專利名稱：一種利用金屬化和燒蝕聚合體膜作為接地面來制造多元件探聲管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于醫(yī)療顯象的探聲管(acoustic probe)，更為精確地說涉及由多元件(或者通道)構(gòu)成并且相互獨(dú)立激勵(excited)的探聲管。
在許多文獻(xiàn)特別是專利申請WO97/17145中描述了制造這些探聲管的方法。該方法包括首先形成一個(gè)印刷電路組件，該印刷電路組件包括一個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)、壓電材料層、聲學(xué)匹配葉片。更為精確地說，該印刷電路包括用來接觸各種聲學(xué)元件的導(dǎo)電軌道。所有的元件共用接地電極且該接地電極是通過插入到聲學(xué)匹配葉片和壓電材料層之間而實(shí)現(xiàn)，上述壓電材料層是一個(gè)薄金屬或者金屬化的聚合體膜。
然后該薄膜在如

圖1所示的側(cè)面上被折疊，圖中示出了傳感器元件Tij(由壓電材料構(gòu)成)以及聲學(xué)匹配元件Aij1和Aij2，上述聲學(xué)匹配元件的阻抗是變化的以保證有效地聲學(xué)匹配。因此可對接地面P和與連接網(wǎng)絡(luò)1相連接的金屬化層Meij之間的每一個(gè)基本傳感器進(jìn)行控制。為了滿足尺寸的限制，柔性接地面在探聲管的側(cè)面上被折疊，由于所述接地面的彎曲半徑而使其尺寸大致約為500μm，這樣就增加探聲管的占用面積。
另外需要注意，該接地面位于壓電元件和聲學(xué)匹配元件之間，這樣可導(dǎo)致對聲波傳播的干擾從而引起探聲管的聲學(xué)性能的降低。
探聲管尺寸的增加和/或聲學(xué)性能的降低成為在心內(nèi)或心臟病應(yīng)用領(lǐng)域使用的限制因素，因在上述領(lǐng)域中需使用占用面積小和聲學(xué)性能高的探聲管。
在這種情況下，本發(fā)明提供了一種原來利用制造接地面的方法來制造探聲管的方法。
具體而言，本發(fā)明涉及一種利用整體式壓電傳感器制造探聲管的方法，其包括如下步驟在介電薄膜的表面上形成一個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)，該連接網(wǎng)絡(luò)包括主連接墊和接地墊；在連接網(wǎng)絡(luò)的表面上疊置上一壓電材料層；在柔性膜的表面上形成一導(dǎo)電膜；在柔性膜的一特定區(qū)域進(jìn)行燒蝕，以在該區(qū)域中將導(dǎo)電膜暴露出來，其中在該區(qū)域處柔性膜已經(jīng)被去除；在壓電材料表面上以及在介電薄膜的表面上的柔性膜對露出的導(dǎo)電膜進(jìn)行組合；沿著第一軸對由導(dǎo)電膜和壓電材料構(gòu)成的組件進(jìn)行剪切操作，以形成一個(gè)整體壓電傳感器。
該柔性膜優(yōu)選地是一個(gè)聚酰亞胺薄膜，導(dǎo)電膜是一金屬薄膜。
該金屬薄膜優(yōu)選地采用兩個(gè)步驟制造而成。首先在柔性膜上形成第一金屬化層，然后實(shí)施第二次金屬化以增加金屬薄膜的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施形式，柔性膜的厚度大約為10～25μm，介電薄膜的厚度約為25～50μm。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式，第一次金屬化步驟可通過噴鍍或者無電鍍工藝(無電鍍工藝和使用化學(xué)方法的金屬化包括將該薄膜浸入到具有待被沉積的金屬粒子的飽和浴液中。飽和浴液可使金屬沉積在該薄膜的表面之上)來實(shí)現(xiàn)。第二步驟可通過電解沉積來實(shí)現(xiàn)。在第一次金屬化步驟中可大致形成厚度為一微米數(shù)量級的金屬層，而在第二步驟中其厚度大致可達(dá)到約十幾微米數(shù)量級。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施形式，利用CO2型激光對柔性膜進(jìn)行局部燒蝕，從而局部地去除柔性膜而僅保留金屬層。
金屬層優(yōu)選是由銅或者鎳制成。
本發(fā)明的方法還包括一利用貴金屬如金而實(shí)施的第三次金屬化步驟，以防止前述步驟中所形成的金屬層氧化。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式，介電薄膜表面上的柔性膜的組合也可通過使用可在環(huán)境溫度或者加熱聚合的液態(tài)粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，該方法包括將中間粘性導(dǎo)電層放置于壓電材料和介電薄膜之間。
利用本發(fā)明的方法，柔性膜的局部燒蝕可以在與壓電材料層接觸的特定區(qū)域僅留下導(dǎo)電膜。
因?yàn)閷?dǎo)電膜的厚度很薄，所以不會對探聲管的聲學(xué)性能產(chǎn)生大的變化。另外，該金屬膜通過柔性膜支撐在外側(cè)，所以很容易進(jìn)行處理。
下面參考附圖并閱讀給定的作為非限制實(shí)例的說明可使本發(fā)明更為清楚并能展示出其他優(yōu)點(diǎn)。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的探聲管的結(jié)構(gòu)圖，該探聲管包括一個(gè)位于壓電傳感器和匹配葉片之間的接地板；圖2a～2f示出了本發(fā)明方法的主要步驟；圖3示出了根據(jù)圖2a～2f所展示的方法制造出的探聲管的剖面圖；圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)步驟，該步驟包括將中間導(dǎo)電層置于壓電材料和介電薄膜之間；圖5示出了利用中間導(dǎo)電層制造而成的探聲管的剖面圖；圖6示出了包括在本發(fā)明方法中的剪切步驟，這樣可獲得整體式傳感器；圖7示出了本發(fā)明的第二探聲管制造方法的壓電材料剪切步驟；圖8示出了根據(jù)圖7所示的第二實(shí)例制造出的探聲管的剖面圖；圖9示出了根據(jù)圖7制造出的探聲管的剖面圖，其還包括一個(gè)中間導(dǎo)電層。
下面我們對根據(jù)本發(fā)明的方法而制造成的單向探聲管的一個(gè)例子進(jìn)行說明，上述單向探聲管包括線形壓電傳感器。
探聲管通常包括一組整體式壓電傳感器(piezoelectrictransducer)，每一個(gè)壓電傳感器包括一個(gè)接地電極和一個(gè)在超聲波傳感器領(lǐng)域中被稱為“熱點(diǎn)”的控制電極。
一個(gè)柔性介電薄膜優(yōu)選地用來連接上述電極，這樣將熱點(diǎn)和接地電極連接在一起。圖2a示出了此種類型的印刷電路。
更具體地說，介電薄膜Fd包括主連接墊Pcp、次連接墊Pcs和接地墊PM，上述主連接墊與壓電傳感器相對，上述次連接墊偏離于傳感器，上述接地墊與接地電極相連接。
更具體地說，主連接墊與次連接墊通過位于柔性介電薄膜側(cè)面上相對形成的導(dǎo)體和導(dǎo)電墊而連接在一起，在上述柔性介電薄膜上連接有壓電傳感器。利用這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在相同的側(cè)邊上將所有的傳感器電極連在一起。
下面我們來說明制造本發(fā)明探聲管所需的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法，一個(gè)用來制造壓電傳感器的壓電材料層被沉積(圖2b)在上述用于電氣和機(jī)械連接的主連接墊Pcp(圖2a)上。
注意層CT沒有覆蓋接地墊PM和次連接墊Pcs，從圖2b所示的側(cè)邊必須能通向上述接地墊和次連接墊。壓電材料層的兩側(cè)邊實(shí)現(xiàn)金屬化。
同時(shí)，一導(dǎo)電膜形成在柔性膜的表面上。
柔性膜可以是聚酰亞胺薄膜，其厚度約為10～25μm并且在圖2c所示的一個(gè)側(cè)邊上進(jìn)行金屬化。第一金屬化層m1通過噴鍍或者無電鍍工藝形成在柔性膜Fs上。通常，該金屬化層m1的厚度小于約1μm。
然后利用相同金屬的電解沉積在金屬化層m1的表面上形成第二金屬化層m2，該金屬層的厚度達(dá)約5～10μm。
較佳地，一非常薄且厚度約為0.3μm的貴金屬層被薄鍍(金屬化層m3)在第二金屬化層m2的表面上，上述貴金屬層不會被氧化。
這樣，金屬化層m1/m2/m3形成了厚度約為5～10μm的導(dǎo)電膜Fc。
在圖2d所示的第二步驟中，柔性膜Fs被如CO2激光局部雕刻從而露出導(dǎo)電膜Fc的區(qū)域S。另一金層優(yōu)選地薄鍍在區(qū)域S上以形成金屬化層m′3。
在環(huán)境溫度或者更高溫度下采用按壓方式實(shí)施覆蓋操作。
一種可聚合液態(tài)粘結(jié)劑用來粘結(jié)上述組件(壓電層/膜Fc界面和膜Fs/膜Fd界面)。
圖3示出了沿著圖2f中剖面線AA′的剖面圖。
當(dāng)其頂面和接地面均金屬化后的壓電材料層CT位于主連接墊Pcp上時(shí)，由導(dǎo)電膜Fc覆蓋的、用來覆蓋整個(gè)陶瓷層的柔性膜Fs位于介電薄膜Fd之上。為此目的，下沉在介電薄膜上(圖2e)的，被燒蝕膜Fs的區(qū)域要大于壓電材料相應(yīng)的區(qū)域以便獲得有效地覆蓋。
而且，圖3示出了陶瓷層的下部金屬化層Mei和主連接墊之間的電氣連接以及陶瓷層的上部金屬化層Mes和接地墊PM通過導(dǎo)電膜Fc的電氣連接，上述導(dǎo)電膜由柔性膜Fs支撐。各種層之間的電氣連接通過表面上的凹凸不平來實(shí)現(xiàn)。在圖3中沒有示出很薄(厚度小于1微米)的粘結(jié)劑層，該粘結(jié)劑由于各種層上的凹凸不平而流到空腔中，將表面組合在一起，然而并不影響電氣連接的性能。
我們剛剛介紹了一種不同的形式，其中壓電材料層與介電薄膜相接觸，表面組合通過一很薄的液態(tài)粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一實(shí)現(xiàn)形式還可使用一中間粘結(jié)導(dǎo)電連接層C1。該中間導(dǎo)電層C1優(yōu)選地是一各向異性的導(dǎo)電材料，即其在一特定的方向上具有導(dǎo)電性，當(dāng)其被熱壓時(shí)僅在如與介電薄膜Fd的平面垂直的方向上具有電氣連接，上述方向即為如圖4所示與平面(X，Y)垂直的Z軸方向。該類型的樹脂雖然在整個(gè)沉積基層上的壓電材料層上具有連續(xù)、均勻的粘性，但是其僅在Z軸方向(不是X或者Y軸方向)上將壓電元件與位于介電薄膜Fd上的電氣連接相連在一起。該材料通常包括具有導(dǎo)電顆粒的粘合劑。
然后，壓電材料層CT被疊置在中間導(dǎo)電層C1上。
注意中間導(dǎo)電層C1和壓電材料層CT沒有覆蓋接地墊PM和次連接墊PCs，從圖2b和4所示的側(cè)邊須能通向上述接地墊和次連接墊。
圖5示出了本發(fā)明包括層C1的探聲管的剖面圖。
第一層Ca1的聲阻抗通常較高，聲學(xué)匹配層Ca2的聲阻抗較低。
第一層Ca1通?？砂ň哂薪饘兕w粒的熱固性或者熱塑性樹脂和具有鎳的環(huán)氧樹脂的混合物。該材料的體積電阻率通常小于10-3Ω.m，且其聲阻抗約為9M雷利，聲學(xué)匹配層Ca2的阻抗優(yōu)選地約為3M雷利。
膜Fs的厚度優(yōu)選地約為10～30微米以便進(jìn)行正確地覆蓋(即形成壓電材料層的形狀，其通常是PZT類型的陶瓷葉片且厚度約為150～600μm)以及保持接地板的柔韌性。因此可通過如下方式減小探聲管的尺寸折疊接地板并將其粘結(jié)在吸收器的側(cè)邊上。
在真空和壓力之下可實(shí)現(xiàn)組合操作。通?？筛采w膜Fs上施加壓力或者在該薄膜之下產(chǎn)生真空。兩種效果可通過如下方式而被疊加在一起在薄膜Fs上產(chǎn)生一個(gè)真空并將組件封裝在一個(gè)由壓力作用在其上的外殼中。
當(dāng)執(zhí)行了上述組合操作時(shí)，執(zhí)行剪切操作Tj來剪切組件以便如圖6所示分開基本壓電傳感器TP1。如圖6所示可利用金剛石鋸在方向Dy上實(shí)施剪切操作。由此形成了一個(gè)線形傳感器，其寬度大致為50～500微米。為了對線形傳感器進(jìn)行電絕緣，剪切線停止在介電薄膜Fd的厚度處。
在前形成的組件也可由激光來實(shí)施剪切。
最后，兩種類型的剪切可被組合在一起。因此，聲學(xué)匹配葉片可由激光來實(shí)施剪切，而介電材料(在此情況下是陶瓷)可使用機(jī)械鋸來實(shí)施剪切。機(jī)械鋸剪切方法可以釋放在粘結(jié)不同熱膨脹系數(shù)的材料時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力。通過首先剪切聲學(xué)匹配葉片，陶瓷中的熱應(yīng)力可被釋放出來，這樣在第二剪切時(shí)陶瓷不會破裂。
一旦線形傳感器在介電薄膜的表面上形成，則需要實(shí)施常規(guī)的構(gòu)造操作以便形成曲面探聲管，上述曲面探聲管在超聲波掃描術(shù)中非常有用。
通過使用柔性介電薄膜并在前對線形傳感器進(jìn)行剪切，我們可得到具有足夠曲率的所述曲面介電薄膜從而將其組合在曲面吸收器(吸收聲波的材料)的表面之上。通常采用將柔性膜粘結(jié)在所述吸收器的表面上來實(shí)現(xiàn)該組合。
我們已經(jīng)以單向探聲管為例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明還可應(yīng)用于在柔性介電薄膜表面上具有連接網(wǎng)絡(luò)的探聲管中，這樣可以得到具有傳感器陣列的探聲管，上述傳感器陣列由線形聲學(xué)匹配元件所覆蓋。
此時(shí)，當(dāng)在制造單向探聲管以將壓電材料層通過柔性膜Fs沉積在柔性介電薄膜Fd(圖2b)上時(shí)，可以使用相同的方法。
然后沿著軸線Dx實(shí)施剪切操作從而剪切如圖7所示的壓電材料，圖7示出了層CT中的剪切部分Ti。圖8示出了在對薄膜Fs/Fc、層CT、層Ca1以及Ca2實(shí)施連續(xù)沉積之后沿著線BB′的剖面圖。最后采用與具有線形傳感器的單向探聲管的方法，沿著Y軸線實(shí)施剪切Ti的操作，這樣將組件Ca1/Ca2/Fc/CT向下剪切到柔性介電薄膜Fd。
圖9示出了使用中間導(dǎo)電層C1時(shí)沿著線BB′的剖面圖。然后在Ca1/Ca2/Fc/CT/C1上沿著Y軸線實(shí)施剪切Tj。
權(quán)利要求
1.一種制造具有整體式壓電傳感器的探聲管的方法，其中該方法包括如下步驟在介電薄膜(Fd)的表面上形成一個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)，該連接網(wǎng)絡(luò)包括主連接墊(Pcp)和接地墊(PM)；在連接網(wǎng)絡(luò)的表面上疊置上一壓電材料層(CT)；在柔性膜(Fs)的表面上形成一導(dǎo)電膜(Fc)；在柔性膜(Fs)的一特定區(qū)域(S)進(jìn)行燒蝕，使在該區(qū)域中將導(dǎo)電膜(Fc)暴露出來，其中在該區(qū)域處柔性膜(Fs)已經(jīng)被去除；在壓電材料表面上和在介電薄膜(Fd)的表面上的柔性膜對露出的導(dǎo)電膜進(jìn)行組合；沿著第一軸(Dx)對由導(dǎo)電膜和壓電材料(CT)構(gòu)成的組件進(jìn)行剪切操作(Ti)，以形成一個(gè)整體壓電傳感器(Tp1)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造探聲管的方法，其中導(dǎo)電膜(Fc)是一金屬膜。
3.如權(quán)利要求2所述的制造探聲管的方法，其中包括將具有第一厚度的第一金屬層(m1)沉積在柔性膜(Fs)的表面之上，然后沉積具有第二厚度的第二金屬層(m2)，上述第二厚度要大于第一厚度至少一個(gè)數(shù)量級。
4.如權(quán)利要求3所述的制造探聲管的方法，其中第一金屬層可通過將金屬噴鍍在柔性膜(Fs)上而形成。
5.如權(quán)利要求3或者4所述的制造探聲管的方法，其中第二金屬層通過在第一金屬層上電解沉積而形成，形成該二金屬層的金屬可與第一金屬層的相同或不同。
6.如權(quán)利要求2～5任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中包括在形成金屬膜時(shí)沉積一層非常薄的貴金屬如金，以防止所述金屬膜被氧化。
7.如權(quán)利要求2～6任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中金屬膜是銅或者鎳。
8.如權(quán)利要求2～7任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中導(dǎo)電膜的厚度約為5～10μm。
9.如權(quán)利要求1～8任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中在特定區(qū)域上柔性膜的燒蝕是利用CO2激光進(jìn)行，而將柔性膜暴露出來。
10.如權(quán)利要求1～9任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中利用液態(tài)粘結(jié)劑對壓電材料表面上的導(dǎo)電膜以及對介電薄膜表面柔性膜進(jìn)行組合，各種金屬表面之間的電連接利用各表面的凹凸不平而形成。
11.如權(quán)利要求1～9任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中包括將導(dǎo)電粘結(jié)層(C1)沉積在介電薄膜的表面之上，以在壓電材料(CT)和主連接墊(Pcp)之間形成電連接。
12.如權(quán)利要求11所述的制造探聲管的方法，其中導(dǎo)電粘結(jié)層包括一種各向異性的導(dǎo)電材料。
13.如權(quán)利要求1～12任一個(gè)所述的制造探聲管的方法，其中還包括將至少一聲學(xué)匹配層(Ca1)沉積在導(dǎo)電膜(Fc)之上，上述導(dǎo)電膜位于壓電材料之上。
14.如權(quán)利要求13所述的制造探聲管的方法，其中包括將具有較高阻抗(Ca1)的第一聲學(xué)匹配層沉積在導(dǎo)電膜上以及將具有較低阻抗(Ca2)的第二聲學(xué)匹配層沉積在第一聲學(xué)匹配層上。
15.如權(quán)利要求1～14所述的制造探聲管的方法，其中還包括沿著第二剪切線(Dy)的先前剪切操作，以沿與第一剪切線相垂直的方向剪切壓電材料層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造包括整體式壓電傳感器的探聲管的方法。該方法包括首先由柔性介電薄膜形成一接地面，上述柔性介電薄膜被導(dǎo)電膜所覆蓋。該柔性介電薄膜被局部燒蝕從而使導(dǎo)電膜露出。被燒蝕的薄膜作為整體式壓電傳感器的覆蓋層和接地面。本發(fā)明可應(yīng)用于小型心內(nèi)回波掃描探頭中。
文檔編號H01L41/08GK1481284SQ0182080
公開日2004年3月10日 申請日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者N－T·源, N-T 源 申請人:泰勒斯公司