24包括多个换能器元件28的换能器阵列26，所述换能器元件28被形成为电容性微机械超声换能器(CMUT)元件。换能器阵列26连接到专用集成电路30的顶部表面。换能器元件28包括柔性膜32、腔34以及顶部电极36和底部电极38。顶部电极36形成在柔性膜32上或嵌入在柔性膜32中，并且底部电极38形成在腔28的底部处在隔离层40的顶部处，或者嵌入在隔离层40中，所述隔离层40将换能器阵列26与专用集成电路30隔离。
[0036]各顶部电极36连接到彼此并且连接到用于将DC偏置电压提供给换能器元件28的DC电源41。底部电极38中的每个均个体连接到专用集成电路30的驱动元件42以便将个体AC信号提供给换能器元件28中的每个并且个体地驱动换能器元件28。因此，通过向底部电极38施加AC信号并且通过从底部电极38接收信号，专用集成电路能够通过换能器元件28中的每个发送和接收超声波。
[0037]底部电极38(其通过过孔连接到专用集成电路30)和隔离层40-具有与底部电极38和专用集成电路30的输入部平行的寄生电容。换能器元件28的寄生电容能够在0.5pF的量级，使得发送效率和接收信噪比退化可以是在2db的范围内。这些寄生电容减小传送效率和从换能器元件28所接收的信号的接收信噪比，使得减小了换能器组件24的信号质量。
[0038]在图3中，在示意性剖视图中示出并且总体而言由50指代根据本发明的超声换能器组件。超声换能器组件50包括具有多个换能器元件54的超声换能器阵列52，所述换能器元件54优选地被形成为用于发射和接收超声波56的电容性微机械超声换能器元件(CMUT)。超声换能器阵列52形成在集成电路60的顶部表面58上，所述集成电路60优选地是专用集成电路60。超声换能器阵列52优选地通过微制造过程单片地形成在顶部表面58上。集成电路60包括用于驱动换能器元件54和用于接收来自如以下所描述的换能器元件54的信号的多个驱动和接收元件62。这样形成的超声换能器组件50可以用在用于发送和接收超声波56的超声探头14中。
[0039]换能器元件54和集成电路60借助于微制造方法(例如微电子制造技术)单片地形成或制造在衬底上，所述换能器元件54被形成为电容性微机械超声换能器元件，所述集成电路60优选地被形成为专用集成电路60，并且所述衬底优选地是半导体衬底。这是减小超声换能器组件50的尺寸和减小用于制造超声换能器组件的技术努力的可能。
[0040]换能器元件54中的每个均包括柔性膜64，每个柔性膜均包括第一电极66，所述第一电极优选地附接到柔性膜64的顶部表面上或嵌入膜64中。腔68形成在柔性膜64下面，使得柔性膜64可以被偏转或激励以便发射超声波56。在腔68的底部处，每个换能器元件54包括第二电极70，所述第二电极耦合到隔离层72或嵌入到隔离层72中，所述隔离层72将超声换能器阵列52与集成电路60隔离。第一电极66被形成为被耦合到柔性膜64的柔性电极66或者刚性电极，并且第二电极70被形成为刚性电极70。借助于支承元件74或隔离物74将柔性膜64与第二电极70和隔离层72分离。
[0041]第一电极彼此隔离并且每个借助于过孔76个体地电连接到集成电路60的驱动元件62。在支承元件74内形成过孔76。备选地，过孔76可以横向地连接到支承元件74。
[0042]过孔76还馈通(feed through)隔离层72和第二电极70以便将第一电极66个体连接到集成电路60。第二电极70连接到彼此并且连接到用于将DC偏置电压提供给换能器元件54的DC电源78。第二电极70优选地被形成为沉积在隔离层72的顶部表面上的单金属层。因此，作为顶部电极66的第一电极形成主动电极，并且第二电极(其被形成为底部电极)是被动电极。借助于与作为顶部电极66的主动电极的该反向连接，通常能够减小主动电极66与集成电路60之间的寄生电容，使得能够改进换能器元件54的发送效率和接收信噪比并且能够增加信号和图像质量。
[0043]腔68可以是真空间隙。柔性膜64可以借助于DC偏置电压向下偏转到第二电极70以便在塌陷模式中使用换能器元件54，从而通常增加超声换能器组件50的敏感度。在特定实施例中，第二电极70可以由额外的隔离层覆盖。
[0044]尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为说明性或示范性的而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
[0045]在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以履行权利要求书中所记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
[0046]权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。
【主权项】
1.一种尤其用于超声成像系统(10)的超声换能器组件(50)，包括: -换能器阵列(52)，其包括用于发射和接收超声波(56)的多个换能器元件(54)，其中，所述换能器元件(54)中的每个包括第二电极(70)以及连接到柔性膜(64)的第一电极(66)， -集成电路设备(60)，其连接到所述换能器阵列(52)以驱动所述换能器元件(54)， -其中，所述第一电极(66)耦合到所述集成电路设备(60)，所述集成电路设备用于将交流驱动电压提供给所述换能器元件(54)中的每个，并且其中，各所述第二电极(70)电连接到彼此并且耦合到电压源(78)，所述电压源用于提供所述换能器元件(54)的所述第一电极与所述第二电极之间的偏置电压，并且 -其中，所述第一电极(66)中的每个均借助于过孔(76)连接到所述集成电路设备(60)，并且所述过孔(76)馈通所述第二电极(70)。2.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述第一电极(66)是所述换能器阵列(52)的顶部电极。3.根据权利要求2所述的超声换能器组件，其中，所述第一电极(66)中的每个均耦合到所述柔性膜(64)的顶部表面。4.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述第二电极(70)是附接到隔离层(72)的底部电极。5.根据权利要求4所述的超声换能器组件，其中，所述隔离层(72)附接到所述集成电路设备(60)的表面。6.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述第二电极(70)是刚性电极。7.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，分别在所述第一电极中的每个与所述第二电极中的每个之间形成腔(68)。8.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，借助于隔离物(74)来支承所述换能器元件(54)的所述柔性膜(64)中的每个。9.根据权利要求8所述的超声换能器组件，其中，用于将所述第一电极(66)连接到所述集成电路(60)的所述过孔(76)馈通所述隔离物(74)。10.根据权利要求4所述的超声换能器组件，其中，所述过孔(76)馈通所述隔离层(72)。11.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述换能器元件(54)是电容性微机械超声换能器元件。12.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述集成电路设备(60)是专用集成电路。13.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述换能器元件(54)单片地形成在所述集成电路设备(60)上。14.根据权利要求1所述的超声换能器组件，其中，所述集成电路设备(60)和所述换能器元件(54)单片地集成在衬底上。15.—种超声成像系统(10)，包括用于发射和接收超声波(56)的根据权利要求1所述的超声换能器组件(50)。
【专利摘要】公开了一种尤其用于超声成像系统(10)的超声换能器组件(50)，其包括换能器阵列(52)，所述换能器阵列包括用于发射和接收超声波(56)的多个换能器元件(54)。所述换能器元件(54)中的每个包括第二电极(70)以及连接到柔性膜(64)的第一电极(66)。所述组件还包括集成电路设备(60)，所述集成电路设备连接到所述换能器阵列(52)以驱动所述换能器元件(54)，其中，所述第一电极(66)电连接到彼此并且耦合到用于将交流驱动电压提供给所述换能器元件(54)中的每个的所述集成电路设备(60)，其中，所述第二电极(70)连接到用于将偏置电压提供给所述换能器元件(54)的电压源，并且其中，所述第一电极(66)中的每个均借助于过孔(76)连接到所述集成电路设备(60)，并且所述过孔(76)馈通所述第二电极(70)。
【IPC分类】B06B1/02
【公开号】CN105722609
【申请号】CN201480062835
【发明人】G·A·布罗克费希尔, B·J·萨沃德
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年11月14日
【公告号】WO2015071387A1