包括具有复合结构的匹配层的超声换能器及其制造方法技术

公开了一种包括具有复合结构的匹配层的超声换能器及其制造方法。根据本发明专利技术的一个实施方式的超声换能器包括：有源元件，其包括至少一个压电元件；以及匹配层，其在所述有源元件的前表面上形成，具有至少两层结构，并且对有源元件与被检查的对象之间的声阻抗进行匹配，其中，为了匹配有源元件与被检查的对象之间的声阻抗，通过使用N个数目(N是整数，且N≥2)的材料，所述匹配层各自具有声阻抗量值彼此不同的2N个数目的层。

Ultrasonic transducer with a matching layer with composite structure and its manufacturing method

An ultrasonic transducer including a matching layer with a composite structure and a manufacturing method are disclosed. According to one embodiment includes ultrasonic transducer of the invention: the active element, which comprises at least one piezoelectric element; and the matching layer, formed on the front surface of the active element, with at least two layer structure, and the acoustic impedance between the active element and the inspected object matching, which in order to, acoustic impedance between the active element and object matching is examined, by using N (N is an integer number, and N = 2) of the material, the matching layer have different acoustic impedance value 2N a number of layers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括具有复合结构的匹配层的超声换能器及其制造方法
本专利技术涉及一种能够通过使用超声波来获取被检查的对象的内部的图像信息的超声换能器。
技术介绍
超声诊断设备是通过用超声信号照射被检查的对象并使用从所述对象反射的超声信号来对被检查的对象的内部组织进行成像的设备。超声诊断设备可以通过以下操作来获取诊断区域的图像信息：朝向对象的诊断区域发送超声信号，并且接收从对象的具有不同声阻抗的内部组织的界面反射的超声信号。超声诊断设备包括：超声换能器，其被配置成朝向被检查的对象发送超声信号并且接收从被检查的对象反射的超声信号。超声换能器大致分为有源元件、匹配层和背衬层。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种能够减小匹配层的声阻抗变化以使得超声换能器的带宽和灵敏度增加的超声换能器，以及一种制造该超声换能器的方法。技术方案根据实施方式的超声换能器包括：有源元件，其包括至少一个压电元件；以及匹配层，其具有至少两层结构并且在有源元件的前面形成，以对有源元件与被检查的对象之间的声阻抗进行匹配，其中，所述匹配层通过使用在有源元件与被检查的对象之间进行声阻抗匹配的N种材料(N是整数，且N≥2)来形成具有不同的声阻抗量值的2N个层。根据实施方式的匹配层可以包括：第一层，其由具有第一阻抗值的第一材料形成；第二层，其由具有第二阻抗值的第二材料形成；以及第三层，其在第一层与第二层之间形成，并且被配置成通过将第一材料和第二材料组合来减小第一层与第二层之间的声阻抗变化。匹配层还可以包括第四层，该第四层在位于匹配层的前面的声透镜与第二层之间形成，所述第四层被配置成通过将声透镜材料和第二材料组合来减小声透镜与第二层之间的声阻抗变化。根据实施方式的第三层可以具有考虑到声阻抗变化而调节的以下中的至少一个：第一材料与第二材料之间的间距；第一材料的宽度和第二材料的宽度；以及第一材料和第二材料的层厚度。根据实施方式的第三层可以由以锯齿状交替布置的第一材料和第二材料形成。根据实施方式的第三层可以由以多面体、圆、角以及柱中的至少一种形式设置的第一材料和第二材料形成。根据实施方式的第四层可以具有考虑到声阻抗变化而调节的以下中的至少一个：第二材料与声透镜材料之间的间距；第二材料的宽度与声透镜材料的宽度；以及第二材料和声透镜材料的层厚度。根据所述实施方式的第四层可以由以锯齿状交替布置的第二材料和声透镜材料形成。根据实施方式的第四层可以由以多面体、圆、角以及柱中的至少一种形式设置的第二材料和声透镜材料形成。根据实施方式的匹配层可以具有在各层之间以阶梯式的且不连续的方式变化的声阻抗变化。根据实施方式的匹配层可以包括具有比上层的声阻抗值大的声阻抗值的下层。根据另一实施方式的超声换能器包括：具有至少两层结构的匹配层；以及在匹配层的前面形成的声透镜。其中，所述匹配层包括：第一层，其由第一材料形成；以及第二层，其在第一层与声透镜之间形成，并且被配置成通过将第一材料和形成声透镜的材料组合来减小第一层与声透镜之间的声阻抗变化。根据另一实施方式的制造超声换能器的方法包括制造交错匹配层(IML)，其中，所述IML的制造包括：形成由第一材料形成的第一层；在第一层中加工多个凹槽；通过将第二材料浇注到第一层的凹槽中并填充凹槽来形成由第一材料和第二材料的组合形成的第二层；以及通过将第二材料在第二层上堆叠并调节所堆叠的第二材料的厚度来在第二层上形成由第二材料形成的第三层。根据其他实施方式的匹配层的制造还可以包括：在由第二材料形成的第三层中加工多个凹槽；以及通过将声透镜材料浇注到第三层的凹槽中并填充凹槽来形成由第二材料和声透镜材料的组合形成的第四层。其中，所述方法还可以包括：通过将声透镜材料在第四层上堆叠并调节所堆叠的声透镜材料的厚度和形状来在第四层上形成声透镜。根据其他实施方式的匹配层的制造可以包括：在由第二材料形成的第三层中加工多个凹槽；通过将第三材料浇注到第三层的凹槽中并填充凹槽来形成由第二材料和第三材料的组合形成的第四层；以及通过将第三材料在第四层上堆叠并调节所堆叠的第三材料的厚度来在第四层上形成由第三材料形成的第五层。有利效果根据实施方式，当将由有源元件生成的超声波通过具有小的声阻抗变化的交错匹配层(IML)传送至被检测的对象时，超声换能器的灵敏度和带宽增加。另外，可以利用最小量的材料最大化调节声阻抗变化的效率。例如，当在有源元件与被检查的对象之间进行声阻抗匹配时，仅使用N种材料(N是整数，且N≥2)就可以获得使用各自具有不同声阻抗量值的2N个层的效果。此外，由于通过自由调节IML的间距和宽度来确定匹配层的声阻抗变化，因此可以增加超声换能器的设计自由度。另外，可以将根据本专利技术的IML应用于各种类型的换能器，包括线阵换能器、凸阵换能器、相控阵换能器、单个元件换能器等。另外，具有高中心频率的超声换能器导致超声换能器的匹配层较薄，这引起制造换能器的困难。然而，根据本专利技术的IML增加了匹配层的总厚度，使得确保了制造换能器的容易性。附图说明图1是示意性地示出根据本专利技术的实施方式的具有交错匹配层(IML)的超声换能器的配置的结构视图。图2是示意性地示出根据本专利技术的实施方式的超声换能器的配置的结构视图。图3是示意性地示出根据本专利技术的另一实施方式的超声换能器的配置的结构视图。图4和图5是示意性地示出根据本专利技术的其他实施方式的超声换能器的配置的结构视图。图6至图8是示出根据本专利技术的各种实施方式的IML的结构视图。图9是示出根据本专利技术的实施方式的超声诊断设备的框图。图10是示出制造根据本专利技术的实施方式的超声换能器的方法的流程图。图11是示出根据图10示出的方法制造的IML的形式的参考视图。图12和图13是示出具有根据本专利技术的实施方式的匹配层的超声换能器与普通的超声换能器之间的性能差异的曲线图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施方式。在本专利技术的描述中，将省略对于相关的已知功能或构造的详细描述，以避免使本公开内容的主题不清楚。此外，考虑到本公开内容的实施方式中的功能来定义以下使用的术语，并且所述术语可以随着用户和操作者的意图或习惯而变化。因此，术语的定义应该基于本说明书的总体内容来确定。在描述中，当将第一材料层称为在第二材料层上形成时，除非上下文另外明确地指示，否则第一材料层可以直接在第二材料层上，或者第一材料层与第二材料层之间可以存在介于中间的第三材料层。图1是示意性地示出根据本专利技术的实施方式的具有交错匹配层(IML)的超声换能器的配置的结构视图。在本文中，术语“示意性”表示附图示出包括在超声换能器中的部件之间的相对位置关系或相对堆叠关系。因此，包括在超声换能器中的部件的详细的形状和厚度可能不一定与附图中示出的一致。参照图1，超声换能器1包括背衬层10、有源元件11以及匹配层12。超声换能器1可以是单个元件换能器或者可以是包括多个元件110的阵列换能器。本专利技术可以应用于所有类型的阵列换能器，包括线阵换能器、凸阵换能器、相控阵换能器等。以下描述是关于阵列换能器作出的。然而，应该理解的是，本专利技术不受以下描述的实施方式限制。在图1中，将布置超声换能器1的元件110的方向称为方位方向，将波束信号行进的深度方向称为轴向方向，并且将与这两个方向正交的方向称为垂直方向。同一孔中存在越多的元件，横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器，包括：有源元件，其包括至少一个压电元件；以及匹配层，其具有至少两层结构并且在所述有源元件的前面形成，以对所述有源元件与被检查的对象之间的声阻抗进行匹配，其中，通过使用N种材料(N是整数，且N≥2)，所述匹配层形成具有不同的声阻抗量值的2N个层，以对所述有源元件与所述被检查的对象之间的声阻抗进行匹配。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声换能器，包括：有源元件，其包括至少一个压电元件；以及匹配层，其具有至少两层结构并且在所述有源元件的前面形成，以对所述有源元件与被检查的对象之间的声阻抗进行匹配，其中，通过使用N种材料(N是整数，且N≥2)，所述匹配层形成具有不同的声阻抗量值的2N个层，以对所述有源元件与所述被检查的对象之间的声阻抗进行匹配。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其中，所述匹配层包括：第一层，其由具有第一阻抗值的第一材料形成；第二层，其由具有第二阻抗值的第二材料形成；以及第三层，其在所述第一层与所述第二层之间形成，并且被配置成通过将所述第一材料和所述第二材料组合来减小所述第一层与所述第二层之间的声阻抗的变化宽度。3.根据权利要求2所述的超声换能器，其中，所述匹配层还包括：第四层，其在位于所述匹配层的前面的声透镜与所述第二层之间形成，并且被配置成通过将声透镜材料和所述第二材料组合来减小所述声透镜与所述第二层之间的声阻抗的变化宽度。4.根据权利要求2所述的超声换能器，其中，所述第三层具有考虑到声阻抗变化的变化宽度而调节的以下中的至少一个：所述第一材料与所述第二材料之间的间距；所述第一材料和所述第二材料的宽度；以及所述第一材料和所述第二材料的层厚度。5.根据权利要求2所述的超声换能器，其中，所述第三层由以锯齿状交替布置的第一材料和第二材料形成。6.根据权利要求2所述的超声换能器，其中，所述第三层由以多面体、圆、角以及柱中的至少一种形式设置的第一材料和第二材料形成。7.根据权利要求3所述的超声换能器，其中，所述第四层具有考虑到声阻抗的变化宽度而调节的以下中的至少一个：所述第二材料与所述声透镜材料之间的间距；所述第二材料和所述声透镜材料的宽度；以及所述第二材料和所述声透镜材料的层厚度。8.根据权利要求3所述的超声换能器，其中，所述第四层由以锯齿状交替布置的第二材料和声透镜材料形成。9.根据权利要求3所述的超声换...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢龙来，李沅锡，裵凡硕，李亨根，
申请(专利权)人：爱飞纽医疗机械贸易有限公司，庆北大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR