專利名稱:陣列式超聲換能器的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求在2004年4月20日提交的第60/563,784號美國臨時申請的權(quán)益，該申請通過引用全文納入本說明書中。
背景技術(shù)：
由壓電材料制成的高頻超聲換能器用于醫(yī)療領(lǐng)域中對皮膚和眼睛中的小組織特征進行析像，并且也用于血管成像應(yīng)用中。高頻超聲換能器也用于對小動物或者試驗動物的結(jié)構(gòu)和液體流動進行成像。最簡單的超聲成像系統(tǒng)使用一個固定焦距的單元件換能器，該單元件換能器用機械方法掃描來捕獲二維深度的圖像。然而，線性陣列換能器更具有吸引力，具有像可變焦距、可變波束控制之類的特點并且允許使用更先進的構(gòu)圖算法和增大的幀頻率。
雖然線性陣列換能器具有許多優(yōu)點，但常規(guī)的線性陣列換能器制造需要復(fù)雜的工序。而且，在高頻率時，即在20Mhz或者大約20Mhz或20Mhz以上時，陣列的壓電結(jié)構(gòu)必須比低頻陣列的壓電結(jié)構(gòu)更小、更薄、更精密。至少由于這些原因，使用切割鋸以及像叉指式對接(interdigital pair bonding)之類最新切割鋸方法產(chǎn)生陣列的常規(guī)切片和填充方法在制造高頻線性陣列換能器時有許多缺點并且不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明的超聲換能器包括一具有第一面、相對的第二面和在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線的層疊物(stack)。該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面。一方面，該層疊物的多個層包括一連接到介電層的壓電層。多個切口槽(kerf slot)被限定在該層疊物中，每一個切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并且在基本平行于軸線的方向上延伸第一預(yù)定長度。另一方面，介電層限定一在基本平行于該層疊物的軸線的方向上延伸第二預(yù)定長度的開口。在一個示例方面，每一個切口槽的第一預(yù)定長度至少等長于該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度。此外，該第一預(yù)定長度短于在基本平行于該縱軸線的縱向上、層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離。
包括在本說明書中并構(gòu)成本說明書一部分的附圖圖解了下述的幾個方面，并且與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。所有的附圖中，相同的數(shù)字代表相同的元件。
圖1是示出了多個陣列單元的本發(fā)明的陣列式超聲換能器的實施方案的立體圖。
圖2是圖1中的陣列式超聲換能器的多個陣列單元中的一個陣列單元的立體圖。
圖3是示出了安裝在圖2的陣列單元上的透鏡的立體圖。
圖4是本發(fā)明陣列式超聲換能器的一個實施方案的橫截面圖。
圖5是圖4中所示出的實施方案的分解橫截面圖。
圖6是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入襯底層的多個第一和第二切口槽。
圖7是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一和第二匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入襯底層的多個第一和第二切口槽。
圖8是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一和第二匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入透鏡和襯底層的多個第一和第二切口槽。
圖9是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一和第二匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入透鏡和襯底層的多個第一和第二切口槽，其中，在此實施例中，該多個第二切口槽比該多個第一切口槽窄。
圖10是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一和第二匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入透鏡和襯底層的多個第一切口槽，此外也示出了通過第一和第二匹配層延伸并進入透鏡和壓電層的多個第二切口槽。
圖11是橫切陣列式超聲換能器的縱軸線Ls所得的圖1中的陣列式超聲換能器的示例性局部橫截面圖，該圖示出了通過第一和第二匹配層、壓電層、介電層延伸并且進入透鏡和襯底層的多個第一切口槽，此外也示出了通過介電層延伸并且進入壓電層的多個第二切口槽。
圖12A-G示出了用于制造本發(fā)明的陣列式超聲換能器的實施方案的示例性方法。
具體實施方式本說明書全文所使用的范圍可以被表述為從“大約”一特定值和/或到“大約”另一特定值。當(dāng)表述這一范圍時，另一實施方案包括從該特定值和/或到其它特定值。同樣地，當(dāng)通過使用前述的“大約”以近似值表示數(shù)值時，應(yīng)該理解的是，該特定值形成另一實施方案。應(yīng)該進一步理解的是，每一個范圍的兩端點在相關(guān)于另一端點和獨立于另一端點時都是重要的。也應(yīng)該理解的是，在本說明書中公開了多個數(shù)值，每個數(shù)值除公開了該數(shù)值本身之外，在本說明書中還公開了“大約”該特定數(shù)值。例如，如果公開了數(shù)值“30”，則也公開了“大約30”。也應(yīng)該理解的是，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能夠恰當(dāng)理解的，當(dāng)公開了一個數(shù)值時，也公開了“小于或等于”該數(shù)值、“大于或等于該數(shù)值”和在兩數(shù)值之間的可能范圍。例如，如果公開了數(shù)值“30”，則也公開了“小于或等于30”和“大于或等于30”。
也應(yīng)該理解的是，在整個本申請中，數(shù)據(jù)以多種不同形式提供，并且該數(shù)據(jù)代表端點和起始點以及這些數(shù)據(jù)點任意組合的范圍。例如，如果公開了特定數(shù)據(jù)點“30”和特定數(shù)據(jù)點“100”，應(yīng)該理解為公開了大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于“30”和“100”以及“30”和“100”之間。
“可選的”或“可選地”表示隨后描述的現(xiàn)象或情況能夠或者不能夠發(fā)生，而且該描述包括該現(xiàn)象或情況發(fā)生的例子和該現(xiàn)象或情況不發(fā)生的例子。
本發(fā)明在以下的示例性實施方案中會被更詳細地描述，由于其中的許多改型和變體會被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，所以該示例性實施方案僅僅旨在說明。如本說明書中所使用的，“一”、“一個”或“該”根據(jù)其被使用的上下文可以表示一個或多個。
參照圖1-11，在本發(fā)明的一個方面，超聲換能器包括具有第一面102、相對的第二面104和在其二者之間延伸的縱軸線Ls的層疊物100。該層疊物包括多個層，每一層具有頂面128和相對的底面130。在一方面，該層疊物的多個層包括壓電層106和介電層108。在一方面，該介電層連接到該壓電層上并位于壓電層下面。
該層疊物的多個層可進一步包括接地電極層110、信號電極層112、襯底層114以及至少一匹配層。被切割的附加層可以包括但不限于，臨時保護層(未示出)、聲透鏡302、光致抗蝕劑層(未示出)、導(dǎo)電環(huán)氧樹脂(未示出)、粘合劑層(未示出)、聚合物層(未示出)、金屬層等。
壓電層106可以由各種各樣的材料制成。形成該壓電層的材料可以選自例如但不是限于由陶瓷、單晶體、聚合物和共聚物材料、具有0-3型、2-2型和/或3-1型連通性(connectivity)的陶瓷-聚合物復(fù)合物和陶瓷-陶瓷復(fù)合物等組成的組。在一個實施例中，該壓電層包括鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷。
介電層108能夠限定該壓電層的工作區(qū)域。通過常規(guī)薄膜技術(shù)——包括但不限于旋涂或浸涂技術(shù)，至少一部分該介電層能夠直接沉積到至少一部分該壓電層上?；蛘?，可以通過光刻術(shù)(photolithography)對介電層構(gòu)圖以裸露壓電層的一區(qū)域。
如所示例性示出的，該介電層可以被施用到該壓電層的底面上。在一方面，該介電層不覆蓋該壓電層的整個底面。在一方面，該介電層限定一開口或缺口，該開口或缺口在基本平行于該層疊物的縱軸線的方向上延伸第二預(yù)定長度L2。在介電層上的開口優(yōu)選與壓電層的底面的中心區(qū)域?qū)?zhǔn)。該開口限定該陣列的高度尺寸。在一方面，該陣列的每一個單元120具有相同的高度尺寸，并且該開口的寬度在專供形成有切口槽的該裝置的工作區(qū)域之用的壓電層區(qū)域內(nèi)是不變的。在一方面，在介電層上開口的長度能夠以預(yù)定的方式在基本垂直于該層疊物的縱軸線的軸線上變化，從而引起陣列單元在高度尺寸上的變化。
介電層和壓電層的相對厚度以及介電層和壓電層的相對介電常數(shù)限定了所施加電壓在該兩層分配的程度。在一個實施例中，電壓可以被拆分為90％施加在介電層，10％施加在壓電層?？梢灶A(yù)期的是，施加在介電層和壓電層的分壓比率是可變的。在其下面沒有介電層的壓電層部分，所施加的電壓全部值都施加在壓電層上。這一部分限定了該陣列的工作區(qū)域。
在這一方面，介電層使得可以使用比工作區(qū)域?qū)挼膲弘妼?，并且使得切口?下文中描述)能以該陣列單元(下文中描述)和陣列子單元(下文中描述)被限定在工作區(qū)域內(nèi)但在頂面保持公共接地(common ground)的方式在該工作區(qū)域內(nèi)被制造并且延伸到該區(qū)域之外。
多個第一切口槽118被限定在該層疊物內(nèi)。每個第一切口槽都在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并在基本平行于該層疊物縱軸線的方向上延伸第一預(yù)定長度L1?？梢岳斫獾氖牵谝磺锌诓鄣摹邦A(yù)定深度”可以構(gòu)成一預(yù)定深度曲線，該曲線是沿該第一切口槽的相應(yīng)長度的位置函數(shù)。每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度至少等長于由介電層所限定的該開口的第二預(yù)定長度，并且短于在基本平行于層疊物的縱軸線的縱向上的層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離。在一方面，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元120。
該超聲換能器還可包括多個第二切口槽122。在這一方面，每個第二切口槽都在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并在基本平行于該層疊物的縱軸線的方向上延伸第三預(yù)定長度L3。如上文所指出的那樣，該第二切口槽的“預(yù)定深度”可以構(gòu)成一預(yù)定深度曲線，該曲線是沿該第二切口槽的相應(yīng)長度的位置函數(shù)。每個第二切口槽的長度至少等長于由介電層限定的該開口的第二預(yù)定長度，并且短于在基本平行于層疊物的縱軸線的縱向上層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離。在一方面，每一個第二切口槽定位于鄰近至少一個第一切口槽。在一方面，多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元，多個第二切口槽限定多個超聲陣列子單元124。例如，對于無任何第二切口槽的本發(fā)明的陣列，每個陣列單元都具有一個陣列子單元；對于在兩個相應(yīng)的第一切口槽之間帶有一個第二切口槽的本發(fā)明的陣列，每個陣列單元都具有兩個陣列子單元。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，由于第一切口槽或第二切口槽均不延伸到層疊物的任意一個相應(yīng)的第一面和第二面，也就是說，切口槽具有居中長度，所形成的陣列單元被靠近層疊物相應(yīng)第一面和第二面的層疊物的鄰近部分支撐。
本發(fā)明的層疊物的壓電層能夠在被認為比現(xiàn)有臨床成像頻率標(biāo)準(zhǔn)高的頻率下諧振。在一方面，該壓電層在大約30MHz的中心頻率下諧振。在另一方面，該壓電層在大約在10-200MHz之間的中心頻率下諧振，優(yōu)選在大約20-150MHz之間的中心頻率下諧振，更優(yōu)選在大約25-100MHz之間的中心頻率下諧振。
在一方面，多個超聲陣列子單元中的每一個都具有大約在0.2-1.0之間、優(yōu)選大約在0.3-0.8之間、更優(yōu)選大約在0.4-0.7之間的寬度與高度的寬高比。在一方面，使用了用于壓電單元橫截面的小于大約0.6的寬度與高度的寬高比。這一寬高比和由其所得到的幾何結(jié)構(gòu)將陣列單元的橫向諧振模(resonance mode)從與用來產(chǎn)生聲能的厚度諧振模中分開。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，可以考慮將類似的橫截面設(shè)計用于其它類型的陣列。
如上所述，制造多個第一切口槽來限定多個陣列單元。在一個每個陣列單元都具有兩個切割子單元的64個單元的陣列的非限定性實施例中，加工129個第二切口槽用來產(chǎn)生128個壓電子單元，該128個壓電子單元組成該陣列的64個單元?？梢灶A(yù)期的是，對于更大的陣列來說，這一數(shù)字是可以增加的。對于沒有進行子切割的陣列來說，帶有64個和256個陣列單元的陣列結(jié)構(gòu)可以分別使用65個和257個第一切口槽。在一方面，該第一和/或第二切口槽可以填充空氣。在另一個可選的方面，該第一和/或第二切口槽還可被填充液體或例如聚合物之類的固體。
通過“子切割”方法使用多個第一和第二切口槽形成子單元是一種將兩鄰近子單元電短接在一起的技術(shù)，以使得該對被短接的子單元起該陣列一個單元的作用。對于給定的單元間距(該間距為第一切口槽所形成的陣列單元的中心到中心的距離)來說，子切割可為增加的單元寬度與高度的寬高比創(chuàng)造條件，以使得在單元內(nèi)的有害橫向諧振被轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)生在該設(shè)備所需要的運轉(zhuǎn)帶寬之外的頻率。
在低頻率，可以使用精密的切割刀片子切割陣列單元。在高頻率，由于陣列單元尺寸減小，所以子切割變得更加困難。對于大于約20MHz的高頻陣列設(shè)計來說，子切割理念——在以更大單元間距為代價的情況下——能夠降低典型陣列單元的電阻抗，并增加陣列單元的信號強度和敏感性。陣列的間距可以用相對于在該設(shè)備的中心頻率下聲音在水中的波長來描述。例如，當(dāng)涉及具有30MHz中心頻率的換能器時，50微米的波長是能夠使用的有用波長。考慮到這一點，大多數(shù)應(yīng)用可接受具有大約在0.5λ-2.0λ之間的單元間距的線性陣列。
在一方面，本發(fā)明的層疊物的壓電層具有大約在7.5-300微米之間、優(yōu)選大約在10-150微米之間、更優(yōu)選大約在15-100微米之間的間距。在一個不旨在進行限制的實例中，對于30MHz的陣列設(shè)計，1.5λ所得到的間距是大約74微米。
在不旨在進行限制的另一方面，對于帶有大約60微米厚壓電層(該壓電層具有大約8微米寬和74微米間隔的第一切口槽并帶有定位于鄰近至少一個第一切口槽的第二切口槽，該第二切口槽也具有大約8微米的切口寬度)的層疊物來說，形成具有合乎需求的寬度與高度的寬高比的陣列子單元和間距為大約1.5λ的64個單元的陣列。如果沒有使用子切割并且所有相應(yīng)的切口槽都是第一切口槽，那么該陣列結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造和布置為形成128個單元的間距為0.75λ的陣列。
在高頻率，當(dāng)陣列單元的寬度和切口槽的寬度按比例縮小到1-10個微米級時，最好是在陣列的制造中加工窄的切口槽。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，窄化的切口槽能夠?qū)㈥嚵械拈g距降至最小，從而使得該陣列裝置正常工作過程中的能量柵瓣效應(yīng)最小化。另外，通過窄化切口槽，對于給定的陣列間距，通過除去盡可能少的壓電層來最大化單元強度和敏感度。使用激光加工，該壓電層可以以細小的間距構(gòu)圖并保持機械完整性。
可以使用激光微切削加工將該多個第一和/或第二切口槽延伸到層疊物里的各自預(yù)定深度。激光微切削加工提供了一種非接觸方法來延伸或“切割”該切口槽。能夠用來“切割”切口槽的激光器包括，例如，可見光激光器和紫外線波長激光器以及脈沖持續(xù)時間從100ns-1fs的激光器等。在所公開的發(fā)明的一個方面，通過使用在UV范圍內(nèi)較短波長的激光器和/或脈沖寬度為皮秒-飛秒的激光器最小化熱影響區(qū)域(HAZ)。
激光微切削加工能夠在盡可能短的時間內(nèi)將大量能量控制在盡可能小的體積內(nèi)局部燒蝕材料表面。如果入射光子的吸收在足夠短的時段內(nèi)發(fā)生，則沒有時間發(fā)生熱傳導(dǎo)。用很少的殘余能量產(chǎn)生一個干凈的燒蝕后的槽，這能夠防止局部熔化并使熱損害最小化。最好選擇使在汽化區(qū)域內(nèi)所消耗的能量最大化同時使對周圍壓電層的損失最小化的激光條件。
為了最小化該HAZ，可以最大化所吸收的激光脈沖的能量密度并防止能量在材料內(nèi)通過熱傳導(dǎo)機構(gòu)損耗。兩種可以被使用的示例性類型的激光器為紫外線(UV)激光器和飛秒(fs)激光器。UV激光器在陶瓷中具有非常淺的吸收深度，因此能量被包含在淺層的體積內(nèi)。Fs激光器具有非常短的時間脈沖(約10-15s)，因此能量的吸收在這個時間量程內(nèi)發(fā)生。在一個實施例中，在激光切割之后不需要對壓電層進行任何再極化。
UV受激準(zhǔn)分子激光器適于制造用于生產(chǎn)例如像噴嘴、光學(xué)裝置、傳感器等之類微型光電機械系統(tǒng)(MOEMS)單元的復(fù)雜微型結(jié)構(gòu)。由于在幾個紫外線波長處有短脈沖形式的高峰值功率輸出，所以受激準(zhǔn)分子激光器以低熱損害和高解析度對材料進行處理。
通常，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，對于給定的激光微加工系統(tǒng)，燒蝕深度主要取決于每一脈沖的能量和脈沖的數(shù)量。對于給定的最高達一深度的激光流量，燒蝕速率幾乎是不變的并且是完全獨立的，超過該深度則該燒蝕速率快速降低并飽和(saturate)為零。通過控制壓電體層疊物上每一入射位置的脈沖數(shù)量，可以得到最高達給定激光能流飽和深度的作為位置函數(shù)的預(yù)定切口深度。該飽和深度被認為是等離子體羽流(在燒蝕過程中產(chǎn)生的)和激光槽壁兩者的激光能量吸收所造成的。在羽流中的等離子體當(dāng)其被限制在更深的槽壁內(nèi)時會更密集，更易吸收；此外，羽流延伸可能要用更長的時間。在高頻下，激光脈沖開始和羽流衰減開始之間的時間通常是幾納秒。對于脈沖寬度為10個納秒級的激光器，這意味著激光束的后部會與羽流互相作用。使用皮秒-飛秒的激光器能夠避免激光束與羽流互相作用。
在一方面，用來將第一或第二切口槽延伸到壓電層里或者延伸通過壓電層的激光器是例如KrF受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)(例如，具有大約248nm波長)之類的短波長激光器。另一個可以使用的短波長激光器的例子是氬氟化物激光器(argon fluoride laser)(例如，具有大約193nm的波長)。在另一方面，用于切割該壓電層的激光器是短脈沖寬度的激光器。例如，可以使用被改進為發(fā)射ps到fs級的短脈沖寬度的激光器。
可以使用具有大約0-20J/cm2(對于PZT陶瓷，優(yōu)選大約0.5-10.0J/cm2)能流范圍的KrF受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)(具有大約為248nm波長的UV光)來激光切割大約1-30μm寬(更優(yōu)選大約5-10μm寬)、穿過壓電層大約1-200μm厚(優(yōu)選10-150μm厚)的切口槽。壓電層的實際厚度多數(shù)常?；趶狞喀说近甫说暮穸?，而該厚度又基于該材料的聲音速度以及該陣列換能器的預(yù)期中心頻率而變化。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，襯底層和匹配層的選擇以及它們各自的聲阻抗值決定該壓電層的最終厚度。也如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，該目標(biāo)厚度可以在該陣列每個子單元具體的寬度與高度的寬高比基礎(chǔ)上進一步精確調(diào)整。切口的寬度越寬并且激光能流越高，則受激準(zhǔn)分子激光器就能夠切得越深。每單位區(qū)域的激光脈沖數(shù)目還使得能進行良好的深度控制。在另一方面，一個更低能流的激光脈沖，即小于大約1J/cm2-10J/cm2，可被用來激光燒蝕穿過聚合物材料(polymerbased material)和穿過薄金屬層。
正如上文所指出的那樣，該多個層可進一步包括信號電極層112和接地電極層110?？梢酝ㄟ^應(yīng)用覆蓋介電層和壓電層暴露區(qū)域的鍍金屬層(未示出)來限定該電極。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的，該電極層可以包括任何金屬化的表面。能夠使用的電極材料的一個非限定性的實例就是鎳(Ni)。沒有氧化的更低阻抗(1-100MHz)的金屬化層能夠通過例如像噴鍍(蒸鍍、電鍍等)之類的薄膜沉積技術(shù)而被沉積。鉻/金組合物(分別300/3000埃)是這種更低阻抗金屬化層的實例，但是更薄或更厚的層也能使用。鉻用作金的界面粘附層。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以預(yù)期的是，可以使用在半導(dǎo)體和微型制造領(lǐng)域眾所周知的其它常規(guī)界面粘附層。
信號電極層的至少一部分頂面連接到壓電層的至少一部分底面上，信號電極層的至少一部分頂面連接到介電層的至少一部分底面上。在一方面，如本文所描述的，該信號電極比介電層所限定的開口更寬，并且覆蓋在導(dǎo)電材料404之上區(qū)域內(nèi)的介電層的邊緣，該導(dǎo)電材料404用于將該層疊物表面安裝到內(nèi)插器(interposer)上。
在一方面，所沉積的信號電極圖案為覆蓋壓電層底面的整個表面的圖案或者為橫跨介電層所限定的開口延伸的適合區(qū)域的預(yù)定圖案。該信號電極的初始長度可以比其最終長度更長。該信號電極可以被修整(或刻蝕)成更復(fù)雜圖案，從而導(dǎo)致更短的長度。
可以使用激光(或者是其它例如像反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等的材料去除技術(shù))去除一些所沉積的電極以形成最終復(fù)雜的信號電極圖案。在一方面，可以通過噴鍍(分別為300/3000的鉻/金-但是更厚和更薄的層也是可預(yù)期的)來沉積比介電間隙更長的簡單矩形形狀的信號電極。然后借助于激光器對信號電極進行構(gòu)圖。
蔭罩(shadow mask)和標(biāo)準(zhǔn)“濕式清洗臺(wet bench)”照相制版法也可以用于直接形成相同或相似的、更復(fù)雜詳細的信號電極圖案。
在另一方面，接地電極層的至少一部分底面連接到壓電層的至少一部分頂面上。接地電極層的至少一部分頂面連接到第一匹配層116的至少一部分底面上。在一方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上至少等長于介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度。在另一方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上至少等長于每個第一切口槽的第一預(yù)定長度。在還一方面，該接地電極層連接式地基本覆蓋壓電層的所有頂面。
在一方面，該接地電極層在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上至少等長于每個第一切口槽的第一預(yù)定長度(如上所述)以及每個第二切口槽的第三預(yù)定長度。在一方面，部分接地電極通常保持裸露，以便于將信號地線從接地電極連接到在內(nèi)插器402(下文有述)上的信號地線線跡(signal ground trace)上。
在一個實施例中，雖然信號電極和接地電極都可以通過物理沉積技術(shù)(蒸鍍或噴鍍)被涂覆，但是也可以使用例如像電鍍之類的其它方法。在一優(yōu)選的方面，也使用例如像噴鍍之類的仿形涂敷技術(shù)來在介電層邊緣的附近區(qū)域獲得良好的階梯覆蓋。
正如上文所指出的那樣，在沒有介電層的區(qū)域，施加到該信號電極和接地電極的電信號的全部電勢存在于該壓電層。在有介電層的區(qū)域，電信號的全部電勢分布在介電層的厚度以及壓電層的厚度上。在一方面，施加在介電層的電勢和施加在壓電層的電勢的比值，與介電層的厚度和壓電層的比值成正比，與介電層的介電常數(shù)和壓電層的介電常數(shù)的比值成反比。
該層疊物的多個層可以進一步包括至少一個具有頂面和相對底面的匹配層。在一方面，該多個層包括兩個這樣的匹配層。第一匹配層116的至少一部分底面可被連接到該壓電層的至少一部分頂面上。如果使用了第二匹配層126，則該第二匹配層的至少一部分底面連接到該第一匹配層的至少一部分頂面上。該匹配層至少等長于在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上的由介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度。
該匹配層具有預(yù)定的聲阻抗和目標(biāo)厚度。例如，混有環(huán)氧樹脂的粉末(體積％)可以用來產(chǎn)生預(yù)定的聲阻抗。匹配層可以被施用到壓電層的頂面上，使其固化并被研磨到恰當(dāng)?shù)哪繕?biāo)厚度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能理解的是，在該裝置中心頻率下，在該匹配層材料本身內(nèi)部，該匹配層能夠具有通常等于大約1/4聲音波長或者大約等于1/4聲音波長的厚度。該匹配層的具體厚度范圍取決于該裝置的層的實際選擇、它們的具體材料特性以及預(yù)期的中心頻率。在一個不旨在進行限制的實例中，對于基于聚合物的匹配層材料來說，在30MHz下，形成約15-25μm的優(yōu)選厚度值。
在一方面，該匹配層可以包括以30％的體積與301-2Epotek環(huán)氧樹脂混合的PZT，該以30％的體積與301-2Epotek環(huán)氧樹脂混合的PZT具有大約8兆雷(Mrayl)的聲阻抗。在一方面，該聲阻抗可以在大約8-9兆雷，在另一方面，該聲阻抗可以在大約3-10兆雷，在還另一方面，該阻抗可以在大約1-33兆雷。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，制備摻有環(huán)氧樹脂的粉末并且隨后將該材料固化到壓電層的頂面上，以使得在該層內(nèi)基本上沒有氣穴。該環(huán)氧樹脂可以在初始時就被脫氣，混入粉末后則對該混合物進行第二次脫氣。該混合物可以在高于室溫(20-200℃)(其中用于301-2環(huán)氧樹脂的為80℃)的設(shè)定點溫度被施用到壓電層的表面上。該環(huán)氧樹脂通常在2小時內(nèi)固化。在不旨在進行限制的一個方面，在301-2環(huán)氧樹脂中有30％體積的PZT，則該第一匹配層的厚度是大約1/4波長并為大約20μm厚。
該層疊物的該多個層可以進一步包括具有頂面和相對底面的襯底層114。在一方面，該襯底層基本上充滿由介電層所限定的開口。在另一方面，該襯底層的至少一部分頂面連接到該介電層的至少一部分底面上。在又一方面，介電層的基本上所有底面都連接到該襯底層的至少一部分頂面上。在還一方面，該襯底層的至少一部分頂面連接到該壓電層的至少一部分底面上。
如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的，該匹配層和襯底層可以選自聲抗阻在空氣和/或水的聲抗阻以及該壓電層的聲抗阻之間的材料。此外，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的，環(huán)氧樹脂或聚合物可以與各種組分和比率的金屬和/或陶瓷粉末混合，以制造可變聲抗阻和聲衰減的材料。所有這些材料的組合在該公開文本中是可預(yù)期的。將匹配層從1-6個不連續(xù)層(discrete layer)到一個漸變層進行選擇、以及將襯底層從0-5個不連續(xù)層到一個漸變層進行選擇能使得用于特定中心頻率的壓電層的厚度變化。
在一方面，對于帶有兩匹配層和一襯底層的30MHz的壓電陣列換能器來說，該壓電層的厚度是在大約50μm到約60μm之間。在另一非限制性實施例中，該厚度可以在大約40μm到75μm之間的范圍內(nèi)變動。對于中心頻率在25-50MHz的換能器以及對于不同數(shù)量的匹配層和襯底層來說，基于所使用的材料的認識，該壓電層的厚度相應(yīng)地成比例變化，并且換能器設(shè)計領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠確定其合適的尺寸。
可以使用激光器改變該壓電層的一個(或兩個)面。一個這樣的改變可以是在施用匹配層和襯底層之前產(chǎn)生彎曲的陶瓷表面。這是施用于二維上的激光切割的可變深度控制方法的延伸。通過在兩維上去除材料使表面彎曲后，可以沉積金屬化層(未示出)。壓電層的再極化也可以用來重新排列壓電層材料的電偶極子。
在一方面，透鏡302可以以與作為該層疊物最上層的那層的頂面基本疊置對準(zhǔn)的方式被定位。該透鏡可以用于聚焦聲能。該透鏡可以由如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的聚合材料制成。例如，具有三個平側(cè)面和一個曲面的預(yù)成型或預(yù)加工的Rexolite片可以用作透鏡。曲率半徑(R)由聲透鏡的預(yù)期焦距確定。例如，但不旨在進行限制，該透鏡可以用計算機數(shù)控設(shè)備、激光加工、模塑等方法常規(guī)加工。在一方面，該曲率半徑足夠大，以使得該彎曲寬度(WC)至少與介電層所限定的開口等寬。
在一個優(yōu)選的方面，該透鏡的最小厚度基本上疊加在介電層所限定的開口或間隙的中心之上。此外，該彎曲寬度大于該介電層所限定的開口或間隙。在一方面，考慮到一旦該透鏡安裝在換能器裝置的頂面上時所有的切口槽都要被保護和密封，該透鏡的長度可以寬于該切口槽的長度。
在一方面，該透鏡的平坦面可以涂覆有粘合劑層，以將該透鏡粘結(jié)到該層疊物上。在一個實施例中，該粘合劑層可以是用作將透鏡粘結(jié)到該層疊物上的SU-8光致抗蝕劑層。可以理解的是，如果施用到透鏡底面的粘合劑層的厚度是在厚度上為適合的波長(例如厚度為1/4波長)，則所施用的粘合劑層也可以作為第二匹配層126。所示例的SU-8層的厚度可以通過普通的薄膜沉積技術(shù)(例如旋涂之類)控制。
當(dāng)涂覆溫度升高到大約60-85℃時，SU-8薄膜變得具有粘性。在溫度高于85℃時，SU-8層的表面拓撲開始變化。因此，在優(yōu)選的方面，這一過程在80℃的設(shè)定點溫度實施。由于SU-8層已是固態(tài)形式，升高的溫度只使得該層變得具有粘性，因而一旦該層被連接到該層疊物上，所施用的SU-8就不會沿該陣列的切口向下流動。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間隙和機械隔離。
為了避免在SU-8層和第一匹配層之間混入空氣，這一粘結(jié)過程在局部真空內(nèi)進行是優(yōu)選的。在粘結(jié)發(fā)生、使該試件冷卻到室溫之后，將該SU-8層暴露在紫外線下(穿過該Rexolite層)來使SU-8交聯(lián)，以使該層更堅固，并提高粘附性。
在將透鏡安裝在該層疊物上之前，該SU-8層和該透鏡可以被激光切割，這樣能有效地使該陣列切口(第一和/或第二陣列切口槽，在一方面是子切割的或第二切口)延伸通過兩個匹配層(如果使用了兩個匹配層)并進入透鏡。如果該SU-8和透鏡被激光切割，可以使用取放機器(或者按一定尺寸制作并加工為與粘結(jié)在一起的實際零件的特定尺寸和形狀相應(yīng)的調(diào)準(zhǔn)夾具)在該層疊物的上層的最上層表面上在X和Y方向上對準(zhǔn)透鏡?？梢允褂么蠹s1-5J/cm2的激光能流來激光切割該SU-8和透鏡。
至少一個第一切口槽能夠延伸通過或者進入至少一層以達到其在該層疊物內(nèi)預(yù)定的深度/深度曲線。層疊物的一些層或者所有的層能夠基本同時被切穿或者切入。因此，可以選擇性地基本同時切穿多個層。而且，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以選擇性地基本同時切穿幾個層，而在隨后的時間選擇性地切穿其它層。在一方面，至少一個第一和/或第二切口槽的至少一部分延伸到一預(yù)定深度，該預(yù)定深度至少是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的60％，并且至少一個第一和/或第二切口槽的至少一部分能延伸一預(yù)定深度，該預(yù)定深度是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的100％。
至少一個第一切口槽的至少一部分能夠延伸到該介電層內(nèi)一預(yù)定深度，且至少一個第一切口槽的至少一部分也能夠延伸到襯底層內(nèi)一預(yù)定深度。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，進入襯底層的預(yù)定深度可以在從0微米到等于或大于壓電層本身厚度的深度之間變化。通過襯底層的激光微切削加工能提供在鄰近單元之間的隔離的顯著改進。在一方面，一個第一切口槽的至少一部分延伸通過至少一層并延伸到襯底層內(nèi)一預(yù)定深度。如本說明書所描述的，該進入襯底層的預(yù)定深度可以變化。至少一個第一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度能相對于同一相應(yīng)切口槽的另一部分的預(yù)定深度變化，或者相對于在基本平行于該層疊物縱軸線的縱向上的另一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度變化。在另一方面，該至少一個第一切口槽的預(yù)定深度可以深于該至少一個其它切口槽的預(yù)定深度。
如上文所描述，如上文對于第一切口槽所描述的，至少一個第二切口槽能夠延伸通過至少一層來在層疊物中達到一預(yù)定深度。如上文對于第一切口槽所描述的，該第二切口槽能夠延伸到所述層疊物的至少一層里或者延伸通過所述層疊物的至少一層。如果層疊物的層是獨立切割的，則在層疊物的給定層內(nèi)的每一個切口槽，無論是第一切口槽或者是第二切口槽都能夠充分疊置對準(zhǔn)相鄰層上的對應(yīng)槽。
在一優(yōu)選方法中，在該層疊物被安裝到內(nèi)插器上并且襯底層被施用之后，將該切口槽激光切割進入壓電層內(nèi)。
該超聲換能器可進一步包括具有頂面和相對底面的內(nèi)插器402。在一方面，該內(nèi)插器限定在基本平行于該層疊物的縱軸線Ls的方向上延伸第四預(yù)定長度L4的第二開口。該第二開口便于將襯底層簡單施用至該壓電層疊物的底面上。
多個電線跡(electrical traces)406可以以預(yù)定圖案的方式被定位在該內(nèi)插器的頂面上，并且信號電極層112也能夠限定一電極圖案。該層疊物，包括帶有限定電極圖案的信號電極112，可以以基本疊置對準(zhǔn)方式與該內(nèi)插器402一起安裝，以使得由信號電極層所限定的電極圖案與定位在該內(nèi)插器頂面上的電線跡的預(yù)定圖案電性連接。該內(nèi)插器也可以用作引到該陣列的個體單元的電引線(electricalleads)的再分配層。該陣列的接地電極110能夠連接到在內(nèi)插器上留給接地連接的線跡上。如果使用了透鏡，這些連接可以在連接透鏡之前進行。然而，如果在一個透鏡材料的區(qū)域小得足以使得接地電極的一部分仍然裸露出，則該連接可以在透鏡被連接上之后進行。有許多本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂和油漆可以被用于進行這些連接。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，引線接合(wirebonding)也可以被用于這些連接。例如，引線接合可以用來進行從內(nèi)插器到柔性電路的連接并用來進行從該層疊物到該內(nèi)插器的連接。因此，可以預(yù)期的是，可以使用本領(lǐng)域中已知的方法——例如并不旨在進行限制，通過使用導(dǎo)電表面安裝材料(包括但不限于焊料)或通過使用引線接合——來進行表面安裝。
襯底材料114可以如本文中所描述的方式來制造。在一個非限定性實施例中，該襯底材料可以由能被用來產(chǎn)生預(yù)定聲阻抗的混有環(huán)氧樹脂的粉末(體積％)制成。以30％與301-2Epotek環(huán)氧樹脂混合的PZT具有8兆雷的聲阻抗，并且不導(dǎo)電。當(dāng)使用基于環(huán)氧樹脂的襯底時，在內(nèi)插器限定的第二開口內(nèi)發(fā)生一些就地固化的地方，使用剛性板粘結(jié)到層疊物的頂面上能夠幫助最小化該層疊物的翹曲?；诃h(huán)氧樹脂的襯底層可以由其它粉末例如鎢、鋁等組成。可以理解的是，例如導(dǎo)電的加銀環(huán)氧樹脂之類的其它常規(guī)襯底材料也是可以預(yù)期的。
為了減少需要被就地固化的材料量，襯底層可以在其固化之后被預(yù)制和切割成合適的尺寸，以使其適合通過該內(nèi)插器所限定的開口。該預(yù)制襯底的頂面可以被涂敷一層新的襯底材料(或者其它粘合劑)并且被定位在該內(nèi)插器所限定的第二開口內(nèi)。通過減少就地固化的材料的量，可以減少在層疊物內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力量，并且能夠保持該壓電層的表面基本平整或平坦。在襯底層的粘結(jié)完成之后可以拆掉該剛性板。
本發(fā)明的陣列可以是如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的任何形式的陣列，包括線型陣列、稀疏線性陣列、1.5維陣列等。
制造超聲陣列的示例方法本說明書提供了一種制造超聲陣列的方法，該方法包括用激光切割壓電層106，其中所述壓電層在高超聲發(fā)送頻率下諧振。本說明書還提供了一種包括用激光切割壓電層的制造超聲陣列的方法，其中該壓電層在大約30MHz的超聲發(fā)送中心頻率下諧振。本說明書還提供了一種包括用激光切割壓電層的制造超聲陣列的方法，其中所述壓電層在大約10-200MHz、優(yōu)選在大約20-150MHz、更優(yōu)選在大約25-100MHz的超聲發(fā)送頻率下諧振。
本說明書還提供了一種通過用激光切割壓電層以使得熱影響區(qū)域最小化的制造超聲陣列的方法。本發(fā)明也論述了一種包括用激光切割壓電層而不需要再極化(在激光微切削加工之后)的制造超聲陣列的方法。
本說明書還提供了一種方法，其中可以在一個或者一系列連續(xù)步驟中實現(xiàn)所有功能層的“切割”。本說明書還提供了一種制造超聲陣列的方法，該方法包括用激光切割壓電層以使得該壓電層在高超聲發(fā)送頻率下諧振。在一個實施例中，激光除了切割壓電層還切割附加層。在另一個實施例中，該壓電層和附加層基本在同一時間或者基本同時被切割。所切割的附加層可以包括，但不限于，臨時保護層、聲透鏡302、匹配層116和/或126、襯底層114、光致抗蝕劑層、導(dǎo)電環(huán)氧樹脂類、粘合劑層、聚合物層、金屬層、電極層110和/或112等。一些或所有層可以基本同時被切穿。因此，多個層可以基本同時被選擇性地切穿。而且，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚地，幾個層可以在同一時間被選擇性地切穿，其它層可以在隨后的時間被選擇性地切穿。
還提供了一種方法，其中在層疊物的頂面和底面都暴露在空氣中的地方，激光首先切穿至少一壓電層，其次切穿襯底層。層疊物100可以連接到機械支撐件或內(nèi)插器402上，該機械支撐件或內(nèi)插器402限定了位于該層疊物區(qū)域下面的孔或開口，以便保持進入層疊物底面的通道。該內(nèi)插器也可以用作引到該陣列的個體單元的電引線的再分配層。在一個實施例中，在激光切穿安裝在內(nèi)插器上的層疊物之后，附加襯底材料可以被沉積進入由該內(nèi)插器所限定的第二開口內(nèi)，以增加該襯底層的厚度。
當(dāng)然，所公開的方法并不限于用激光單重切割，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所清楚的，可以用激光進行多重附加的切割，穿過一個或者多個所公開的層。
還提供了一種制造超聲陣列的方法，該方法包括用激光切割壓電層，以使得該壓電層在高超聲發(fā)送頻率下諧振。在此實施方案中，激光器將該壓電層的各部分切割至不同的深度。例如，該激光器可以切割到至少一個深度或者幾個不同的深度。激光器切割的每一深度都可以被認為該陣列結(jié)構(gòu)的獨立區(qū)域。例如，一個區(qū)域可能需要激光器切穿該匹配層、電極層、壓電層和襯底層，而第二個區(qū)域可能需要激光器切穿該匹配層、電極層、壓電層、介電層108等。
在所公開的方法的一個方面，預(yù)切割的組裝好的層疊物的頂面和底面均被裸露，激光加工可以從任何一個面(或者兩個面)進行。在此實施例中，具有兩個被裸露的面便于激光加工產(chǎn)生更干凈和更平直的切口邊緣。一旦激光束“穿透”，則因為該加工過程不再依靠從進入點噴射出的材料并且激光束與切割最深部分的羽流之間的相互作用可以被最小化，所以激光束能夠清理切口的邊緣。
還提供了一種方法，其中激光還能夠?qū)ζ渌鼔弘妼訕?gòu)圖。除了PZT壓電陶瓷之外，通過使用例如像插指方法之類本領(lǐng)域所公知的技術(shù)，可以制造并研磨陶瓷聚合物復(fù)合層至同樣厚度。例如，2-2和3-1型陶瓷聚合物復(fù)合物可以制成具有大約為陣列所需間距的寬度和陶瓷與陶瓷的間隔。該聚合物填充物可以被去除，并且該陣列的單元與單元之間的串?dāng)_可以被降低。由于去除聚合物材料所需的能流低于去除陶瓷所需要的能流，因此受激準(zhǔn)分子激光器是一種用于去除在聚合物-陶瓷復(fù)合物中的聚合物來制造帶有通風(fēng)切口(air kerfs)的陣列結(jié)構(gòu)的適合工具。在這種情況下，在該陣列的工作區(qū)域內(nèi)(去除了聚合物的地方)，該2-2型復(fù)合物可以用作1相陶瓷(1-phase ceramic)?；蛘?，可以去除在3-1型復(fù)合物內(nèi)的聚合物的一個連通軸(axis ofconnectivity)。
另一種用于該2-2型復(fù)合物的方法可以是激光微加工垂直于該2-2型復(fù)合物取向的切口。由于該陣列單元可以是陶瓷/聚合物的復(fù)合物，因而得到的結(jié)構(gòu)可以是類似于使用3-1型復(fù)合物生成的一個結(jié)構(gòu)。由于陶瓷和聚合物都可以在同一時間被燒蝕，因而這一方法可以用更高的能流加工。
被激光燒蝕的試件表面可被保護起來，避免在激光加工本身的過程中在試件上沉積碎屑。在此實施例中，可以在層疊物組件的頂面上設(shè)置保護層。該保護層可以是臨時性的并且能夠在激光加工之后被去除。該保護層可以是可溶解層，例如常規(guī)抗蝕劑層。例如，當(dāng)頂面是一薄金屬層時，該保護層起防止金屬剝離或剝落的作用。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，可以使用其它盡管在高激光能流和高密度激光切割下仍能夠保持粘合到試件上并且在激光切割之后仍然能夠被從表面去除的可溶解層。
實施例提出了以下實施例，以便為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供在此要求保護的超聲陣列換能器和方法的完全公開和描述，并且僅旨在對本發(fā)明作單純示例，并不旨在限制發(fā)明人認為屬于自己發(fā)明的范圍。
圖12a-12g示出了一種使用激光微切削技術(shù)制造示例性高頻超聲陣列的示例性方法。首先，提供了在其頂面和底面帶有電極的預(yù)極化壓電結(jié)構(gòu)。一示例性結(jié)構(gòu)為由CTS Communications Components Inc(Bloomingdale，IL)經(jīng)銷的型號為PZT3203HD(零件編號KSN6579C)的產(chǎn)品。在一方面，在壓電體頂面的電極成為該陣列的接地電極110，在其底面的電極被去除并用介電層108取代。一電極可以隨后被沉積到該壓電體的底面上，成為該陣列的信號電極112。
可選地，未氧化的更低阻抗(在1-100MHz下)的金屬化層通過例如像噴鍍、蒸鍍、電鍍等之類的薄膜沉積技術(shù)來沉積。這種金屬化層的非限定性實例為鉻/金結(jié)合物(combination)。如果使用這種層，則該鉻用作金的粘合劑層?？蛇x地，對于陶瓷壓電體(例如PZT)，從廠商處得到的結(jié)構(gòu)的本身表面粗糙度可以大于所期望的。為了提高在獲得壓電層106的目標(biāo)厚度時的準(zhǔn)確度/精確度，可以將該壓電結(jié)構(gòu)的頂面研磨為一光滑面層(smooth finish)并且將電極施用到該研磨面上。
然后，第一匹配層116被施用到該壓電結(jié)構(gòu)的頂面上。在一方面，部分上電極保持裸露，以便于信號地線從上電極連接到在下面的內(nèi)插器402上的信號地線線跡(或多個線跡)上。該匹配層被施用到該壓電結(jié)構(gòu)的頂面上，以被固化并隨后被研磨到該目標(biāo)厚度。所使用的匹配層材料的一個非限定性實例就是以30％與301-2Epotek環(huán)氧樹脂混合的PZT，該以30％與301-2Epotek環(huán)氧樹脂混合的PZT具有大約8兆雷的聲抗阻。在一些實施例中，對于第一層需要在7-9兆雷范圍的值。在另一些實施例中，可以使用在1-33兆雷范圍內(nèi)的值。摻有環(huán)氧樹脂的粉末被制備并且隨后被固化到該壓電結(jié)構(gòu)的頂面上，以使得在第一匹配層內(nèi)基本上沒有氣穴。在一個非限定性實施例中，該301-2環(huán)氧樹脂在初始時就被脫氣，被混入粉末后，該混合物被第二次脫氣。該混合物在高于室溫的設(shè)定點溫度下被施用到該壓電結(jié)構(gòu)的表面上。在此方面，該匹配層具有所需要的7-9兆雷的聲抗阻和大約為1/4波長的目標(biāo)厚度，對于301-2環(huán)氧樹脂內(nèi)的30％PZT，該目標(biāo)厚度大約為20μm。可選地，不同組成以及與所需要粘度的不同環(huán)氧樹脂適當(dāng)混合(體積百分比)的粉末可以用來產(chǎn)生所需要的聲抗阻。
可選地，一金屬化層可以被施用到與壓電結(jié)構(gòu)的上電極連接的研磨匹配層的頂上。這一附加金屬層起幫助電屏蔽的冗余接地層(redundant grounding layer)的作用。
當(dāng)該層疊物完全形成時，該壓電結(jié)構(gòu)的底面被研磨以獲得壓電層106的目標(biāo)厚度，該目標(biāo)厚度適于產(chǎn)生具有所需要的工作中心頻率的裝置。所需要的厚度取決于對該層疊物的層、它們材料的組分以及制成的幾何形狀和尺寸的選擇。該壓電層的厚度受在該層疊物中其它層的聲阻抗以及陣列單元120的寬高比的影響，該陣列單元120的寬高比由陣列間距以及陣列單元切口118和子切割切口122的切口寬度限定。例如，對于具有兩匹配層和一襯底層的30MHz壓電陣列來說，壓電層的目標(biāo)厚度是大約60μm。在另一個實施例中，該目標(biāo)厚度為大約50-70μm。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，頻率在25-50MHz范圍內(nèi)時，基于對所使用的材料的認識，該目標(biāo)厚度值相應(yīng)地成比例變化。
介電層108被施用到被研磨的壓電層的至少一部分底面上。所施用的介電層在該壓電層的中心區(qū)域(在匹配層所覆蓋的區(qū)域之下)限定了一個開口。可以理解，由該介電層所限定的開口也限定了該陣列的高度尺寸。在一個示例性的實施例中，為了形成介電層，使用了被設(shè)計用來旋涂到平面和表體(represents)上的SU-8抗蝕劑成分(MicroChem，Newton，MA)。通過控制旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時間以及加熱時間(在旋涂和薄膜沉積技術(shù)領(lǐng)域：
中已知的所有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù))可以獲得均勻的厚度。該SU-8成分也是可光成像的，因此通過標(biāo)準(zhǔn)照相平板印刷技術(shù)，可以對該介電層構(gòu)圖并且在抗蝕劑中刻蝕出所需寬度和幅度的間隙以形成在該壓電層中的開口?？蛇x地，可以使用負性抗蝕劑成分，以使得在刻蝕過程中暴露在UV照射下的抗蝕劑區(qū)域不會被去除，以形成該介電層的開口(或者任何普通圖案)。
介電層與壓電層底面的粘合通過后期UV照射來強化。在刻蝕過程之后的補充UV照射可以促進SU-8層內(nèi)的交聯(lián)并提高該介電層的粘附性和耐化學(xué)性。
可選地，可以使用機械支撐件來防止層疊物100在介電層施用過程中的破裂。在此方面，通過將SU-8層旋壓(spinning)到該機械支撐件本身上，將該機械支撐件應(yīng)用到第一匹配層上。該機械支撐件可以使用在沉積該SU-8介電體、旋轉(zhuǎn)、烘焙、初始的UV照射以及抗蝕劑的顯影(development)過程中。在一方面，該機械支撐件在第二次UV照射之前被去除，因為該SU-8層起支撐自身的作用。
接著，信號電極層112被施用到該壓電層的研磨底面以及該介電層的底面上。該信號電極層比該介電層所限定的開口寬，并且在疊置于在用來將該層疊物表面安裝到底層內(nèi)插器的導(dǎo)電材料之上的區(qū)域內(nèi)覆蓋在被構(gòu)圖的介電層的邊緣上。該信號電極層通常通過例如像蒸鍍或噴鍍之類常規(guī)物理沉積技術(shù)來施用，但可以使用其它例如像電鍍之類的技術(shù)。在另一實施例中，為了在該介電層邊緣的附近區(qū)域內(nèi)獲得良好的階梯覆蓋，使用了例如像噴鍍等的常規(guī)仿形噴涂技術(shù)。在一個實施例中，該信號電極層覆蓋該層疊物的底面的整個表面或者形成一個中心穿過介電層所限定的開口的矩形圖案。然后通過激光對該信號電極層構(gòu)圖。
在一方面，信號電極層的初始長度長于該信號電極的最終長度。該信號電極被修整(或刻蝕)成更復(fù)雜的圖案以形成更短的長度?？梢岳斫獾氖?，可以使用陰罩或者標(biāo)準(zhǔn)照相平板印刷工藝來沉積花紋更復(fù)雜詳細的圖案。此外，激光或者其它材料去除技術(shù)，例如像反應(yīng)離子刻蝕(RIE)也可以被用來去除一些沉積的信號電極以形成類似的復(fù)雜圖案。
在沒有介電層的區(qū)域，被施加到該信號電極和接地電極的電信號的全部電勢存在于壓電層。在有介電層的區(qū)域，該電信號的全部電勢沿該介電層的厚度以及該壓電層的厚度被分布施加。
接下來，該層疊物被安裝到一機械支撐件上，以使得該第一匹配層的上表面被連接到該機械支撐件上并且該層疊物的底面被裸露。在一方面，該機械支撐件的表面尺寸大于該層疊物的表面尺寸。在另一方面，在當(dāng)從頂部看時仍然可見的該機械支撐件的區(qū)域內(nèi)(即支撐件的周邊內(nèi))，具有在將該層疊物表面安裝到內(nèi)插器的時候用于對準(zhǔn)的標(biāo)記。例如，該機械支撐件可以是，但并不限于一內(nèi)插器。這一內(nèi)插器的一個例子是可以從基內(nèi)姆公司(Gennum Corporation)(加拿大，安大略，Burlington)買到的64-單元、74μm間距的陣列(在30MHZ時為1.5λ)，其零件編號為GK3907_3A。當(dāng)該機械支撐件和該內(nèi)插器相同時，該介電層所限定的開口的兩個邊緣可以垂直于該支撐件上的金屬線跡定向，以使得在表面安裝步驟中該層疊物能夠相對于在內(nèi)插器上的金屬線跡被正確地定向。
在一方面，在該內(nèi)插器上的任意(或所有)外部線跡都用作對準(zhǔn)標(biāo)記。這些標(biāo)記便于確定由該介電層所限定的開口在X-Y兩個軸上相對于在機械支撐件上的標(biāo)記的取向。在另一方面，在該機械支撐件上的對準(zhǔn)標(biāo)記被放置在該層疊物本身的表面的一部分上。例如，在沉積接地電極層時對準(zhǔn)標(biāo)記可以被放置在該層疊物上。
如上文所提到的，在信號電極層的底面上用激光形成電極圖案，該圖案位于該層疊物的底面上。該激光切割的深度深得足以去除該電極的一部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，這種激光微切削工藝步驟類似于用激光器修整在表面電阻器和電路板或柔性電路上的電線跡。在一方面，使用在機械支撐件周邊上的標(biāo)記作為參照，激光束的X-Y軸以與由介電層所限定的開口的已知關(guān)系來限定。該激光修整的圖案以該圖案能夠疊加(superimposed)在內(nèi)插器上所限定的金屬線跡圖案頂面這樣的方式來定向。將修整后的信號電極圖案相對于內(nèi)插器的信號線跡圖案的Y軸對準(zhǔn)是重要的，在一方面，該誤差不大于1個完整的陣列單元間距。
用蔭罩的投影刻蝕方法(projection etch mode)中所使用的KrF受激準(zhǔn)分子激光器可以用來生成所需要的電極圖案。例如，可以使用Lumonics(Farmington Hills，MI)EX-844，F(xiàn)WHM＝20ns。在一方面，使用矩形孔徑切斷的該受激準(zhǔn)分子激光束的均質(zhì)中心部分穿過光束衰減器、雙遠焦系統(tǒng)(double telescopic system)以及薄金屬罩，并且成像在該試件的表面上，該試件安裝在具有有效焦距為86.9mm的3透鏡投影系統(tǒng)(分辨率≤1.5μm)的計算機控制x-y-z臺(stage)上。在一方面，該罩投影系統(tǒng)的縮小比例可以固定為10∶1。
在一方面，兩組零件被修整為在該層疊物上的信號電極里。引線指(Leadfinger)零件被修整到該層疊物上的信號電極里，以提供從內(nèi)插器到由被介電層所限定的開口限定的壓電層的工作區(qū)域的電連續(xù)性。在布置這些引線指的過程中，可以產(chǎn)生該信號電極的最終長度。窄傳輸線(narrow lines)也被修整到該層疊物上的信號電極里，以使每個引線指電絕緣。
通過將該層疊物安裝到機械支撐內(nèi)插器(尺寸正好并且構(gòu)成實際內(nèi)插器)上并且將激光修整后的信號電極圖案相對于在機械支撐件上的外部可見的金屬圖案定向，使得該修整后的信號電極圖案自動對齊實際內(nèi)插器上的線跡。在表面安裝中使用對齊該兩個機械支撐內(nèi)插器和實際內(nèi)插器的邊緣的夾具，使得表面安裝變得簡單。在表面安裝過程完成之后，去除該機械支撐內(nèi)插器。對于該表面安裝過程，可以使用本領(lǐng)域中公知的材料404，該材料包括，例如可以從美國英迪姆公司(Indium Corporation of America)(Utica，NY)買到的低溫使用的銦焊料。
接下來，襯底材料114被施用到已形成的層疊物上。如果使用基于環(huán)氧樹脂的襯底，并且其中在該內(nèi)插器的孔內(nèi)發(fā)生一些就地固化，則可以使用剛性板連接到該層疊物的頂面上以防止該層疊物的翹曲。一旦該襯底層的固化完成，則該板就可以被拆掉。在一方面，選擇包括高聲阻抗和足夠厚度的襯底材料性能的組合，以使得該襯底材料起到盡可能接近100％吸收材料的作用。該襯底層不會引起在陣列單元之間的電短路。
該層疊物的接地電極連接到該內(nèi)插器上的為接地連接所保留的線跡上。有許多本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的示例性導(dǎo)電環(huán)氧樹脂和油漆能夠用于進行這一連接。在一方面，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，來自該內(nèi)插器的線跡連接到由柔性電路或者其它PCB材料制成的更大的底軌跡電路平臺(footprint circuit platform)上，該軌跡電路平臺便于將該陣列和實時運轉(zhuǎn)該設(shè)備來實時產(chǎn)生超聲圖像所必須的適合的波束生成器電子儀器整合?？梢允褂美缦窈附?、引線接合以及各向異性導(dǎo)電薄膜(ACF)之類的本領(lǐng)域已知的幾種技術(shù)來實現(xiàn)這些電連接。
在一方面，陣列單元120和子單元124可以通過對激光束進行調(diào)準(zhǔn)以使得陣列切口槽相對于在該層疊物上的底部電極圖案定向和對齊(在X和Y上均對齊)來形成?？蛇x地，該激光切口槽延伸到下面的襯底層里。
在一方面，透鏡302以與該層疊物的最上層的頂面基本疊置對準(zhǔn)的方式被定位。在另一方面，該透鏡的最小厚度基本上疊加在由介電層所限定的開口的中心之上。在又一方面，該曲率寬度比介電層所限定的開口寬?？紤]到一旦該透鏡被安裝在該換能裝置的頂面上時所有的切口槽都要被保護和密封，因而該透鏡的長度寬于在下面的切口槽的寬度。
在一方面，該透鏡的底面、平坦面可以被涂敷粘合劑層，以將該透鏡粘合到已形成并已被切割的層疊物上。在一個實施例中，該粘合劑層可以是用作將該透鏡粘合到該層疊物上的SU-8光致抗蝕劑層?？梢岳斫獾氖?，如果施用到透鏡底面的粘合劑層的厚度具有厚度為適當(dāng)波長(例如厚度為1/4波長)的性質(zhì)，則所施用的粘合劑層也可以作為第二匹配層126。所示例的SU-8層的厚度可以通過普通的薄膜沉積技術(shù)(例如旋涂)控制。
當(dāng)涂覆溫度升高到大約60-85℃時，SU-8薄膜變得具有粘性。在溫度高于85℃時，SU-8層的表面拓撲開始變化。因此，在優(yōu)選的方面，這一過程優(yōu)選在80℃的設(shè)定點溫度實施。由于SU-8層已是固態(tài)形式，升高的溫度只使得該層變得具有粘性，因而一旦該粘合劑層被連接到該層疊物上，所施用的SU-8就不會沿該陣列的切口向下流動。這樣在形成的陣列單元之間保持了物理間隙和機械隔離。為了避免在粘合劑層和第一匹配層之間混入空氣，這一粘結(jié)過程在局部真空內(nèi)進行是優(yōu)選的。一方面，在粘合發(fā)生、使該試件冷卻到室溫之后，將該SU-8層進行紫外線照射(通過附連的透鏡)來使該SU-8交聯(lián)，以使該層更堅固，并提高粘附性。
在另一方面，在將透鏡安裝到該層疊物上之前，該SU-8層和該透鏡可以被激光切割，這樣有效地使該陣列切口(第一和/或第二陣列切口槽，在一方面是子切割的切口或第二切口)延伸穿過兩個匹配層(如果使用了兩個匹配層)并進入透鏡。
對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和主旨的情況下，可以對本發(fā)明作出各種改體和變型?？紤]了在此公開的本發(fā)明的說明書和實踐，其它實施方案對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說也是顯而易見的。旨在使該說明書和實施例被認為僅僅是示例性的。
權(quán)利要求
1.一種超聲換能器，包括一層疊物，該層疊物具有第一面、相對的第二面以及在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線，其中該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面，其中該層疊物的多個層包括一壓電層和一介電層；以及多個被限定在該層疊物內(nèi)的第一切口槽，每一個第一切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預(yù)定長度，其中該介電層的頂面連接于該壓電層的一部分底面并位于該壓電層的一部分底面下面，并且限定了在基本平行于該層疊物的軸線的方向上延伸第二預(yù)定長度的開口，其中每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度至少等長于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度并且短于在基本平行于該軸線的縱向上該層疊物的第一面和該相對的第二面之間的縱向距離。
2.權(quán)利要求
1的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元。
3.權(quán)利要求
1的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一信號電極層，其中該信號電極層的至少一部分頂面連接到該壓電層的至少一部分底面上，并且其中該信號電極層的至少一部分頂面連接到該介電層的至少一部分底面上。
4.權(quán)利要求
3的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一接地電極層，其中該接地電極層的至少一部分底面連接到該壓電層的至少一部分頂面上。
5.權(quán)利要求
4的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線的縱向上，該接地電極層至少等長于由介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度。
6.權(quán)利要求
5的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線的縱向上，該接地電極層至少等長于每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度。
7.權(quán)利要求
4的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的多個層還包括至少一個匹配層，每一個匹配層具有一頂面和一相對的底面，其中該多個第一切口槽延伸通過該至少一個匹配層。
8.權(quán)利要求
7的超聲換能器，其特征在于，該至少一個匹配層包括一第一匹配層和一第二匹配層，該第二匹配層被連接到該第一匹配層上以使得該第二匹配層疊置在該第一匹配層之上。
9.權(quán)利要求
8的超聲換能器，其特征在于，該第一匹配層的至少一部分底面連接到該壓電層的至少一部分頂面上。
10.權(quán)利要求
7的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線的縱向上，該至少一個匹配層的每一個匹配層至少等長于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度。
11.權(quán)利要求
7的超聲換能器，其特征在于，該層疊物的多個層還包括一襯底層，其中該襯底層的至少一部分頂面連接到該介電層的至少一部分底面上。
12.權(quán)利要求
11的超聲換能器，其特征在于，該襯底層基本上充滿由介電層所限定的開口。
13.權(quán)利要求
11的超聲換能器，其特征在于，該襯底層的至少一部分頂面連接到該壓電層的至少一部分底面上。
14.權(quán)利要求
11的超聲換能器，還包括一透鏡，其中該透鏡以與該至少一個匹配層的該匹配層的頂面基本疊置對準(zhǔn)的方式被定位。
15.權(quán)利要求
14的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽延伸到該透鏡的底部中。
16.權(quán)利要求
1的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸到一預(yù)定深度，該預(yù)定深度至少是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的60％。
17.權(quán)利要求
11的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸通過該壓電層。
18.權(quán)利要求
17的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸到位于下面的介電層中一預(yù)定深度。
19.權(quán)利要求
18的超聲換能器，其特征在于，一個第一切口槽的至少一部分延伸到該襯底層中。
20.權(quán)利要求
1的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
21.權(quán)利要求
1的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第一切口槽的預(yù)定深度深于至少一個其它第一切口槽的預(yù)定深度。
22.權(quán)利要求
1的超聲換能器，還包括多個第二切口槽，每一個第二切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第三預(yù)定長度，其中每一個第二切口槽的長度至少等長于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度并且短于在基本平行于該軸線的方向上該層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離，其中每一個第二切口槽定位于鄰近至少一個第一切口槽。
23.權(quán)利要求
22的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元，并且該多個第二切口槽限定多個超聲陣列子單元。
24.權(quán)利要求
23的超聲換能器，其特征在于，該多個超聲陣列子單元中的每一個具有大約0.5到大約0.7的寬度與高度的寬高比。
25.權(quán)利要求
22的超聲換能器，其特征在于，在基本平行于該軸線的縱向上，該接地電極層至少等長于每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度以及每一個第二切口槽的第三預(yù)定長度。
26.權(quán)利要求
22的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽的至少一部分延伸到一預(yù)定深度，該預(yù)定深度至少是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的60％。
27.權(quán)利要求
11的超聲換能器，還包括多個第二切口槽，每一個第二切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第三預(yù)定長度，其中每一個第二切口槽的長度至少等長于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度并且短于在基本平行于該軸線的縱向上該層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離，其中每一個第二切口槽定位于鄰近該至少一個第一切口槽。
28.權(quán)利要求
27的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽的至少一部分延伸通過該壓電層。
29.權(quán)利要求
28的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽延伸到位于下面的介電層中。
30.權(quán)利要求
29的超聲換能器，其特征在于，一個第二切口槽的至少一部分延伸到該襯底層中。
31.權(quán)利要求
22的超聲換能器，其特征在于，第二切口槽的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
32.權(quán)利要求
22的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第二切口槽的預(yù)定深度深于至少一個其它第二切口槽的預(yù)定深度。
33.權(quán)利要求
4的超聲換能器，還包括一具有頂面和相對的底面的內(nèi)插器。
34.權(quán)利要求
33的超聲換能器，還包括多個電線跡，該多個電線跡以預(yù)定圖案被定位在該內(nèi)插器的頂面上。
35.權(quán)利要求
34的超聲換能器，其特征在于，該內(nèi)插器限定一在基本平行于該層疊物的軸線的方向上延伸第四預(yù)定長度的第二開口。
36.權(quán)利要求
34的超聲換能器，其特征在于，該信號電極層限定一電極圖案。
37.權(quán)利要求
36的超聲換能器，其特征在于，該層疊物以與內(nèi)插器基本疊置對準(zhǔn)的方式安裝，以使得由信號電極層所限定的電極圖案與被定位在該內(nèi)插器頂面上的電線跡的預(yù)定圖案電性連接。
38.一種超聲換能器，包括一層疊物，該層疊物具有第一面、相對的第二面以及在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線，其中該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面；和多個被限定在該層疊物的一部分內(nèi)的第一切口槽，每一個第一切口槽延伸到該層疊物中一預(yù)定深度并在基本平行于該縱軸線的方向上延伸第一預(yù)定長度，其中該第一預(yù)定長度短于在該第一面和相對的第二面之間的縱向距離。
39.權(quán)利要求
38的超聲換能器，其特征在于，該多個第一切口槽限定多個超聲陣列單元。
40.權(quán)利要求
38的超聲換能器，其特征在于，該多個層包括一壓電層和一介電層。
41.權(quán)利要求
40的超聲換能器，其特征在于，該壓電層連接到該介電層上。
42.權(quán)利要求
41的超聲換能器，其特征在于，該介電層限定一在基本平行于該層疊物的縱軸線的方向上延伸第二預(yù)定長度的開口，其中該每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度至少等長于該開口的第二預(yù)定長度。
43.權(quán)利要求
42的超聲換能器，還包括多個第二切口槽，每一個第二切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并且在基本平行于該軸線的方向上延伸第三預(yù)定長度，其中每一個第二切口槽的第三預(yù)定長度至少等長于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度并且短于在基本平行于該軸線的縱向上該層疊物的第一面和相對的第二面之間的縱向距離，其中一個第二切口槽定位于鄰近該至少一個第一切口槽。
44.權(quán)利要求
40的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一接地電極層、一信號電極層、一襯底層和至少一個匹配層。
45.權(quán)利要求
43的超聲換能器，其特征在于，該多個層還包括一接地電極層、一信號電極層、一襯底層和至少一個匹配層。
46.權(quán)利要求
38的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽延伸通過至少一個層以到達其在該層疊物內(nèi)的預(yù)定深度。
47.權(quán)利要求
43的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽延伸通過至少一個層以到達其在該層疊物內(nèi)的預(yù)定深度。
48.權(quán)利要求
44的超聲換能器，其特征在于，一個第一切口槽的至少一部分延伸通過至少一個層并延伸到該襯底層中一預(yù)定深度。
49.權(quán)利要求
38的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第一切口槽的至少一部分的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
50.權(quán)利要求
38的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第一切口槽的預(yù)定深度深于該至少一個其它切口槽的預(yù)定深度。
51.權(quán)利要求
45的超聲換能器，其特征在于，一個第二切口槽的至少一部分延伸通過至少一個層并延伸到該襯底層中一預(yù)定深度。
52.權(quán)利要求
46的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第二切口槽的至少一部分的預(yù)定深度在基本平行于該軸線的縱向上變化。
53.權(quán)利要求
43的超聲換能器，其特征在于，該至少一個第二切口槽的預(yù)定深度深于該至少一個其它切口槽的預(yù)定深度。
54.權(quán)利要求
40的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸到一預(yù)定深度，該預(yù)定深度至少是從壓電層頂面到壓電層底面的距離的60％。
55.權(quán)利要求
40的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽的至少一部分延伸通過該壓電層。
56.權(quán)利要求
43的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽的至少一部分延伸到一預(yù)定深度，該預(yù)定深度至少是從壓電層的頂面到壓電層的底面的距離的60％。
57.權(quán)利要求
43的超聲換能器，其特征在于，至少一個第二切口槽的至少一部分延伸通過該壓電層。
58.權(quán)利要求
44的超聲換能器，該超聲換能器還包括一透鏡，其中該透鏡以與該層疊物的頂面基本疊置對準(zhǔn)的方式定位。
59.權(quán)利要求
58的超聲換能器，其特征在于，至少一個第一切口槽延伸到該透鏡的底部中。
60.權(quán)利要求
44的超聲換能器，其特征在于，該信號電極層的至少一部分位于該壓電層的底面之下并連接于該壓電層的底面，并且該信號電極層的至少一部分位于該介電層底面的之下并連接于該介電層的底面。
61.權(quán)利要求
60的超聲換能器，其特征在于，該信號電極層限定一電極圖案。
62.權(quán)利要求
61的超聲換能器，還包括一具有頂面和相對底面的內(nèi)插器，該內(nèi)插器的頂面帶有多個以預(yù)定圖案定位于其上的電線跡，其中該層疊物以與內(nèi)插器基本疊置對準(zhǔn)的方式安裝，以使得由信號電極層所限定的電極圖案與電線跡的預(yù)定圖案電性連接。
63.權(quán)利要求
62的超聲換能器，還包括用于以與內(nèi)插器結(jié)構(gòu)基本疊置對準(zhǔn)的方式安裝該層疊物的裝置。
專利摘要
一種超聲換能器，包括一具有第一面、相對的第二面以及在該第一面和第二面之間延伸的縱軸線的層疊物。該層疊物包括多個層，每一個層具有一頂面和一相對的底面，其中該層疊物的多個層包括一壓電層和一介電層。該介電層連接到該壓電層上并限定一在基本平行于該層疊物的軸線的方向上延伸第二預(yù)定長度的開口。多個第一切口槽被限定在該層疊物內(nèi)，每一個第一切口槽在該層疊物內(nèi)延伸一預(yù)定深度并在基本平行于該軸線的方向上延伸第一預(yù)定長度。每一個第一切口槽的第一預(yù)定長度至少等于由該介電層所限定的開口的第二預(yù)定長度并且短于在基本平行于該軸線的縱向上該層疊物的第一面和該相對的第二面之間的縱向距離。
文檔編號H01L21/48GK1998095SQ200580020418
公開日2007年7月11日 申請日期2005年4月20日
發(fā)明者M·盧卡斯, S·F·福斯特 申請人:視聲公司, 陽光溪流女子學(xué)院健康科學(xué)中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan