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(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是在2005年4月4日提交的第11/109， 986號(hào)美國(guó)專利申 請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該第11/109， 986號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)要求在2004 年4月20日提交的第60/563, 784號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，同時(shí)也要 求在2005年11月2日提交的第60/733， 091號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益， 這些申請(qǐng)通過(guò)引用全文納入本說(shuō)明書(shū)中。
背景技術(shù)：
由壓電材料制成的高頻超聲換能器用于醫(yī)療領(lǐng)域中對(duì)皮膚和眼睛 中的小組織特征進(jìn)行析像，并且也用于血管成像應(yīng)用中。高頻超聲換 能器也用于對(duì)小動(dòng)物或者試驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)的結(jié)構(gòu)和流體流動(dòng)進(jìn)行成像。最 簡(jiǎn)單的超聲成像系統(tǒng)使用一個(gè)固定焦距的單元件換能器，該單元件換 能器用機(jī)械方法掃描來(lái)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(diǎn)并且允許 使用更先進(jìn)的構(gòu)圖算法和增大的幀頻率。雖然線性陣列換能器具有許多優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)的線性陣列換能器制 造需要復(fù)雜的工序。而且，在高頻率時(shí)，即在20MHz或者大約20MHz 或20MHz以上時(shí)，陣列的壓電結(jié)構(gòu)必須比低頻陣列壓電體的壓電結(jié)構(gòu) 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(duì)接(interdigital pair bonding)之類的最新切割鋸方法產(chǎn)生陣列 的常規(guī)切片和填充方法(dice and fill method)在制造高頻線性陣 列換能器時(shí)有許多缺點(diǎn)并且不能令人滿意。發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)方面，本發(fā)明的超聲換能器包括一具有第一面、相對(duì)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(gè)層，每一個(gè)層具有一頂面和一相對(duì)的底面。在一個(gè)方 面，該層疊物的多個(gè)層包括一連接到介電層的壓電層。多個(gè)切口槽(kerf slot)被限定在該層疊物中，每一個(gè)切口槽在該層疊物中延伸 一預(yù)定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預(yù)定長(zhǎng)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(yù)定長(zhǎng)度的開(kāi)口。在一個(gè)示例方面，每一個(gè)切口槽的第一預(yù)定 長(zhǎng)度至少等長(zhǎng)于該介電層所限定的開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)度。此外，該第 一預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的縱向距離。


包括在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附解了下述的幾 個(gè)方面，并且與描述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。所有的附圖中，相 同的數(shù)字代表相同的元件。圖1是本發(fā)明的陣列式超聲換能器的實(shí)施方案的立體圖，示出了 多個(gè)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(gè)陣列單元中的一個(gè)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(fā)明的陣列式超聲換能器的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面圖。 圖5是圖4中所示出的實(shí)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(guò)第一匹配層、 壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入襯底層的多個(gè)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(guò)第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入襯底層的多個(gè)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(guò)第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入透鏡和襯底層的多個(gè)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(guò)第一和第二匹 配層、壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入透鏡和襯底層的多個(gè)第一和 第二切口槽，其中，在此實(shí)施例中，該多個(gè)第二切口槽比該多個(gè)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(guò)第一和第二 匹配層、壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入透鏡和襯底層的多個(gè)第一 切口槽，此外還示出了穿過(guò)第一和第二匹配層延伸出去并進(jìn)入透鏡和 壓電層的多個(gè)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(guò)第一和第二 匹配層、壓電層、介電層延伸出去并且進(jìn)入透鏡和襯底層的多個(gè)第一 切口槽，此外還示出了穿過(guò)介電層延伸出去并且進(jìn)入壓電層的多個(gè)第二切口槽。圖12A-G示出了用于制造本發(fā)明的陣列式超聲換能器的實(shí)施方 案的示例性方法。圖13示出了換能器的頻率響應(yīng)的圖解表示。 圖14示出了換能器的時(shí)間響應(yīng)的圖解表示。圖15是對(duì)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(shè)計(jì)的最佳區(qū)域。此分析是針對(duì)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(shè)計(jì)的基線。圖16是具有粘合層的PZT層疊物的替代實(shí)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(biāo)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(duì)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(shè)計(jì)的優(yōu)選區(qū)域。圖18是對(duì)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(jì)的優(yōu)選區(qū)域。圖19是對(duì)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(duì)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(duì)于-6dB 閾值水平處的脈沖響應(yīng)，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(duì)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(duì)于-20dB 閾值水平處的脈沖響應(yīng)，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(duì)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(duì)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(dòng)(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(duì)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(fā)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(gè)體信號(hào)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(gè)別化信號(hào)電極元件的線一_PZT層疊物的每個(gè)單元有一個(gè)信號(hào)電 極)。圖26A是用于圖25A-C的PZT層疊物的內(nèi)插器(interposer )的 俯視平面圖(top plan view),示出了從鄰近換能器中心開(kāi)口處向外 延伸的電跡線以及位于內(nèi)插器的頂部和底部的接地電跡線；示出了置于內(nèi)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(nèi)插器的縱軸線的軸線定位的成列的交錯(cuò)的凹孔(well)，每一凹孔與 內(nèi)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(nèi)的每一凹孔中，使得當(dāng)PZT層疊物安裝 在介電層上并且被施加以熱量時(shí)，焊料熔化以在個(gè)體單元信號(hào)電極和 內(nèi)插器上的個(gè)體跡線之間形成所需的電連續(xù)性一一凹孔有助于將焊料 保持在該凹孔的范圍以內(nèi)。圖26B是圖26A中的介電層的交錯(cuò)凹孔以及位于下面的內(nèi)插器的 電跡線的局部放大圖，該凹孔被構(gòu)造來(lái)接收焊骨球形隆起。圖27A是安裝在圖26A中的介電層和內(nèi)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(nèi)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(nèi)插器之間的安裝關(guān)系，安裝在它們之間的焊骨球 形隆起在相應(yīng)的單元信號(hào)電極和內(nèi)插器上的電跡線之間形成電連接。圖28A是用于將本發(fā)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(gè)形成在其上的板電跡線，每一板 電跡線具有一個(gè)適于連接到換能器的電跡線的近端和一個(gè)適于連接到 連接器的遠(yuǎn)端，該連接器例如是通過(guò)其傳遞信號(hào)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(qū)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(nèi)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(qū)域B中示出了換能器的個(gè)體電跡線，這些電跡線被引線接合 到電路板的個(gè)體板電跡線。圖30A是圖29中的區(qū)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(nèi)插器之間的介電層。圖30B是圖29中的區(qū)域B的局部放大橫截面圖，該圖示出了在PZT層疊物和內(nèi)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(qū)域B的局部 放大圖。圖33是不包括內(nèi)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(gè)板電跡線上；示出了PZT層疊物，該P(yáng)ZT層疊物被安裝 在球形隆起上，使得PZT層疊物的相應(yīng)單元信號(hào)電極經(jīng)由相應(yīng)的球形 隆起與電路板的、與之相應(yīng)的板電跡線處于電連續(xù)狀態(tài)。圖34A是圖33的局部放大橫截面圖，該圖示出了沒(méi)有內(nèi)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(hào)電極之間并且與它們電連接的球形隆 起。圖35是一個(gè)其內(nèi)限定了多個(gè)開(kāi)口的示例性內(nèi)插器的俯視(top elevational )示意圖，并且示出了在內(nèi)插器的周邊邊緣的多個(gè)部分上 的對(duì)準(zhǔn)裝置。圖36是PZT層疊物的俯視示意圖，該圖示出了多個(gè)槽，這些槽穿 過(guò)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(yù)定距 離并且被填充以導(dǎo)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(gè)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(nèi)插器并且位于該內(nèi)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(gè)連接到內(nèi)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(yuǎn)端。圖39是在介電層被構(gòu)圖于圖38中的PZT層疊物的底面的多個(gè)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(yuǎn)端接觸。圖40是在信號(hào)電極層被構(gòu)圖于介電層和圖39中的PZT層疊物的 底面的多個(gè)部分上之后該P(yáng)ZT層疊物的仰視示意圖。圖41是在屏蔽電極被構(gòu)圖于環(huán)繞內(nèi)插器中的開(kāi)口的內(nèi)插器部分 上之后圖40中的PZT層疊物的俯視示意圖，此實(shí)施例中的屏蔽電極連 接到棵露在內(nèi)插器開(kāi)口內(nèi)的匹配層。圖42是在圖41中的PZT層疊物已經(jīng)被切割成個(gè)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(hào)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(hào)電極層 的電跡線的接合焊盤連接到電路的信號(hào)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(nèi)插器和屏蔽電極并且在圖43中的PZT層疊物內(nèi) 形成第一和第二切口槽之后，該圖43中的PZT層疊物內(nèi)的多個(gè)陣列單 元中的一個(gè)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(nèi)形成第一 和第二切口槽之后，該圖43中的PZT層疊物內(nèi)的多個(gè)陣列單元中的一個(gè)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(nèi)形成第一和第二切口槽之后， 該圖43中的PZT層疊物內(nèi)的多個(gè)陣列單元中的一個(gè)陣列單元的示意性 立體截面圖。圖47是具有安裝在內(nèi)插器的開(kāi)口內(nèi)并且與屏蔽電極接觸的透鏡 的圖46中的PZT層疊物內(nèi)的多個(gè)陣列單元中的一個(gè)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P(yáng)ZT 層疊物內(nèi)的多個(gè)陣列單元中的一個(gè)陣列單元的示意性立體圖。圖49是相對(duì)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(shí)施方式
本說(shuō)明書(shū)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(dāng)表述這樣的范圍時(shí)，另一實(shí)施方案包括 從該特定值和/或到其它特定值。同樣地，當(dāng)通過(guò)使用先行的"大約" 以近似值表示數(shù)值時(shí)，應(yīng)該理解的是，該特定值形成另一實(shí)施方案。 還應(yīng)該理解的是，每一個(gè)范圍的兩端點(diǎn)在相關(guān)于另一端點(diǎn)和獨(dú)立于另 一端點(diǎn)時(shí)都是重要的。也應(yīng)該理解的是，在本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了多個(gè)數(shù) 值，每個(gè)數(shù)值除公開(kāi)了該數(shù)值本身之外，在本說(shuō)明書(shū)中還公開(kāi)了 "大約"該特定數(shù)值。例如，如果公開(kāi)了數(shù)值"30"，則也公開(kāi)了 "大約 30"。也應(yīng)該理解的是，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能夠恰當(dāng)理解的， 當(dāng)公開(kāi)了一個(gè)數(shù)值時(shí)，也公開(kāi)了 "小于或等于"該數(shù)值、"大于或等 于該數(shù)值"和在兩數(shù)值之間的可能范圍。例如，如果公開(kāi)了數(shù)值"30"， 則也公開(kāi)了 "小于或等于30"和"大于或等于30"。也應(yīng)該理解的是，在整個(gè)本申請(qǐng)中，數(shù)據(jù)以多種不同形式提供， 并且該數(shù)據(jù)代表端點(diǎn)和起始點(diǎn)以及這些數(shù)據(jù)點(diǎn)任意組合的范圍。例如， 如果公開(kāi)了特定數(shù)據(jù)點(diǎn)"30"和特定數(shù)據(jù)點(diǎn)"100"，應(yīng)該理解，認(rèn)為 公開(kāi)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(fā)生，而且該描述包括該事件或情況發(fā)生的例子和該事件或情況 不發(fā)生的例子。本發(fā)明在以下的示例性實(shí)施方案中會(huì)被更詳細(xì)地描述，由于其中 的許多改型和變體對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)是明顯的，所以該 示例性實(shí)施方案僅僅旨在說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)中所使用的"一"、"一個(gè)" 或"該"根據(jù)其被使用的上下文可以表示一個(gè)或多個(gè)。參照?qǐng)D1-11，在本發(fā)明的一個(gè)方面，超聲換能器包括具有第一 面102、相對(duì)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(gè)層，每一層具有頂面128和相對(duì)的底面130。 在一個(gè)方面，該層疊物的多個(gè)層包括壓電層106和介電層108。在一 個(gè)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(gè)層可進(jìn)一步包括接地電極層110、信號(hào)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(shí)保護(hù)層(未示出)、聲透鏡302、光致抗蝕劑層(未示出)、 導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)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(fù)合物和陶瓷-陶瓷復(fù)合物等組成的組。在一個(gè)實(shí)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(qū)域。通過(guò)常規(guī)薄膜技 術(shù)一_包括但不限于旋涂或浸涂技術(shù)，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?；蛘?，可以通過(guò)照相平版印刷法 (photolithography)對(duì)介電層構(gòu)圖以棵露壓電層的一區(qū)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(gè)方面，該介電層不覆蓋該壓電層的整個(gè)底面。在一個(gè)方面，該 介電層限定一開(kāi)口或間隙，該開(kāi)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(yù)定長(zhǎng)度L2。在介電層中的開(kāi)口優(yōu)選與壓電層 的底面的中心區(qū)域?qū)?zhǔn)。該開(kāi)口限定該陣列的高度尺寸(elevation dimension)。在一個(gè)方面，該陣列的每一個(gè)單元120具有相同的高度 尺寸，并且該開(kāi)口的寬度在專供形成有切口槽的該裝置的工作區(qū)域之 用的壓電層區(qū)域內(nèi)是不變的。在一個(gè)方面，介電層中的開(kāi)口的長(zhǎng)度能夠以預(yù)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(duì)厚度以及介電層和壓電層的相對(duì)介電常數(shù) 限定了所施加電壓在該兩層分配的程度。在一個(gè)實(shí)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(yù)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(méi)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(qū)域。在這一方面，介電層使得可以使用比工作區(qū)域?qū)挼膲弘妼?，并?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(qū)域內(nèi)但在頂面上保持公共接地(common ground )的方式在該工作區(qū)域內(nèi)被制造并且延伸到該區(qū)域 之外。多個(gè)第一切口槽118被限定在該層疊物內(nèi)。每個(gè)第一切口槽都在 該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)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(yù)定長(zhǎng)度L1?？梢岳斫獾氖?，第一切口槽的"預(yù)定深度"可 以構(gòu)成一預(yù)定深度曲線，該曲線是沿該第一切口槽的相應(yīng)長(zhǎng)度的位置 的函數(shù)。每一個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng)度至少等長(zhǎng)于由介電層限定 的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的縱向距離。在一 個(gè)方面，該多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)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(gè)第二切口槽122。在這一方面，每個(gè) 第二切口槽都在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)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(yù)定長(zhǎng)度L3。如上文所指出的那樣，該第 二切口槽的"預(yù)定深度"可以構(gòu)成一預(yù)定深度曲線，該曲線是沿該第 二切口槽的相應(yīng)長(zhǎng)度的位置的函數(shù)。每個(gè)第二切口槽的長(zhǎng)度至少等長(zhǎng) 于由介電層限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的 縱向距離。在一個(gè)方面，每一個(gè)第二切口槽定位得鄰近至少一個(gè)第一 切口槽。在一個(gè)方面，多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)超聲陣列單元，多個(gè) 第二切口槽限定多個(gè)超聲陣列子單元124。例如，對(duì)于無(wú)任何第二切口槽的本發(fā)明的陣列，每個(gè)陣列單元具有一個(gè)陣列子單元；對(duì)于在兩 個(gè)相應(yīng)的第一切口槽之間帶有一個(gè)第二切口槽的本發(fā)明的陣列，每個(gè) 陣列單元具有兩個(gè)陣列子單元。本領(lǐng)域普通技術(shù)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(yīng)的第一面和第二面中任意一個(gè)，也就是說(shuō)， 切口槽具有居中長(zhǎng)度，所以所形成的陣列單元由靠近層疊物的相應(yīng)第一面和第二面的、層疊物的鄰接部分支撐。本發(fā)明的層疊物的壓電層能夠在被認(rèn)為相對(duì)于現(xiàn)有臨床成像頻率 標(biāo)準(zhǔn)為高的頻率下諧振。在一個(gè)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(yōu)選在大約20—150MHz的中心頻率下諧振，更優(yōu)選在大約25 -100MHz的中心頻率下諧振。在一個(gè)方面，多個(gè)超聲陣列子單元中的每一個(gè)的寬度與高度之寬 高比都大約為0. 2-1. 0，優(yōu)選大約為0. 3-0. 8，更優(yōu)選大約為0. 4-0. 7。 在一個(gè)方面，對(duì)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(jié)構(gòu)將陣列單元的橫向 諧振模式(resonance mode)和與用來(lái)產(chǎn)生聲能的厚度諧振模式分開(kāi)。 如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，可以考慮將類似的橫截面設(shè)計(jì)用于 其它類型的陣列。如上所述，制造多個(gè)第一切口槽來(lái)限定多個(gè)陣列單元。在一個(gè)每 個(gè)陣列單元具有兩個(gè)子切割單元的64單元陣列的非限制性實(shí)施例中， 加工129個(gè)相應(yīng)的第一和第二切口槽來(lái)產(chǎn)生128個(gè)壓電子單元，該128 個(gè)壓電子單元組成該陣列的64個(gè)單元?？梢灶A(yù)期的是，對(duì)于更大的陣 列，這一數(shù)字是可以增加的。對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行子切割的陣列，帶有64個(gè) 和256個(gè)陣列單元的陣列結(jié)構(gòu)可以分別4吏用65個(gè)和257個(gè)第一切口 槽。在一個(gè)方面，該第一和/或第二切口槽可以填充空氣。在另一個(gè)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(guò)"子切割"方法使用多個(gè)第一和第二切口槽形成子單元是這 樣一種技術(shù)，即將兩相鄰子單元電短接在一起，使得該對(duì)被短接的子 單元起該陣列一個(gè)單元的作用。對(duì)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(chuàng)造條件，使得在單元內(nèi)的不需要的橫向 諧振被轉(zhuǎn)移到在該設(shè)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(chǎn)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(duì)于大于約20MHz的高頻陣列設(shè)計(jì)，子切割理念——在以更大單元間距為代價(jià)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(hào)強(qiáng)度 和敏感性。陣列的間距可以相對(duì)于在設(shè)備的中心頻率下聲音在水中的 波長(zhǎng)來(lái)描述。例如，當(dāng)涉及具有30MHz的中心頻率的換能器時(shí)，50微 米的波長(zhǎng)是能夠使用的有用波長(zhǎng)?？紤]到這一點(diǎn)，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)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(gè)方面，本發(fā)明的層疊物的壓電層的間距大約為7. 5-300微 米，優(yōu)選大約為10 - 150微米，更優(yōu)選大約為15 - 100微米。在一個(gè) 實(shí)施例中，旨不在進(jìn)行限制，對(duì)于30MHz的陣列設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)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(jìn)行限制，對(duì)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(gè)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(dǎo)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(méi)有使用子切割并且所有相應(yīng)的切 口槽都是第一切口槽，那么該陣列結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造和布置為形成128 個(gè)單元的間距為0. 75入的陣列。在高頻率，當(dāng)陣列單元的寬度和切口槽的寬度按比例縮小到i-io 個(gè)微米的數(shù)量級(jí)時(shí)，最好在陣列的制造中加工窄的切口槽。本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員可以理解的是，使切口槽變窄能夠?qū)㈥嚵械拈g距降至最 小，使得在該陣列裝置正常工作的過(guò)程中能量柵瓣效應(yīng)能夠最小化。 另外，通過(guò)使切口槽變窄，對(duì)于給定的陣列間距通過(guò)除去盡可能少的 壓電層，單元強(qiáng)度和敏感性被最大化。使用激光加工，該壓電層可以 以精細(xì)的間距被構(gòu)圖并保持機(jī)械完整性?？梢允褂眉す馕⒓庸⒃摱鄠€(gè)第一和/或第二切口槽延伸到層疊 物中到其各自的預(yù)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(lái)"切割"切口槽的激光器包括，例如， 可見(jiàn)光波長(zhǎng)激光器和紫外線波長(zhǎng)激光器以及脈沖長(zhǎng)度為100ns - lf s 的激光器等。在所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)使用在UV范圍內(nèi)的較 短波長(zhǎng)激光器和/或脈沖長(zhǎng)度為皮秒-飛秒的激光器最小化熱影響區(qū) 域(HAZ)。激光微加工能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將大量能量控制在盡可能小 的體積內(nèi)局部燒蝕材料表面。如果入射光子的吸收在足夠短的時(shí)段內(nèi) 發(fā)生，則沒(méi)有時(shí)間發(fā)生熱傳導(dǎo)。 一個(gè)干凈的燒蝕槽被生成，同時(shí)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(qū)域內(nèi)所消耗的能量最大化同時(shí)使對(duì)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(nèi)通過(guò)熱傳導(dǎo)機(jī)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(nèi)。fs激光器 具有非常短的時(shí)間脈沖(約10-15s)，因此能量的吸收在這個(gè)時(shí)間 范圍內(nèi)發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，不需要在激光切割之后對(duì)壓電層進(jìn)行 任何再極化。UV激基激光器適于制造用于生產(chǎn)像噴嘴、光學(xué)裝置、傳感器等之 類的微型光-電-機(jī)系統(tǒng)(MOEMS)單元的復(fù)雜微型結(jié)構(gòu)。由于在幾個(gè)紫 外線波長(zhǎng)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(duì)材料進(jìn)行處理。通常，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，對(duì)于給定的激光微加工系統(tǒng)，燒蝕深度主要取決于每一脈沖的能量和脈沖的數(shù)量。對(duì)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(dú)立的，超過(guò)該深度則該燒蝕速率快速降低并飽和(saturate)為零。通過(guò)控制入射到壓電層疊物上的每一位置的脈沖 數(shù)量，可以得到最高達(dá)給定激光能量密度所對(duì)應(yīng)的飽和深度的、作為 位置的函數(shù)的預(yù)定切口深度。該飽和深度可被認(rèn)為是等離子體羽流(在 燒蝕過(guò)程中產(chǎn)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(dāng)被限制在更深溝槽的壁內(nèi)時(shí)會(huì)更密集，更能吸收； 此外，羽流擴(kuò)展可能要用更長(zhǎng)的時(shí)間。在高能量密度下，激光脈沖開(kāi) 始和羽流衰減開(kāi)始之間的時(shí)間通常是幾納秒。對(duì)于脈沖長(zhǎng)度為10納秒 量級(jí)的激光器，這意味著激光束的后部會(huì)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(gè)方面，用來(lái)將第一或第二切口槽延伸到壓電層里或者延伸 穿過(guò)壓電層的激光器是例如像KrF激基激光器系統(tǒng)(例如，具有大約 248mn的波長(zhǎng))之類的短波長(zhǎng)激光器?？梢允褂玫亩滩ㄩL(zhǎng)激光器的另 一個(gè)例子是氬氟化物激光器(argon fluoride laser)(例如，具有 大約193nm的波長(zhǎng))。在另一方面，用于切割該壓電層的激光器是短 脈沖長(zhǎng)度激光器。例如，可以使用被改進(jìn)為發(fā)射ps到fs量級(jí)的短脈沖長(zhǎng)度的激光器?？梢允褂媚芰棵芏确秶鸀榇蠹s0-20J/cm2 (對(duì)于PZT陶乾，優(yōu)選 為大約0. 5-10. 0 J/cm2 )的KrF激基激光器系統(tǒng)(具有波長(zhǎng)為大約248nm 的UV光)來(lái)激光切割大約1- 30ym寬(更優(yōu)選為5 - 10jum寬)、穿 過(guò)壓電層大約1 - 200ijm厚(優(yōu)選10- 150jam厚)的切口槽。壓電層 的實(shí)際厚度多數(shù)常?；谝粋€(gè)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(yù)期中心頻率在7A和^入之 間變化。如本領(lǐng)域普通技術(shù)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(lǐng)域普通技 術(shù)人員所清楚的，目標(biāo)厚度可以基于該陣列每個(gè)子單元具體的寬度與高度之寬高比進(jìn)一步精調(diào)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(qū)域的激光脈沖數(shù)目還可為進(jìn)行精 確的深度控制創(chuàng)造條件。在另一方面， 一個(gè)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(lái)激光燒蝕穿 過(guò)基于聚合物的材料(polymer based material)和穿過(guò)薄金屬層。如上文所指出的那樣，該多個(gè)層可進(jìn)一步包括信號(hào)電極層112和 接地電極層110?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用覆蓋介電層和壓電層暴露區(qū)域的鍍金 屬層(未示出)來(lái)限定電極。如本領(lǐng)域普通技術(shù)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(gè)非限制性 實(shí)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(guò)例如像噴鍍(蒸鍍、電鍍等)之類的薄膜沉積技術(shù)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(shí)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(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以預(yù)期的是，可以使用在半導(dǎo)體 和微制造領(lǐng)域眾所周知的其它常規(guī)界面粘合層。信號(hào)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(hào)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(gè)方面，如本說(shuō)明書(shū)中所描述的，信號(hào)電極比介電層所限定的開(kāi)口寬， 并且覆蓋位于導(dǎo)電材料404之上的區(qū)域內(nèi)的介電層的邊緣，該導(dǎo)電材 料404用于將該層疊物表面安裝到內(nèi)插器上。在一個(gè)方面，所沉積的信號(hào)電極圖案為覆蓋壓電層底面的整個(gè)表面的圖案或者為橫跨介電層所限定的開(kāi)口延伸的適合區(qū)域的預(yù)定圖 案。該信號(hào)電極的初始長(zhǎng)度可以比其最終長(zhǎng)度長(zhǎng)。該信號(hào)電極可以被 修整(或蝕刻)成更復(fù)雜的圖案，該更復(fù)雜的圖案導(dǎo)致更短的長(zhǎng)度。可以使用激光(或者其它例如像反應(yīng)離子蝕刻(RIE)之類的材料 去除技術(shù))去除所沉積的電極的一些以形成最終的復(fù)雜的信號(hào)電極圖 案。在一個(gè)方面，通過(guò)噴鍍(分別為300/3000的鉻/金-但是更厚和 更薄的層是可預(yù)期的)來(lái)沉積比介電間隙長(zhǎng)的、簡(jiǎn)單矩形形狀的信號(hào) 電極。然后借助于激光對(duì)信號(hào)電極進(jìn)行構(gòu)圖。蔭軍(shadow mask)和標(biāo)準(zhǔn)"濕式清洗臺(tái)(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(fù)雜細(xì)部的信 號(hào)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(gè)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(zhǎng)于介電層所限定的開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(zhǎng)于每個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng)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(gè)頂面。在一個(gè)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(zhǎng)于每個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng)度(如上所述)以及每個(gè) 第二切口槽的第三預(yù)定長(zhǎng)度。在一個(gè)方面，接地電極的一部分一般保 持棵露，以便于將信號(hào)地從接地電極連接到在內(nèi)插器402 (下文有描述) 上的信號(hào)地跡線(signal ground trace)上。在一個(gè)實(shí)施例中，雖然信號(hào)電極和接地電極兩者都可以通過(guò)物理 沉積技術(shù)(蒸鍍或噴鍍)來(lái)鍍敷，但是也可以使用例如像電鍍之類的 其它方法。在一個(gè)優(yōu)選的方面，使用像噴鍍之類的敷形涂覆技術(shù)在介 電層邊緣附近的區(qū)域獲得良好的階梯覆蓋。如上文所指出的，在沒(méi)有介電層的區(qū)域，施加到信號(hào)電極和接地 電極的電信號(hào)的全部電壓存在于壓電層上。在有介電層的區(qū)域，電信 號(hào)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(shù)和壓電層的介電常數(shù)的比 值成反比。該層疊物的多個(gè)層可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)具有頂面和相對(duì)的底 面的匹配層。在一方面，該多個(gè)層包括兩個(gè)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(zhǎng)于由介電層所限定的開(kāi)口的第二預(yù)定 長(zhǎng)度。該匹配層具有預(yù)定的聲阻抗和目標(biāo)厚度。例如，混有環(huán)氧樹(shù)脂的 粉末(體積％ )可以用來(lái)產(chǎn)生預(yù)定的聲阻抗?？梢詫⒃撈ヅ鋵邮┯玫?壓電層的頂面上，使其固化并將其研磨到適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)厚度。本領(lǐng)域普通技術(shù)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(nèi)部聲音的波長(zhǎng)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(shí)際 選擇、它們的具體材料特性以及預(yù)期的中心頻率。在一個(gè)實(shí)例中，不旨在進(jìn)行限制，對(duì)于基于聚合物的匹配層材料，在30MHz下，這導(dǎo)致約 15-25nm的優(yōu)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(huán) 氧樹(shù)脂混合的PZT，該以30%的體積與301-2 Epotek環(huán)氧樹(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的， 制備摻有粉末的環(huán)氧樹(shù)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(nèi)基本上沒(méi)有氣穴。該環(huán)氧樹(shù)脂可以在初始時(shí)就被脫氣， 混入粉末后對(duì)該混合物進(jìn)行第二次脫氣。該混合物可以在高于室溫的 設(shè)定點(diǎn)溫度(20-200"C )——其中用于301-2環(huán)氧樹(shù)脂的為801C — — 被施用到壓電層的表面上。該環(huán)氧樹(shù)脂通常在2小時(shí)內(nèi)固化。在一個(gè) 方面，不旨在進(jìn)行限制，在301-2環(huán)氧樹(shù)脂中有30%體積的PZT，該 第一匹配層的厚度是大約74波長(zhǎng)并為大約20jim厚。該層疊物的該多個(gè)層可以進(jìn)一步包括具有頂面和相對(duì)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(kāi)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(gè)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(lǐng)域普通技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的，環(huán)氧樹(shù)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(chǎn)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(kāi)文本中是可預(yù)期的。選擇 變化范圍為從l-6個(gè)不連續(xù)層(discrete layer)到一個(gè)漸變層的匹 配層以及變化范圍為從0-5個(gè)不連續(xù)層到一個(gè)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(duì)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(shí)施例中，該厚度可以在大約40Mm-75pm之間變化。對(duì)于中心頻率 在25 - 50MHz的換能器以及對(duì)于不同數(shù)量的匹配層和襯底層，可以基 于對(duì)所使用的材料的認(rèn)識(shí)，相應(yīng)地調(diào)節(jié)該壓電層的厚度，并且換能器 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠確定合適的尺寸?？梢允褂眉す馄鞲淖?cè)搲弘妼拥囊粋€(gè)(或兩個(gè))面。 一個(gè)這樣的 改變可以是在施用匹配層和襯底層之前產(chǎn)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(lái)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(duì)準(zhǔn)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(lǐng)域普通技術(shù) 人員所知的聚合材料制成。例如，具有三個(gè)平坦側(cè)面和一個(gè)曲面的預(yù) 成型或預(yù)加工的Rexolite片可以用作透鏡。曲率半徑(R)由聲透鏡 的預(yù)期焦距確定。例如，但不旨在進(jìn)行限制，該透鏡可以用計(jì)算機(jī)數(shù) 控設(shè)備、激光加工、模塑等方法常規(guī)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(kāi)口等寬。在一個(gè)優(yōu)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(kāi)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(kāi)口或間隙。在一方面，該透鏡的長(zhǎng)度可以寬于切口槽的長(zhǎng)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(hù)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(jié)到該層疊物上。在一個(gè)實(shí)施例中，該粘合劑層可以是用來(lái)將透鏡粘結(jié)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(zhǎng)(例如厚度為74波長(zhǎng))，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(guò)普通的薄膜沉積技術(shù)(例如旋涂之類)控制。 當(dāng)涂覆溫度升高到大約60-85lC時(shí)，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(kāi)始變化。因 此，在一個(gè)優(yōu)選的方面，這一過(guò)程在801C的設(shè)定點(diǎn)溫度實(shí)施。由于SU -8層已是固態(tài)形式，并且升高的溫度只會(huì)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(huì)沿該陣列 的切口向下流動(dòng)。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間隙和機(jī)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(jié)過(guò)程 在局部真空內(nèi)進(jìn)行是優(yōu)選的。在粘結(jié)發(fā)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(guò)該Rexolite層)來(lái)使SU-8 交聯(lián)，以使該層更堅(jiān)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(guò)兩個(gè)匹配層(如果使用 了兩個(gè)匹配層的話)并進(jìn)入透鏡。如果該SU-8和透鏡被激光切割， 可以使用取放機(jī)器(或者按一定尺寸制作并加工為與粘結(jié)在一起的實(shí) 際部件的具體尺寸和形狀相應(yīng)的調(diào)準(zhǔn)夾具)在該層疊物的頂層的最上 表面上在X和Y方向上對(duì)準(zhǔn)透鏡?？梢允褂么蠹s1-5J/cn^的激光能 量密度來(lái)激光切割該SU - 8和透鏡。至少一個(gè)第一切口槽能夠延伸通過(guò)或者進(jìn)入至少一層以達(dá)到其在 該層疊物內(nèi)的預(yù)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(shí)被切穿或者切入。因此，可以選擇性地基本同時(shí)切穿多個(gè)層。 而且，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以選擇性地同時(shí)切穿幾個(gè) 層，而在隨后的時(shí)間選擇性地切穿其它層。在一方面，至少一個(gè)第一 和/或第二切口槽的至少 一部分延伸到 一預(yù)定深度，該預(yù)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(gè)第一和/或 第二切口槽的至少 一部分能延伸到 一預(yù)定深度，該預(yù)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(gè)第一切口槽的至少一部分能夠延伸到該介電層內(nèi)到一預(yù) 定深度，且一個(gè)第一切口槽的至少一部分還能夠延伸到襯底層內(nèi)到一 預(yù)定深度。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，進(jìn)入襯底層中的預(yù)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(guò) 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(jìn)。 在一方面， 一個(gè)第一切口槽的至少一部分延伸通過(guò)至少一層并延伸到 襯底層內(nèi)到一預(yù)定深度。如本說(shuō)明書(shū)中所描述的，該進(jìn)入襯底層中的預(yù)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(gè)第一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度與同一相應(yīng)切口槽的另一部分的預(yù)定深度相比，或者與另一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度相比， 可以不同。在另一方面，至少一個(gè)第一切口槽的預(yù)定深度可以深于至 少一個(gè)其它切口槽的預(yù)定深度。如上文所述，如上文對(duì)于第一切口槽所描述的，至少一個(gè)第二切 口槽能夠延伸通過(guò)至少一層以達(dá)到其在層疊物中的預(yù)定深度。如上文 對(duì)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(guò)所述層疊物的至少一層。如果層疊物的各層是 獨(dú)立切割的，則在層疊物的給定層內(nèi)的每一個(gè)切口槽，無(wú)論是第一切 口槽還是第二切口槽，都能夠基本疊置對(duì)準(zhǔn)相鄰層中的對(duì)應(yīng)槽。在一優(yōu)選方法中，在該層疊物被安裝到內(nèi)插器上并且襯底層被施 用之后，將該切口槽激光切割進(jìn)入壓電層內(nèi)。該超聲換能器可進(jìn)一步包括具有頂面和相對(duì)的底面的內(nèi)插器402。 在一方面，該內(nèi)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(yù)定長(zhǎng)度L4的第二開(kāi)口。該第二開(kāi)口便于將襯底層簡(jiǎn)單施用 至該壓電層疊物的底面上。多個(gè)電跡線(electrical trace) 406可以以預(yù)定圖案被定位在 該內(nèi)插器的頂面上，并且信號(hào)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(hào)電極112——可以以與該內(nèi) 插器402基本疊置對(duì)準(zhǔn)的方式安裝，使得由信號(hào)電極層所限定的電極 圖案與定位在該內(nèi)插器頂面上的電跡線的預(yù)定圖案電性連接。該內(nèi)插 器也可以用作引到該陣列的各個(gè)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(nèi)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(jìn)行。 然而，如果透鏡材料的區(qū)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(jìn)行。有許多本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所公知的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂和涂料可以被用于進(jìn)行這些連接。如本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所清楚的，引線接合(wirebonding)也可以被用于進(jìn)行 這些連接。例如，引線接合可以用來(lái)進(jìn)行從內(nèi)插器到柔性電路的連接 以及用來(lái)進(jìn)行從該層疊物到該內(nèi)插器的連接。因此，可以預(yù)期的是， 可以使用本領(lǐng)域中已知的方法，例如，并不旨在進(jìn)行限制，通過(guò)使用 包括但不限于焊料的導(dǎo)電表面安裝材料或通過(guò)使用引線接合，來(lái)進(jìn)行 表面安裝。襯底材料114可以如本文中所述來(lái)制造。在一個(gè)非限制性實(shí)施例 中，該襯底材料可以由能被用來(lái)產(chǎn)生預(yù)定聲阻抗的混有環(huán)氧樹(shù)脂的粉 末(體積％ )制成。以30 %與301-2 Epotek環(huán)氧樹(shù)脂混合的PZT具 有8兆雷的聲阻抗，并且不導(dǎo)電。當(dāng)使用基于環(huán)氧樹(shù)脂的襯底時(shí)，在 內(nèi)插器所限定的第二開(kāi)口內(nèi)發(fā)生一些就地固化的情況下，使用粘結(jié)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?；诃h(huán)氧 樹(shù)脂的村底層可以由其它粉末例如鎢、氧化鋁等組成?？梢岳斫獾氖牵?可以預(yù)期其它常規(guī)襯底材料，例如，不旨在進(jìn)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(yù)制和切割成合適的尺寸，使得其適合通過(guò)該內(nèi)插器所限定的開(kāi)口。 該預(yù)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(nèi)插器所限定的第二開(kāi)口內(nèi)。通過(guò)減少就地固化的材料 的量，可以減少在層疊物內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)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(jié)完成之后可以拆掉該剛性 板。本發(fā)明的陣列可以具有如本領(lǐng)域普通技術(shù)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(shuō)明書(shū)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(fā)送頻率下諧振。本說(shuō)明書(shū) 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(fā)送中心頻率下諧振。本說(shuō)明書(shū)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(yōu)選在大約20 - 150MHz、更優(yōu)選在大約25-lOOMHz的超聲發(fā)送頻率下諧振。本說(shuō)明書(shū)還提供了一種通過(guò)用激光切割壓電層使得熱影響區(qū)域最 小化來(lái)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(shuō)明書(shū)提供了 一種方法，其中可以在一個(gè)或者一 系列連續(xù)步驟 中實(shí)現(xiàn)所有功能層的"切割"。本說(shuō)明書(shū)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(fā)送頻 率下諧振。在一個(gè)實(shí)施例中，激光切割除壓電層以外的附加層。在另 一個(gè)實(shí)施例中，該壓電層和附加層基本在同一時(shí)間或者基本同時(shí)被切 割。所切割的附加層可以包括，但不限于，臨時(shí)保護(hù)層、聲透鏡302、 匹配層116和/或126、襯底層114、光致抗蝕劑層、導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)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(shí)被切穿。因此，可以選擇性地基本同時(shí)切穿多個(gè)層。 而且，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以選擇性地同時(shí)切穿幾個(gè) 層，在隨后的時(shí)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(jī)械支撐件或內(nèi)插器402上，該機(jī)械支撐件或內(nèi)插器402限 定位于該層疊物區(qū)域下面的孔或開(kāi)口，以便保持通向?qū)盈B物底面的通 道。該內(nèi)插器也可以用作引到該陣列的各個(gè)單元的電引線的再分配層。 在一個(gè)實(shí)施例中，在激光切穿安裝到內(nèi)插器上的層疊物之后，附加襯 底材料可以被沉積到由該內(nèi)插器所限定的第二開(kāi)口內(nèi)，以增加該襯底 層的厚度。當(dāng)然，所公開(kāi)的方法并不限于用激光進(jìn)行單次切割，如本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員所清楚的，可以用激光進(jìn)行多次附加的切割，穿過(guò)一個(gè)或 者多個(gè)所公開(kāi)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(fā)送頻率下諧振。在此實(shí)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(gè)深度或者幾個(gè)不同的深度。激光切割的每一深度都可以被認(rèn)為是 該陣列結(jié)構(gòu)的單獨(dú)區(qū)域。例如， 一個(gè)區(qū)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(gè)區(qū)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(kāi)的方法的一個(gè)方面，預(yù)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(gè)面(或者兩個(gè)面)進(jìn)行。在 此實(shí)施例中，使兩個(gè)面都棵露便于激光加工產(chǎn)生更干凈和更平直的切 口邊緣。 一旦激光束"穿透"，則因?yàn)榧庸み^(guò)程不再依靠從進(jìn)入點(diǎn)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?qū)ζ渌鼔弘妼訕?gòu)圖。除了 PZT 壓電陶瓷之外，可以制造并研磨陶瓷聚合物復(fù)合層至如關(guān)于使用例如 像叉指法之類的本領(lǐng)域已知的技術(shù)所描述的類似厚度。例如，2-2和 3 - 1型陶瓷聚合物復(fù)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?dāng)_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(fù)合物中的聚合物以產(chǎn)生帶有通風(fēng)切口 (air kerf)的陣列結(jié) 構(gòu)的適合工具。在這種情況下，在陣列的工作區(qū)域內(nèi)(去除了聚合物的地方)，2 - 2型復(fù)合物可以用作1詩(shī)目陶瓷(l-phase ceramic )。 或者，可以去除3-1型復(fù)合物中的聚合物的一個(gè)連通軸(axis of connectivity)。另 一種用于2 - 2型復(fù)合物的方法可以是激光微加工垂直于該2 -2型復(fù)合物取向的切口。得到的結(jié)構(gòu)可以是類似于使用3-l型復(fù)合物 生成的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)殛嚵袉卧獙⑹翘沾?聚合物復(fù)合物。由于陶資 和聚合物可以同時(shí)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(hù)以避免在激光加工過(guò)程本身期間 在試件上沉積碎屑。在此實(shí)施例中，可以在層疊物組件的頂面上沉積 保護(hù)層。該保護(hù)層可以是臨時(shí)性的并且能夠在激光加工之后被去除。 該保護(hù)層可以是可溶解層，例如像常規(guī)抗蝕劑層等。例如，當(dāng)頂面是 一薄金屬層時(shí)，該保護(hù)層起防止金屬剝離或剝落的作用。如本領(lǐng)域普 通技術(shù)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(shí)施例提出了以下實(shí)施例，以便為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供在此要求保 護(hù)的超聲陣列換能器和方法的完全公開(kāi)和描述，并且這些實(shí)施例旨在 僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示例，并不旨在限制發(fā)明人認(rèn)為是其發(fā)明的內(nèi)容的范圍。圖12a-12g示出了一種使用激光微加工技術(shù)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(yù)極化 壓電結(jié)構(gòu)。 一示例性結(jié)構(gòu)為由CTS Communications Components Inc (Bloomingdale， IL )經(jīng)銷的型號(hào)為PZT 3203HD (零件編號(hào)KSN6579C ) 的產(chǎn)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(hào)電極112?？蛇x地，未氧化的較低電阻(在l-100MHz下)的金屬化層通過(guò) 例如像噴鍍、蒸鍍、電鍍等之類的薄膜沉積技術(shù)來(lái)沉積。這種金屬化 層的非限制性實(shí)例為鉻/金結(jié)合物(combination)。如果使用這種層，則鉻用作金的粘合劑層。可選地，對(duì)于陶瓷壓電體(例如PZT),從 廠商處得到的結(jié)構(gòu)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(biāo)厚度方面的準(zhǔn)確度/精確度，可以將該壓電結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)的頂面上。在一方面， 部分上電極保持棵露，以便于信號(hào)地被從上電極連接到在下面的內(nèi)插 器402上的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)地跡線。將匹配層施用到該壓電結(jié)構(gòu)的頂 面上，使其固化并隨后將其研磨到該目標(biāo)厚度。所使用的匹配層材料 的一個(gè)非限制性實(shí)例就是以30%與301-2 Epotek環(huán)氧樹(shù)脂混合的 PZT，該以30%與301 - 2 Epotek環(huán)氧樹(shù)脂混合的PZT具有大約8兆 雷的聲阻抗。在一些實(shí)施例中，對(duì)于第一層需要在7-9兆雷范圍的值。 在另一些實(shí)施例中，可以使用在1-33兆雷范圍內(nèi)的值。摻有粉末的 環(huán)氧樹(shù)脂被制備并且被固化到該壓電結(jié)構(gòu)的頂面上，使得在第一 匹配 層內(nèi)基本上沒(méi)有氣穴。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，該301-2環(huán)氧樹(shù)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(shè)定點(diǎn)溫度下被施用到該壓電結(jié)構(gòu)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(zhǎng)的目標(biāo)厚度， 對(duì)于301-2環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)的30% PZT，該目標(biāo)厚度大約為20pm?？蛇x 地，不同組成以及與所需粘度的不同環(huán)氧樹(shù)脂適當(dāng)混合(體積百分比) 的粉末可以用來(lái)產(chǎn)生期望的聲阻抗?？蛇x地， 一金屬化層可以被施用到與壓電結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的底面被研磨以獲得壓電層106的目標(biāo)厚度，該目標(biāo) 厚度適于在層疊物處于其完成形式時(shí)產(chǎn)生具有期望的工作中心頻率的 裝置。期望的厚度取決于對(duì)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(lián)合限 定。例如，對(duì)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(biāo)厚度是大約60jam。在另一個(gè)實(shí)施例中，該目標(biāo)厚度為大約 50 - 70jam。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的，對(duì)于在25 - 50MHz范圍內(nèi) 的頻率，基于對(duì)所使用的材料的認(rèn)識(shí)，相應(yīng)地調(diào)整該目標(biāo)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(qū)域(在匹配層所覆蓋的區(qū)域之下)限 定一個(gè)開(kāi)口?？梢岳斫猓稍摻殡妼铀薅ǖ拈_(kāi)口也限定了該陣列的高度尺寸。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，為了形成介電層，使用了被用 來(lái)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(guò)控制旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時(shí)間以及加熱 時(shí)間(在旋涂和薄膜沉積技術(shù)領(lǐng)域中已知的所有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù))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(guò)標(biāo)準(zhǔn)照相平版 印刷技術(shù)，可以對(duì)該介電層構(gòu)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(kāi)口。可選地，可以使用負(fù) 性抗蝕劑組分，使得在蝕刻過(guò)程中暴露在UV輻射下的抗蝕劑區(qū)域不被 去除，以形成該介電層的開(kāi)口(或者任何普通圖案)。介電層與壓電層底面的粘合通過(guò)后期UV照射來(lái)強(qiáng)化。在蝕刻過(guò)程 之后的補(bǔ)充UV照射可以促進(jìn)SU-8層內(nèi)的交聯(lián)并提高該介電層的粘附 性和耐化學(xué)性?？蛇x地，可以使用機(jī)械支撐件來(lái)防止層疊物100在介電層施用過(guò) 程中的破裂。在此方面，通過(guò)將SU-8層旋制(spin)到該機(jī)械支撐 件本身上，將該機(jī)械支撐件施用到第一匹配層上。該機(jī)械支撐件可以 使用在沉積該SU-8介電體、旋轉(zhuǎn)、烘焙、初始的UV照射以及抗蝕劑 顯影(development)的過(guò)程中。在一方面，該機(jī)械支撐件在第二次 UV照射之前被去除，因?yàn)樵揝U-8層起支撐自身的作用。接著，信號(hào)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(hào)電極層比該介電層所限定的開(kāi)口寬，并且在覆在 用來(lái)將該層疊物表面安裝到在下面的內(nèi)插器的導(dǎo)電材料上面的區(qū)域內(nèi) 覆蓋所構(gòu)圖的介電層的邊緣。該信號(hào)電極層通常通過(guò)例如像蒸鍍或噴 鍍之類的常規(guī)物理沉積技術(shù)來(lái)施用，但可以使用其它例如像電鍍之類 的技術(shù)。在另一實(shí)施例中，為了在該介電層邊緣附近的區(qū)域內(nèi)獲得良 好的階梯覆蓋，使用了像噴鍍等的常規(guī)敷形涂覆技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)電極層覆蓋層疊物的底面的整個(gè)表面或者形成一個(gè)中心跨過(guò) 介電層所限定的開(kāi)口的矩形圖案。然后通過(guò)激光對(duì)該信號(hào)電極層構(gòu)圖。 在一方面，信號(hào)電極層的初始長(zhǎng)度長(zhǎng)于該信號(hào)電極的最終長(zhǎng)度。該信號(hào)電極被修整(或蝕刻)成更復(fù)雜的圖案以形成更短的長(zhǎng)度?？?以理解的是，可以使用蔭軍或者標(biāo)準(zhǔn)照相平版印刷工藝來(lái)沉積具有更復(fù)雜細(xì)部的圖案。此外，激光或者其它材料去除技術(shù)，例如像反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，也可以被用來(lái)去除所沉積的信號(hào)電極的一些以形成類 似的復(fù)雜圖案。在沒(méi)有介電層的區(qū)域，被施加到該信號(hào)電極和接地電極的電信號(hào) 的全部電壓存在于壓電層上。在有介電層的區(qū)域，該電信號(hào)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(lái)，該層疊物被安裝到一機(jī)械支撐件上，使得該第一匹配層 的上表面被粘結(jié)到該機(jī)械支撐件上并且該層疊物的底面被棵露。在一 方面，該機(jī)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(dāng)從頂部看時(shí)仍然可見(jiàn)的該機(jī)械支撐件的區(qū)域內(nèi)(即支撐件的 周邊內(nèi))，具有在將該層疊物表面安裝到內(nèi)插器的時(shí)候用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo) 記。例如，該機(jī)械支撐件可以是，但并不限于， 一內(nèi)插器。這樣的內(nèi) 插器的一個(gè)例子是可以從基內(nèi)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(hào)為GK3907_3A。當(dāng)該機(jī)械支撐件和該內(nèi)插器 相同時(shí)，該介電層所限定的開(kāi)口的兩個(gè)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(duì)于在內(nèi)插器 上的金屬跡線被正確地定向。在一方面，在該內(nèi)插器上的任意(或所有)外部跡線都用作對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記。這些標(biāo)記便于確定由該介電層所限定的開(kāi)口在X - Y兩個(gè)軸上相 對(duì)于在機(jī)械支撐件上的標(biāo)記的取向。在另一方面，在該機(jī)械支撐件上 的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)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(shí)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以被放置在該層疊物上。如上文所提到的，在信號(hào)電極層的底面上形成電極圖案并用激光 對(duì)其構(gòu)圖，該信號(hào)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(lǐng)域普通技術(shù)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(jī)械支撐件周邊上的標(biāo)記作為參照，激光束的X - Y軸以與由介電層所限定的開(kāi)口的已知關(guān)系來(lái)限定。激光 修整的圖案以使得該圖案能夠疊加(super impose )在內(nèi)插器上所限定 的金屬跡線圖案上的方式來(lái)定向。修整后的信號(hào)電極圖案與內(nèi)插器的 信號(hào)跡線圖案的Y軸對(duì)準(zhǔn)是重要的，在一方面，失準(zhǔn)不大于l個(gè)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(lái)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(guò)使用矩形孔徑切出的激基激光束的均質(zhì)中心部分穿過(guò)射束衰 減器、雙遠(yuǎn)焦系統(tǒng)(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(tǒng)(分辨率《1.5ium)的計(jì)算機(jī)控制x-y-z臺(tái)(stage)上。 在一方面，該軍投影系統(tǒng)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(hào)電極中。引線指Ueadfinger)功能部件被修整到該層疊物上的信 號(hào)電極中，以提供從內(nèi)插器到由介電層所限定的開(kāi)口限定的壓電層的 工作區(qū)域的電連續(xù)性。在制作這些引線指的過(guò)程中，可以產(chǎn)生該信號(hào) 電極的最終長(zhǎng)度。窄傳輸線(narrow line)也被修整到該層疊物上的 信號(hào)電極中，以使每個(gè)引線指電絕緣。通過(guò)將該層疊物安裝到機(jī)械支撐內(nèi)插器(作為實(shí)際內(nèi)插器，尺寸和 形式正好)上并且將激光修整后的信號(hào)電極圖案相對(duì)于機(jī)械支撐件上 的外部可見(jiàn)的金屬圖案定向，使得該修整后的信號(hào)電極圖案能自動(dòng)對(duì) 準(zhǔn)實(shí)際內(nèi)插器上的跡線。在表面安裝過(guò)程中通過(guò)使用對(duì)準(zhǔn)該兩個(gè)機(jī)械 支撐內(nèi)插器和實(shí)際內(nèi)插器的邊緣的夾具，使得表面安裝對(duì)準(zhǔn)變得簡(jiǎn)單。 在表面安裝過(guò)程完成之后，去除該機(jī)械支撐內(nèi)插器。對(duì)于該表面安裝 過(guò)程，可以使用本領(lǐng)域中已知的材料404，該材料包括，例如可以從 美國(guó)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(lái)，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(huán)氧樹(shù)脂的襯底，并且其中在該內(nèi)插器的孔內(nèi)發(fā)生一些就地固化， 則可以使用連結(jié)到該層疊物的頂面上的剛性板來(lái)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(xiàn)為盡可能接近100%吸收材料。該襯底層不會(huì)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(nèi)插器上的專供接地連接之用的跡 線上。有許多本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的示例性導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂和涂 料能夠用于進(jìn)行這一連接。在一方面，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，來(lái)自該內(nèi)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(tái)(footprint circuit platform)上，該底軌跡電 路平臺(tái)便于將該陣列和實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)該設(shè)備來(lái)產(chǎn)生實(shí)時(shí)超聲圖像所需的適 合的波束成形器電子裝置整合?？梢允褂美缦窈附印⒁€接合以及 各向異性導(dǎo)電薄膜(ACF )之類的本領(lǐng)域已知的幾種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些電 連接。在一方面，陣列單元120和子單元124可以通過(guò)對(duì)激光束進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)使得陣列切口槽相對(duì)于該層疊物中的底部電極圖案定向和對(duì)準(zhǔn)(在 X和Y上)來(lái)形成?？蛇x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(duì)準(zhǔn)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(kāi)口的中心之上。在又一方面，彎曲寬度比介電層 所限定的開(kāi)口寬。該透鏡的長(zhǎng)度寬于在下面的切口槽的長(zhǎng)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(hù)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(gè)實(shí)施例中，該粘合劑層可 以是用來(lái)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(dāng)波長(zhǎng)(例如厚度為74波長(zhǎng))，則所施用的粘合劑層也可以充當(dāng) 第二匹配層126。所示例的SU-8層的厚度可以通過(guò)普通的薄膜沉積 技術(shù)(例如旋涂等)控制。當(dāng)涂覆溫度升高到大約60-85X:時(shí)，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(kāi)始變化。因 此，在一個(gè)優(yōu)選的方面，這一過(guò)程優(yōu)選在801C的設(shè)定點(diǎn)溫度實(shí)施。由 于SU-8層已是固態(tài)形式，并且升高的溫度只會(huì)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(huì) 沿該陣列的切口向下流動(dòng)。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間 隙和機(jī)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(guò)程在局部真空內(nèi)進(jìn)行是優(yōu)選的。 一方面，在粘合發(fā)生，試件 冷卻到室溫之后，將該SU-8層進(jìn)行紫外線照射(通過(guò)連附的透鏡) 來(lái)使該SU-8交聯(lián)，以使該層更堅(jiān)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(guò)兩個(gè)匹配層(如果使用了兩個(gè)匹配層的話)并進(jìn)入透鏡。現(xiàn)在參照?qǐng)D16-24,在本發(fā)明的超聲換能器的替代實(shí)施方案中， 公開(kāi)了一種PZT層疊物，該層疊物在其自身內(nèi)保持相對(duì)簡(jiǎn)單的層組合 的同時(shí)能夠有超寬的帶寬響應(yīng)。對(duì)于醫(yī)用或研究用成像換能器，換能 器或者PZT層疊物設(shè)計(jì)的一個(gè)期望特征是具有寬帶頻率響應(yīng)(或者在 時(shí)域內(nèi)的短時(shí)響應(yīng))。在本發(fā)明中，如上面指出的，該種寬帶頻率響應(yīng)通過(guò)使用連附到它還通過(guò)使用一組位于壓電層頂面上的經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)的波匹配層來(lái)加以 控制。通常匹配層的數(shù)量在1-3層間變化，不過(guò)更多的層也是可能的。 如本領(lǐng)域普通技術(shù)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(nèi)，在壓電層疊物的設(shè)計(jì)中起主要作用。此外，隨著層數(shù)的增加以及隨著換能器的設(shè)計(jì)中心頻率的增加， 制造壓電層疊物的能力變得越來(lái)越難以控制。在一個(gè)實(shí)施例中，不旨 在進(jìn)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(nèi)， 并取決于每個(gè)所選匹配層的具體材料參數(shù)。在此替代實(shí)施方案中，提供了一種超聲換能器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包括 匹配層，該匹配層被置于PZT層疊物內(nèi)，具有與壓電層自身相同的例如像聲阻抗之類的材料參數(shù)。在下文公開(kāi)的一個(gè)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(jié)果，該結(jié)果示出了換能器的替代實(shí)施方案的效 能。使用PZFlex(Weidlinger Associates Inc.)有限元分析("FEA") 進(jìn)行分析。對(duì)于本實(shí)施方案的PZT-PZT層疊物，>100%的單向帶寬是可 能的。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，獲得該種帶寬通常需要包括 3個(gè)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(jīng)開(kāi)發(fā)了典型目的為產(chǎn)生一種在f。和2f。下諧振的 結(jié)構(gòu)的PZT-PZT層疊物。在該種常規(guī)設(shè)計(jì)中，兩個(gè)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(shí)施方案 中，第二PZT層是非極化的(非活性的)并且充當(dāng)活性PZT層和超聲介質(zhì)之間的被動(dòng)界面層。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，參照?qǐng)D13和14，定義了用于此申請(qǐng)中的換能器響 應(yīng)的幾個(gè)主要參數(shù)。這些參數(shù)要么與換能器的頻率響應(yīng)相關(guān)，要么與 換能器的時(shí)間響應(yīng)相關(guān)，并且驗(yàn)證了 PZT-PZT層疊物的該替代實(shí)施方 案的性能。如本說(shuō)明書(shū)所用的，用BW或df注釋的術(shù)語(yǔ)"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(diǎn)6dB以內(nèi)的頻率范圍。如本說(shuō)明書(shū)所用的，用縮寫(xiě)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(nèi)的中間點(diǎn)。對(duì) 如下所述的換能器測(cè)試結(jié)果來(lái)說(shuō)，使用了基本為30MHz的中心頻率。如本說(shuō)明書(shū)所用的，為了將本實(shí)施方案的PZT-PZT層疊物的性能 與其它層疊物設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，措辭"插入損耗"是指來(lái)自PZT-PZT換 能器層疊物的1個(gè)陣列單元的聲響應(yīng)相對(duì)于圖12G中示出的PZT層疊 物的1個(gè)陣列單元的聲響應(yīng)的強(qiáng)度——當(dāng)這兩個(gè)相應(yīng)的單元被用相同 的電脈沖激勵(lì)時(shí)。注意到，在圖15中IL<24. 5dB ( IL代表插入損耗) 是一個(gè)使用絕對(duì)能量標(biāo)度表示換能器響應(yīng)的絕對(duì)值。如本說(shuō)明書(shū)所用的，術(shù)語(yǔ)"波動(dòng)"是指，或者表征了在裝置的帶寬內(nèi)的換能器響應(yīng)的小變化。此定義沒(méi)有考慮在換能器的帶寬內(nèi)可能存在的任何坡度(slope)。如本說(shuō)明書(shū)中所用的，措辭"脈沖響應(yīng)"是指換能器在其被驅(qū)動(dòng) 脈沖激勵(lì)之后發(fā)出一規(guī)定閾值以上的聲響應(yīng)的時(shí)間間隔。所提出的正 常閾值水平通常在-6dB和-20dB的水平。驅(qū)動(dòng)脈沖是具有一個(gè)與換能 器響應(yīng)的中心頻率相等的中心頻率的寬帶單循環(huán)雙極脈沖。如本說(shuō)明書(shū)所用的，措辭"副脈沖抑制"(或者"旁瓣脈沖抑制") 是指脈沖響應(yīng)的副瓣(secondary lobe)的峰值抑制。在脈沖響應(yīng)中， 通常有一初始脈沖(或者主瓣(first lobe))響應(yīng)， 一些副瓣伴隨 著該初始脈沖響應(yīng)。對(duì)于一設(shè)計(jì)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(shí)施方案中，初始瓣和副瓣之間的相對(duì)差異 已經(jīng)被表征，并且可以被保持在低于初始峰值20dB的水平。如本說(shuō)明書(shū)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(duì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，對(duì)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，F(xiàn)EA模擬中所 用的層的變化確實(shí)引起了裝置的中心頻率的變化。這種變化的靈敏度 對(duì)于確定一個(gè)具體的PZT層疊物設(shè)計(jì)可被復(fù)制的程度如何是一個(gè)有用 的度量。這被表示為一個(gè)FEA確定的F。值與設(shè)計(jì)的F。值的比值。例如， 比值"1"意味著對(duì)于特定的層疊物設(shè)計(jì)沒(méi)有中心頻率偏移。再參照?qǐng)D12G，示出了一個(gè)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(gè)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(duì)此示例性設(shè)計(jì)的分析。此處，用紅顏色示出 了用于設(shè)計(jì)的優(yōu)選區(qū)域。如圖16中橫截面圖所示，在換能器的PZT層疊物的替代實(shí)施方案 的一個(gè)實(shí)施例中，兩層PZT 502、 504以彼此疊置的關(guān)系被設(shè)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(dāng)然，可預(yù)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(jìn)行限制一一錫焊料等制成的粘合層506被定位在兩個(gè)PZT層的兩個(gè)相對(duì)的面之間并且與這兩個(gè)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(jìn)行限制一一PZT、環(huán)氧樹(shù)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(jìn)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(kāi)的一系列平行的第一切口槽520被切入由粘結(jié)的兩層PZT 形成的復(fù)合體中，并且延伸通過(guò)該復(fù)合體的大體厚度。此外，間隔開(kāi) 的一系列第二切口槽522被切入該復(fù)合體中，從非極化的上PZT層的 上表面穿過(guò)該活性PZT層的厚度的約75%。一個(gè)大約75%的深度大致是 獲取圖17-24所示性能所需的穿過(guò)PZT層的活性層的最小深度。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，可預(yù)期的是，超過(guò)75%的深度是可預(yù)期的， 因?yàn)楦畹纳疃饶軌虮壬鲜鰣D中所示的更多地提高性能。在圖16示出的實(shí)施方案中，并且如圖17-24所示，帶寬、通帶波 動(dòng)、旁瓣以及脈沖寬度由結(jié)構(gòu)參數(shù)控制，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)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(duì)圖16所示的示例性PZT層疊物 的分析。用于換能器設(shè)計(jì)的優(yōu)選區(qū)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(duì)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(dòng)以及脈沖旁瓣抑制的影響。在這些實(shí) 施例中，第一切口寬度恒定為8 jim,第二切口寬度恒定為5nm?，F(xiàn)在參照?qǐng)D25A-33,本發(fā)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(gè)常規(guī)連接器的電路板。如本說(shuō)明書(shū)所提到的，該 常規(guī)連接器適于輔助性地連接用于傳輸和/或提供所需的信號(hào)的電纜。 關(guān)于這些附圖，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，由于電路板的精細(xì) 細(xì)部，除非另有說(shuō)明，這些附圖只是輔助性電路板和相關(guān)聯(lián)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?，F(xiàn)在具體參照?qǐng)D25A-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(fā)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(gè)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(gè)體信號(hào)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(hào)單元延伸PZT層疊物的整個(gè)寬度。如可 理解的，在PZT層疊物的在下面的"中心部分"中沒(méi)有示出顯示個(gè)別 化信號(hào)電極單元的線。如可進(jìn)一步理解的，PZT層疊物的每一個(gè)單元 有一個(gè)信號(hào)電極，例如256單元的陣列有256個(gè)信號(hào)電極。圖26A是用于圖25A-C的PZT層疊物的內(nèi)插器650的俯視平面圖， 該內(nèi)插器包括從鄰近該內(nèi)插器的中心開(kāi)口之處向外延伸的電跡線652。 該內(nèi)插器還包括位于部件的頂部和底部的接地電跡線。內(nèi)插器可以還包括圍繞部件的中心開(kāi)口置于內(nèi)插器的一部分頂面 上的介電層656。在此方面，還參照?qǐng)D26B，該介電層限定了兩列交錯(cuò) 的凹孔660，該中心開(kāi)口的每一側(cè)一列，并且這兩列凹孔沿著平行于 內(nèi)插器的縱軸線的軸線延伸。每一凹孔與內(nèi)插器的電跡線連接。焊骨 662可用來(lái)填充介電層中的每一凹孔，使得當(dāng)PZT層疊物安裝在介電 層上并且施以熱量時(shí)，焊料熔化，以在各個(gè)體單元信號(hào)電極和內(nèi)插器 上的各個(gè)體跡線之間形成所需的電連續(xù)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(nèi)。圖27A是被安裝在圖26A所示的內(nèi)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(fā)明，圖27B提 供了被安裝在圖26A所示的內(nèi)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(nèi)插器之間的安裝關(guān)系的 圖解，安裝在它們之間的焊骨在相應(yīng)單元信號(hào)電極和內(nèi)插器上的電跡 線之間形成電連接?，F(xiàn)在參照?qǐng)D28A-28C,示出了用于將本發(fā)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(gè)實(shí)施方案中，電路板包括一個(gè)底部銅接地層 和一個(gè)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(gè)位于下面的基本剛性的支撐結(jié)構(gòu)。在此方面，圍繞電路板中的中心開(kāi)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(jié)構(gòu)。在另一方面，連接器將要被連結(jié)構(gòu)。電路板還包括多個(gè)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(yuǎn)端，該連接器例如是用于通過(guò)其進(jìn)行 信號(hào)傳遞的電纜。在一方面，電路的形成每一電跡線的長(zhǎng)度具有基本 不變的阻抗。電路板還包括多個(gè)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(hào)返回路徑或者信號(hào)接地路 徑。此外，電路板包括多個(gè)接地引腳。每一接地引腳具有一個(gè)(貫穿 在Kapton層中的通孔中的一個(gè))連接到電路板的接地層的近端和一個(gè) 適于連接到連接器的遠(yuǎn)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(shè)計(jì)成適于接收連接器的引腳， 使得當(dāng)連接器安裝到電路板的部分上時(shí)，各電跡線和接地引腳與連接 器適當(dāng)配準(zhǔn)。圖29示出了一個(gè)示例性電路板的一部分的局部放大俯視平面圖， 該圖在區(qū)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(nèi)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(guò)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(jìn)一步示例性示出的，在區(qū)域B中，換能器的各個(gè)體電跡線610被引線接合 到電路板的各個(gè)體板電跡線684?，F(xiàn)在參照?qǐng)D31A，在一方面，電路板 680的中心開(kāi)口 686位于換能器的襯底材料的下面?，F(xiàn)在參照?qǐng)D33-34B,本發(fā)明預(yù)期了安裝如圖25A所示例性示出的 換能器，該換能器未將內(nèi)插器包括進(jìn)電路板的基本剛性的中心部分。 此實(shí)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(guò)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(guī)的表面安裝技術(shù)，并且代表與前文所述的表面安裝技術(shù)一致的另 一類型的表面安裝技術(shù)。在此實(shí)施例中，電路板的剛性化的中心部分 可以可選地提供與內(nèi)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(guī)電連 接，以完成組裝裝置的信號(hào)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(méi)有內(nèi)插器)接地電極層。可選的，如圖31-33所示，導(dǎo)線可以被一保護(hù)性團(tuán)塊狀頂部涂層 (glob top coating)覆蓋，該保護(hù)性團(tuán)塊狀頂部涂層保護(hù)引線接合。 在另 一方面，也可以使用 一個(gè)防止該團(tuán)塊狀頂部材料流到引線接合附 近以外的團(tuán)塊狀頂部障礙物(glob top dam)?？梢灶A(yù)期的是，該團(tuán) 塊狀頂部障礙物可以永久保持，或者一旦該團(tuán)塊狀頂部材料被適當(dāng)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(gè)電跡線連接。當(dāng)PZT層疊物被施用時(shí)， 它與電路板的電跡線對(duì)準(zhǔn)并且經(jīng)由該球形隆起實(shí)現(xiàn)電連續(xù)性。PZT層 疊物例如_一不旨在進(jìn)行限制一一通過(guò)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(guò)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(hào)電極和電路板上的金制球形隆起等之間的焊 接接縫?，F(xiàn)在參照?qǐng)D35-48，示出了用于組裝本發(fā)明的換能器的替代方法。 應(yīng)理解的是，盡管該組裝換能器的示例性方法將用來(lái)形成八個(gè)個(gè)體換 能器，但是通過(guò)使用所描述的裝配方法，可利用該方法形成任意所需數(shù)量的換能器，即l， 2， 3, 4……N個(gè)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(nèi) 插器800，該下表面804被構(gòu)造為安裝到位于下面的PZT復(fù)合組件的 最上面的匹配層的頂面上。內(nèi)插器還限定至少一個(gè)開(kāi)口 810，該開(kāi)口 從上表面到下表面延伸穿過(guò)該內(nèi)插器。在一方面，形成內(nèi)插器中的開(kāi) 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(kāi)口橫截 面面積大于限定在內(nèi)插器下表面中的開(kāi)口橫截面面積。此外，內(nèi)插器 中的開(kāi)口被構(gòu)造為基本圍繞位于下面的PZT復(fù)合組件的工作區(qū)域。也就是說(shuō)，該開(kāi)口具有大于將被限定在PZT復(fù)合組件中的第一個(gè)和最后 一個(gè)陣列單元之間的距離的縱向長(zhǎng)度尺寸，以及大于第一切口槽的長(zhǎng)度的寬度尺寸。在另一方面，可預(yù)期的是，該內(nèi)插器可以由硬陶瓷形 成，該硬陶瓷為例如一一不旨在進(jìn)行限制一一氧化鋁。在另一方面，內(nèi)插器的周邊邊緣815可限定至少一個(gè)用于幫助將 內(nèi)插器與位于下面的PZT復(fù)合組件對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)裝置。在一個(gè)示例性方 面，每一對(duì)準(zhǔn)裝置可以包括被限定在內(nèi)插器周邊邊緣中的凹口 817。 在另一方面，可預(yù)期的是，凹口對(duì)817A、 817B可被限定在鄰近該內(nèi)插 器的每一拐角的周邊邊緣上?？蛇x地，內(nèi)插器可以具有對(duì)準(zhǔn)裝置，例 如，設(shè)置在內(nèi)插器的下表面上以幫助將內(nèi)插器與位于下面的PZT層疊 物對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)功能部件。類似地，對(duì)準(zhǔn)功能部件可被設(shè)置在內(nèi)插器的 上表面上，以幫助將切割組件對(duì)準(zhǔn)。在此方面，PZT復(fù)合組件820可以包括市場(chǎng)上可買到的PZT層， 或者替代地包括上述的PZT層復(fù)合組件中的任一個(gè)。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(shí)施 方案中，電極層將充當(dāng)所得陣列換能器的接地電極。在一個(gè)同時(shí)制造 幾個(gè)換能器陣列的實(shí)施例中，PZT層疊物具有2. 625" X 2. 625"的標(biāo)準(zhǔn) 尺寸。在組裝的此階段，PZT層的厚度是多少并不重要。接下來(lái)，形成延伸穿過(guò)電極層并延伸進(jìn)入位于下面的PZT層至一 期望深度的至少一對(duì)槽、孔或通孔822。在一方面，該對(duì)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(kāi)一預(yù)定距離。 在圖示的實(shí)施例中，在PZT復(fù)合組件上形成兩對(duì)槽。所形成的槽、孔 或通孔對(duì)填充有例如像銀膠、焊料等導(dǎo)電材料，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，經(jīng)填充的槽、孔或通孔形成一對(duì)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(gè)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(shí)施方案中所述，如果需要， 所述的至少一個(gè)匹配層隨后可被研磨到一期望厚度。內(nèi)插器的底面隨后可被安裝到最上面的匹配層的頂面?？梢允褂?例如但不限于環(huán)氧樹(shù)脂或粘合膜這樣的常規(guī)粘合劑來(lái)將內(nèi)插器連接到 匹配層。優(yōu)選地，當(dāng)內(nèi)插器被連接到位于下面的匹配層時(shí)，匹配層的 通過(guò)內(nèi)插器中的開(kāi)口而棵露的部分上不存在任何粘合劑。在另 一方面， 內(nèi)插器的對(duì)準(zhǔn)裝置可用于幫助將所構(gòu)造的復(fù)合組件和內(nèi)插器定位一一 例如，在此實(shí)施例中，通過(guò)將所構(gòu)造的復(fù)合組件的周邊邊緣定位成使 得它們與內(nèi)插器的周邊邊緣中的凹口的相應(yīng)邊緣基本共面來(lái)實(shí)現(xiàn)。在 此方面，內(nèi)插器下表面的至少一部分延伸超出所構(gòu)造的復(fù)合組件的周 邊邊緣，這使得能夠測(cè)量所構(gòu)造的復(fù)合組件的高度。然后，PZT層的下表面被按常規(guī)磨削或者研磨到期望厚度。所述厚度可以相對(duì)于所連附的內(nèi)插器的棵露部分的下表面來(lái)測(cè)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(shí)填充內(nèi)插器中的 開(kāi)口 ，以在PZT層的下表面被研磨至期望厚度時(shí)提高所構(gòu)造的復(fù)合組 件的結(jié)構(gòu)剛性。在研磨步驟完成之后，可以去除填充內(nèi)插器開(kāi)口的材 料。隨后，將介電層840按常規(guī)地沉積到PZT層的研磨后的下表面上。 在一個(gè)實(shí)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(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)循環(huán)被旋涂到該研磨后的 表面上。然后可以通過(guò)常規(guī)的照相平版印刷技術(shù)，根據(jù)所需對(duì)介電層 進(jìn)行構(gòu)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(huán)氧樹(shù)脂，使得在研磨PZT層疊物后，環(huán)氧樹(shù)脂本身將形成介電層。在此方面，該方法將產(chǎn)生基本平坦的底面，這與會(huì) 導(dǎo)致一介電步驟的起初的方法相反。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的， 雖然這兩個(gè)方法導(dǎo)致不同的表面形態(tài)，但它們產(chǎn)生具有起相同作用的介電層的PZT層疊物?？深A(yù)期的是，對(duì)于裝配過(guò)程中形成的每一陣列發(fā)射機(jī)應(yīng)答器 (transponder),限定一對(duì)相對(duì)的伸長(zhǎng)介電材料帶840A、 840B。在 一方面，該相對(duì)的伸長(zhǎng)介電帶對(duì)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(gòu)造的復(fù)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(lái)的操作中，在所構(gòu)造的復(fù)合組件的下表面上形成信號(hào)電 極850。如上文中關(guān)于在前的實(shí)施方案所指出的，為換能器的每一陣 列單元設(shè)置信號(hào)跡線或電極。此外，每一信號(hào)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(hào)跡線形成接合焊盤852。將理解的是，可預(yù)期 信號(hào)電極可以通過(guò)任何常規(guī)方式形成，例如一一不旨在進(jìn)行限制一一 通過(guò)噴鍍至期望深度并通過(guò)激光加工和/或照相平版印刷術(shù)進(jìn)行構(gòu)圖 來(lái)形成。可選地，可以用屏蔽電極860覆蓋在內(nèi)插器上的開(kāi)口中的匹配層 的棵露部分。在另一方面，至少該開(kāi)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(yù)期的是，屏蔽電極能夠延伸到內(nèi)插器 的上表面上并且基本環(huán)繞該開(kāi)口?？衫斫獾氖?，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(yī)療用 線組件的外殼內(nèi)時(shí)，被放置成與系統(tǒng)或機(jī)殼地(未示出)電連接。隨后，可以將所構(gòu)造的復(fù)合組件切割成所需的尺寸。在圖解的實(shí) 施例中，所構(gòu)造的復(fù)合組件可被切割成八個(gè)分開(kāi)的復(fù)合組件，所述的 八個(gè)分開(kāi)的復(fù)合組件隨后可被制成八個(gè)運(yùn)作的換能器。在此方面，如果使用常規(guī)的切割鋸，優(yōu)選的是，切割鋸從復(fù)合組件的頂部開(kāi)始切割。其次，在復(fù)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(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，可以像以上針對(duì)其它實(shí)施 方案所述的那樣來(lái)形成第一和第二切口槽。在一個(gè)替代性方法中，在形成該第一和第二切口槽的過(guò)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(yù)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(lái)執(zhí)行，以獲得本說(shuō)明書(shū)中所圖解和描 述的陣列結(jié)構(gòu)。下文描述了兩個(gè)示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將理解的是，本發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)的若干更多的組合是可能的。在第一實(shí)施例中，可以在鄰近信號(hào)電極圖案的不是工作陣列 (active array ) —部分的區(qū)域內(nèi)，用激光從PZT表面的底側(cè)開(kāi)始穿 過(guò)層疊物的整個(gè)厚度切割出激光對(duì)準(zhǔn)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(hào)電極的接 合焊盤棵露。可將復(fù)合組件翻轉(zhuǎn)并且將激光對(duì)準(zhǔn)所形成的對(duì)準(zhǔn)功能部 件。在對(duì)準(zhǔn)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(shí)施例中，可以在鄰近信號(hào)電極圖案的不是陣列一部分的 區(qū)域內(nèi)，用激光從PZT表面的底側(cè)開(kāi)始穿過(guò)層疊物的整個(gè)厚度切割出 激光對(duì)準(zhǔn)功能部件。然后，用激光從PZT的底面開(kāi)始將第一切口槽的 一部分加工到一小于復(fù)合PZT層疊物的整個(gè)厚度的深度，使得該第一 切口槽并不突破復(fù)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(fù)合組件翻轉(zhuǎn)以使激光能夠?qū)?zhǔn)對(duì)準(zhǔn)功能部件。在對(duì)準(zhǔn)之后，可 以用激光加工第一切口槽和第二切口槽。在此實(shí)施例中，由于第一切 口槽已經(jīng)部分地從底側(cè)形成，因此這些切口展現(xiàn)出較小的錐度，這是 激光加工的固有特性。當(dāng)然，可預(yù)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(guò)使用激光器將第一和第二切口加工到其期望 深度。在一個(gè)示例性方面，第一切口可以延伸穿過(guò)屏蔽電極層、穿過(guò) 至少一個(gè)匹配層、穿過(guò)接地電極層并進(jìn)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?？蛇x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(hào)跡線的部分。在此方面，優(yōu)選地，所施用的襯底不在介電層上 延伸，更優(yōu)選地，所施用的襯底不覆蓋信號(hào)跡線的任何接合焊盤?，F(xiàn)在參照?qǐng)D49,圖解了安裝圖43和47所示的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的方 法。首先，基本剛性的基底900被設(shè)置為限定一個(gè)被構(gòu)造來(lái)接收發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的開(kāi)口。在一個(gè)實(shí)施例中，基底可以由常規(guī)電路板材料制成，該材料例如一一不旨在進(jìn)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(duì)端在位于基底中的開(kāi)口的相對(duì)側(cè)被連附到基底上， 并且限定一個(gè)用于可操作地接收發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的凹處(pocket) 902。發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的內(nèi)插器的上表面的一部分被安裝在所形成的電路 凹處內(nèi)。如人們所理解的，當(dāng)隨后通過(guò)俯視圖觀察柔性電路和發(fā)射機(jī) 應(yīng)答器時(shí)，柔性電路的信號(hào)焊盤和接地焊盤以及發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的接合 焊盤和接地總線焊盤是可見(jiàn)的，并且可從該立面圖角度容易地接近。 在此方面，相應(yīng)的焊盤和地的相對(duì)位置使得能夠使用引線接合來(lái)形成 信號(hào)和地引線接合。在完成引線接合之后，用一常規(guī)的團(tuán)塊狀頂部材 料904來(lái)覆蓋所有的接合，以保護(hù)引線接合的完整性。隨后可選地，將環(huán)形外殼910安裝到柔性電路的一部分上。所安 裝的環(huán)形外殼被構(gòu)造為圍繞陣列換能器以及團(tuán)塊狀頂部信號(hào)和地引線 接合。然后可用襯底材料912填充該環(huán)，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(jìn)一步保護(hù)所裝配的換能器。在一個(gè) 優(yōu)選方面，所增加的襯底可以由與已經(jīng)接觸PZT層疊物的已存在襯底 相同的復(fù)合物制成。在另一方面，優(yōu)選地，原始襯底材料被部分地?fù)?砂或粗糙化，以避免在兩個(gè)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(gè)透鏡安裝到覆在被限定在內(nèi)插 器中的開(kāi)口之內(nèi)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(méi)有已以其它方式安裝的話。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不脫離本發(fā)明的范 圍和主旨的情況下，可以對(duì)本發(fā)明作出各種改型和變體。通過(guò)考慮在 此公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也將是顯而易見(jiàn)的。旨在該說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例被認(rèn)為僅 僅是示例性的。
權(quán)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(duì)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(gè)層，每一個(gè)層具有一頂面和一相對(duì)的底面，其中該層疊物的該多個(gè)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(gè)被限定在該層疊物中的第一切口槽，每一個(gè)第一切口槽在該層疊物中延伸一預(yù)定深度穿過(guò)該上非極化壓電層并進(jìn)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(yù)定長(zhǎng)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(yù)定長(zhǎng)度的開(kāi)口，其中每一個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng)度至少等長(zhǎng)于由該介電層所限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的縱向距離。
2. 權(quán)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(quán)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(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)第一切口槽限 定多個(gè)超聲陣列單元。
5. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)層還包括一信 號(hào)電極層，其中該信號(hào)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(hào)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(quán)利要求3的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)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(quán)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(zhǎng)于由該介電層所限定的該開(kāi)口的第 二預(yù)定長(zhǎng)度。
8. 權(quán)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(zhǎng)于每一個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng) 度。
9. 權(quán)利要求6的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的該多個(gè)層 還包括至少一個(gè)匹配層，每一個(gè)匹配層具有一頂面和一相對(duì)的底面， 其中該多個(gè)第一切口槽延伸通過(guò)該至少一個(gè)匹配層，并且其中該匹配 層中的至少一個(gè)是該上非極化壓電層。
10. 權(quán)利要求6的超聲換能器，其特征在于，該至少一個(gè)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(quán)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(quán)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(gè)匹配層中的每一個(gè)匹配層至少等長(zhǎng)于由該介電 層所限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)度。
13. 權(quán)利要求9的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的該多個(gè)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(quán)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(kāi)口 。
15. 權(quán)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(quán)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(gè)匹配層中的該匹配層的頂面基本疊置對(duì)準(zhǔn)的 方式被定位。
17. 權(quán)利要求16的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口 槽延伸到該透鏡的底部中。
18. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口槽的至少一部分延伸進(jìn)入位于下面的介電層中到一預(yù)定深度。
19. 權(quán)利要求18的超聲換能器，其特征在于， 一個(gè)第一切口槽的 該至少 一部分延伸到該襯底層中。
20. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口槽 的至少一部分的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
21. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口槽的預(yù)定深度深于至少一個(gè)其它第一切口槽的預(yù)定深度。
22. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，還包括多個(gè)第二切口 槽，每一個(gè)第二切口槽在該層疊物中延伸一預(yù)定深度并且在基本平行 于該軸線的方向上延伸第三預(yù)定長(zhǎng)度，其中每一個(gè)第二切口槽的長(zhǎng)度 至少等長(zhǎng)于由該介電層所限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面 之間的縱向距離，其中每一個(gè)第二切口槽鄰近至少一個(gè)第一切口槽定 位。
23. 權(quán)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(guò)該上壓電層并且延伸進(jìn)入該下壓電層中。
24. 權(quán)利要求22的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)超聲陣列單元，并且該多個(gè)第二切口槽限定多個(gè)超聲陣列子 單元。
25. 權(quán)利要求24的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)超聲陣列子 單元中的每一個(gè)的寬度與高度的寬高比為大約0. 5到大約0.7。
26. 權(quán)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(zhǎng)于每一個(gè)第一切口槽的第一預(yù)定 長(zhǎng)度以及每一個(gè)第二切口槽的第三預(yù)定長(zhǎng)度。
27. 權(quán)利要求22的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第二切口 槽延伸到位于下面的介電層中。
28. 權(quán)利要求22的超聲換能器，其特征在于，第二切口槽的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
29. 權(quán)利要求22的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第二切口槽的預(yù)定深度深于至少一個(gè)其它第二切口槽的預(yù)定深度。
30. 權(quán)利要求6的超聲換能器，還包括一具有一頂面和一相對(duì)的底 面的內(nèi)插器。
31. 權(quán)利要求31的超聲換能器，還包括多個(gè)電跡線，該多個(gè)電跡 線以預(yù)定圖案被定位在該內(nèi)插器的頂面上。
32.
33. 權(quán)利要求32的超聲換能器，其特征在于，該內(nèi)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(yù)定長(zhǎng)度的第二開(kāi)O 。
34. 權(quán)利要求32的超聲換能器，其特征在于，該信號(hào)電極層限定 一電極圖案。
35. 權(quán)利要求34的超聲換能器，其特征在于，該層疊物以與該內(nèi) 插器基本疊置對(duì)準(zhǔn)的方式安裝，使得由該信號(hào)電極層所限定的電極圖 案與被定位在該內(nèi)插器頂面上的電跡線的預(yù)定圖案電連接。
36. 權(quán)利要求1的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)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(duì)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(gè)層，每一個(gè)層具 有一頂面和一相對(duì)的底面，其中該層疊物的該多個(gè)層包括至少一個(gè)壓 電層、介電層和至少一個(gè)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(gè) 在基本平行于該層疊物的該軸線的方向上延伸第二預(yù)定長(zhǎng)度的開(kāi)口， 其中該至少一個(gè)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(gè)被限定在該層疊物中的第一切口槽，每一個(gè)第一切口槽在該 層疊物中延伸一預(yù)定深度并在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預(yù) 定長(zhǎng)度，其中每一第一切口槽的該第一預(yù)定長(zhǎng)度至少等長(zhǎng)于由該介電 層限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的縱向距離；以 及一具有上表面和相對(duì)的下表面的內(nèi)插器，其中該內(nèi)插器的下表面 連接到該至少一個(gè)匹配層的一部分頂面并且覆在該至少一個(gè)匹配層的 該部分頂面上，該內(nèi)插器還限定一個(gè)開(kāi)口使得該至少一個(gè)匹配層的第 二部分被棵露，該開(kāi)口被構(gòu)造為基本環(huán)繞該被限定在該層疊物中的該 多個(gè)第一切口槽。
38. 權(quán)利要求37的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)第一切口槽限定多個(gè)超聲陣列單元。
39. 權(quán)利要求38的超聲換能器，其特征在于，該多個(gè)層還包括被 置于該至少一個(gè)匹配層和該壓電層之間的接地電極層。
40. 權(quán)利要求39的超聲換能器，其特征在于，該層疊物還包括一 對(duì)間隔開(kāi)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(kāi)的壓電層的一部分底面并且與該接地電極電連接。
41. 權(quán)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(hào)電極層，該信號(hào)電極層連接到該介電層的底面的多個(gè)部分和該壓電層的底面的該多個(gè)部分之下。
42. 權(quán)利要求41的超聲換能器，其特征在于，該信號(hào)電極層包括 多個(gè)信號(hào)電極，其中這些信號(hào)電極被構(gòu)造為使得每一信號(hào)電極與該多 個(gè)超聲陣列單元中的一個(gè)超聲陣列單元對(duì)準(zhǔn)。
43. 權(quán)利要求42的超聲換能器，其特征在于，該信號(hào)電極和間隔 開(kāi)的接地總線的各個(gè)遠(yuǎn)端都被定位在該層疊物的底面上。
44. 權(quán)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(nèi)插器的開(kāi)口中棵露的、該至少一個(gè)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(guò)該屏蔽層。
45. 權(quán)利要求44的超聲換能器，其特征在于，該屏蔽電極連接到 內(nèi)插器中的開(kāi)口的至少一部分壁。
46. 權(quán)利要求45的超聲換能器，其特征在于，該屏蔽電極連接到 內(nèi)插器中的開(kāi)口的壁，并且連接到內(nèi)插器中的該開(kāi)口的上表面的圍繞 該開(kāi)口的部分。
47. 權(quán)利要求37的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口 槽延伸穿過(guò)至少一個(gè)層以達(dá)到其在該層疊物中的預(yù)定深度。
48. 權(quán)利要求47的超聲換能器，還包括多個(gè)第二切口槽，每一第 二切口槽在該層疊物中延伸一預(yù)定深度并在基本平行于該軸線的方向 上延伸第三預(yù)定長(zhǎng)度，其中每一第二切口槽的該第三預(yù)定長(zhǎng)度等長(zhǎng)于 由該介電層限定的該開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)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(duì)的第二面之間的縱向 距離，其中一個(gè)第二切口槽鄰近至少一個(gè)第一切口槽定位。
49. 權(quán)利要求48的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第二切口槽延伸穿過(guò)至少一個(gè)層以達(dá)到其在該層疊物中內(nèi)的預(yù)定深度。
50. 權(quán)利要求37的超聲換能器，其特征在于，至少一個(gè)第一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
51. 權(quán)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(nèi)插器的開(kāi)口中的該至少一個(gè)裝配層的第二部分的頂面基本 疊置對(duì)準(zhǔn)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(gè)第一面102、一個(gè)相對(duì)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(gè)層，每一個(gè)層具有一頂面和一相對(duì)的底面，其中該層疊物的多個(gè)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(yù)定長(zhǎng)度的開(kāi)口。在該層疊物中限定有多個(gè)第一切口槽118，每一個(gè)第一切口槽在該層疊物中延伸一預(yù)定深度穿過(guò)該上壓電層126并進(jìn)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(yù)定長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B06B1/06GK101405090SQ200680050188
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者G·龐, J·殷, M·盧卡斯, R·加西亞, S·F·福斯特 申請(qǐng)人:視聲公司;陽(yáng)光溪流女子學(xué)院健康科學(xué)中心