专利名称：诊断超声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在诊断成像中使用的超声换能器。
背景技术：
诊断超声成像的重要性已经得到广泛认识，且随着成像分辨率而提高， 并且可用的用途和特征的范围已经得到稳步增加。诊断超声成像曾经是仅 在具有最佳配备的医院中才能使用的昂贵奢侈品，而如今即使是在一些个 人医生诊所中也已经是一种普通且常规提供的程序。可能更重要的是，现 在有些超声成像系统是便携式的、且足够便宜，这使得即使是小诊所或是 对这种诊断工具预算较少的发展中国家也能够拥有。
超声图像的质量直接受到很多因素影响，尤其受到用于生成必要图案 的超声信号并接收其回波的换能器的特性的影响。因此，换能器的几乎每 个主要部件、其所采用的材料和制造方法总是在不断改进中。在过去大约
30年中，仅仅是大量改进中的一些包括较好的活性材料、三匹配层、较好 的切口填充、低衰减透镜材料、热处理和散热器以及挠性电线电路互接。
典型地，使换能器中的压电元件形成为阵列，并且可选择性地电激活 压电元件以产生预期的扫描图案。然后切换同一阵列来接收返回信号，该 返回信号随后转换成电信号，并使用已知方法处理所述电信号。然而，各 元件的独立且分开的控制要求以电线，或是在印刷电路板(PCB)或挠性(柔 性电路)电路板上的迹线形式的分开的导电线。
这一事实导致一些挑战和权衡，其涉及很多方面问题，例如串话、阻 抗、物理稳定性、热量、完整性和方便焊接、制造成本和复杂性、以及方 面使用等。例如，坚固的引线可以提供物理稳定性，但是它们也会使得换 能器电缆体积庞大和不灵活，这对操作者在病人身体上进行操作来说会显 得很笨重。然而，允许电缆轻便、柔软的精细的电线和迹线更容易断裂。 作为另一个例子，虽然某些换能器结构可能被特别设计成例如在支持层中
用某些材料制造，但是在结构和制造程序中可能很难在没有困难和增加成 本的情况下适合于新材料。
因此，在涉及超声成像的不同背景中已经提出了很多不同的换能器结 构和布线(包括单层、双层和多层柔性电路)和互接排列。例如，下列美 国专利描述了已提出的对在不同的诊断超声成像换能器背景中所涉及的许 多问题中的一些的解决办法
US 5，559，388(Lorraine等人的"High density interconnect for an ultrasonic phased array and method for making");
US 5，722，137 (Lorraine等人的"Method for making a high density interconnect for an ultrasonic phased array");
US 5,567,657 (Wojnarowski等人的"Fabrication and structures of two-sided molded circuit modules with flexible interconnect layers");
US 5，617，865 (Palczewaka等人的"Multi-dimensional ultrasonic array interconnect");
US 5，920，972(Palczewaka等人的"Interconnection method for a multilayer transducer array ，0;
US 6,994,674 (Sheljaskow等人的"Multi-dimensional transducer arrays and method of manufacture");
US 5,703,400 (^Wojnarowski等人的"Fabrication and structures of two-sided molded circuit modules with flexible interconnect layers");
US 5,923,115 (Mohr， III等人的"Low mass in the acoustic path flexible circuit interconnect and method of manufacture thereof");
US 6，541，896 (Piel， Jr.等人的"Method for manufacturing combined acoustic backing and interconnect module for ultrasonic array ，，)；
US 6,580,034 (Daane等人的"Flexible interconnect cable with ribbonized ends");
US 6,651,318 (Buck等人的"Method of manufacturing flexible interconnect cable ，，)5
US 6，734，362 (Buck等人的"Flexible high-impedance interconnect cable having unshielded wires ");禾口
US 7,229,292 (Haider等人的"interconnect structure for transducer assembly")。
然而，不论是在大体上，还是在提供适于超过在有大预算的医院中的 诊断单元的良好控制领域使用的换能器的具体背景中，总是有改进的余地。 例如，用于该领域中、或是广泛用于发展中国家的换能器理想情况下应当 相对地容易进行制造，并且部件成本应当相对低廉(以允许给定的预算得 到更多的数量)；其性能应当尽可能的没有限制或降低；应当容易让换能器 极其制造过程适合于利用任何新开发的材料，或者适合于诸如在匹配层的 数量上的设计改变。换能器还应当具有物理稳定性，且与常规探头相比应 当更耐热。本发明至少部分满足一个或几个上述需要。
发明内容
本发明涉及一种诊断超声换能器，其具有安置在支撑块上的、由诸如 PZT元件的各电声元件组成的阵列。将至少一个匹配层安置在该阵列以及 (对于大多数实现而言)透镜上。
根据本发明一些实施例的一个方面，其上安置有阵列的支撑块表面是 平坦且非凹进的。对于阵列中的每一个电声元件，例如通过溅镀，在支撑 块的接触表面的相应部分上形成导电材料区域，且其与电声元件电接触。
在某些实施例中，基本刚性的印刷电路板(PCB)被固定在支撑块上或 者甚至被固定在支撑块内，并且在基本垂直于接触表面的纵向方向上延伸。 对于每一个电声元件，在电路板上制作至少一条导电迹线，使其与相应的 接触表面部分电接触，从而与电声元件电接触。这产生出通过迹线到达电 声元件的无焊接的电信号路径。
电路板可以是被嵌入在支撑块中，这使得在用于浇注支撑块的支撑预 锻模中易于安置和可靠的定位，或者电路板可以被安置在支撑块的横向表 面上。与迹线和在支撑块的接触表面上(例如)溅镀的导电层一道，这些 实施例为每一个元件提供大体为"T"形或是"倒L"形的电极，而无需焊 接就能提供良好的电气接触。
至少一个金属构件优先位于支撑块的至少一个侧表面上，并且纵向延 伸至少远至阵列。该构件可以做成在换能器的垂直侧面上物理分开的(但
是优选电气连接的)板状或片状结构，或者做成在三个侧面上接触支撑块 的单个框架状或盒子状构件的"臂"。该金属构件可形成换能器的公共电气 接地接触。在需要防止阵列元件的电极电气短路的情况下，可以将电气绝 缘元件安置在支撑块上，以使金属构件与支撑块接触表面上的导电材料分 开。
通常，将至少一个声匹配层安置在阵列的发射表面上。每一个金属构 件的每一个金属部分的边缘区域优选与至少一个匹配层的相应边缘部分进 行直接或间接的热接触。对于直接热接触，金属构件纵向延伸足够远，以 使其与至少最里面的(最接近支撑块的)匹配层的侧面(垂直)或者底部
边缘进行物理接触。可以使用诸如箔的导热金属层来提供间接热接触，所 述金属层可以定位在各匹配层之间或者在至少最里面的声匹配层和阵列之 间。安置在支撑块侧面上的金属构件由此不但可以形成公共的电气接地元 件，而且可以形成用于使热量流过导热金属层以及从电声元件横向流出的 散热器。
本发明也包括一种制作所述换能器的方法，该方法特别是在实现本发
明的各实施例时具有优势，在所述实施例中电路板为刚性PCB。该方法包
括将导电迹线应用到PCB的至少一个表面；形成带有PCB的支撑块，所 述PCB被固定于所述支撑块；将导电层溅镀在支撑块的远侧、非凹进平坦 接触表面和PCB的顶部边缘上；将电声材料安置在支撑块的接触表面上； 将至少一个匹配层安置在电声材料上；将匹配层、电声材料、和导电层分
割成由电气分离的各部分组成的阵列，电声材料的每一个部分由此形成分 开的电声元件，而导电层的每一个部分由此形成将电声元件连接到至少一 条迹线的电极；并且，在支撑块的至少一个侧面上，安置与支撑块的横向 边缘接触且与导电层部分电气绝缘的金属构件(单个盒子状结构或者电气 连接而物理分开的元件例如板)。
如果将要制成"T"形电极，那么PCB可以在形成支撑块期间嵌入在 支撑块中。PCB的刚性(例如与柔性电路相比)使得更容易确保PCB位置 固定在支撑预锻模(充当框架的结构，其注模用于制造支撑块)中，而很 少需要或不需要限制或者其它同样嵌入在支撑块中并可引起图像噪声的支 撑机构。
图1示出了根据本发明超声探头的一个实施例的内部结构的侧面的部
分剖视图2是沿图i中线n-n取得的换能器顶部的部分剖视图3示出了一种特征，其中诸如板的导热金属构件不但有助于从由电 声元件组成的阵列，而且有助于从至少一个匹配层移走热量； 图4示出了用于代替基本刚性的印刷电路板的柔性电路； 图5示出了包裹探头的支撑块及其它结构的大部分的金属"盒"；
图6A—6F示出了针对换能器的一个实施例的制造过程的各个步骤。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明一个实施例的超声探头，即换能器100的内部 结构的侧面的部分剖视图。在图1和图2中，指示出表明常规参考方向的 坐标系。这里，AZ、 EL和LON指示水平(azimuthal)方向、垂直(elevational) 方向和纵向方向。纵向方向，有时称为轴向方向，是假设超声能量将主要 在该方向上从每个换能器阵列元件发出的方向。如图1所示，以及如在实 际中使用换能器所示，换能器顶部是远端，而底部是近端。
具体而言，图1示出了超声换能器阵列中众多典型元件中的一个—— 如图1中的取向，阵列元件垂直于该图的平面，即在水平方向上延伸。在 典型的实现中，每一个阵列元件将具有与图1中所示的一个相同的基本结 构。图2示出了沿着图1中线II-II取得的探头的简化截面图。
本发明可以用于具有任何选定数量的符合超声成像预期用途的阵列元 件的探头。应当注意到，任何一幅附图不一定按比例绘制——超声换能器 设计领域内的技术人员将能选择不同特性的尺度来满足本发明的每一给定 实现的需要。
根据给定设计选择的需要或期望，印刷电路板(PCB) 102的一个或多 个外部和/或内部(对于多层而言)表面以任何已知方式设置有一个或多个 导电迹线104、 105。众所周知，不论使用什么样的衬底承载相邻元件的迹 线，通常在衬底的相对侧上制作这些迹线。这考虑到较大的阵列密度(元
件间距(pitch))，因为是相邻元件的迹线不能太接近或是太薄。多层衬底 通过提供甚至更多电气上分开的表面以在其上制作迹线而允许甚至更大的 密度。迹线的布局是换能器设计者充分用于制作的设计选择。应当注意到，
如图1所示，PCB垂直于该附图的平面延伸。
在本发明的一个原型中，PCB 102为薄的多层PCB。一般而言，PCB 是基本刚性的。当然，在不能弯曲的意义上，电路板、PCB或其它电路板 都不是完全刚性的。在本说明书中，"刚性"是指，在正常的操作条件下， 不能选择出适合PCB 102或迹线104、 105的材料或者制造方式来实现使其 必须承受任何弯曲应力的期望。相反，根据这一定义，柔性电路是非刚性 的。
迹线104、 105从引导线106、 107引出相应的电信号并将相应的电信 号引至引导线106、 107，所述引导线106、 107以任何己知的方式与超声成 像设备的主处理和控制系统(未示出)进行电连接。在图2中，所述导线 共同显示为206，并进入标准带状电缆200，带状电缆200然后将在探头和 超声成像系统的主单元之间引导信号。用于将迹线与引导线电连接的其它 布置是已知的，并可用于本发明的任何实施例中。
支撑块110形成探头的底座，支撑块110可由任何一种常规材料，例 如混合有一些重的、吸声材料的环氧树脂制成。在图1所示的实施例中， PCB 102嵌入在支撑块110中。换言之，支撑块110围绕PCB 102模制成 型，例如，使得PCB 102基本上通过支撑块110中间在纵向方向上延伸。
然而，这种布置不是必须的，除非PCB 102可替换为设置在支撑块110 上没有声学路径的那侧，这可能在高频应用中具有优势。能够通过选择铸 造和混合工具的位置，以及叠片和分割工具的固定装置的位置来确定PCB 102的精确位置。这些工具和固定装置的设计和使用在换能器制造领域中是 众所周知的，使得在对装备的适当设计和调整之后，制造探头时不需要特 别的技能。
同样可能的是，例如，在1.5或更高维数的阵列中，在支撑块110内或 上包括一个以上的PCB (每一个都有其自己的迹线)。本文所描述的结构和 技术也可以以对超声换能器设计领域的技术人员来说显而易见的方式进行 修改，以适应甚至是非线性的阵列结构。
例如由诸如锆钛酸铅(PZT)的适当电子陶瓷材料制成的电声元件阵列 114被安置在支撑块110上，并以任何常规的方式进行分割和填充，以形成 若干元件，图l示出了所述若干元件中的一个元件一~PZT元件115;同样 能够将阵列形成一系列单独的电声晶体。然而，通过分割单个块所形成的 PZT元件是超声换能器中最常见的元件，并且在本讨论中为了简明和清楚 假定都是这种元件。它们的性能、制造方法、适当的尺寸和操作都是众所 周知的，因此本文将对此不再进行赘述。
金属构件，例如片或板120、 121，或是由一些金属材料形成的足够厚 的沉积物(这里，简便起见称之为"板")，可以以任何已知的方式粘结在 支撑块110的任意一侧，并且延伸以接触到阵列115的各PZT元件的大多 数且优选所有侧缘(再次，如图l所示)。这些板可由铜、铝或任何其它热 传导性能良好的金属，以便形成热量从PZT元件115和支撑块110流向任 何外部吸热器的导热路径。优选以已知方式进行电连接的板120、 121 (包 括作为部分的单个封装构件，见下文)同样为换能器的各个导电部分，并 且特别是为PZT元件提供有效的公用接地。如果PCB102安置在支撑块110 的侧面，那么该侧面上的金属板120、 121将安置在PCB的外表面上(假设 在该侧面上没有迹线或者迹线以某种已知方式与所述板电绝缘)，或者可以 完全省略该板。
将由诸如层状金、镀金镍的传导金属制成的层125施加，例如通过溅 镀沉积在支撑块110的顶部表面(因而成为接触表面)上。在本发明的一 个原型中，传导层125是一层厚度为3000A的溅镀的金，这与现有技术的 探头中的元件接触所典型要求相比相对容易制作。优选地，支撑块110的 整个顶部表面设置有传导层125，以便提供与PZT元件115的最佳电接触。 虽然，为确保良好的电接触，PZT元件115的底部表面同样可设置有类似 的溅镀在其上的传导层126，但是在很多情况下这是任选特征。支撑块IIO 的上表面优选通过平滑和抛光进行制备，以便具有尽可能平坦的上表面， 因而提供了所述层125和元件115下侧之间的完全表面接触。
迹线104、 105向上延伸至传导层125并与传导层125相结合，由此形 成无需焊接就能到达每一个PZT元件的不间断电通路。本质上，为无焊接 的"T形"电极(PCB 102和层125上的迹线104、 105)提供与PZT元件
下侧的完全电接触。当然，如果PCB安置在支撑块110的侧面上并未嵌入 其中，那么电极将具有倒"L"形状。尽管在理论上(并且经常在实际中)， 每一个PZT元件仅需要一条迹线以提供电接触，但是每一个元件可设置有 一条以上的迹线，以提高与传导层125电接触的可能性和完整性，因而也 提高了与PZT电接触的可能性和完整性。
如图2所示，分割切口 210、 212 (简便起见，仅标识出两个) 一直延 伸通过一个(或多个)匹配层、PZT层和传导层125进入支撑块，以便使 各PZT元件彼此电气上隔离，具体而言，使得金属层125不会与任何元件 形成电气上短路。应当注意的是，附图不一定按比例绘制——在大多数根 据任意一个实施例制造的实际探头中，线性阵列中可能有超过100个(并 且在某些情况下数几百个)PZT元件，而2D阵列中甚至有更多。仅仅为了 清楚，附图并未试图(或者，对于换能器设计和制造领域的技术人员而言， 并不必要)显示附图中的元件115相对于(例如)典型透镜144的宽度或 典型迹线的长度的实际尺寸的大小。此夕卜，图2还示出了 (例如)相邻PZT 元件的迹线如何定位在PCB 102的相对侧上，因此图2中只看见迹线104。
传导层125优选地，例如通过粘结到支撑块110和PZT元件115侧面 的、由诸如Kapton/聚酰亚胺的非传导材料制成的条带130、 131，与金属板 120、 121电绝缘，所述条带130、 131汇合于支撑块110和PZT元件115 的侧面。如图1所示，这些条带将垂直于图中的平面，在水平方向上沿着 阵列114与支撑块110相接处的阵列114 (取决于PCB的安置，在两侧上 或仅在一侧上)的宽度延伸。但是对于更加复杂的情况(很容易贴附条带 130、 131并且这些条带本身也很容易制作)，同样能够省略传导层125中紧 接金属板120、 121的小区域，然后用一些非传导材料填充间隙(其甚至可 以是支撑块110自身的一部分)。
对于公知的声学原因，通常将至少一个匹配层安置在PZT元件115的 上发射表面上。图1示出了两个匹配层第一高阻抗匹配层140，和相对低 阻抗匹配层142，在该层上安置透镜144。
高阻抗匹配层140优选由石墨、铝或任何其它声学上合适的、且导热 的材料。这然后将进一步热传递到侧板120、 121，特别是在这些侧板沿着 至少高阻抗匹配层140的边缘延伸时。优选地，例如通过电镀(溅镀)或
贴箔为高阻抗匹配层140的底部表面提供由诸如金或镍/铜的导电导热材料 制成的层145。该层145不但在垂直方向上远离探头内部(发热最大的区域 典型位于透镜144的中心)朝金属板120、 121传导热量，而且优选与所述 板120、 121所形成的电接地相连接。应当注意的是，这减少了或消除了对 提供适当接地连接的专用内部导线的需求。或者，如果高阻抗匹配层140 自身由导电材料制成，那么它能够消除对传导层145的需求，但同时仍然 提供所需的导热性和导电性。
如图3所示，允许金属板120、 121沿着一个或两个(或全部)匹配层 140、 141的外缘延伸，并且胶粘或以其它方式贴附在一个或两个(或全部) 匹配层140、 141的外缘。然后可以对一个(或多个)匹配层的一个(或多 个)外缘进行电镀，以向所述一个(或多个)板120、 121提供更好的热传 递，并且提供与所述一个(或多个)板120、 121的电接触。
在许多现有技术的换能器中，PZT元件和一个(或多个)匹配层被安 置在支撑块顶部的凹进处。这至少部分地将热量限制在凹进处。在诸如附 图所示的一些的实施例中，任何一个或所有匹配层140、 141可以做得稍大 些——与支撑块的顶部表面一样宽、甚至是更宽，且其一个、甚至两个与 板120、 121直接热接触。与金属板120、 121 —起，这种"尺寸过大的" 匹配层结构同样可以在探头掉落或以其它方式遭受某种类型的冲击时增加 对PZT阵列的保护 一些冲击力将转移给所述板，所述板然后同样能够将 一些力转移给支撑块110或者诸如其外壳的其它探头结构，这取决于所选 择的探头设计。
在阵列114经层压、分割后(或者所述阵列由单独的PZT晶体构成)， 优选地，将板120、 121增加到所述阵列的侧面。然后，每一个板120、 121 的顶部边缘优选例如使用导电环氧树脂胶被胶粘或以其它方式贴附于高阻 抗匹配层140。
在普通的现有布置中，使用带有沉积迹线的单面、双面、甚至多层柔 性电路(也称之为挠性印刷电路或FPC)来传送来自主系统的电信号，以 及在支撑块110和PZT元件之间(而非之内)传送电信号。换言之，柔性 电路夹在PZT元件和支撑块顶部之间，并且在垂直方向上侧向延伸。
典型由Kapton制成的这种柔性电路，连同其沉积的迹线，通常要比标
准PCB材料更难以制造且更易碎。另外，作为实质刚性的PCB通常有更强 的物理稳定性，并且不需要复杂制造工艺就能成功地运行。应当注意的是， 本发明一个方面的优选实施例并不需要任何挠性或其它方式的非刚性元 件，并且为将要从PZT元件、透镜等中去除的热量提供了一个或更多的导 热路径。此外，将柔性电路夹在支撑块和阵列之间也意味着，提供探头内 所有内部部件易于到达的公共电气电接地通常更加困难。
PCB通常使探头装配更容易、更可靠和更一致——在使用柔性电路装 配已知的超声探头过程中，由于柔性电路的弯曲和元件薄迹线的破裂，特 别是在柔性电路具有连接各迹线的导电通孔时，往往有至少一个阵列元件 未得到使用。合适的PCB可以具有厚度最大约为2(Hi的迹线，即，明显要 比在无需通孔的情况下能够在柔性电路上可靠使用的迹线厚。PCB通常也 要比电线电路便宜很多(大约是4%)。此外，对于高频而言，夹在中间的 柔性电路能够影响超声探头的声学特性和性能。
一种关于在支撑块102内安置PCB的担心可能是，支撑块可能无法吸 收它本应该吸收的所有产生的声音，而是一些声音将穿透PCB 102自身、 反射并且引起图像噪声。但是，实验表明，这一担心大体上毫无根据。在 本发明的一个原型中，例如，PCB 102的厚度为0.4mm，并且被嵌入在厚 度为11.6mm的支撑块中。这产生足够大的衰减，使得在标准示波器上检测 不到图像；艮P，噪声处于可以忽略的程度。通常，PCB厚度与块厚度之比 应当足够低，以避免太多的反射。用于本发明任何给定应用的适当厚度能 够使用已知的实验设计方法来确定。
然而，如图4中所示，只要考虑到更加刚性的PCB 102的缺点，将有 可能使用诸如Kapton的挠性材料，即，使用柔性电路402来代替更加刚性 的PCB 102 (为清楚起见，图4中未示出迹线104、 105)。例如，对于一些 高频探头而言柔性电路的较薄剖面可能是有优势的。这种布置在制造过程 中产生一个难点，原因在于制造过程中通常在增加支撑材料并允许其围绕 柔性电路固化时必须使用某种方式将柔性电路固定在支撑框架中。然而， 在支撑块中所包括的用于实现这一目的的任何结构然后可以通过内部反射 或传导可能引起图像噪声的声音能量而自身干扰声完整性。但是，即使是 人们使用如图4中所示的柔性电路，将仍然可以获得本发明的其它优点，
例如导热效率高和电气接地。
应当注意的是，图4中所示的结构，其中柔性电路402被嵌入在支撑 块110中而不只是铺设在所述块和PZT阵列之间，其要比现有技术的布置 在物理上更加稳健，并且能消除现有技术在探头层压期间一定会产生的 PCB至PZT界面。这不但降低了制造成本，而且降低了破裂或错误的电气 接触的风险。图4中所示的结构还避免了夹层结构其它已知的问题，例如 为了在柔性电路迹线和PZT元件之间提供良好接触而焊接的需求。由于在 说明性实施例中柔性电路402并未从侧面进入且并未铺设在支撑块110和 PZT元件115之间，因此这就使增加能够提供接地和散热的金属板120、 121 会相对容易。
图5示出了根据本发明的换能器的另一实施例。在图5中，与图1中 所示结构相同或至少相当的结构具有相同的附图标记；为清楚起见，己经 去除了透镜144。但是，在本实施例中，代替分立的金属板120、 121的是 单个"盒子"，即封闭元件520，其绕着支撑块110的底部和两个侧面延伸， 当然并不在纵向方向上遮挡PZT元件。该盒子同样应当由诸如铝的导热导 电金属制成，并且通过将所述金属电镀在支撑块110的表面上，或者通过 围绕所述块形成铝箔或板并将其进行粘结，或者通过任何其它已知方法的 方式进行制作。
如前所述，将所述阵列的PZT元件(示出了其中的一个元件115)安 置在支撑块110上，在所述PZT元件和所述支撑块110之间形成基本整个 表面的接触电极。在使用图1所示的实施例时，PCB 102被固定在支撑块内 并且纵向延伸穿过所述支撑块。在图5的实施例中，PZT元件115并没有 一直横向(在垂直方向上)延伸至盒子520。这不是必需的；相反，支撑块 相对于阵列宽度的宽度(参见图5)能够使用已知的设计考虑进行选择。但 是，如果支撑块比PZT元件115宽，则将在PZT元件和盒子的每个侧面上 形成间隙510、 512。这些间隙可以留着不进行填充；即，它们可以填充空 气，这避免引起热阱，或者它们可以填充非导电但导热性良好的材料，以 便在PZT元件115与其它元件没有电气短路的情况下促进向盒子520的热 量传递。
在图5中，如前所示包括匹配层140、 141以及透镜144。然而，在该
实施例中，将由像铜这样的导电导热材料制成的诸如箔片的层545安置在 最内匹配层140和PZT元件115上表面之间。该层545向外延伸至构件520 并粘结(例如通过简单焊接)到构件520上。在图5中，层545粘结在构 件520的上边缘，这使得易于制造；然而，只要注意防止层545和层125 之间的任何电气接触，所述层也贴附到构件520靠近上边缘的内表面上。 层545然后将不但向构件520提供导热路径，而且将向构件520提供的公 共接地结构提供良好的电气接地。
图6A-6F示出了制造图1中所示探头和带有对于本领域技术人员而言 将是显而易见的某些修改的探头所涉及的主要步骤，以及示出了本发明的 其它说明性实施例。
图6A:将合适的PCB材料切割到一定大小，以形成PCB基板102。 然后在PCB 102的(各)表面上用正常方式形成迹线104 (和根据需要在背 面的迹线105)。如果PCB102为多层，那么将使用任何已知的方法来形成 迹线。
图6B:将PCB 102放置在常规的支撑预锻模(backing blocker) 600内。 使用PCB 102的一个优点在于，较容易将PCB 102固定在支撑预锻模内， 且无需内部结构来阻止其挠曲或缠绕或脱离位置，相反它将保持固化的支 撑块内，并有可能引起图像噪声。
图6C:增加为支撑块110所选的材料，并使PCB的顶部边缘与支撑块 顶部齐平。如果，引导线106 (未示出)是根本必须的，且还没有与迹线接 合，那么这可在己经将PCB102放置在支撑预锻模之前或之后完成。(可允 许PCB在增加支撑材料期间从支撑预锻模底部延伸出来。)
图6D:然后将传导层125溅镀或以其它方式增加到所述块的顶部上， 这也会使溅镀材料(例如，铜)溅镀到PCB的顶部边缘。应当注意的是， 按照溅镀到PCB 102边缘上的过程的本身性质， 一些溅镀金属也会接触迹 线104、 105的顶部部分。换言之，正如发明者已经通过制造实验所确认的， 溅镀过程不但将形成PZT电极的顶部(金属层125)，而且将建立从每一条 迹线至其在层125相应部分(分割后)的导电路径。
图6E(同样参见图2):准备完毕之后，例如，在增加完传导层126和 145后，然后使用已知方法，将PZT材料(或单独的PZT晶体，优选地)
和(各)匹配层140、 142安置在支撑块IIO上。在这一点上，阵列实质上 将是与单个大电极(金属层125)接触的单个大PZT元件。因此，通过PZT 材料和(各)匹配层分割成支撑块110来将PZT材料和(各)匹配层分开， 以使各PZT元件115在电气和声学上分开，使得一条迹线到达至各自一个 PZT元件。这种分割在换能器制造中是常用的。应当注意的是，这种分割 也会将金属层125分割成"条"，其每一 "条"对应于新分离的各PZT元件 115中的相应一个并且与其进行整个底部表面接触。热量仍将沿着每一个这 样的条向外(如图1中所示的横向)流至板120、 121。然而，板120、 121 自身不需要在物理上切割成块以防止短路，因为容易安装的绝缘条130、 131 会防止这种情况发生。
图6F:然后沿着支撑块110和PZT阵列元件的交叉处贴附绝缘条130、 131，并将金属板120、 121安置在支撑块110上。或者，可以将封闭构件 520电镀或以其它方式形成在支撑块110上。分割留下的切口同样能够填充 任何常规材料214，这一过程可以在贴附透镜144的同时完成，并且所述材 料实际上可以是与形成透镜的材料相同的材料。
权利要求
1、一种超声成像换能器(100)，其特征在于由各电声元件(115)组成的阵列(114)；具有平坦、非凹进远侧表面的支撑块(110)，所述阵列安置在所述远侧表面上；对于每一个电声元件，在所述支撑块(110)或所述电声元件(115)，或两者的接触表面的相应部分上的导电材料区域(125、126)，其与所述电声元件电接触；基本刚性的印刷电路板(PCB)(102)，其被固定到所述支撑块上并在基本垂直于所述接触表面的纵向方向上延伸；以及对于每一个电声元件，在所述PCB(102)上的至少一条导电迹线(104、105)与相应的接触表面部分(125、126)进行无焊接的电气接触，从而与所述电声元件(115)进行无焊接的电气接触，使得通过所述迹线(104、105)形成通往所述电声元件(115)的无焊接的电信号路径。
2、 根据权利要求1所述的换能器，其中，所述PCB (102)嵌入在所 述支撑块(110)中。
3、 根据权利要求1所述的换能器，其中，所述PCB (102)安置在所 述支撑块(110)的侧向表面上。
4、 根据权利要求1-3中任意一项所述的换能器，其特征还在于，至少 一个金属构件(120、 121)，其被定位于所述支撑块(110)的至少一个侧 表面上，所述金属构件纵向延伸至少远至所述阵列，并且形成公共的电气 接地接触。
5、 根据权利要求4所述的换能器，其特征还在于，电气绝缘元件(130、 131)，其将所述金属构件与在所述支撑块的所述接触表面上的所述导电材 料(125)分开。
6、 根据权利要求4所述的换能器，其特征还在于，至少一个声匹配层 (140、 142)，其被安置在所述电声元件的发射表面上。
7、 根据权利要求4所述的换能器，其中，每一个金属构件(120、 121) 的边缘区域与所述匹配层(140、 142)的相应边缘部分进行热接触。
8、 根据权利要求7所述的换能器，其特征还在于，导热金属层(145)， 其设置在所述匹配层和所述电声元件之间，并且与所述金属构件(120、 121) 接触。
9、 根据权利要求1所述的换能器，其特征还在于，声学透镜(144)， 其在纵向方向上向外地被安置在所述(各)匹配层上。
10、 一种制造超声成像换能器(100)组件的方法，其特征在于 将导电迹线(104、 105)应用在刚性印刷电路板(PCB) (102)的至少一个表面上；形成带有所述PCB的支撑块(110)，所述PCB固定于所述支撑块； 将导电层(125)溅镀在所述支撑块的远侧、非凹进平坦接触表面和所述PCB的顶部边缘上；将电声材料(115)安置在所述支撑块的所述接触表面上； 将至少一个匹配层(140、 142)安置在所述电声材料上； 将所述匹配层(140、 142)、所述电声材料和所述导电层分割成由电气上分开的各部分组成的阵列，所述电声材料的每一部分由此形成分开的电声元件(115)，而所述导电层的每一部分由此形成将所述电声元件连接到至少一条所述迹线的电极；在所述支撑块(110)的至少一个侧面上，安置金属构件(120、 121)，所述金属构件与所述支撑块的横向边缘接触，并且与所述导电层部分电气绝缘。
11、 根据权利要求10所述的方法，其特征还在于，在形成所述支撑块 期间，将所述PCB (102)嵌入在所述支撑块(110)中。
12、 根据权利要求10所述的方法，其特征还在于，安置每一个金属构 件(120、 121)，使其与所述匹配层电接触。
13、 根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，其特征还在于，将传 导材料(145)应用于在所述匹配层(140)，并且安置每一个金属构件(130、 131)，以使其与所述匹配层的所述传导材料电接触。
14、 根据权利要求10所述的方法，其特征还在于，将声学透镜(144) 安置在所述匹配层(140、 142)上。
全文摘要
一种超声换能器(100)包括由各PZT元件(115)组成的阵列(114)，所述阵列安置在支撑块(110)的非凹进远侧表面上。每一个元件和支撑块之间是作为金属层的一部分形成的传导区域(125、126)，所述金属层溅镀在所述远侧表面上。在纵向延伸的电路板(102)——优选地，可以嵌入在所述块中的基本刚性的印刷电路板——上的各迹线(104、105)将所述传导区域，并因此将PZT元件与任何常规的外部超声成像系统相连接。因此，无需焊接形成每一个元件的大体上为“T”形或“倒L”形的电极。安置在所述支撑块的相应横向表面上的至少一个纵向延伸的金属构件(120、121)形成散热器和公共的电气接地。诸如箔的导热导电层(125)将热量从安置在元件上的至少一个匹配层传递至金属构件。
文档编号A61B8/00GK101361664SQ20081021548
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月4日 优先权日2007年8月3日
发明者郭小骢 申请人:迈瑞控股(香港)有限公司