超聲波探頭及其製造方法
2023-06-23 09:25:16 1
專利名稱：超聲波探頭及其製造方法
技術領域：
本公開的示例性實施例實施了一種超聲波探頭以利用超聲來產生物體的內部狀態的影像。
背景技術：
超聲波診斷設備朝著物體的主體的內部的目標區域從鄰近物體的主體的表面的位置處輻射超聲波信號，利用來自反射的超聲波信號(超聲波回波信號)的信息非侵入性地獲得關於軟組織X線體層照片(tomogram)或血流的影像。超聲波診斷設備與其他影像診斷設備(比如，例如，X射線診斷設備、X射線計算機化斷層攝影(CT)掃描儀、磁性共振成像(MRI)和核醫學診斷設備)相比相對小、便宜、實時顯示影像以及高安全性(例如，沒有輻射接觸)；因此廣泛地用在許多醫學學科(比如，例如，心臟診斷、腹腔診斷、泌尿診斷和產科診斷)中。超聲波診斷設備包括將超聲波信號發送到物體並接收由物體反射的超聲波回波信號以獲得物體的超聲波影像的超聲波探頭。超聲波探頭包括:壓電層，在壓電層中壓電材料震動從而在電信號和聲信號之間轉換；匹配層，用於減少壓電層和物體之間的聲阻抗差異，從而將由壓電層產生的超聲波最大化地發送到物體；透鏡， 用於使沿著壓電層的向前方向傳播的超聲波聚集在預定點上；以及背層，用於防止超聲波沿著壓電層的向後方向傳播以防止影像失真。
發明內容
因此，本公開的目的是提供一種超聲波探頭及其製造方法，所述超聲波探頭包括通過在接觸壓電材料的表面上形成電極而提供導電性的匹配層。本公開的其他方面將在以下描述中部分進行闡述，並且部分根據描述將是明顯的，或者可以根據本公開的實施而明了。根據本公開的一個方面，超聲波探頭包括壓電材料和設置在壓電材料的前表面上的匹配層，其中，電極形成在匹配層的面對壓電材料的表面之上。壓電材料可以排列成一維陣列或二維陣列，匹配層和壓電層可以以相同的陣列排列。在構成匹配層的陣列的元件之間的間隔可以分別與在構成壓電材料的陣列的元件之間的間隔相同。匹配層可以包括至少兩個層。根據本公開的另一方面，一種製造超聲波探頭的方法包括:在匹配層的表面處形成切口，將電極形成在匹配層的形成有切口的表面之上或者形成在匹配層的相反的表面之上，以及將匹配層的設置有電極的表面安裝在壓電材料上。在匹配層的表面處形成切口可以通過在匹配層的表面處形成切口以將匹配層處理為一維陣列或二維陣列來執行。
可以通過形成具有與形成在匹配層的表面處的切口的圖案相同的圖案切口來按照一維陣列或二維陣列處理壓電材料。匹配層可以包括至少兩個層。所述方法還可以包括利用材料填充切口，並沿著橫向切割匹配層以去除匹配層的具有與形成切口的表面相反的表面的部分，從而暴露填充切口的材料。根據本公開的另一方面，超聲波探頭可以包括:壓電層；匹配層，設置在壓電層上；以及第一電極，沿著厚度方向排列在匹配層和壓電層之間。超聲波探頭還可以包括設置在壓電層上的背層，壓電層可以沿著厚度方向排列在背層和第一電極之間。
超聲波探頭還可以包括排列在背層和壓電層之間的第二電極。第一電極可以被構造成接地電極，第二電極可以被構造成信號電極。 壓電層和匹配層可以包括在厚度方向上對齊的各個切口。匹配層可以排列在第一電極的沿著厚度方向的兩部分之間。第一電極可以遍布壓電層和匹配層中的至少一個的側表面。第一電極可以遍布背層的側表面。匹配層可以包括在其表面上的切口，第一電極可以延伸到切口中。第一電極可以延伸到匹配層的切口中。第一電極可以暴露於壓電層的切口並且沒有暴露於匹配層的切口。另外，在沒有設置印刷電路板(PCB)的情況下，僅通過沿著超聲輻射的方向設置匹配層，就可以進行有效的超聲輻射。
從以下結合附圖對示例性實施例的描述，本公開的這些和/或其他方面將變得清楚且更容易理解，在附圖中:圖1是描述製造根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖；圖2是示出連接到根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭的接地柔性印刷電路板(FPCB)的圖；圖3是圖1中的(d)的透視圖；圖4是描述製造根據本公開的另一示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖；圖5是圖4中的(C)的透視圖；圖6是描述製造根據本公開的另一示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖；以及圖7是圖6中的(C)的透視圖。
具體實施例方式現在將詳細地參照本公開的示例性實施例，在附圖中示出了本公開的示例性實施例的示例，其中，同樣的標號始終表示同樣的元件。在下文中，將描述超聲波探頭及其製造方法。根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭包括:壓電層20 ;匹配層10，設置在壓電層20的前表面上；以及背層30，設置在壓電層20的後表面上。
響應於施加的機械壓力在指定材料中產生電壓和響應於施加的電壓的機械變形分別稱為壓電效應和逆壓電效應，展現這樣效果的材料被稱為壓電材料。 g卩，壓電材料將電能轉換成機械震動能或將機械震動能轉換成電能。根據本公開的超聲波探頭包括由響應於施加到其的電信號通過將電信號轉換成機械震動而產生超聲波的壓電材料構成的壓電層20。構成壓電層20的壓電材料可以包括由鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷、鈮鎂酸鉛的固溶體和鈦酸鉛形成的PZMT單晶或由鈦酸鉛和鈮鋅酸鉛的固溶體形成的PZNT單晶。壓電層20可以具有單層或多層的堆疊結構。通常，阻抗和電壓可以在具有堆疊結構的壓電層20中被容易地控制，從而可以得到卓越的敏感性、相對高的能量轉換率和相對軟的頻譜。另外，能夠施加電信號的電極可以形成在壓電層20的前表面和後表面之上。當電極形成在壓電層20的前表面和後表面之上時，電極之一可以是接地電極，另一電極可以是信號電極。匹配層10設置在壓電層20的前表面上。匹配層10減少在壓電層20和物體之間的聲阻抗差異，從而匹配壓電層20和物體的聲阻抗。因此，可以將在壓電層20處產生的超聲波有效地發送到物體。為此，匹配層10的聲阻抗可以具有在壓電層20的聲阻抗和物體的聲阻抗之間的中間值。匹配層10可以由玻璃或樹脂材料形成。另外，可以形成多個匹配層10，為了逐步地(階梯式地)改變從壓電層20到物體的聲阻抗，匹配層10可以由不同的材料形成。電極可以形成在匹配層10的接觸根據本公開的壓電層20的表面之上，隨後將參照附圖描述排列方式。壓電層20和匹配層10可以通過切割工藝按照二維矩陣陣列或一維陣列排列。雖然在附圖中未示出，但是保護層可以形成在匹配層10的前表面上。保護層可以是能夠防止將在壓電層20中產生的高頻分量洩漏到外部並能夠阻擋外部高頻信號流入的RF屏蔽。此外，可以通過在具有防潮性和耐化學性的膜的表面上塗覆導電材料來形成保護層，並且所述保護層可以是能夠保護內部部件免受在消毒中使用的化學品和水等的C/S膜。雖然在附圖中未示出，但是透鏡可以形成在保護層的前表面上。透鏡可以具有沿著超聲波輻射方向的凸起形狀 ，使得將超聲波聚集在預定點上，但是如果例如聲波在透鏡中的速度比聲波在人體中的速度快，則透鏡也可以具有凹進形狀。背層30形成在壓電層20的後表面上。背層30吸收並散射在壓電層20處產生並沿著壓電層20的向後方向傳播的超聲波。因此，可以防止影像失真。為了改善超聲波衰減效應或阻擋效應，可以將背層30製造成多層結構。用於將電信號施加到壓電層20的電極可以形成在背層30的接觸壓電層20的前表面上，或者可以形成在背層30中。圖1是用於描述製造根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖。圖2是示出連接到根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭的接地柔性印刷電路板(FPCB)的圖。圖3是圖1中的(d)的透視圖。如圖1所示，在用於形成匹配層10的材料的一個表面處形成切口 11(圖1中的(b))。可以通過切割工藝形成切口 11。根據切口 11的形成，匹配層10可以排列成一維陣列或二維陣列。形成在匹配層10處的每個切口 11的寬度可以與將以與匹配層10的陣列相同的陣列排列的壓電層20的切口 22的寬度相同。切口 11和22可以在厚度方向上對齊。如圖1中的(c)所示，在切口 11形成在匹配層10處(圖1中的(b))後，利用材料12填充切口 11。可以利用已知的用於填充超聲波探頭的切口的任何材料12來填充切口 11。如圖1中的(d)所示，在填充切口 11後，在橫向上沿著在圖1中的(C)中示出的虛線切割匹配層10，以去除匹配層10的具有與形成切口 11處的表面相反的表面的部分。在附圖中，橫向指的是平行於xy平面的方向。在這方面，不限制切割的次數或切割表面的個數。圖3是通過切割匹配層10以去除匹配層10的具有與形成切口 11處的表面相反的表面的部分而形成的匹配層10的透視圖。參照圖3，利用填充在匹配層10的外邊界處包括的切口 11的材料將匹配層10按照二維矩陣陣列排列。二維矩陣陣列僅僅是可以使用的陣列的一個示例。如果壓電層20排列成一維陣列，則匹配層10也可以排列成一維陣列。任何已知的切割方法和諸如例如研磨的其他方法可以用於切割工藝。
如圖1中的(d)和圖3所示出的，在切割匹配層10以去除匹配層10的具有與形成切口處的表面相反的表面的部分後，電極13形成在匹配層10的前表面和後表面中的至少一個上(圖1中的(e))。圖1中的(e)示出了電極13形成在匹配層10的後表面之上的示例性實施例。除了後表面，電極13還可以遍布匹配層10的側表面和/或前表面。可以通過在匹配層10的前表面、側表面或後表面上塗覆或沉積導電材料來形成電極13。根據這個示例性實施例，通過濺射將電極13形成在匹配層10的後表面上。圖1示出了單層的匹配層10。但是，匹配層10也可以具有兩層或更多層。如上所述至少一個表面設置有電極13的匹配層10安裝在壓電層20上(圖1中的⑴)。在其後表面上設置有背層30的壓電層20可以排列成一維陣列或二維陣列。如圖1中的(f)所示，匹配層10和壓電層20可以排列在相同的陣列中，切口 11和22的間隔可以相同。因此，匹配層10的元件可以以一一對應的關係對應於壓電層20的元件。電極可以形成在背層30的接觸壓電層20的前表面上，並且可以用作信號電極以將電信號施加到構成壓電層20的陣列的元件。另外，電極可以形成在背層30中以穿透背層30，可以從背層30的前表面延伸到背層30的後表面，可以用作信號電極以將電極信號施加到構成壓電層20的陣列的元件。可以使用但不限於將電信號施加到壓電層20的任何信號電極。根據本公開的示例性實施例的超聲波探頭可以將形成在匹配層10的後表面上的電極13用作接地電極。
圖2示出了使形成在匹配層10上的電極13接地的各種示例。如圖1所示，如果電極13形成在匹配層10的後表面上，則如圖2中的(a)所示可以通過將FPCB 40連接到形成在匹配層10的後表面上的電極13來使電極13接地。另外，如果電極13形成在匹配層10的後表面上同時遍布匹配層10的側表面和前表面，則可以通過將FPCB 40連接到形成在匹配層10的前表面上的電極13來使電極13接地(圖2中的(b))。還可以通過將電極13形成在匹配層10的後表面上，並包括電極13的遍布壓電層20和背層30的側表面的電極部分41，並將形成在壓電層20和背層30的側表面上的電極部分41連接到FPCB 40來使電極13接地(圖2中的(c))。如上所述可以使形成在匹配層10上的電極13接地，但是還可以有但不限制於各種修改的實施例。除了使用以上描述的各種示例性的方法以外，根據下面將描述的本公開的另一實施例，還可以使形成在匹配層10上的電極13接地。同樣的，如上所述，可以通過形成在匹配層10上的電極13和形成在背層30上的電極將電信號施加到構成壓電層20的陣列的每個元件。圖4是描述製造根據本公開的另一示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖。圖5是圖4中的(C)的透視圖。在圖4中示出的工藝可以與在圖1中示出的工藝相同，直到在匹配層10形成切口11。在切口 11形成在匹配層10後，在沒有利用材料12填充切口 11的情況下，電極15形成在匹配層10的形成有切口 11的表面上，從而電極15延伸到切口 11內(圖4中的
(C))。可以通過將導電材料塗覆或沉積在匹配層10的形成有切口 11的表面上來形成電極15。可以通過諸如根據示例性實施例的濺射將電極15形成在匹配層10的表面上。圖5是電極15形成在匹配層10的形成有切口 11的表面上的結構的透視圖。如圖5所示，電極15可以形成在以二維矩陣陣列排列的匹配層10的整個表面之上。二維矩陣陣列僅僅是可以使用的陣列的一個示例。如果壓電層20排列成一維陣列，則匹配層10也可以排列成一維陣列。如上所述，設置有電極15的匹配層10安裝在壓電層20的前表面上，使得形成切口的表面面對壓電層20(圖4中的(d))。如圖4中的(d)所示，匹配層10和壓電層20可以以相同的陣列來排列並且切口 11和22的間隔可以相同。因此，匹配層10的元件可以以一一對應的關係對應於壓電層20的元件。如上所述,參照在圖1中示出的示例性實施例，根據在圖4至圖5中示出的示例性實施例的超聲波探頭可以將匹配層10的電極15用作接地電極。信號電極可以與在圖1中示出的示例性實施例的信號電極相同，因此省略對其的詳細描述。圖6是描述製造根據本公開的另一示例性實施例的超聲波探頭的工藝的圖。圖7是圖中的6(c)的透視圖。在圖6中示出的工藝可以與在圖1中 示出的工藝相同，直至在匹配層10形成切口11。在切口 11形成在匹配層10後，電極16形成在匹配層10的與形成有切口 11的表面相反的表面上(圖6中的(C))。可以通過將導電材料塗覆或沉積在匹配層10的與形成有切口 11的表面相反的表面之上來形成電極16。根據示例性實施例，可以通過濺射將電極16形成在匹配層10的表面之上。如上所述設置有電極16的匹配層10安裝在壓電層20的前表面上(圖6中的
(d))。如圖6中的(d)所示，匹配層10和壓電層20可以以相同的陣列排列並且切口 11和22的間隔可以相同。因此，匹配層10的元件可以以一一對應的關係對應於壓電層20的元件。如上所述，參照在圖1中示出的示例性實施例，根據在圖6至圖7中示出的示例性實施例的超聲波探頭可以將匹配層10的電極16用作接地電極。信號電極可以與在圖1中示出的示例性實施例的信號電極相同，因此省略對其詳細的描述。儘管已經示出並描述了本公開的一些示例性實施例，但是本領域技術人員將理解的是，在不脫離本公開的原理和精神的情況下，可以做出改變，本公開的範圍由權利要求及其等同物限定 。
權利要求
1.一種超聲波探頭，所述超聲波探頭包括: 壓電材料；以及 匹配層，設置在壓電材料的前表面上， 其中，電極形成在匹配層的面對壓電材料的表面之上。
2.如權利要求1所述的超聲波探頭，其中，壓電材料排列成一維陣列或二維陣列， 匹配層和壓電材料按照相同的陣列排列。
3.如權利要求2所述的超聲波探頭，其中，構成匹配層的陣列的元件之間的間隔分別與構成壓電材料的陣列的元件之間的間隔相同。
4.如權利要求1所述的超聲波探頭，其中，匹配層包括至少一個層。
5.一種製造超聲波探頭的方法，所述方法包括: 在匹配層的表面形成切口； 將電極形成在匹配層的形成有切口的表面之上或者形成在匹配層的相反的表面之上；以及 將匹配層的設置有所述電極的表面安裝在壓電材料上。
6.如權利要求5所述的方法，其中，在匹配層的表面形成切口通過在匹配層的表面形成切口以將匹配層處理為一維陣列或二維陣列來執行。
7.如權利要求5所述的方法，其中，通過形成具有與形成在匹配層的表面處的切口的圖案相同的圖案的切口來按照一維陣列或二維陣列來處理壓電材料。
8.如權利要求5所述的方法，其中，匹配層包括至少一個層。
9.如權利要求5所述的方法，所述方法還包括: 利用材料填充切口 ；以及 沿著橫向切割匹配層以去除匹配層的具有與形成切口的表面相反的表面的部分，從而暴露填充切口的材料。
全文摘要
本公開提供了一種超聲波探頭及其製造方法，所述超聲波探頭包括通過形成在接觸壓電材料的表面上的電極而提供導電性的匹配層。製造超聲波探頭的方法包括在匹配層的表面上形成切口，在匹配層的形成有切口的表面上或者在匹配層的與形成有切口的表面相反的表面上形成電極，以及將提供有電極的表面安裝在壓電材料上。
文檔編號A61B8/00GK103202711SQ201310016250
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者閔侅基 申請人:三星麥迪森株式會社