時(shí)選擇性地切穿。此外，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明了的，一些層可被同時(shí) 選擇性地切穿，而另一些層可隨后在多個(gè)時(shí)刻被選擇性地切穿。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至如下預(yù)定深度，該深度是從壓電層的頂面到壓電層的底 面的距離的至少60% ;以及至少一個(gè)第一和/或第二切口槽的至少一部分可延伸至如下預(yù) 定深度，該預(yù)定深度是從壓電層的頂面到壓電層的底面的距離的100 %。
[0078] 至少一個(gè)第一切口槽的至少一部分可延伸進(jìn)入介質(zhì)層預(yù)定深度，且一個(gè)第一切口 槽的至少一部分還可延伸進(jìn)入背襯層預(yù)定深度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明了的，進(jìn)入背襯層 的預(yù)定深度可從〇微米變化到等于或大于壓電層自身的厚度。利用激光實(shí)施穿過背襯層的 微加工可在相鄰元件之間的絕緣方面提供顯著改進(jìn)。一方面，一個(gè)第一切口槽的至少一部 分延伸穿過至少一個(gè)層，并延伸進(jìn)入背襯層預(yù)定深度。如此處所述，進(jìn)入背襯層的預(yù)定深度 可變化。與同一相應(yīng)切口槽的另一部分的預(yù)定深度相比，或與沿其縱向方向基本平行于所 述堆的縱向軸線的另一個(gè)切口槽的至少一部分的預(yù)定深度相比，至少一個(gè)第一切口槽的至 少一部分的預(yù)定深度可變化。另一方面，至少一個(gè)第一切口槽的預(yù)定深度可比至少一個(gè)另 一切口槽的預(yù)定深度更深。
[0079] 如上所述，至少一個(gè)第二切口槽可如上文針對(duì)第一切口槽所描述的一樣，延伸穿 過至少一個(gè)層達(dá)到其在所述堆中的預(yù)定深度。第二切口槽可如上文針對(duì)第一切口槽所描述 的一樣延伸進(jìn)入或穿過所述堆的至少一個(gè)層。如果所述堆的各個(gè)層被單獨(dú)切割，所述堆的 給定層中的每一個(gè)切口槽，無論第一切口槽還是第二切口槽都會(huì)基本與位于其相鄰層中的 相應(yīng)槽覆蓋配準(zhǔn)。
[0080] 換能器還可包括一個(gè)支持構(gòu)件，從而為換能器的各種部件提供機(jī)械支撐，并且在 制造過程中提供輔助。
[0081] 現(xiàn)在將圍繞圖1-23中大體示出的換能器配置描述本發(fā)明。超聲換能器包括堆 800,所述堆具有第一面802、相對(duì)的第二面804,以及在二者之間延伸的縱向軸線Ls。所述 堆具有多個(gè)層，每個(gè)層具有頂面828和相對(duì)的底面830。所述堆的多個(gè)層包括例如壓電層 806、介質(zhì)層808,以及多個(gè)匹配層。所述介質(zhì)層可連接至壓電層的至少一部分并位于其下 面。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)匹配層包括在堆中的四個(gè)匹配層。
[0082] 所述堆的多個(gè)層還可包括地電極層810、信號(hào)電極層812和背襯層814,所述地電 極層被布置在壓電層的頂面上。
[0083] 如圖1和圖3中所示，換能器堆限定了一個(gè)活性區(qū)域和一個(gè)非活性區(qū)域，其中一 個(gè)介質(zhì)層被提供在地電極的下方，所述地電極充當(dāng)電勢(shì)分割器并限制施加在壓電層上的電 壓。在附圖中，所述堆包括活性區(qū)域中的以下各層（從上到下）：
[0084]
[0085] 在非活性區(qū)域，所述堆換能器包括以下各層（從上到下）：
[0086]
[0087]
[0088] 壓電層806可由各種材料制成。例如但不意在限制，形成壓電層的材料可包括陶 瓷、單晶體、聚合物和共聚物材料，具有〇-3、2-2和/或3-1連接性的陶瓷-聚合物以及陶 瓷-陶瓷復(fù)合物，諸如此類等。在一個(gè)實(shí)施例中，壓電層包括鋯鈦酸鉛（PZT)陶瓷。
[0089] 如圖6-7中所示，相應(yīng)的第一和第二地電極的內(nèi)緣可具有如下鋸齒狀或階梯狀設(shè) 計(jì)，其有助于在地電極粘合至壓電層時(shí)幫助避免任何故障線（fault lines)。又一方面，相 應(yīng)的第一和第二地電極的外緣被配置為延伸越過壓電層的相應(yīng)的縱向面邊緣，使得它們可 如所預(yù)期地被布置為與電路板電通信以形成預(yù)期的接地。從而，一方面，地電極層的一部分 一般保持暴露以允許信號(hào)地可從地電極被連接至電路板。
[0090] 再一方面，相應(yīng)的第一和第二地電極的內(nèi)緣彼此間隔開一個(gè)如下距離，該距離足 以使相應(yīng)的第一和第二匹配層被順序安裝在相應(yīng)的第一和第二地電極的內(nèi)緣之間的壓電 層的頂面上。在這方面，第一和第二匹配層816、826的縱向延伸邊緣可與相應(yīng)的第一和第 二地電極的內(nèi)緣間隔開?？蛇x地，可提供多個(gè)隔離物，使其位于如所述堆的活性區(qū)域所限定 的聲場(chǎng)的外側(cè)，處于相應(yīng)的第一和第二地電極的頂面的一部分上。每個(gè)隔離物900相對(duì)于 壓電層的頂面向上延伸預(yù)定距離，使得第四匹配層846的底面可相對(duì)于壓電層和居間的第 一和第二匹配層位于預(yù)定距離。在這方面，一個(gè)隔離物可位于或形成在相應(yīng)的第一和第二 地電極的鋸齒狀內(nèi)緣的向內(nèi)延伸部分上。一方面，一旦完成所述堆的裝配，由所述隔離物 900形成的間隔等于所述堆的第三匹配層836的厚度?？梢栽O(shè)定，所述隔離物可由可被磨合 成或構(gòu)造至目標(biāo)厚度的任意材料制成。
[0091] 在一個(gè)示例方面，介質(zhì)材料包括摻雜二氧化娃的Epotek 301環(huán)氧樹脂，其具有 大約為4的較低的相對(duì)介電常數(shù)，并且當(dāng)介質(zhì)表面被低能量密度的UV光和/或等離子體 處理時(shí)，其可對(duì)濺射的金提供強(qiáng)粘附。又一方面，介質(zhì)的厚度可至少為l〇ym，優(yōu)選至少 10 μ m，更優(yōu)選至少20 μ m?？蛇x地，介質(zhì)層的邊緣可相對(duì)于橫截面傾斜，以提供一些變跡 (apodization)并幫助抑制高度上的旁瓣（side lobe)。傾斜的具體形狀可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員基于對(duì)超聲波的預(yù)期影響來選擇。另一方面，限定陣列的高度尺寸的摻雜環(huán)氧樹脂介 質(zhì)層中的間隙的寬度可優(yōu)選在大約0. 5mm-3. 5mm之間，更優(yōu)選在大約0. 75mm-3. Omm之間， 最特別地在I. 〇__3. Omm之間。
[0092] 所述堆的多個(gè)層還可包括至少一個(gè)匹配層，該匹配層具有一個(gè)頂面和相對(duì)的底 面。又一方面，每個(gè)匹配層的聲阻抗可被配置使得聲阻抗從壓電層上方的第一匹配層至正 好位于透鏡下面的頂部匹配層單向減少。在一個(gè)示例方面，匹配層中的至少一個(gè)層是聚合 物基的。還可以設(shè)定所有的匹配層都是聚合物基的。再一方面，示例的多個(gè)匹配層可形成 不具有可察覺的相位中斷的基本平滑的脈沖響應(yīng)。脈沖響應(yīng)的平滑性質(zhì)意味著在時(shí)間和換 能器的頻率響應(yīng)之間存在著可預(yù)知的關(guān)系。
[0093] 在一個(gè)示例性給出的方面，多個(gè)匹配層包括四個(gè)這樣的匹配層。在一個(gè)示例方面， 第一匹配層816的底面的至少一部分可連接至地電極層的頂面的至少一部分，所述地電極 層如上所述安裝在壓電層的頂面上。第二匹配層826的底面的至少一部分連接至第一匹配 層的頂面的至少一部分。第一和第二匹配層可以至少與介質(zhì)層所限定的開口在基本平行于 所述堆的縱向軸線的長(zhǎng)度方向上的第二預(yù)定長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。
[0094] 如圖8-9中所示，透鏡809可被放置為與作為所述堆的最上面的層的匹配層的頂 面基本覆蓋配準(zhǔn)。在這方面，透鏡是一個(gè)可被用于將聲能聚焦的固定透鏡。例如，一塊預(yù)形 成或預(yù)制造的Rexolite--其可具有三個(gè)平坦的側(cè)面和一個(gè)曲面--可被用作透鏡。又一 方面，固定透鏡809提供了一種用于在高度上進(jìn)行聚焦的裝置。透鏡的厚度可比壓電層或 匹配層更厚。
[0095] -方面，第四匹配層846的頂面粘合至透鏡的底部平面。在其中透鏡由Rexolite 制成的實(shí)施方案中，第四匹配層846可由氰基丙烯酸鹽（CA)粘合劑制成，該粘合劑是一種 可被牢固粘合至Rexolite透鏡的低聲學(xué)材料，正如美國(guó)公開文本No. 2007/0205698中所描 述的。當(dāng)然，可以設(shè)定，可使用能夠被牢固粘合至預(yù)期透鏡材料的任意低阻抗材料。又一方 面，優(yōu)選的是CA層的底面一一即，第四匹配層一一粘合連接至第二匹配層的頂面。在這方 面，第四匹配層的底面坐于多個(gè)隔離物的頂面上，使得透鏡可位于距第二匹配層預(yù)期距離 處/與第二匹配層間隔開預(yù)期距離。在這方面，粘合層將透鏡粘合至所述堆。
[0096] 所應(yīng)用的粘合劑層還可作為第三匹配層836,只要施加至透鏡的底面的粘合劑 層在厚度上相對(duì)于波長(zhǎng)是合適的（諸如，例如但不限于，在厚度上是波長(zhǎng)的1/4)。在這 個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)定，選擇粉末以及選定粉末濃度來調(diào)節(jié)聲阻抗使其匹配預(yù)期的聲學(xué)圖 (acoustic profile)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白Epotek 301環(huán)氧樹脂、Epotek 301-2環(huán)氧 樹脂以及諸如此類可被用作粘合劑層以形成所述的第三匹配層。Epotek 301環(huán)氧樹脂在其 純狀態(tài)（pure state)下具有2. 9Mrayl的聲阻抗，并且可被摻雜具有不同成分和大小的粉 末以形成0-3復(fù)合材料，所述材料可被配置為在控制聲音的密度和速度上具有預(yù)期的聲阻 抗。在這個(gè)示例方面，CA層充當(dāng)作換能器的匹配層之一。從而，在一個(gè)非限制性實(shí)施例方 面，多個(gè)匹配層可包括一個(gè)CA層，三個(gè)位于下面的匹配層可包括裝有粉末的Epotek 301環(huán) 氧樹脂、Epotek 301-2環(huán)氧樹脂以及諸如此類。
[0097] 再一方面，在將透鏡安裝到堆上之前，CA層和透鏡可被激光切割，其有效地將陣列 切口（即，第一和/或第二陣列切口槽）一一以及在一方面，子方塊切口或第二切口一一延 伸穿過兩個(gè)匹配層（或者如果使用了兩個(gè)匹配層的話）進(jìn)入透鏡。如果CA和透鏡被激光 切割，可使用一個(gè)拾放機(jī)器（或者根據(jù)被粘合在一起的實(shí)際部件來設(shè)計(jì)具體尺寸和形狀的 校準(zhǔn)夾具）在堆的頂層的最上表面同時(shí)沿X和Y將透鏡校準(zhǔn)。為了激光切割CA和透鏡，可 使用大約0. 5-5J/cm2的激光能量密度。
[0098] 在各種示例方面，陣列具有下列聲設(shè)計(jì)特征：
[0099]
[0101] 實(shí)施例1-圖案化電極
[0102] -個(gè)柔性電路被放置在一個(gè)相對(duì)于超聲陣列平面成45度傾斜的平面上，所述柔 性電路的每個(gè)指狀物（finger)與相應(yīng)的陣列元件排成直線。兩塊柔性電路--陣列的每 一側(cè)有一個(gè)一一相互錯(cuò)列，使得每個(gè)柔性電路是陣列的間距的兩倍。所述柔性電路永久粘 附在這個(gè)位置。整個(gè)組件被填充二氧化硅顆粒的環(huán)氧樹脂充滿，所述環(huán)氧樹脂覆蓋所有的 柔性指狀物。所述環(huán)氧樹脂被塑形以形成在所有陣列上的平滑的內(nèi)部輪廓，使得從一個(gè)面 到另一個(gè)面沒有突然過渡。
[0103] 然后利用一個(gè)受激準(zhǔn)分子激光器（例如，248nm)來選擇性地暴露陣列的活性區(qū) 域一一通過使用一個(gè)不會(huì)燒蝕壓電物質(zhì)但是卻可去除環(huán)氧樹脂混合物的能量密度，從壓電 的表面，例如，沿每個(gè)元件的PZT，去除顆粒/環(huán)氧樹脂。在活性區(qū)域的每個(gè)元件之間留有切 口寬度的隆起（ridges)。然后從柔性指狀物上去除環(huán)氧樹脂混合物，暴露柔性電路的銅。 然后從每個(gè)元件到其相應(yīng)的指狀物之間形成溝（trenche)。濺射所述換能器，使整個(gè)內(nèi)表面 覆蓋Iym的金。可以使用任意本位金屬（standard metal)?？墒褂靡粋€(gè)絡(luò)粘合層與金沉 積物相結(jié)合。環(huán)氧樹脂混合物的激光燒蝕和壓電的激光激活提高了金屬的粘附力。
[0104] 將標(biāo)準(zhǔn)的正性光致抗蝕劑涂覆到金上。由于所述溝和隆起，所述抗蝕劑較厚地淤 積在溝內(nèi)而在較高區(qū)域保持較薄。所述抗蝕劑可以允許被干燥但是不允許進(jìn)行硬烤。使用 設(shè)置到非常低能量密度（大約〇.3J/cm2)的激光去除抗蝕劑而不損壞下面的金。這是重要 的，因?yàn)橹苯訉?duì)金燒蝕一般會(huì)導(dǎo)致剩下的電極的間接損壞。在如此將電極負(fù)圖案暴露在抗 蝕劑中之后，使用標(biāo)準(zhǔn)濕金蝕刻方法在高達(dá)50°C的稍高溫度下將金蝕刻長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。這樣 做的結(jié)果是將幾乎所有的金向下移至Cr/Au合金區(qū)域，該區(qū)域僅是大約300埃厚。
[0105] 使用處于稍微較高能量密度--例如，大約0. 8J/cm2--的激光去除剩下的金 屬。該能量密度將去除剩下的金屬并在金層下的環(huán)氧樹脂中形成溝。在其中切口小于5μπι 的活性區(qū)域，可使用第三、高能量密度通路（例如，處于大約3J/cm2)去除短路。使用0.8J/ cm2通路制成的溝充當(dāng)由激光脈沖所導(dǎo)致的等離子體的導(dǎo)向裝置，從而防止了可能會(huì)由于 初始使用高能量密度所導(dǎo)致的電極的間接損