[發明專利]用于換能器探頭的換能器結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201210354044.5
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN103008218A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: M.H.克羅恩;P.辛格;P.A.梅耶;駱巍
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;傅永霄

技術領域

本文所述的實施例涉及換能器結構，且更特定而言，涉及對于用于換能器探頭的換能器結構的受控的造型和布置的方法和系統。

背景技術

常常包括壓電柱或壓電柱陣列的超聲探頭用于多種應用，包括例如通過超聲掃描的結構內部的無損成像。在許多這種成像應用中，期望使用復合材料，復合材料通常由壓電材料和非壓電材料組成。這些復合材料導致比單片壓電材料更好的壓電性能。需要盡可能多地減小構成該復合件的個別壓電特征的大小，以允許以更高的頻率操作，而這又提供在所得到的圖像中的增加的分辨率。已知的用于制造壓電換能器的切割-填充法在壓電換能器中的柱狀件大小減小時大體到達分辨率極限。此外，制造探頭的已知方法，諸如切割和填充方法，限于在換能器柱之間制作直線切口，從而限制了可用的換能器設計空間，例如，換能器柱布置、截面形狀的限制和不能制作自由形式的三維換能器特征。

以更高頻率的已知超聲探頭的操作部分地通過減小換能器材料的厚度且相對應地減小包括換能器的壓電柱的x-y截面面積來實現。此操作導致為了完成換能器的制造，切割時間延長。此外，由于(更薄的)壓電柱的增加的斷裂可能性，與常規的制造低頻換能器的產品產量相比，用于制造高頻換能器的切割-填充法的產品產量通常減小。此外，已知的制造方法可產生利用剪切波制成的換能器，這造成一個或多個超聲波長在復合結構內行進。剪切波造成對探頭的設計約束且造成探頭中諸如鳴震(ringing)的聲干涉。

發明內容

在一方面，提供一種用于在超聲探頭的構造中使用的復合陶瓷換能器結構。該結構包括基板和多個壓電換能器柱。多個壓電換能器柱在位于基板的X-Y平面上的多個空間位置處可控制地形成于基板上。多個壓電柱包括限定于基板的X-Y-Z平面中的多個形狀，其中多個壓電換能器柱被配置成便于最小化在超聲探頭內的剪切波。

在另一方面，提供一種用于制造用于超聲探頭的構造中的陶瓷換能器結構的方法。該方法包括：形成基板層并且形成在基板層上的層，其中該層包括換能器材料和光聚合物。該方法還包括：使得該層的多個選定區域對可編程的光模式(pattern)曝光，以使得該層的選定區域可控制地固化來便于形成多個壓電換能器柱。壓電換能器柱包括位于基板的X-Y平面上且具有在基板的X-Y-Z平面中的多種形狀的多個空間位置。壓電換能器柱被配置成便于最小化剪切波且維持在超聲探頭內的縱波。

在又一方面，提供一種超聲探頭。探頭包括基板和可控制地形成于基板上的多個壓電換能器柱。柱形成于基板的X-Y平面上的多個空間位置，且其中多個壓電柱包括限定于基板的X-Y-Z平面中的多個形狀。多個壓電換能器柱被配置成便于最小化剪切波且維持在超聲探頭內的縱波。探頭還包括外接地圍繞在基板上的壓電換能器柱的填料。電接觸件聯接到多個壓電換能器柱以便于將電能轉換為超聲能。

附圖說明

圖1示出了包括多個換能器柱陣列的示例性換能器結構的局部截面視圖。

圖2為制造用于圖1所示結構的換能器柱陣列的示例性方法的流程圖。

圖3a示出了可用于制造用于圖1所示結構的換能器柱的示例性漿液系統。

圖3b示出了圖3a所示的漿液系統的另一過程視圖。

圖4示出了可用于制造圖1所示結構的換能器柱的示例性光調制系統。

圖5a示出了在圖4中所示用于制作示例性光模式的光調制系統。

圖5b示出了圖4所示的光調制系統的另一過程視圖。

圖5c示出了圖4所示的光調制系統的另一過程視圖。

圖5d示出了圖4所示的光調制系統的另一過程視圖。

圖6示出了圖1所示的結構的透視圖。

圖7示出了用于圖6所示結構的示例性換能器柱的側視圖。

圖8示出了可用于圖6所示的結構的示例性換能器柱的另一側視圖。

圖9示出了可用于圖6所示結構的換能器柱的示例性陣列的平面圖。

圖10示出了圖9所示的換能器柱陣列的透視圖。

圖11示出了利用換能器柱陣列制作的示例性探頭的局部側視圖。

部件列表

10???結構

12???陣列

14???換能器柱

16???基板

200???方法

18???功能層

202???形成功能層

204???使得多個選定區域曝光

206???使得功能層的選定區域固化

208???移除功能層的未曝光區域