超声阵列换能器的制造制造技术

本申请描述了用于制造柔性超声换能器阵列或在制造柔性超声换能器阵列中使用的方法，以及得到的超声换能器阵列。该方法包括在箔衬底上提供压电材料层，并且采用增材技术将至少一个电极施加于压电材料的表面，使得电极以电极阵列布置。该方法还包括采用增材技术将多个导电线路和多个电连接器施加于压电材料的表面或施加于设在压电材料的表面上的电介质材料层，使得相应的导电线路将相应的电极电连接至相应的电连接器。增材技术包括掩模、沉积、光图形化、印刷或图形化涂覆中的至少一种。可选地，压电材料层包括已沉积在箔上的无机压电材料层。料层。料层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声阵列换能器的制造


[0001]本申请涉及超声换能器及其制造，尤其是但并不限于超声换能器阵列。

技术介绍

[0002]超声跨越的声频范围高于人类能够听到的范围，并且超声通常具有大于20kHz的频率。典型的运行范围从20kHz延伸至200MHz。运行的所需频率范围可以根据需要的应用而变化。例如，对于非破坏性测试而言，可以优选100kHz到20MHz范围之间的频率。对于医学成像而言，可以优选1MHz到100MHz范围之间的频率。在牙科成像中，可以优选频率范围在20MHz到200MHz之间的频率。然而，以上内容仅仅是示例性的，根据实际应用可以要求不同的运行超声频率。由于涉及高得多的频率，超声装置通常与一般用于可听应用的那些装置非常不同。
[0003]使用超声波的分析在一系列应用中显示出很大的前景，特别是在诸如医学成像的成像中，而且也在诸如非破坏性测试(Non-destructive Testing，NDT)的领域中，特别是在工业NDT中。使用超声技术的牙科成像是合适应用的一个示例，其中，超声成像可以用于确定牙齿的层的特性。然而，超声具有广泛的用途，并且超声的应用不限于这些示例。
[0004]超声换能器可操作为产生被传输到样本中的超声波，并且检测从样本的层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，可以对样本的各层进行成像，从而表征样本。
[0005]常规的超声换能器通常由大块陶瓷材料形成，这样可能是成本高、体积大并且难以制造，特别是在具有针对许多应用所期望的形状和特性时。此外，传统的超声换能器不容易使用自动化技术制造，并且通常需要高度的手动操作。因此，亟需改进的超声换能器及其制造方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的各个方面在独立权利要求中限定。从属权利要求中限定了一些优选特征。
[0007]根据本申请的第一方面，提供了一种用于制造超声换能器或在制造超声换能器中使用的方法，该方法包括：
[0008]提供压电材料层；
[0009]使用一个或多个增材技术以将至少一个电极施加于所述压电材料的表面，和/或以在例如所述压电材料的所述表面上或设于其上的电介质材料层上形成至少一个导电线路和或至少一个电连接器。
[0010]可以采用一个或多个增材技术来完全地印刷形成或以其他方式形成一个或多个电极、一个或多个导电线路以及一个或多个电连接器。在一些示例中，可以采用一个或多个增材技术在例如压电材料层上和/或设于其上的电介质材料层上一体地形成至少一个或多个电极、一个或多个导电线路和/或一个或多个电连接器。电介质材料层可以为中间层。这
样，就可以不需要形成分离开的电极、导电线路和/或电连接器。上述布置有利于超声换能器的完全柔性(例如，弯曲性)以及针对全范围的应用的简单定制。本方法可以包括通过采用增材技术形成的导电线路连接至触点的电极。这样可以允许采用回流焊接方法将标准电连接附接至触点，而不用传统走线或手动走线附接至电缆或接口。这样可以简化生产工艺并且可以提供更加稳健、柔性的换能器。
[0011]压电材料层可以设置在衬底上。
[0012]该方法可以包括采用增材技术提供多个电极，例如，电极阵列。电极阵列的电极可以分布在一个或两个维度上。在一个示例中，电极阵列的电极可以线性地分布。然而，电极的阵列不一定线性地分布并且可以分布在两个维度上，例如，诸如(但不限于)网格形的阵列，圆形的阵列，环状地同心或嵌套的电极，依赖于连接器的、布置为树状结构的电极，或者其他的布置。通过使用本文所述的方法，可以实现在生产具有不同的电极布置或图案、不同的电极尺寸、不同的电极数量和不同的电极形状的电极阵列方面更高的自由度。这样，可以容易地选定电极在电极阵列中的定位、设置在不同位置上的电极的尺寸、电极的数量和电极的形状，以产生由换能器阵列产生的所需要的超声波束焦点或形状。例如，电极可以是矩形、正方形、圆形、椭圆形或环形、多边形和/或其他形状。
[0013]所述至少一个电极可以是至少一个工作电极，包括至少一个工作电极，或者被包括在至少一个工作电极中。
[0014]相应的导电线路可以将相应的电极电连接至相应的电连接器。这样，电极阵列的每个电极可以是单独地可寻址的。
[0015]增材技术可以包括掩模和/或光图形化。所述方法可以包括将抗蚀材料施加于例如压电材料层的表面。所述方法可以包括例如在压电材料层的至少部分或整个表面的上方施加抗蚀材料层。抗蚀材料可以是或包括光刻胶。抗蚀材料可以是或包括树脂材料，例如SU-8。抗蚀材料可以通过辐射(例如通过可见光、紫外线(UV)、远紫外线(extreme UV，EUV)等)而可活化或可反应。
[0016]所述方法可以包括提供掩模板。掩膜板可以限定开口的图案。掩模板的形状和/或开口的图案可以反映或象征电极的形状、导电线路的形状和/或连接器的形状。所述方法可以包括通过掩膜板向抗蚀材料施加辐射，使得例如抗蚀材料的仅选定区域(受掩膜板例如其开口的形状和/或图案所控制)才接收到辐射。所述辐射可以与接收辐射的抗蚀材料的选定区域进行选择性地交联，或以其他方式改变所述选定区域，或与选定区域进行反应。所述方法可以包括去除抗蚀材料层的一部分，例如，去除抗蚀材料的已暴露于辐射的选定区域之外的部分(在抗蚀材料是负性光刻胶的情况下)，或者去除抗蚀材料层的已暴露于辐射的选定区域(在抗蚀材料是正性光刻胶的情况下)。可以采用合适的溶剂，例如，水、有机溶剂和/或极性溶剂来实现去除抗蚀材料层的一部分。
[0017]在去除抗蚀材料的一部分后，剩余的抗蚀材料可以通过抗蚀材料来限定一系列的开孔或开口，以例如通过开口或开孔来暴露压电材料。至少一些开孔或开口可以限定所述至少一个电极(例如，电极阵列的电极)的位置。至少一些开口或开孔可以限定至少一个导电线路和/或至少一个电连接器的位置。至少一些或全部的开口或开孔(例如限定至少一个电极的位置的开孔或开口)可以为细长形，并且可以为0.1mm到10mm长和0.01mm到1mm宽，例如0.5mm到5mm长和0.05mm到0.5mm宽，诸如1mm
×
0.1mm。电极的宽度可以对应于(例如可以
是)λ/2上下的20％之内，其中λ为由换能器产生的超声波的运行波长。抗蚀材料的切口可以保留在至少一些或全部的开孔或开口之间，例如在限定所述至少一个电极的位置的开孔或开口之间。缝可以为0.01mm到0.1mm宽。上述的尺寸在高频应用时是尤其有利的。然而，采用传统技术来生产具有这些尺寸的超声换能器阵列，至少对于足够的质量和可重复生产性来说，是非常困难的。
[0018]所述方法可以包括将导电材料至少施加于抗蚀材料层中的开孔或开口，和/或压电材料层的未被抗蚀材料覆盖的部分。导电材料可以是或包括金属或金属材料，例如，金。可以采用掩模沉积来施加导电材料。导电材料可以施加为使其可选择性地仅沉积在压电材料的至少一些或整个所述部分上，该压电材料的至少一些或整个所述对应于压电材料的与开口或开孔相对应的部分，和/或该压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造柔性超声换能器或在制造所述柔性超声换能器阵列中使用的方法，所述柔性超声换能器用于成像和非破坏性测试，所述方法包括：在箔衬底上提供压电材料层；采用增材技术将多个电极施加于所述压电材料的表面，并且将多个导电线路和多个电连接器施加于所述压电材料的所述表面或施加于设置在所述压电材料的所述表面上的电介质材料中间层，其中所述电极以电极阵列布置，并且相应的导电线路将相应的电极电连接至相应的电连接器；其中，所述增材技术包括掩模、沉积、光图形化、印刷或图形化涂覆中的至少一种。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少所述电极、导电线路和电连接器均为采用所述一个或多个增材技术一体形成。3.根据权利要求1所述的方法，包括：将抗蚀材料施加于所述压电材料层的所述表面；提供掩膜板，所述掩膜板限定开口图案，所述开口图案反映或象征所述电极的形状、所述导电线路的形状和/或所述连接器的形状；通过所述掩膜板将辐射施加于所述抗蚀材料，使得所述抗蚀材料的仅选定区域接收所述辐射，并受所述掩膜板的所述开口图案所控制，使得所接收的辐射与所述抗蚀材料的接收所述辐射的所述选定区域进行选择性地交联或以其他方式改变所述选定区域或与所述选定区域进行反应；根据所述抗蚀材料层的一部分是否接收到所述辐射来去除所述抗蚀材料层的所述一部分；以及将导电材料至少施加于未被抗蚀材料覆盖的所述压电材料的一部分，以形成所述至少一个电极(例如所述电极阵列的电极)、所述至少一个导电线路和/或所述至少一个电连接器。4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述至少一个电极(例如所述电极阵列的电极)为细长形。5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述至少一个电极(例如所述电极阵列的电极)为0.1mm到10mm长且为0.01mm到0.1mm宽，并且彼此间隔开0.01mm到0.1mm。6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述至少一个导电线路中的一个或多个导电线路中的至少一部分或所述至少一个导电线路中的每一个导电线路的至少一部分远离其他导电线路中的一个或多个导电线路延伸、展开或成扇形散开，或者远离所述其他导电线路中的每一个导电线路延伸、展开或成扇形散开。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电连接器之间的间隔...

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