單元120和子單元124可以通過對激光束進行調準使得陣列切口槽相對于該層疊物中的底部電極圖案定向和對準(在 X和Y上)來形成。可選地，該激光切口槽延伸到下面的襯底層里。在一方面，透鏡302以與為該層疊物的最上層的層的頂面基本疊 置對準的方式被定位。在另一方面，該透鏡的最小厚度基本上疊加在 由介電層所限定的開口的中心之上。在又一方面，彎曲寬度比介電層 所限定的開口寬。該透鏡的長度寬于在下面的切口槽的長度，使得一 旦該透鏡被安裝到該換能器裝置的頂上，所有的切口槽都得到保護和 密封。在一方面，該透鏡的底部平坦面可以被涂敷粘合劑層，以將該透 鏡粘合到已形成和切割的層疊物上。在一個實施例中，該粘合劑層可 以是用來將該透鏡粘合到該層疊物上的SU 一 8光致抗蝕劑層。可以理解的是，如果施用到透鏡底面的粘合劑層的厚度在厚度上 為適當波長(例如厚度為74波長)，則所施用的粘合劑層也可以充當 第二匹配層126。所示例的SU-8層的厚度可以通過普通的薄膜沉積 技術(例如旋涂等)控制。當涂覆溫度升高到大約60-85X:時，SU-8薄膜變得具有粘性(有 粘著力)。在高于851C的溫度下，SU-8層的表面拓樸開始變化。因 此，在一個優選的方面，這一過程優選在801C的設定點溫度實施。由 于SU-8層已是固態形式，并且升高的溫度只會使得該層變得具有粘 性，因而一旦該粘合劑層被連附到該層疊物上，所施用的SU-8不會 沿該陣列的切口向下流動。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間 隙和機械隔離。為了避免在粘合劑層和第一匹配層之間混入空氣，這 一粘合過程在局部真空內進行是優選的。 一方面，在粘合發生，試件 冷卻到室溫之后，將該SU-8層進行紫外線照射(通過連附的透鏡) 來使該SU-8交聯，以使該層更堅固，并提高粘附性。在另一方面，在將透鏡安裝到該層疊物上之前，該SU-8層和該 透鏡可以被激光切割，這樣有效地使該陣列切口 (第一和/或第二陣列 切口槽)，并且在一方面使子切割的或第二切口，延伸穿過兩個匹配層(如果使用了兩個匹配層的話)并進入透鏡。現在參照圖16-24,在本發明的超聲換能器的替代實施方案中， 公開了一種PZT層疊物，該層疊物在其自身內保持相對簡單的層組合 的同時能夠有超寬的帶寬響應。對于醫用或研究用成像換能器，換能 器或者PZT層疊物設計的一個期望特征是具有寬帶頻率響應(或者在 時域內的短時響應)。在本發明中，如上面指出的，該種寬帶頻率響應通過使用連附到它還通過使用一組位于壓電層頂面上的經適當設計的波匹配層來加以 控制。通常匹配層的數量在1-3層間變化，不過更多的層也是可能的。 如本領域普通技術人員所理解的，所有這些層的材料性能，包括聲阻 抗、聲速、彈性順度和厚度在內，在壓電層疊物的設計中起主要作用。此外，隨著層數的增加以及隨著換能器的設計中心頻率的增加， 制造壓電層疊物的能力變得越來越難以控制。在一個實施例中，不旨 在進4亍限制，在30MHz，這些匹配層的厚度可以在l-60微米的范圍內， 并取決于每個所選匹配層的具體材料參數。在此替代實施方案中，提供了一種超聲換能器設計，該設計包括 匹配層，該匹配層被置于PZT層疊物內，具有與壓電層自身相同的例如像聲阻抗之類的材料參數。在下文公開的一個示例性方面，提供了一種具有確定的聲阻抗的PZT層疊物，該層疊物被連接到非極化的PZT 匹配層。在此方面，PZT層疊物和該非極化的PZT匹配層的聲阻抗基本相等。給出了示例性的結果，該結果示出了換能器的替代實施方案的效 能。使用PZFlex(Weidlinger Associates Inc.)有限元分析("FEA") 進行分析。對于本實施方案的PZT-PZT層疊物，>100%的單向帶寬是可 能的。如本領域普通技術人員所理解的，獲得該種帶寬通常需要包括 3個四分之一波匹配層的層疊物，各層具有遞減的聲阻抗。此外，此前已經開發了典型目的為產生一種在f。和2f。下諧振的 結構的PZT-PZT層疊物。在該種常規設計中，兩個PZT層都是極化的 并且是活性的。然而，在本文中所描述的超聲換能器的替代實施方案 中，第二PZT層是非極化的(非活性的)并且充當活性PZT層和超聲介質之間的被動界面層。為簡潔起見，參照圖13和14，定義了用于此申請中的換能器響 應的幾個主要參數。這些參數要么與換能器的頻率響應相關，要么與 換能器的時間響應相關，并且驗證了 PZT-PZT層疊物的該替代實施方 案的性能。如本說明書所用的，用BW或df注釋的術語"帶寬"是指換能器 的通頻帶，或者指落在最敏感(或者顯示出最小量的插入損耗)的頻 率點6dB以內的頻率范圍。如本說明書所用的，用縮寫詞Fo注釋的措辭"中心頻率"是指換 能器的中心頻率并且通常被定義為在裝置的-6dB帶寬內的中間點。對 如下所述的換能器測試結果來說，使用了基本為30MHz的中心頻率。如本說明書所用的，為了將本實施方案的PZT-PZT層疊物的性能 與其它層疊物設計進行比較，措辭"插入損耗"是指來自PZT-PZT換 能器層疊物的1個陣列單元的聲響應相對于圖12G中示出的PZT層疊 物的1個陣列單元的聲響應的強度——當這兩個相應的單元被用相同 的電脈沖激勵時。注意到，在圖15中IL<24. 5dB ( IL代表插入損耗) 是一個使用絕對能量標度表示換能器響應的絕對值。如本說明書所用的，術語"波動"是指，或者表征了在裝置的帶寬內的換能器響應的小變化。此定義沒有考慮在換能器的帶寬內可能存在的任何坡度(slope)。如本說明書中所用的，措辭"脈沖響應"是指換能器在其被驅動 脈沖激勵之后發出一規定閾值以上的聲響應的時間間隔。所提出的正 常閾值水平通常在-6dB和-20dB的水平。驅動脈沖是具有一個與換能 器響應的中心頻率相等的中心頻率的寬帶單循環雙極脈沖。如本說明書所用的，措辭"副脈沖抑制"(或者"旁瓣脈沖抑制") 是指脈沖響應的副瓣(secondary lobe)的峰值抑制。在脈沖響應中， 通常有一初始脈沖(或者主瓣(first lobe))響應， 一些副瓣伴隨 著該初始脈沖響應。對于一設計良好的層疊物，副瓣具有比主瓣小得 多的振幅。有效的度量是確定副瓣的峰值。理想的是使此峰值盡可能 地小。在換能器的該具體實施方案中，初始瓣和副瓣之間的相對差異 已經被表征，并且可以被保持在低于初始峰值20dB的水平。如本說明書中所用的，措辭"中心頻率偏移"是指裝置的中心頻 率的變化。在此方面，對實驗來說，對于模擬中所用的匹配和襯底層 的所有變換，壓電層的厚度保持相同。如可以理解的，FEA模擬中所 用的層的變化確實引起了裝置的中心頻率的變化。這種變化的靈敏度 對于確定一個具體的PZT層疊物設計可被復制的程度如何是一個有用 的度量。這被表示為一個FEA確定的F。值與設計的F。值的比值。例如， 比值"1"意味著對于特定的層疊物設計沒有中心頻率偏移。再參照圖12G，示出了一個示例性PZT層疊物，該層疊物具有一 位于所連接的PZT層下面的襯底。兩個匹配層126、 116安裝在PZT 層106的上表面上。最后，透鏡連接到最上面的匹配層126的上表面 上。圖15用圖形示出了對此示例性設計的分析。此處，用紅顏色示出 了用于設計的優選區域。如圖16中橫截面圖所示，在換能器的PZT層疊物的替代實施方案 的一個實施例中，兩層PZT 502、 504以彼此疊置的關系被設置和定位。 上層PZT 502是非極化的，而下層PZT 504是極化的。在一方面，非 極化的且非活性的上PZT層可以由與極化的且活性的下PZT層一樣的 材料制成。當然，可預期的是，上PZT層可以由具有與下PZT層相類 似的聲阻抗的其它材料制成。在另一方面，由例如一一不旨在進行限制一一錫焊料等制成的粘合層506被定位在兩個PZT層的兩個相對的面之間并且與這兩個面接 觸。下極化PZT層的底面安裝在襯底層508的頂面上，該襯底層由例 如一一不旨在進行限制一一PZT、環氧樹脂等制成。此外，透鏡512 被定位到上PZT層的頂面上。在另一方面，由例如——不旨在進行限 制——SU-8制成的粘合層510被置于透鏡302和上PZT層的頂面之間。 在又一方面，接地電極層可以被置于下極化壓電層和上非極化壓電層 之間。間隔開的一系列平行的第一切口槽520被切入由粘結的兩層PZT 形成的復合體中，并且延伸通過該復合體的大體厚度。此外，間隔開 的一系列第二切口槽522被切入該復合體中，從非極化的上PZT層的 上表面穿過該活性PZT層的厚度的約75%。一個大約75%的深度大致是 獲取圖17-24所示性能所需的穿過PZT層的活性層的最小深度。本領 域普通技術人員應理解，可預期的是，超過75%的深度是可預期的， 因為更深的深度能夠比上述圖中所示的更多地提高性能。在圖16示出的實施方案中，并且如圖17-24所示，帶寬、通帶波 動、旁瓣以及脈沖寬度由結構參數控制，這些結構參數例如是單元寬 度(We)、切口寬度(wkl、 wk2)、切口深度、位于非活性和活性PZT 層之間的粘合層的厚度以及非活性PZT層的厚度(hPZT2)等。具體地，圖17和18用圖表示了對圖16所示的示例性PZT層疊物 的分析。用于換能器設計的優選區域用紅色突出顯示。在圖16中，第 一切口寬度是8nm，第二切口寬度是8 jnm。在圖18中，第一切口寬 度是8nm，第二切口寬度是5jim。此外，圖21-24示出了單元寬度和 上非極化PZT層的厚度對帶寬、在-6dB和-20dB閾值水平處的脈沖寬 度、中心頻率、通頻帶中的波動以及脈沖旁瓣抑制的影響。在這些實 施例中，第一切口寬度恒定為8 jim,第二切口寬度恒定為5nm。現在參照圖25A-33,本發明還包括適于接收示例性換能器并且還 適于連接到至少一個常規連接器的電路板。如本說明書所提到的，該 常規連接器適于輔助性地連接用于傳輸和/或提供所需的信號的電纜。 關于這些附圖，如本領域普通技術人員所理解的，由于電路板的精細 細部，除非另有說明，這些附圖只是輔助性電路板和相關聯的多單元39陣列的示意性表示。圖28示出了用于間距為75微米的256單元陣列 的示例性電路板的俯視圖。現在具體參照圖25A-27B，示出了用于該示例性電路板的示例性 換能器。在圖25A-25C中，示出了本發明的示例性的示意性PZT層疊 物的示例性俯視圖、仰視圖和橫截面圖。圖25A示出了 PZT層疊物的 俯視圖并且圖解了接地電極層600的從PZT層疊物的頂部和底部延伸 的部分。在一方面，該接地電氣層延伸PZT層疊物的整個寬度。圖25B 示出了 PZT層疊物的仰視圖。在此方面，沿著PZT層疊物的縱向延伸 邊緣，PZT層疊物在各個體信號電極單元620之間形成介電層610的 棵露部分。在另一方面，信號單元延伸PZT層疊物的整個寬度。如可 理解的，在PZT層疊物的在下面的"中心部分"中沒有示出顯示個別 化信號電極單元的線。如可進一步理解的，PZT層疊物的每一個單元 有一個信號電極，例如256單元的陣列有256個信號電極。圖26A是用于圖25A-C的PZT層疊物的內插器650的俯視平面圖， 該內插器包括從鄰近該內插器的中心開口之處向外延伸的電跡線652。 該內插器還包括位于部件的頂部和底部的接地電跡線。內插器可以還包括圍繞部件的中心開口置于內插器的一部分頂面 上的介電層656。在此方面，還參照圖26B，該介電層限定了兩列交錯 的凹孔660，該中心開口的每一側一列，并且這兩列凹孔沿著平行于 內插器的縱軸線的軸線延伸。每一凹孔與內插器的電跡線連接。焊骨 662可用來填充介電層中的每一凹孔，使得當PZT層疊物安裝在介電 層上并且施以熱量時，焊料熔化，以在各個體單元信號電極和內插器 上的各個體跡線之間形成所需的電連續性。在使用中，該凹孔有助于將焊料保持在該凹孔的邊界之內。圖27A是被安裝在圖26A所示的內插器的介電層上的、在圖25A 中示出的PZT層疊物的俯視平面圖。為了幫助理解本發明，圖27B提 供了被安裝在圖26A所示的內插器和介電層上的、在圖25A中示出的 PZT層疊物的俯視平面圖，在該俯視圖中PZT層疊物被顯示為透明。 這提供了 PZT層疊物和位于下面的介電層/內插器之間的安裝關系的 圖解，安裝在它們之間的焊骨在相應單元信號電極和內插器上的電跡 線之間形成電連接。現在參照圖28A-28C,示出了用于將本發明的換能器安裝到其上 的示例性電路板680的示意性俯視平面圖。在一方面，電路板的至少 一部分是柔性的。在一個實施方案中，電路板包括一個底部銅接地層 和一個被安裝到該底部銅接地層的上表面的聚酰亞胺薄膜層(Kapton 層)。在一方面，電路板也可以包括多個位于下面的基本剛性的支撐結構。在此方面，圍繞電路板中的中心開口的中心部分具有被安裝到 底部銅接地層的底面的剛性支撐結構。在另一方面，連接器將要被連結構。電路板還包括多個形成在Kapton層的頂面上的板電跡線(board electrical trace)，每一板電跡線具有適于連接到換能器的電跡線 的近端和適于連接到連接器的遠端，該連接器例如是用于通過其進行 信號傳遞的電纜。在一方面，電路的形成每一電跡線的長度具有基本 不變的阻抗。電路板還包括多個通孔(via),這些通孔貫穿Kapton層并且與 位于下面的接地層連接，以便可以形成信號返回路徑或者信號接地路 徑。此外，電路板包括多個接地引腳。每一接地引腳具有一個(貫穿 在Kapton層中的通孔中的一個)連接到電路板的接地層的近端和一個 適于連接到連接器的遠端。圖28B是用于安裝具有75微米的間距的示例性256單元陣列的示 例性電路板的俯視平面圖，圖28C是圖28B的電路板的通孔的俯視平 面圖，該通孔與電路板的位于下面的接地層連接。圖28B也限定了電 路板中的孔，這些孔的尺寸和形狀被設計成適于接收連接器的引腳， 使得當連接器安裝到電路板的部分上時，各電跡線和接地引腳與連接 器適當配準。圖29示出了一個示例性電路板的一部分的局部放大俯視平面圖， 該圖在區域A中示出了換能器的接地電極層600，該接地電極層600 被引線接合到位于內插器650上的接地電跡線654，該接地電跡線又 被引線接合到電路板的接地焊盤682。圖30A中示出了換能器的接地 電極層的放大的示例性連接。電路板的接地焊盤通過Kapton層中的通 孔與位于下面的底部銅接地層連接。如圖所示，并且如圖30B進一步示例性示出的，在區域B中，換能器的各個體電跡線610被引線接合 到電路板的各個體板電跡線684。現在參照圖31A，在一方面，電路板 680的中心開口 686位于換能器的襯底材料的下面。現在參照圖33-34B,本發明預期了安裝如圖25A所示例性示出的 換能器，該換能器未將內插器包括進電路板的基本剛性的中心部分。 此實施方案能夠消除大部分的引線接合。在此方面，示例性的PZT層 疊物被直接表面安裝到電路板上，例如通過一系列球形隆起690，這 些球形隆起例如但不限于由金制成。該示例性的金制球形隆起裝置是 常規的表面安裝技術，并且代表與前文所述的表面安裝技術一致的另 一類型的表面安裝技術。在此實施例中，電路板的剛性化的中心部分 可以可選地提供與內插器相同的功能度(functionality)。仍然需要 從PZT層疊物的接地電極到電路板地的引線接合或者其它常規電連 接，以完成組裝裝置的信號回路。圖34A示出了被引線接合到電路板 接地焊盤的換能器(沒有內插器)接地電極層。可選的，如圖31-33所示，導線可以被一保護性團塊狀頂部涂層 (glob top coating)覆蓋，該保護性團塊狀頂部涂層保護引線接合。 在另 一方面，也可以使用 一個防止該團塊狀頂部材料流到引線接合附 近以外的團塊狀頂部障礙物(glob top dam)。可以預期的是，該團 塊狀頂部障礙物可以永久保持，或者一旦該團塊狀頂部材料被適當固化就可將其去除。在一方面，該金制球形隆起可被直接施用到電路板上。每一球形 隆起被定位為與該電路板的一個電跡線連接。當PZT層疊物被施用時， 它與電路板的電跡線對準并且經由該球形隆起實現電連續性。PZT層 疊物例如_一不旨在進行限制一一通過以下方式固定到電路板上a) 使用底層填料(underfill),例如可UV固化的；b )使用ACF帶(ACF tape); c )通過將純銦焊料電鍍到PZT或電路板的電極上，并且使銦 回流以提供PZT上的信號電極和電路板上的金制球形隆起等之間的焊 接接縫。現在參照圖35-48，示出了用于組裝本發明的換能器的替代方法。 應理解的是，盡管該組裝換能器的示例性方法將用來形成八個個體換 能器，但是通過使用所描述的裝配方法，可利用該方法形成任意所需數量的換能器，即l， 2， 3, 4……N個換能器。示例性的換能器組件可以包括具有上表面802和下表面804的內 插器800，該下表面804被構造為安裝到位于下面的PZT復合組件的 最上面的匹配層的頂面上。內插器還限定至少一個開口 810，該開口 從上表面到下表面延伸穿過該內插器。在一方面，形成內插器中的開 口的壁812可以具有漸縮的橫截面，使得限定在上表面中的開口橫截 面面積大于限定在內插器下表面中的開口橫截面面積。此外，內插器 中的開口被構造為基本圍繞位于下面的PZT復合組件的工作區域。也就是說，該開口具有大于將被限定在PZT復合組件中的第一個和最后 一個陣列單元之間的距離的縱向長度尺寸，以及大于第一切口槽的長度的寬度尺寸。在另一方面，可預期的是，該內插器可以由硬陶瓷形 成，該硬陶瓷為例如一一不旨在進行限制一一氧化鋁。在另一方面，內插器的周邊邊緣815可限定至少一個用于幫助將 內插器與位于下面的PZT復合組件對準的對準裝置。在一個示例性方 面，每一對準裝置可以包括被限定在內插器周邊邊緣中的凹口 817。 在另一方面，可預期的是，凹口對817A、 817B可被限定在鄰近該內插 器的每一拐角的周邊邊緣上。可選地，內插器可以具有對準裝置，例 如，設置在內插器的下表面上以幫助將內插器與位于下面的PZT層疊 物對準的對準功能部件。類似地，對準功能部件可被設置在內插器的 上表面上，以幫助將切割組件對準。在此方面，PZT復合組件820可以包括市場上可買到的PZT層， 或者替代地包括上述的PZT層復合組件中的任一個。在一方面，PZT 層具有沉積在PZT層的基本平坦的頂表面上的電極層821。在此實施 方案中，電極層將充當所得陣列換能器的接地電極。在一個同時制造 幾個換能器陣列的實施例中，PZT層疊物具有2. 625" X 2. 625"的標準 尺寸。在組裝的此階段，PZT層的厚度是多少并不重要。接下來，形成延伸穿過電極層并延伸進入位于下面的PZT層至一 期望深度的至少一對槽、孔或通孔822。在一方面，該對槽、孔或通 孔中的每一槽、孔或通孔被定位為基本相互平行并間隔開一預定距離。 在圖示的實施例中，在PZT復合組件上形成兩對槽。所形成的槽、孔 或通孔對填充有例如像銀膠、焊料等導電材料，如本領域普通技術人員所理解的，經填充的槽、孔或通孔形成一對接地總線，該接地總線與PZY層頂面上的接地電極電連接，并因而成為該接地電極的延伸。至少一個匹配層830被安裝到電極層的上表面的一部分。在一方 面，匹配層基本覆蓋電極層的期望工作表面，即，該匹配層被安裝到 電極層的上表面上，使得將形成完工陣列組件一部分的電極層部分被 覆蓋。如可理解的，并且如上文在之前的實施方案中所述，如果需要， 所述的至少一個匹配層隨后可被研磨到一期望厚度。內插器的底面隨后可被安裝到最上面的匹配層的頂面。可以使用 例如但不限于環氧樹脂或粘合膜這樣的常規粘合劑來將內插器連接到 匹配層。優選地，當內插器被連接到位于下面的匹配層時，匹配層的 通過內插器中的開口而棵露的部分上不存在任何粘合劑。在另 一方面， 內插器的對準裝置可用于幫助將所構造的復合組件和內插器定位一一 例如，在此實施例中，通過將所構造的復合組件的周邊邊緣定位成使 得它們與內插器的周邊邊緣中的凹口的相應邊緣基本共面來實現。在 此方面，內插器下表面的至少一部分延伸超出所構造的復合組件的周 邊邊緣，這使得能夠測量所構造的復合組件的高度。然后，PZT層的下表面被按常規磨削或者研磨到期望厚度。所述厚度可以相對于所連附的內插器的棵露部分的下表面來測量。在此方 面，PZT層的下表面一直被研磨到接地總線824在PZT層的研磨后的 下表面上棵露。如可理解的，此方面起將地從PZT層的上表面連接到 PZT層的下表面的作用。可選地，在研磨PZT層的下表面之前，可以暫時填充內插器中的 開口 ，以在PZT層的下表面被研磨至期望厚度時提高所構造的復合組 件的結構剛性。在研磨步驟完成之后，可以去除填充內插器開口的材 料。隨后，將介電層840按常規地沉積到PZT層的研磨后的下表面上。 在一個實施例中，介電層可以是光致抗蝕劑，該光致抗蝕劑可以以適 于形成期望厚度的介電層的旋轉速度和旋轉循環被旋涂到該研磨后的 表面上。然后可以通過常規的照相平版印刷技術，根據所需對介電層 進行構圖。替代地，在研磨或磨削之前，可將PZT層疊物切割到一受 控深度并且填充以環氧樹脂，使得在研磨PZT層疊物后，環氧樹脂本身將形成介電層。在此方面，該方法將產生基本平坦的底面，這與會 導致一介電步驟的起初的方法相反。如本領域普通技術人員所理解的， 雖然這兩個方法導致不同的表面形態，但它們產生具有起相同作用的介電層的PZT層疊物。可預期的是，對于裝配過程中形成的每一陣列發射機應答器 (transponder),限定一對相對的伸長介電材料帶840A、 840B。在 一方面，該相對的伸長介電帶對被定位為彼此基本平行并且在PZT層 的下表面上的接地總線上的棵露端之間延伸。在另一方面，沉積介電 層，使得所構造的復合組件的下表面上的接地總線的至少一部分被棵 露。在接下來的操作中，在所構造的復合組件的下表面上形成信號電 極850。如上文中關于在前的實施方案所指出的，為換能器的每一陣 列單元設置信號跡線或電極。此外，每一信號跡線850具有直接連接 到PZT層下表面的部分和沉積在介電層上的部分。在一方面，沉積在 介電層上的一部分信號跡線形成接合焊盤852。將理解的是，可預期 信號電極可以通過任何常規方式形成，例如一一不旨在進行限制一一 通過噴鍍至期望深度并通過激光加工和/或照相平版印刷術進行構圖 來形成。可選地，可以用屏蔽電極860覆蓋在內插器上的開口中的匹配層 的棵露部分。在另一方面，至少該開口的壁部分也可以被覆蓋，以形 成屏蔽電極的一部分。同樣可預期的是，屏蔽電極能夠延伸到內插器 的上表面上并且基本環繞該開口。可理解的是，屏蔽電極不與所形成 的換能器的地連接，而是被配置為一旦陣列被完全封裝到帶有醫療用 線組件的外殼內時，被放置成與系統或機殼地(未示出)電連接。隨后，可以將所構造的復合組件切割成所需的尺寸。在圖解的實 施例中，所構造的復合組件可被切割成八個分開的復合組件，所述的 八個分開的復合組件隨后可被制成八個運作的換能器。在此方面，如果使用常規的切割鋸，優選的是，切割鋸從復合組件的頂部開始切割。其次，在復合組件中形成第一和第二切口槽，以限定換能器的陣 列單元。如本領域普通技術人員所理解的，可以像以上針對其它實施 方案所述的那樣來形成第一和第二切口槽。在一個替代性方法中，在形成該第一和第二切口槽的過程中，可以將一些襯底材料施用到PZT 層的下表面。在此方面，可預期的是，施用襯底以及形成切口槽的順 序可以以多種不同的組合方式來執行，以獲得本說明書中所圖解和描 述的陣列結構。下文描述了兩個示例性實施例。本領域普通技術人員 將理解的是，本發明的范圍和主旨內的若干更多的組合是可能的。在第一實施例中，可以在鄰近信號電極圖案的不是工作陣列 (active array ) —部分的區域內，用激光從PZT表面的底側開始穿 過層疊物的整個厚度切割出激光對準功能部件。隨后可以將襯底施用 到PZT的底面上，其基本覆蓋介電層之間的間隙，但使信號電極的接 合焊盤棵露。可將復合組件翻轉并且將激光對準所形成的對準功能部 件。在對準之后，可以用激光將第一和第二切口槽加工至所需的深度。.在另一實施例中，可以在鄰近信號電極圖案的不是陣列一部分的 區域內，用激光從PZT表面的底側開始穿過層疊物的整個厚度切割出 激光對準功能部件。然后，用激光從PZT的底面開始將第一切口槽的 一部分加工到一小于復合PZT層疊物的整個厚度的深度，使得該第一 切口槽并不突破復合PZT層疊物的頂面。然后可以將一薄層襯底材料 施加到PZT的底面，其基本覆蓋介電層之間的間隙但使接合焊盤棵露。 可將復合組件翻轉以使激光能夠對準對準功能部件。在對準之后，可 以用激光加工第一切口槽和第二切口槽。在此實施例中，由于第一切 口槽已經部分地從底側形成，因此這些切口展現出較小的錐度，這是 激光加工的固有特性。當然，可預期的是，該第二切口槽可以延伸至 與第一切口槽不同的深度。如上所述，可以通過使用激光器將第一和第二切口加工到其期望 深度。在一個示例性方面，第一切口可以延伸穿過屏蔽電極層、穿過 至少一個匹配層、穿過接地電極層并進入位于下面的PZT層的至少一 部分。第一和第二切口如上所述限定陣列單元。可選地，可以用襯底層870覆蓋被定位在PZT層的下表面上的棵 露信號跡線的部分。在此方面，優選地，所施用的襯底不在介電層上 延伸，更優選地，所施用的襯底不覆蓋信號跡線的任何接合焊盤。現在參照圖49,圖解了安裝圖43和47所示的發射機應答器的方 法。首先，基本剛性的基底900被設置為限定一個被構造來接收發射機應答器的開口。在一個實施例中，基底可以由常規電路板材料制成，該材料例如一一不旨在進行限制一一FR4等。在上文作了示例性描述 的柔性電路的相對端在位于基底中的開口的相對側被連附到基底上， 并且限定一個用于可操作地接收發射機應答器的凹處(pocket) 902。發射機應答器的內插器的上表面的一部分被安裝在所形成的電路 凹處內。如人們所理解的，當隨后通過俯視圖觀察柔性電路和發射機 應答器時，柔性電路的信號焊盤和接地焊盤以及發射機應答器的接合 焊盤和接地總線焊盤是可見的，并且可從該立面圖角度容易地接近。 在此方面，相應的焊盤和地的相對位置使得能夠使用引線接合來形成 信號和地引線接合。在完成引線接合之后，用一常規的團塊狀頂部材 料904來覆蓋所有的接合，以保護引線接合的完整性。隨后可選地，將環形外殼910安裝到柔性電路的一部分上。所安 裝的環形外殼被構造為圍繞陣列換能器以及團塊狀頂部信號和地引線 接合。然后可用襯底材料912填充該環，以在所形成的PZT層疊物后 面提供足夠厚度的襯底材料并且進一步保護所裝配的換能器。在一個 優選方面，所增加的襯底可以由與已經接觸PZT層疊物的已存在襯底 相同的復合物制成。在另一方面，優選地，原始襯底材料被部分地摻 砂或粗糙化，以避免在兩個襯底層之間的任何界限分明的界面。在最后的可選步驟中，可以將一個透鏡安裝到覆在被限定在內插 器中的開口之內的匹配層上的屏蔽電極的一部分上，如果使用該透鏡 并且該透鏡并沒有已以其它方式安裝的話。對本領域普通技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本發明的范 圍和主旨的情況下，可以對本發明作出各種改型和變體。通過考慮在 此公開的本發明的說明書和實踐，本發明的其它實施方案對本領域普 通技術人員來說也將是顯而易見的。旨在該說明書和實施例被認為僅 僅是示例性的。
權利要求
1.一種超聲換能器，包括一層疊物，該層疊物具有第一面、相對的第二面以及在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線，其中該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面，其中該層疊物的該多個層包括一下極化壓電層、一上非極化壓電層以及一介電層；以及多個被限定在該層疊物中的第一切口槽，每一個第一切口槽在該層疊物中延伸一預定深度穿過該上非極化壓電層并進入該下極化壓電層，并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預定長度，其中該介電層的頂面連接到該下壓電層的一部分底面并位于該下壓電層的該一部分底面之下，并且限定一在基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第二預定長度的開口，其中每一個第一切口槽的第一預定長度至少等長于由該介電層所限定的該開口的第二預定長度并且短于在基本平行于該軸線的縱向上的、該層疊物的該第一面和該相對的第二面之間的縱向距離。
2. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，該上壓電層覆在該下 壓電層上。
3. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，該上和下壓電層具有 相似的聲阻抗特性。
4. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限 定多個超聲陣列單元。
5. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一信 號電極層，其中該信號電極層的至少一部分頂面連接到該壓電層的至 少一部分底面，并且其中該信號電極層的至少一部分頂面連接到該介 電層的至少一部分底面。
6. 權利要求3的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一接 地電極層，其中該接地電極層被置于該下極化壓電層和該上非極化壓 電層之間。
7. 權利要求6的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線 的縱向上，該接地電極層至少等長于由該介電層所限定的該開口的第 二預定長度。
8. 權利要求7的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線 的縱向上，該接地電極層至少等長于每一個第一切口槽的第一預定長 度。
9. 權利要求6的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的該多個層 還包括至少一個匹配層，每一個匹配層具有一頂面和一相對的底面， 其中該多個第一切口槽延伸通過該至少一個匹配層，并且其中該匹配 層中的至少一個是該上非極化壓電層。
10. 權利要求6的超聲換能器，其特征在于，該至少一個匹配層包 括一第一匹配層和一第二匹配層，該第二匹配層被連接到該第一匹配 層使得該第二匹配層覆在該第 一 匹配層上。
11. 權利要求10的超聲換能器，其特征在于，該第一匹配層的至 少一部分底面連接到該壓電層的至少一部分頂面。
12. 權利要求9的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線 的縱向上，該至少一個匹配層中的每一個匹配層至少等長于由該介電 層所限定的該開口的第二預定長度。
13. 權利要求9的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的該多個層 還包括一襯底層，其中該襯底層的至少一部分頂面連接到該介電層的 至少一部分底面。
14. 權利要求13的超聲換能器，其特征在于，該襯底層基本上充 滿由該介電層所限定的該開口 。
15. 權利要求13的超聲換能器，其特征在于，該襯底層的至少一 部分頂面連接到該壓電層的至少一部分底面。
16. 權利要求11的超聲換能器，其特征在于，還包括一透鏡，其 中該透鏡以與該至少一個匹配層中的該匹配層的頂面基本疊置對準的 方式被定位。
17. 權利要求16的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口 槽延伸到該透鏡的底部中。
18. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸進入位于下面的介電層中到一預定深度。
19. 權利要求18的超聲換能器，其特征在于， 一個第一切口槽的 該至少 一部分延伸到該襯底層中。
20. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽 的至少一部分的預定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
21. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的預定深度深于至少一個其它第一切口槽的預定深度。
22. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，還包括多個第二切口 槽，每一個第二切口槽在該層疊物中延伸一預定深度并且在基本平行 于該軸線的方向上延伸第三預定長度，其中每一個第二切口槽的長度 至少等長于由該介電層所限定的該開口的第二預定長度并且短于在基 本平行于該軸線的縱向上的、該層疊物的該第一面和該相對的第二面 之間的縱向距離，其中每一個第二切口槽鄰近至少一個第一切口槽定 位。
23. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，每一第二切口槽延伸穿過該上壓電層并且延伸進入該下壓電層中。
24. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元，并且該多個第二切口槽限定多個超聲陣列子 單元。
25. 權利要求24的超聲換能器，其特征在于，該多個超聲陣列子 單元中的每一個的寬度與高度的寬高比為大約0. 5到大約0.7。
26. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸 線的縱向上，該接地電極層至少等長于每一個第一切口槽的第一預定 長度以及每一個第二切口槽的第三預定長度。
27. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口 槽延伸到位于下面的介電層中。
28. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，第二切口槽的預定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
29. 權利要求22的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽的預定深度深于至少一個其它第二切口槽的預定深度。
30. 權利要求6的超聲換能器，還包括一具有一頂面和一相對的底 面的內插器。
31. 權利要求31的超聲換能器，還包括多個電跡線，該多個電跡 線以預定圖案被定位在該內插器的頂面上。
32.
33. 權利要求32的超聲換能器，其特征在于，該內插器限定一在 基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第四預定長度的第二開O 。
34. 權利要求32的超聲換能器，其特征在于，該信號電極層限定 一電極圖案。
35. 權利要求34的超聲換能器，其特征在于，該層疊物以與該內 插器基本疊置對準的方式安裝，使得由該信號電極層所限定的電極圖 案與被定位在該內插器頂面上的電跡線的預定圖案電連接。
36. 權利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元。
37. —種超聲換能器，包括一層疊物，該層疊物具有第一面、相對的第二面以及在該第一面 和第二面之間延伸的縱軸線，其中該層疊物包括多個層，每一個層具 有一頂面和一相對的底面，其中該層疊物的該多個層包括至少一個壓 電層、介電層和至少一個匹配層，其中該介電層的頂面連接到該壓電 層的一部分底面并且位于該壓電層的該部分底面之下，并且限定一個 在基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第二預定長度的開口， 其中該至少一個匹配層的底面連接到該壓電層的一部分頂面并且覆在 該壓電層的該部分頂面上；多個被限定在該層疊物中的第一切口槽，每一個第一切口槽在該 層疊物中延伸一預定深度并在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預 定長度，其中每一第一切口槽的該第一預定長度至少等長于由該介電 層限定的該開口的第二預定長度，并且短于在基本平行于該軸線的縱 向上的、該層疊物的該第一面和該相對的第二面之間的縱向距離；以 及一具有上表面和相對的下表面的內插器，其中該內插器的下表面 連接到該至少一個匹配層的一部分頂面并且覆在該至少一個匹配層的 該部分頂面上，該內插器還限定一個開口使得該至少一個匹配層的第 二部分被棵露，該開口被構造為基本環繞該被限定在該層疊物中的該 多個第一切口槽。
38. 權利要求37的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元。
39. 權利要求38的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括被 置于該至少一個匹配層和該壓電層之間的接地電極層。
40. 權利要求39的超聲換能器，其特征在于，該層疊物還包括一 對間隔開的接地總線，該接地總線從接地電極延伸至與該介電層間隔 開的壓電層的一部分底面并且與該接地電極電連接。
41. 權利要求40的超聲換能器，其特征在于，該層疊物還包括一 信號電極層，該信號電極層連接到該介電層的底面的多個部分和該壓電層的底面的該多個部分之下。
42. 權利要求41的超聲換能器，其特征在于，該信號電極層包括 多個信號電極，其中這些信號電極被構造為使得每一信號電極與該多 個超聲陣列單元中的一個超聲陣列單元對準。
43. 權利要求42的超聲換能器，其特征在于，該信號電極和間隔 開的接地總線的各個遠端都被定位在該層疊物的底面上。
44. 權利要求37的超聲換能器，還包括屏蔽電極，該屏蔽電極連 接到在內插器的開口中棵露的、該至少一個裝配層的第二部分并且覆 在該第二部分上，其中該第一切口槽延伸穿過該屏蔽層。
45. 權利要求44的超聲換能器，其特征在于，該屏蔽電極連接到 內插器中的開口的至少一部分壁。
46. 權利要求45的超聲換能器，其特征在于，該屏蔽電極連接到 內插器中的開口的壁，并且連接到內插器中的該開口的上表面的圍繞 該開口的部分。
47. 權利要求37的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口 槽延伸穿過至少一個層以達到其在該層疊物中的預定深度。
48. 權利要求47的超聲換能器，還包括多個第二切口槽，每一第 二切口槽在該層疊物中延伸一預定深度并在基本平行于該軸線的方向 上延伸第三預定長度，其中每一第二切口槽的該第三預定長度等長于 由該介電層限定的該開口的第二預定長度，并且短于在基本平行于該 軸線的縱向上的、該層疊物的該第一面和該相對的第二面之間的縱向 距離，其中一個第二切口槽鄰近至少一個第一切口槽定位。
49. 權利要求48的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽延伸穿過至少一個層以達到其在該層疊物中內的預定深度。
50. 權利要求37的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分的預定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
51. 權利要求44的超聲換能器，還包括一透鏡，其中該透鏡以與被棵露在內插器的開口中的該至少一個裝配層的第二部分的頂面基本 疊置對準的方式被定位。
全文摘要
一種超聲換能器，包括一層疊物，該層疊物具有一個第一面102、一個相對的第二面104以及在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線Ls。該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面，其中該層疊物的多個層包括一上非極化壓電層126、位于下面的一下極化壓電層106以及一介電層108。該介電層108連接到壓電層106并且限定一在基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第二預定長度的開口。在該層疊物中限定有多個第一切口槽118，每一個第一切口槽在該層疊物中延伸一預定深度穿過該上壓電層126并進入該下壓電層106中，并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預定長度。
文檔編號B06B1/06GK101405090SQ200680050188
公開日2009年4月8日 申請日期2006年11月2日 優先權日2005年11月2日
發明者G·龐, J·殷, M·盧卡斯, R·加西亞, S·F·福斯特 申請人:視聲公司;陽光溪流女子學院健康科學中心