超声换能器制造技术

一种用于生产多个压电超声换能器元件的方法，该方法包括在基材片的表面的至少一部分上提供或沉积压电材料，以形成分层构件；以及由分层构件形成一个或多个压电超声换能器元件。

ultrasonic transducer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声换能器
本专利技术涉及超声换能器设备和相关系统和方法。
技术介绍
使用超声波的分析在一系列应用中(特别是在诸如医学成像的成像中)，以及在诸如无损检测(NDT)的领域中(特别是在工业NDT中)显示出巨大的希望。使用超声技术的牙齿成像是合适应用的一个示例，其中超声成像可用于确定牙齿层的(例如，牙釉质、牙本质和牙髓的)性质，以及确定和表征层的厚度以及在其中的任何缺陷、疾病或其他问题。超声换能器可操作以产生超声波，该超声波被传输到样本(例如，牙齿或硬质材料)中，并且检测从样本的层之间的界面(例如，牙釉质和牙本质之间或者牙本质和牙髓之间的界面)反射的超声波的反射。通过使用诸如飞行时间和其他分析的技术，可对样本(例如牙齿)的层成像，从而表征样本。超声波在该应用中的应用是特别有利的，因为传统的牙齿成像技术涉及使用X射线，X射线对接受者和执行辐射的医师都有潜在的危害，并且需要安全、昂贵、耗时的放射性物质控制。传统的超声换能器通常由块状陶瓷材料形成，其可能成本高、体积大且难以制造，特别是具有许多应用所需的形状和性能。本专利技术的至少一个实施例的至少一个方面是为了提供一种改进的超声换能器和相关系统和/或改进的成像或测试方法，特别是医学成像方法，最特别是牙齿成像方法或者替代地工业非破坏性测试方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造一个或多个(优选地多个)压电构件或元件(例如超声换能器元件)的方法。该方法可包括在基材的至少一部分上提供或沉积压电材料(例如，基材片)，例如以形成分层构件。压电材料可布置或沉积在基材的至少一部分上，以便覆盖基材(例如基材片)的表面的至少一些、大部分或全部。一个或多个压电构件或元件(例如超声换能器构件或元件)可由分层构件(例如，在其上提供或沉积有压电材料的基材(例如基材片))形成。该方法可包括例如在压电材料或基材上提供或沉积一层介电材料。可在至少部分或全部表面(例如，介电材料的相对于基材的另一或相对侧或表面)上提供或沉积介电材料。介电材料可以是聚合物、塑料或环氧树脂，例如SU8。介电材料可具有小于1mm的厚度。介电材料可具有高电压密度。介电材料可以是电绝缘体。该方法可包括以下中的一个或多个：从分层构件(例如，在其上提供或沉积有压电材料的基材(例如基材片))切割、冲压、释放和/或以其他方式形成一个或优选地多个成形部分。成形部分可以是或者形成换能器元件，或可以是或形成用于生产其上的换能器元件的坯料。成形部分(例如换能器元件或坯料)可包括有源部分和从有源部分突出的至少一个突片。在使用中，有源部分可适于产生超声波。突片可适于用作电连接器或电极。有源部分可以是至少部分圆形的(除了与突片的接口之外)、椭圆形、四边形(例如正方形或矩形)或其他适当形状的部分。该方法可包括相对于有源部分弯曲突片，以使得突片成角度，例如，至少45°、至少60°或垂直于有源部分。可弯曲突片，以使得突片朝向由压电材料形成的分层构件的表面弯曲，例如，远离由压电材料形成的分层构件的表面。以这种方式，所得的压电构件或元件可包括有源部分和与有源部分成角度的突片。多个(例如大量的)这种压电构件或元件可由沉积在基材上的单片压电材料制成。压电构件或元件可以是或形成换能器元件，或者可以是或形成可用于生产换能器元件的坯料或部件。以这种方式，可生产大量压电构件或元件(例如，使用片沉积和切割或冲压工艺)，其中，压电构件或元件随后可组装成换能器。以这种方式，本方法可包括使用单个沉积步骤，生产多个或甚至许多换能器构件或元件。这导致更便宜且更容易生产换能器，并且允许提高生产率。这与压电材料单独沉积以形成单个换能器或生长单晶并且单晶用于单个换能器的方法形成对比。单晶的生长可能是耗时的。另外，使用单晶形成单个换能器可能是困难的，因为单晶难以切割成所需的尺寸和/或角度，例如，用于形成高频换能器。在单个换能器的形成中使用单晶可能导致大量浪费并且通常可能导致制造困难。根据本专利技术的第二方面，提供了一种组装超声换能器的方法。该方法可包括提供或形成换能器元件。可使用第一方面的方法形成换能器元件。该方法可包括在基材的至少一部分上布置或沉积压电材料，例如，至少部分地形成换能器元件。基材可被配置或布置成提供超声换能器的第一电极或电连接器。该方法可包括将至少一个第二电极或电连接器连接到换能器元件，例如，到压电材料。基材可被配置或布置成提供超声换能器的第一电极或电连接器。该方法可包括将至少一个第二电极或电连接器连接到换能器元件，例如，到压电材料。至少一个第二电极的横向范围或表面积(或组合的横向范围或表面积)可小于压电材料的横向范围或表面积。接触、耦合或接合或支撑换能器元件的一个或多个第二电极的一个或多个连接区域的表面积(例如，总表面积或组合表面积)可小于或大体上小于换能器元件的(或其压电材料的)表面积。换能器元件可在离散或间隔开的接触区域或其表面的一部分(例如压电材料的表面)上被支撑、耦合、接合或接触。换能器元件可由超声换能器的一个或多个支撑结构、在换能器元件的仅一些但不是全部的表面(例如，压电材料的表面)上被支撑、耦合、接合或接触。该方法可包括将多个第二电极或电触头连接到换能器元件，例如，到压电材料。每个第二电极的横向范围或表面积，或多个第二电极的总或组合横向范围或表面积可小于换能器元件的(例如，压电材料的)横向范围或表面积。该方法可包括在将第二电极或电连接器连接到换能器元件(例如，到压电材料)之前，形成或成形换能器元件(例如，基材和/或压电材料)。例如，换能器元件可以是或包括基材和/或压电材料片的一部分或由其形成。该方法可包括从基材和/或压电材料片切割和/或释放基材和/或压电材料的一部分。该方法包括在压电材料上布置另一背衬元件。该方法可包括将基材、压电材料、该/每个第二电极或多个第二电极和另一背衬元件中的至少一个布置在壳体中。该方法可包括在壳体中布置延迟材料的至少一部分。延迟材料的至少一部分可布置在壳体的接合元件和基材之间。延迟材料可被配置为在由设备接收的超声波和由设备产生的超声波之间引入时间延迟。根据本专利技术的第三方面，提供了一种组装超声换能器的方法。该方法可包括提供基材。该方法可包括提供压电材料。压电材料可布置或沉积在基材的至少一部分上。基材可被配置或布置成形成超声换能器的第一电极或电连接器。该方法可包括将第二电极或电连接器连接到压电材料。第二电极或电连接器的横向范围或表面积可小于压电材料的横向范围或表面积。根据本专利技术的第四方面，提供了一种用于对物体成像的超声换能器。超声换能器可适用于物体的生物医学成像。超声换能器可用于牙齿应用。例如，超声换能器可适用于口腔结构(例如牙齿结构)的成像。超声换能器可被配置成用于非破坏性测试。超声换能器可包括换能器元件，其可以是或包括平面的薄膜或分层的换能器元件。换能器元件可包括基材，例如非压电基材。基材可以是柔性基材。基材可以是薄的和/或独立的基材。基材可任选地但不是基本上是或包括膜或箔。基材可以是导电基材。基材可被配置或布置成形成超声换能器的第一电极或电连接器，或者可电连接到第一电极或电连接器。换能器元件可包括压电材料。压电材料可布置或沉积在基材的至少一部分或全部上。基材和压电材料可以是、形成、包括或包含在分层的换能器元件的层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造多个压电超声换能器元件的方法，所述方法包括：在基材片的表面的至少部分上提供或沉积压电材料，以形成分层构件；以及从所述分层构件形成一个或多个压电超声换能器元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.11 GB 1619108.21.一种用于制造多个压电超声换能器元件的方法，所述方法包括：在基材片的表面的至少部分上提供或沉积压电材料，以形成分层构件；以及从所述分层构件形成一个或多个压电超声换能器元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压电材料布置或沉积在所述基材的所述表面的所述至少部分上，以便覆盖所述基材片的所述表面的至少大部分或全部。3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下组中的一个或多个：从所述分层构件切割、冲压、释放和/或以其他方式形成一个或优选地多个成形部分，所述成形部分形成所述换能器元件或用于从其产生所述换能器元件的坯料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述成形部分包括有源部分和从所述有源部分突出的至少一个突片，并且所述方法包括相对于所述有源部分弯曲所述突片，使得所述突片相对于所述有源部分成角度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括在所述压电材料的表面的至少一些或全部上提供或沉积介电材料层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述压电材料是以下组中的至少一个：无机、结晶、多晶和/或非聚合材料。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述压电材料处于具有压电特性的连续材料层中，其中，所述压电材料在非压电材料矩阵内不包括压电材料的离散区域。8.一种用于对物体成像的超声换能器，所述超声换能器包括换能器元件、至少一个第一电极或电触头，以及至少一个第二电极或电触头，其中，所述换能器元件包括：基材；以及压电材料，所述压电材料布置或沉积在所述基材的至少一部分上；以及所述至少一个第二电极或电触头连接、耦合或接合到所述换能器元件；以及接触、耦合或接合到或支撑所述换能器元件的所述至少一个第二电极或电触头的区域的总表面积或组合表面积小于所述换能器元件的表面积。9.根据权利要求8所述的超声换能器，其中，所述超声换能器被配置为在非谐振下操作。10.根据权利要求8或9所述的超声换能器，还包括设置在所述压电材料的表面的至少一些或全部上的介电材料。11.根据权利要求8至10中任一项所述的超声换能器，其中，所述压电材料是以下组中的至少一个：无机、结晶、多晶和/或非聚合材料。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述压电材料处于具有压电特性的连续材料层中，其中，所述压电材料在非压电材料矩阵内不包括压电材料的离散区域。13.根据权利要求8至12所述的超声换能器，其中，所述换能器元件仅在离散或间隔开的接触区域或其表面的一部分上被支撑、耦合、接合或接触。14.根据权利要求8至13中任一项所述的超声换能器，其中，所述换能器元件中的至少一些是自由的、浮动的或不被支撑的。15.根据权利要求8至14中任一项所述的超声换能器，其中，所述换能器元件是分层薄膜换能器元件，并且其中，所述压电材料和所述基材形成多层所述换能器元件。16.根据权利要求15所述的超声换能器，其中，所述基材包括金属箔，并且所述压电材料沉积在所述金属箔上。17.根据权利要求8至16中任一项所述的超声换能器，其中，所述基材形成或连接到所述第一电极或电触头。18.根据权利要求8至17中任一项所述的超声换能器，其中，所述超声换能器被布置成使得所述压电材料和基材由所述第二电极或电连接器悬挂。19.根据权利要求8至18中任一项所述的超声换能器，其中，所述第二电极或电连接器布置在所述换能器元件上，使得所述第二电极或电连接器在大体垂直于所述换能器元件的表面的方向上延伸。20.根据权利要求8至19中任一项所述的超声换能器，其中，所述多个第二电极包括或限定第二电极或电连接器的阵列。21.根据权利要求8至20中任一项所述的超声换能器，其中，所述超声换能器包括另一背衬元件，所述另一背衬元件被配置为允许阻尼由所述压电材料产生的超声波。22.根据权利要求21所述的超声换能器，其中，所述另一背衬元件布置在所述压电材料上，使得所述另一背衬元件支撑所述基材和所述压电材料和/或围绕所述/每个第二电极或所述多个第二电极。23.根据权利要求21至22中任一项所述的超声换能器，其中，所述另一背衬元件包括绝热材料。24.根据权利要求8至23中任一项所述的超声换能器，其中，所述超声换能器包括壳体，所述壳体用于容纳所述换能器元件、所述/每个第二电极或所述多个第二电极和/或所述另一背衬元件中的至少一个。25.根据权利要求24所述的超声换能器，其中，所述超声换能器包括诸如柔性膜的接合元件，其用于接合或接触物体，所述接合元件布置在所述壳体的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·休斯，大卫·赫特森，
申请(专利权)人：诺沃声波有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB