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超聲探測器及其制造方法

文檔序號:921247閱讀:391來源:國知局
專利名稱:超聲探測器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
示例性實施例涉及一種具有改變聲阻的襯墊層(backing layer)的超聲探測器(ultrasonic probe)及其制造方法。
背景技術(shù)
超聲診斷裝置從對象的主體表面朝向?qū)ο蟮闹黧w內(nèi)部的目標區(qū)域輻射超聲信號,并且利用被反射的超聲信號(超聲回聲信號)的信息通過非侵入性技術(shù)獲得關(guān)于軟組織斷層或血流的圖像。與諸如X射線診 斷裝置、X射線計算機斷層(CT)掃描儀、磁共振成像儀(MRI)和核醫(yī)學診斷裝置的其它圖像診斷裝置相比,超聲診斷裝置小且便宜,實時地執(zhí)行顯示并具有高安全水平而沒有輻射暴露,因此被廣泛用于心臟診斷、腹部診斷、泌尿器官診斷和產(chǎn)科診斷。具體地,超聲診斷裝置包括超聲探測器,該超聲探測器發(fā)送超聲信號到對象并接收被對象反射的超聲回聲信號以獲得對象的超聲圖像。超聲探測器包括:壓電層,其中壓電材料振動以執(zhí)行電信號和聲學信號之間的轉(zhuǎn)換;匹配層,其減小壓電層與對象之間的聲阻差異,從而最大化地傳輸由壓電層產(chǎn)生的超聲波到對象;透鏡,將在壓電層的向前方向上行進的超聲波聚集在特定點;以及襯墊層,其防止超聲波在壓電層的向后方向上行進以防止圖像變形。透鏡在向外方向上具有凸起結(jié)構(gòu),從而聚集超聲波,這樣的結(jié)構(gòu)使超聲波的強度衰減。具體地,在透鏡的中心區(qū)(要求高輸出)處的超聲波的強度比在透鏡的側(cè)區(qū)處的超聲波的強度更多地減小。

發(fā)明內(nèi)容
因此,示例性實施例的一個方面提供一種具有改變聲阻的結(jié)構(gòu)的襯墊層的超聲探測器及其制造方法。示例性實施例的附加方面將在以下的描述中部分地闡述,并將部分地從該描述而變得顯然,或者可以通過實踐示例性實施例而掌握。根據(jù)示例性實施例的一個方面,一種超聲探測器包括:壓電層;以及襯墊層,提供在壓電層的后表面上,其中襯墊層包括在其前表面上沿長度方向形成的多個切口,襯墊層的前表面鄰近壓電層的后表面,切口可以形成為使得切口之間的間隔在從襯墊層的中心區(qū)到襯墊層的兩側(cè)區(qū)域的方向上增大。多個切口可以形成為使得切口的寬度在從襯墊層的中心區(qū)到襯墊層的兩側(cè)區(qū)域的方向上減小。切口的寬度可以為2mm或更小。切口的深度可以為Imm或更小。根據(jù)示例性實施例的另一方面,一種超聲探測器的制造方法包括:在襯墊材料的表面上形成多個切口 ;以及在襯墊材料的其上形成有多個切口的表面上形成壓電層,其中多個切口形成為使得切口之間的間隔在從襯墊材料的中心區(qū)到襯墊材料的兩側(cè)區(qū)域的方向上增大。多個切口可以形成為使得切口的寬度在從襯墊材料的中心區(qū)到襯墊材料的兩側(cè)區(qū)域的方向上減小。切口的寬度可以為2mm或更小。切口的深度可以為Imm或更小。該制造方法還可以包括:在壓電層的前表面上形成匹配層,壓電層的前表面與其上形成有多個切口的表面相反;以及在匹配層的前表面上安裝聲學透鏡。根據(jù)示例性實施例的另一方面,一種超聲探測器包括:壓電層,產(chǎn)生超聲波;透鏡,設置在壓電層的一側(cè)上,將超聲波聚焦在目標上;以及襯墊層,設置在壓電層的與該一側(cè)相反的另一側(cè)上,該襯墊·層將超聲波的一部分朝向目標反射,其中襯墊層的密度根據(jù)透鏡的形狀而改變。


從以下結(jié)合附圖對示例性實施例的描述,示例性實施例的這些和/或其它方面將變得明顯并更易于理解,附圖中:圖1是根據(jù)示例性實施例的超聲探測器的透視圖;圖2是根據(jù)示例性實施例的超聲探測器的分解透視圖;圖3是示出從超聲探測器輻射的超聲波的強度和超聲波的聚集形態(tài)的曲線圖;圖4是根據(jù)示例性實施例的在襯墊層上形成切口的視圖;圖5是根據(jù)示例性實施例的襯墊層沿圖4的線A-A’截取的截面圖;圖6是根據(jù)示例性實施例的襯墊層上的切口(kerf)的結(jié)構(gòu)的放大圖;圖7是示出根據(jù)示例性實施例的襯墊層的聲阻的曲線圖;以及圖8是示出根據(jù)另一示例性實施例的超聲探測器的制造方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細描述示例性實施例,其示例在附圖中示出,其中相似的附圖標記始終指代相似的元件。圖1是根據(jù)示例性實施例的超聲探測器的透視圖,圖2是根據(jù)示例性實施例的超聲探測器的分解透視圖,圖3是示出從超聲探測器輻射的超聲波的強度和超聲波的聚集形態(tài)的曲線圖。根據(jù)示例性實施例的超聲探測器包括壓電層11、提供在壓電層的前表面上的匹配層13、提供在匹配層13的前表面上的透鏡14以及提供在壓電層的后表面上的襯墊層12。當機械壓力施加到指定材料時產(chǎn)生電壓的效應以及當施加電壓時發(fā)生機械變形的效應分別被稱為壓電效應和反壓電效應,并且表現(xiàn)出這樣的效應的材料被稱為壓電材料。也就是,壓電材料是將電能轉(zhuǎn)換成機械振動能或?qū)C械振動能轉(zhuǎn)換成電能的材料。根據(jù)示例性實施例的超聲探測器包括壓電層11,壓電層11接收電信號并將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動以產(chǎn)生超聲波。
形成壓電層11的壓電材料可以包括由鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷、鉛鎂鈮酸鹽和鈦酸鉛的固溶體形成的PZMT晶體,或者由鉛鋅鈮酸鹽和鈦酸鉛的固溶體形成的PZNT晶體。匹配層13被提供在壓電層11的前表面上,并減小壓電層11與對象之間的聲阻差異,使得從壓電層11產(chǎn)生的超聲波被有效地傳輸?shù)綄ο蟆1M管圖1示出兩個匹配層13,但是根據(jù)其它示例性實施例可以提供多于或少于兩個的匹配層13。例如,可以提供一個匹配層13,可以提供三個匹配層13等。匹配層13和壓電層11可以通過切割工藝而被分成具有指定寬度的多個單元。盡管沒有在附圖中示出,但是保護層可以被提供在匹配層13的前表面上。保護層可以防止壓電層11中產(chǎn)生的高頻分量泄露到外部并阻擋外部高頻信號的進入。此外,保護層可以通過在具有高防潮性和高耐化學性的膜的表面上涂覆或沉積導電材料而形成,因此可以保護內(nèi)部部件不受消毒中使用的水或化學試劑的影響。透鏡14被提供在匹配層13的前表面上。根據(jù)示例性實施例,透鏡14在超聲波的輻射方向上具有凸起形狀,從而朝向目標對象聚集超聲波,但是根據(jù)其它示例性實施例,透鏡14可以具有凹入形狀,例如在聲速低于人體中時的情形。襯墊層12被提供在壓電層11的后表面上。襯墊層12吸收從壓電層11產(chǎn)生的超聲波并阻擋在壓電層11的向后方向(圖1中沿Z軸向下)上行進的超聲波,從而防止圖像變形。為了改善性能,考慮超聲波衰減效果和/或阻擋效果,襯墊層12可以制造為多層結(jié)構(gòu)。由于壓電層11的振動而產(chǎn)生的超聲波在朝向?qū)ο蟮姆较蛏闲羞M以及在朝向襯墊層12的方向上也就是向后方向上行進。到達襯墊層12的超聲波的一部分被反射并再次在朝向?qū)ο蟮姆较蛏闲羞M,而到達襯墊層12的超聲波的另一部分經(jīng)過襯墊層12并被襯墊層12吸收。通常,為了聚集超聲波,使用在超聲波的行進方向上具有凸起形狀的透鏡14,如上所述。參照圖3,這樣的透鏡14聚集超聲波,但是使超聲波的強度衰減。具體地,從透鏡14的中心區(qū)輻射的超聲波比從透鏡14的側(cè)區(qū)輻射的超聲波衰減得更多。當從透鏡14的側(cè)區(qū)輻射的超聲波的強度高于從透鏡14的中心區(qū)輻射的超聲波的強度時,副瓣(side lobe)的產(chǎn)生增加。從圖3的曲線圖,將理解,由于透鏡14使超聲波衰減,因此從透鏡14的中心區(qū)釋放的超聲波的強度低于從透鏡14的側(cè)區(qū)釋放的超聲波的強度。也就是,由于透鏡14的結(jié)構(gòu)引起的超聲波的衰減,具體地,從透鏡14的中心區(qū)釋放的超聲波的衰減,降低了超聲波聚集效率。為了解決這個問題,根據(jù)示例性實施例的超聲探測器在襯墊層12的接觸壓電層11的前表面上形成多個切口 15,使得襯墊層12的聲阻具有圖7所示的形態(tài),因此襯墊層12的中心區(qū)反射大量的超聲波而襯墊層的側(cè)區(qū)反射相對少量的超聲波,從而補償釋放的超聲波的強度。下面參照切口 15的結(jié)構(gòu)的描述將給出在襯墊層12上形成切口 15的描述。圖4是根據(jù)示例性實施例的在襯墊層上形成切口的視圖,圖5是根據(jù)示例性實施例的襯墊層沿圖4的線A-A’截取的截面圖,圖6是根據(jù)示例性實施例的襯墊層上的切口的結(jié)構(gòu)的放大圖。多個切口 15形成在襯墊層12的前表面上,也就是,襯墊層12的接觸壓電層11的表面上。
通過切割工藝在用作襯墊層12的材料的一個表面上形成切口 15,當形成切口 15時,壓電層11堆疊在襯墊層12的其上形成有切口 15的表面上。切口 15在襯墊層12的長度方向上延伸。這里,長度方向指代X軸方向,如圖中所示。通過切割工藝,切口 15可以形成為使得切口 15的深度c具有預定值,根據(jù)示例性實施例,切口 15的深度c可以為Imm或更小,但是根據(jù)其它示例性實施例,切口 15的深度c不限于此。此外,根據(jù)示例性實施例,切口 15的寬度d可以具有預定值,切口 15的寬度d可以為2mm或更小,但是根據(jù)其它示例性實施例,切口 15的寬度d不限于此。如圖5和圖6所示,形成在襯墊層12上的切口 15形成為使得切口 15之間的間隔關(guān)于中心區(qū)E在+Y方向上和-Y方向上增大。切口 15之間的間隔可以以不同形態(tài)增加,如圖5的曲線圖所示。如形成在中心區(qū)E處的切口 15之間的間隔a與形成在側(cè)區(qū)F處的切口 15之間的間隔b之間的比較所表明的,形成在側(cè)區(qū)F處的切口 15之間的間隔b大于形成在中心區(qū)E處的切口 15之間的間隔a。當切口 15在存在這種間 隔差異(也就是,切口 15在中心區(qū)E處密集地形成而在側(cè)區(qū)F處稀疏地形成)的條件下形成時,在中心區(qū)E處形成襯墊層12的襯墊材料的密度變得小于在側(cè)區(qū)F處形成襯墊層12的襯墊材料的密度。也就是,假設給定指定尺寸的區(qū)域,當在該區(qū)域中形成的切口的數(shù)量大時,由于大量的切口而使得占據(jù)該區(qū)域的襯墊材料的面積減小,因此襯墊材料的密度降低,當在該區(qū)域中形成的切口的數(shù)量小時,占據(jù)該區(qū)域的襯墊材料的面積幾乎等于沒有切口時襯墊材料的面積,因此襯墊材料的密度相對高于切口的數(shù)量大時襯墊材料的密度。在諸如超聲波的平面行進波的情況下,聲阻可以由被施加超聲波的介質(zhì)的密度和聲速的乘積來表示。因而,隨著介質(zhì)的密度減小,聲阻減小。因此,在中心區(qū)E (其中密集地設置切口15,因此襯墊材料的密度降低)處的聲阻減小。另一方面,在側(cè)區(qū)F (其中稀疏地設置切口,因此襯墊材料的密度相對高于中心區(qū))處的聲阻相對地增加。與超聲波從具有高聲阻的介質(zhì)行進相比,當超聲波從具有低聲阻的介質(zhì)行進時,隨著與壓電層11的聲阻差異的增加,被反射的超聲波的強度增加。在聲阻減小的襯墊層12的中心區(qū)E處,如上所述,中心區(qū)E與壓電層11之間的聲阻差異增加。因此,在入射到襯墊層12的中心區(qū)E上的超聲波之中,在朝向?qū)ο蟮姆较蛏戏瓷涞某暡ǖ谋嚷试黾印T诼曌柘鄬Φ卦黾拥囊r墊層12的側(cè)區(qū)處,與壓電層11的聲阻差異相對地減小。因此,在入射到襯墊層12的側(cè)區(qū)F上的超聲波之中,在朝向?qū)ο蟮姆较蛏戏瓷涞某暡ǖ谋嚷蕼p小。由此,在朝向?qū)ο筝椛涞某暡ㄖ?,在中心區(qū)E處的超聲波(占據(jù)被透鏡14聚集的超聲波的大部分)的強度通過被襯墊層12的中心區(qū)反射的超聲波補充,因此解決了上述問題。
如上所述,襯墊層12上的聲阻可以通過調(diào)整切口 15之間的間隔來改變,襯墊層12由初始具有單一聲阻的材料形成。通過調(diào)整切口 15的寬度連同調(diào)整切口 15之間的間隔,可以增加聲阻的變化程度。也就是,在襯墊層12上形成的切口 15可以形成為使得切口 15的寬度從中心區(qū)E在+Y方向和-Y方向上減小。當在中心區(qū)E處形成的切口 15的寬度增加時,與切口 15的寬度不改變時相比,襯墊材料的密度降低;當在側(cè)區(qū)處形成的切口 15的寬度減小時,與切口 15的寬度不改變時相t匕,襯墊材料的密度增加。因此,在中心區(qū)E處的聲阻減小,而在側(cè)區(qū)F處的聲阻相對地增加。例如,假設預定數(shù)目的切口 15形成在襯墊材料的一個表面上,可以通過調(diào)整切口15之間的間隔來改變聲阻,如上所述,并且可以通過調(diào)整切口 15的寬度來增加聲阻的變化程度,如上所述。圖7是示出根據(jù)示例性實施例的襯墊層12的聲阻的曲線圖。當在襯墊層12上形成的切口 15之間的間隔被調(diào)整時,如上所述,襯墊層12的聲阻在襯墊層12的中心區(qū)E處減小并在襯墊層12的側(cè)區(qū)F處增加,如圖7所示,因此可以獲得期望的效果。圖8是示出根據(jù)另一示例性實施例的超聲探測器的制造方法的流程圖。參照圖8,首先,在操作20,在襯墊材料的一個表面上形成切口。切口可以通過切割工藝而形成在襯墊材料的一個表面上。切口在襯墊材料的長度方向上延伸。這里,長度方向指代X軸方向,如圖2所示。

通過切割工藝,切口可以形成為使得切口的深度c具有預定值,切口的深度c可以為Imm或更小。此外,切口可以形成為使得切口的寬度d可以具有預定值,切口的寬度d可以為2mm或更小。此外,切口可以形成為使得切口之間的間隔從中心區(qū)在+Y方向和-Y方向上增加。也就是,切口可以密集地設置在中心區(qū)處并稀疏地設置在兩個側(cè)區(qū)處。此外,切口可以形成為使得切口的寬度從中心區(qū)在+Y方向和-Y方向上減小。也就是,在中心區(qū)處形成的切口的寬度可以大于在兩個側(cè)區(qū)處形成的切口的寬度。在襯墊材料上形成切口之后,在操作21,將壓電材料附接到襯墊材料的其上形成有切口的表面,從而形成壓電層。形成壓電層的壓電材料可以包括由鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷、鉛鎂鈮酸鹽和鈦酸鉛的固溶體形成的PZMT晶體,或者由鉛鋅鈮酸鹽和鈦酸鉛的固溶體形成的PZNT晶體。在形成壓電層之后,在操作22執(zhí)行在壓電材料的前表面上形成匹配層的工藝,在操作23執(zhí)行通過切割工藝將壓電層和匹配層分成多個單元的工藝,在操作24執(zhí)行將透鏡附接到匹配層的前表面的工藝。如從以上描述而明顯的,根據(jù)示例性實施例的超聲探測器可以在整個襯墊層的每一處改變聲阻,即使當襯墊層由初始具有單一聲阻的材料形成時,因此可以抑制超聲波束的副瓣的產(chǎn)生。此外,將理解,根據(jù)其它示例性實施例,可以使用其它技術(shù)(例如,形成除切口之外的形狀等)來代替上述示例性實施例或者加至上述示例性實施例,以改變襯墊層的
山/又ο
盡管已經(jīng)示出和描述了幾個示例性實施例,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解,可以在這些示例性實施例中進行改變而不背離示例性實施例的原理和精神,其范圍由權(quán)利要求書及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種超聲探測器,包括: 壓電層;以及 襯墊層,提供在所述壓電層的后表面上, 其中所述襯墊層包括在其前表面上沿長度方向形成的多個切口,所述襯墊層的所述前表面鄰近所述壓電層的所述后表面,所述切口形成為使得所述切口之間的間隔改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲探測器,其中所述多個切口形成為使得所述切口之間的間隔在從所述襯墊層的中心區(qū)到所述襯墊層的兩側(cè)區(qū)域的方向上增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲探測器,其中所述多個切口形成為使得所述切口的寬度在從所述襯墊層的中心區(qū)到所述襯墊層的兩側(cè)區(qū)域的方向上減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲探測器,其中所述切口的寬度為2mm或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲探測器,其中所述切口的深度為Imm或更小。
6.一種超聲探測器的制造方法,包括: 在襯墊材料的表面上形成多個切口 ;以及 在所述襯墊材料的其上形成有所述多個切口的表面上形成壓電層, 其中所述多個切口形成為使得所述切口之間的間隔改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法,其中所述多個切口形成為使得所述切口之間的間隔在從所述襯墊材料的中心區(qū)到所述襯墊材料的兩側(cè)區(qū)域的方向上增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法,其中所述多個切口形成為使得所述多個切口的寬度在從所述襯墊材料的中心區(qū)到所述襯墊材料的兩側(cè)區(qū)域的方向上減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法,其中所述切口的寬度為2mm或更小。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法,其中所述切口的深度為Imm或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法,還包括: 在所述壓電層的前表面上形成匹配層,所述壓電層的所述前表面與其上形成有所述多個切口的表面相反;以及 在所述匹配層的前表面上安裝聲學透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲探測器及其制造方法。這里公開了具有由改變聲阻的結(jié)構(gòu)形成的襯墊層的超聲探測器及其制造方法。該超聲探測器包括壓電層以及提供在壓電層的后表面上的襯墊層,該襯墊層包括在其前表面上沿長度方向形成的多個切口,該前表面鄰近壓電層的后表面,切口形成為使得切口之間的間隔改變。
文檔編號A61B8/00GK103156640SQ201210538800
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者金東鉉 申請人:三星電子株式會社
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