专利名称：单向声探头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种声探头，它包括一组发射和/或接收单元，它们是从一声传感器块上切割而获得的。这种声探头在医学回波描记术领域应用尤其普遍。特别是，本发明涉及一种单向声探头，其由线性单元组成，可以借助于与一控制电路连接的互联网络而被彼此独立地激发。
一种制造这些探头的方法包括首先，制造一印制电路组件，包括一压电材料/声匹配板的互联网络/层，然后，将其切割成单独的压电单元。由本申请人申请的国际申请WO97/17145公开了这样一种方法，尤其是一种采用印制电路制造探头的方法，在印制电路上制出导电轨道，从而有可能寻址各个声学单元。
图1具体显示出一种被装配到声匹配板Li1和Li2上的压电材料23，所述材料被在两个垂直的标准锯切方向Ti和Tj切割。一柔性印制电路22包括导电轨道PI和通道，至少其一部分和相同通道被定位在一导电轨道上和与压电材料相连的金属化单元Mi上。此结构中，线性声学轨道被确定为与线Tj平行，每一声学轨道再被细分为与线Ti平行的子轨道。当制造上述组件时，探头被成形，有一种方法可能制造出弧形探头，这正是人们在回波描记术(echography)领域所寻求的。
为此，由其单个声学单元组成的印制电路可以被粘结到一固体吸收材料的表面，该吸收材料具有一弧形表面。然后，所述柔性印制电路被折叠到陶瓷的边缘和吸收器(absorber)的边缘上，如图2所示。被确定为与轴X平行的声学轨道也平行于轨道PI，印制电路和导电轨道组件一方面被放置在吸收器ABS的表面，另一方面被垂直折叠到所述吸收器的侧面A和A′上，以使结构紧凑。在此结构中，轨道被折叠90°形成一锐角，有一种削弱甚至折断它们的趋势。
为解决这一问题，本发明提供一种声探头，它包括制造在柔性介电薄膜表面上的新颖的互联网络，在成形操作期间可以使得探头的整体尺寸和所述电连接的强度最佳化。
尤其是，本发明的目的是提供一种单向声探头，它包括设置在介电薄膜表面上的线性压电传感器，所述介电薄膜包括用于电连接所述压电传感器与控制装置的元件，其特征在于，所述连接元件包括—初级连接垫，其面向所述压电传感器；—次级连接垫，相对于所述压电传感器偏移，以便所述传感器能够连接到所述控制装置上；—导电轨道，连接所述初级连接垫与次级连接垫，所述导电轨道位于一垂直于方向Dy的方向Dx上，方向Dy是指所述压电传感器的主轴方向。
在本发明的一种有利变型中，每一压电传感器包括控制电极和接地电极，所述介电薄膜包括—在其上表面，第一初级连接垫与控制电极接触，第二初级连接垫与接地电极和第一次级连接垫接触；—在其下表面，第三初级连接垫通过导电通道被与第一初级连接垫连接，第二次级连接垫一方面通过导电通道与第一次级连垫连接，另一方面通过导电轨道与第三初级连接垫连接，而第四初级连接垫通过导电通道与第二初级连接垫连接。
最好是，所述第二次级连接垫形成为一导电区域的一部分，该导电区域位于所述介电薄膜下表面的周围上，形成接地。
本发明的目的还在于提供一种制造声探头的方法。
尤其是，本发明还提供一种制造包含线性压电传感器的单向声探头的方法，其特征在于包括以下步骤—在一介电薄膜的每一表面上制造将要面向压电传感器的初级连接垫以及将要相对于所述压电传感器偏移的次级连接垫；—在所述介电薄膜的下表面制造导电轨道，该轨道将初级连接垫与次级连接垫连接；—在所述介电薄膜的上表面粘附一层包括金属化单元的压电材料；—在一第一方向切割压电材料层，以便形成所述线性压电传感器，所述第一方向垂直于一第二方向，第二方向平行于所述导电轨道。
最好是，进行切割线性声学单元的操作时直至所述介电薄膜。
本发明的目的还在于提供一种成批制造声探头的方法，包括以下步骤—在一介电薄膜表面上制造一组初级连接垫，次级连接垫和将初级连接垫连接到次级连接垫的导电轨道；—将一组压电材料层和声匹配材料层装配到所述连接垫组上，以便在所述介电薄膜表面上形成一组声探头；—切割所述压电材料层和所述声匹配材料层，以便形成一组包含线性压电传感器的探头；—切割介电薄膜/线性压电传感器组，以便形成单个的单向声探头。
下面将结合附图和非局限性的实施例，对本发明以及其它优点做进一步详细清楚的说明。
图1示出现有技术的一种多单元的声探头，包括一印制电路和导电轨道，导电轨道平行于由声学单元确定的声学通道；
图2示出一种声探头的印制电路，其成形于一吸收器上并采用图1所示的声学单元；图3a示出根据本发明的一种探头的实施例的俯视图；图3b示出图3a所示探头的截面图；图4a示出一种应用于本发明探头上的柔性印制电路的俯视图；图4b示出应用于本发明探头上的相同柔性印制电路的仰视图；图5示出本发明探头的共同制造方法的步骤；图6示出成形在一吸收器上的本发明探头。
下面以一种单向探头为具体实例对本发明进行描述，它包括8个线性传感器，但是，线性传感器的数量N也可以采用合适的数量。
总体而言，本发明的探头包括一柔性介电薄膜，下文称为柔性印制电路(因为在其上制造有电连接)，在它上面制造有不同的连接垫，使得能对压电传感器进行寻址。面向传感器的连接垫称为初级连接垫，相对于传感器偏移的连接垫称为次级连接垫。
按照惯例，每一压电传感器包括接地电极Emi和控制电极Eci，在超声传感器领域也称为“热点”。
图3a为一俯视图，示出本发明的一种探头。图3b为沿轴线CC′的截面图，示出相同探头。压电传感器单元TPi由一种压电材料组成，该压电材料可以是一种陶瓷并被切口Tj分开。它们的表面被部分地金属化，以便每一所述传感器形成一控制电极Eci和一接地电极Emi。这些电极通过位于所述印制电路CIS下表面上的导电通道Vi被连接，下面将要描述。通常，陶瓷的上表面被覆盖有声匹配单元Li1和Li2，它们的电特性可以选择以提供良好的声匹配。所述传感器被附粘到一柔性印制电路CIS的表面，所述印制电路包括预定的电连接。这样，所述线性传感器就被确定为平行于图3a所示的方向Dy。
图4a和4b分别示出所述印制电路的俯视图和仰视图，俯视所见到的表面被与压电材料接触。
尤其是，如图4a所示，在柔性印制电路CIS的中心部分显示出用于电连接所述传感器控制电极Eci的第一初级连接垫pppci，与所述传感器TPi的接地电极Emi接触的第二初级连接垫sppci，以及第一次级连接垫ppsci，第二初级连接垫sppci与柔性印制电路周围的一接地垫PMs相一致。在将压电材料切割成线性传感器的操作期间，该接地垫被切割，由于该切割发生在匹配板/压电材料组件上，该切割形成所述柔性印制电路，这样，就将柔性印制电路上表面周围上的接地垫分割成第二初级连接垫sppci。
如图4b所示，柔性印制电路的下表面包括第三初级连接垫tppci，其面向第一初级连接垫pppci并被通过导电通道连接。它还包括第二次级连接垫spsci，第二次级连接垫在方向Dx上通过导电轨道PI与所述垫tppci连接，通过导电通道与所述第一次级连接垫ppsci连接，借此，可以对所述压电传感器TPi的控制电极进行寻址。
而且，穿过柔性印制电路的导电通道能使第二初级连接垫sppci连接到接地垫PMi，该接地垫被制造在柔性印制电路下表面的周围，这样就为压电传感器组TPi提供了接地接触。
最好是，所述介电薄膜具有一外周宽度lex，它大于它的中心宽度lc。具有这种结构，相对于初级连接垫之间的节距来说，有可能增加次级连接垫之间的节距。
而且，与接地电极接触的连接垫和与控制电极接触的连接垫被分布在柔性介电薄膜上，这样，导电通道能被有利地均等地分布在方向Dg上，该方向Dg与方向Dx成约45°角，这样就不存在导电通道彼此重叠的区域。
装配步骤通常，陶瓷压电材料能通过胶接法利用一种各向异性的导电胶膜(ACF)而被装配到柔性印制电路上。该ACF是一种填充有被金属化的或者金属聚合物球的高分子膜。当在压力下将陶瓷粘结到印制电路上时，可以通过沿导电轴压碎聚合物球而改善其导电率。
它也可以包含一种填充有被金属化的或金属聚合物球的聚合脂。其导电率也可以通过沿导电轴压碎聚合物球而获得。
根据本发明的另一种变型，也可以通过采用一种各向同性的导电树脂或者一种各向同性的导电膜而提供所述电接触，包括一种聚合物，比如，它填充有80％的银、镍等类型的金属颗粒。在这种各向同性的情况下，其导电率可以通过金属颗粒之间的物理接触而获得。
切割步骤线性压电传感器可以用一种金刚石锯沿图3a所示方向Dy从压电材料上切割，该压电材料上覆盖有其匹配板。
典型地，线性传感器的宽度可以在50至500微米之间变化。为使线性传感器电绝缘，切割线停止在介电薄膜的厚度。
也可不用金刚石锯，而用激光切割各种单元。
也可以将两种切割方法结合。这样，声匹配板可用激光切割，而压电陶瓷可用机械锯切割。后一种切割方法由于材料的胶接具有不同的热膨胀系数，有可能消除热应力。通过最初切割声匹配板，陶瓷消除了热应力，从而在第二次切割期间就避免了陶瓷碎裂。
上述步骤可以共同执行。这是因为一组初级和次级连接垫可以被在同一柔性介电薄膜上制造，并可供几个声探头之用，如图5所示，它示出所述介电薄膜的俯视图。
在一个也可被称为柔性印制电路的介电薄膜上，在所述柔性电路的上表面上可以设置不同的接地垫，以及所需的初级和次级连接垫；在此情况下，仅仅显示出接地垫PMs。一旦在柔性印制电路组件上设置了一组电连接(连接垫，金属化单元，导电通道)，不同的固体压电材料就被局部地胶接。如图5所示，作为示例，6个陶瓷板被粘结到柔性印制电路上，连同所述6个陶瓷板上的6对声匹配板。然后，执行一共同切割步骤。典型地，一系列探头，按照如图5所示垂直排列，可以在一个步骤中被切割成单独的单元，如图5中的点划线所示。
在共同切割线性压电传感器的步骤之后，每一声探头被绕着接地板PMs切割，如图5所示。
这样，共同切割就降低了制造成本。
成形步骤通常，成形操作是一个制造弧形探头的步骤。根据本发明，依靠使用柔性介电薄膜以及线性传感器的现有切割方法，为了将介电薄膜装配在一个具有一弧形表面的吸收器的表面，所述介电薄膜可以得到足够的曲率。在此方面，图6显示出在所述吸收器ABS表面上的柔性薄膜组件，还清楚地显示出这一结构，电连接轨道PI不再被折叠为90°角，而仅仅是一微小的曲率，以便不会再象现有技术那样被削弱。
权利要求
1.一种单向声探头，包括设置在一介电薄膜(CIS)表面上的线性压电传感器(TPi)，所述介电薄膜包括用于电连接所述压电传感器与控制装置的元件，其特征在于，所述连接元件包括—初级连接垫，其面向所述压电传感器；—次级连接垫，相对于所述压电传感器偏移，以便所述传感器能够连接到所述控制装置上；—导电轨道，连接所述初级连接垫与次级连接垫，所述导电轨道位于一垂直于方向Dy的方向Dx上，方向Dy是指所述压电传感器的主轴方向。
2.根据权利要求1所述的声探头，其特征在于每一所述压电传感器(TPi)包括控制电极(Eci)和接地电极(Emi)，所述介电薄膜(CIS)包括—在其上表面，第一初级连接垫(pppci)与所述控制电极(Eci)接触，第一次级连接垫(ppsci)和第二初级连接垫(sppci)与接地电极(Emi)接触；—在其下表面，第三初级连接垫(tppci)通过导电通道被与第一初级连接垫(pppci)连接，第二次级连接垫(spsci)一方面通过导电通道与第一次级连垫(ppsci)连接，另一方面通过导电轨道(PI)与第三初级连接垫(tppci)连接，而第四初级连接垫(qppci)通过导电通道与第二初级连接垫(sppci)连接。
3.根据权利要求2所述的声探头，其特征在于所述第二初级连接垫(sppci)形成为一导电区域(PMs)的一部分，该导电区域位于所述介电薄膜上表面的周围，而所述第四初级连接垫(qppci)形成为一位于所述介电薄膜下表面周围的导电区域(PMi)的一部分。
4.根据权利要求1和2任一项所述的声探头，其特征在于所述线性压电传感器被覆盖有声匹配单元。
5.根据权利要求4所述的声探头，其特征在于所述声匹配单元包括两组所述声匹配单元的叠加。
6.根据权利要求1至5任一项所述的声探头，其特征在于所述压电传感器的表面被金属化，以便为位于所述压电传感器上表面的所述接地电极提供拾波，在所述压电传感器下表面的平面上，所述平面包括用于控制所述压电传感器的电极。
7.根据权利要求1至6任一项所述的声探头，其特征在于它包括各向异性导电膜，导电膜用于在所述压电传感器与印制电路之间提供电接触和机械接触。
8.根据权利要求1至6任一项所述的声探头，其特征在于它包括聚合树脂，所述聚合树脂被填充有金属化的或者金属聚合物球，用于在所述压电传感器与印制电路之间提供电接触和机械接触。
9.根据权利要求1至6任一项所述的声探头，其特征在于它包括各向同性导电树脂或各向同性导电膜，其包括浓密地填充有金属颗粒的聚合物，用于在所述压电传感器与印制电路之间提供电接触和机械接触。
10.根据权利要求1至9任一项所述的声探头，其特征在于它包括一固体材料，用于吸收声波并支承所述介电薄膜。
11.一种制造包括线性压电传感器的单向声探头的方法，其特征在于，它包括以下步骤—在一介电薄膜的每一表面上制造将要面向压电传感器的初级连接垫(pppci，sppci，tppci，qppci)以及将要相对于所述压电传感器偏移的次级连接垫(ppsci，spsci)；—在所述介电薄膜的下表面制造导电轨道，该轨道将初级连接垫(tppci)与次级连接垫(spsci)连接；—在所述介电薄膜的上表面粘附一层包括金属化单元的压电材料；—在第一方向切割压电材料层，以便形成所述线性压电传感器，所述第一方向垂直于第二方向，该第二方向平行于所述导电轨道。
12.根据权利要求11所述的制造声探头的方法，其特征在于，它包括将至少一层声匹配材料粘接到所述压电材料层的表面，以及将压电和声匹配材料切割的步骤。
13.根据权利要求11或12任一项所述的制造声探头的方法，其特征在于，所述切割操作被向下执行至所述介电薄膜。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述切割是用机械方法执行的。
15.根据权利要求13或14任一项所述的制造方法，其特征在于，所述切割是用激光执行的。
16.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述声匹配材料层是用激光切割的，所述压电材料层是用机械方法切割的。
17.根据权利要求11至16任一项所述的制造方法，其特征在于，它还包括一个步骤，将声探头在吸收材料上成形，该吸收材料具有弧形表面，包括将所述具有线性压电传感器的介电薄膜胶接到所述吸收材料的弧形表面上。
18.根据权利要求11至17任一项所述的共同制造声探头的方法，其特征在于，它包括以下步骤—在一介电薄膜表面上制造一组初级连接垫，次级连接垫和将初级连接垫连接到次级连接垫的导电轨道；—将一组压电材料层和声匹配材料层装配到所述连接垫组上，以便在所述介电薄膜表面上形成一组声探头；—切割所述压电材料层和所述声匹配材料层，以便形成一组包含线性压电传感器的探头；—切割介电薄膜/线性压电传感器组，以便形成单个的单向声探头。
全文摘要
本发明涉及一种单向声探头，它包括一高性能的互联网络，还涉及一种制造该探头的方法。所述单向声探头包括设置在一介电薄膜(CIS)表面上的线性压电传感器(TP
文档编号H04R17/00GK1418135SQ01806538
公开日2003年5月14日 申请日期2001年3月9日 优先权日2000年3月14日
发明者玉－段·阮, 雅克·埃尔齐埃, 勒内·梅利加 申请人:塔莱斯公司