CN108459085A

CN108459085A - 超声探头

Info

Publication number: CN108459085A
Application number: CN201810153790.5A
Authority: CN
Inventors: 具真浩; 权成度; 金成珍; 朴重炫
Original assignee: Samsung Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: KR20180096298A; US10932755B2; US20180235575A1; CN108459085B; EP3363549A1; KR102717595B1; EP3363549B1

Abstract

在此公开一种可减小其制造失败率的多排超声探头。所述超声探头包括：压电层，被构造为产生超声波；声层，设置在所述压电层的后侧；柔性印刷电路板，设置在所述声层的后侧；以及声吸收层，被构造为吸收通过所述压电层产生并朝向所述超声探头的后表面传播的超声波，所述声吸收层设置在所述柔性印刷电路板的后表面上。所述压电层包括被构造为在高度方向上划分所述压电层的切口。所述声层包括漏斗，所述漏斗在从所述声层的前侧延伸到所述声层的所述后侧的方向上延伸以划分所述声层。

Description

超声探头

技术领域

本公开的实施例涉及一种使用超声波产生被测体的内部的图像的超声探头设备，更具体地，涉及一种多排超声探头。

背景技术

超声成像设备是从被测体的表面向被测体的体内的目标区域发射超声信号并使用从目标部分反射的超声信号(超声回波信号)的信息无创地获得被测体的软组织的层析成像图像或血液流动的图像的设备。

超声成像设备具有小的尺寸、便宜、能够实时显示图像、不引起辐射暴露，因此与诸如X-射线诊断设备、X-射线计算机断层(CT)扫描仪、磁共振成像(MRI)设备、核医学诊断设备等的其他成像诊断设备相比是非常安全的。因此，超声成像设备已经广泛地用于心脏科、肠胃科、泌尿科和妇产科领域的诊断。

超声成像设备可包括向被测体发射超声信号并接收从被测体反射的超声回波信号以便获得被测体的超声图像的超声探头和使用从超声探头接收的超声回波信号产生被测体的内部的图像的主体。

现有的单排(1D)探头因透镜曲率而具有物理固定的焦点，因此在焦距范围方面受到限制。

为解决现有的单排(1D)探头的问题而开发的多排(1.25D至1.75D)探头能够物理调节或电调节聚焦区，从而形成更宽的区域的高分辨率图像。因此，近来存在1.25D(3排)或更多的多排探头取代1D(1排)探头的趋势。

通过切割来划分换能器以制造多排探头，但换能器具有非常小的厚度裕量，并且非常难以切割。因此，切割时间增加、错误率高并且失败成本高。

发明内容

因此，本公开的一方面提供一种通过简单的处理可减小制造失败率的多排超声探头。

本公开的另外的方面将在以下的描述中进行部分地阐述，并且部分地将从实施方式是显而易见的，或可通过实践本公开而得到了解。

根据本公开的一方面，一种超声探头包括：压电层，被构造为产生超声波；声层，设置在所述压电层的后侧；柔性印刷电路板，设置在所述声层的后侧；以及声吸收层，被构造为吸收通过所述压电层产生并朝向所述超声探头的后表面传播的超声波，所述声吸收层设置在所述柔性印刷电路板的后表面上。所述压电层包括被构造为在高度方向上划分所述压电层的切口。所述声层包括漏斗，所述漏斗在从所述声层的前侧延伸到所述声层的所述后侧的方向上延伸以划分所述声层。

所述漏斗可包括：第一部分，连接到所述压电层；以及第二部分，连接到所述柔性印刷电路板。所述第一部分和所述第二部分可具有不同的宽度。

所述第一部分可设置在与所述切口对应的位置处，以连接到所述切口。

所述切口的宽度可与所述第一部分的所述宽度相同。

所述第一部分的所述宽度可小于所述第二部分的所述宽度。

所述第一部分的所述宽度可以是恒定的，并且所述第二部分的所述宽度可在从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上改变。

所述第一部分的所述宽度和所述第二部分的所述宽度可在从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上是恒定的。

所述第一部分的所述宽度可从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上改变。所述第二部分的所述宽度可以是恒定的。所述第一部分的所述宽度可大于所述第二部分的所述宽度。

所述声层可具有比所述压电层的声阻抗高的声阻抗。

所述声层可具有导电性。

所述声层可包括碳化钨和石墨复合材料中的至少一种。

所述声层可具有为所述压电层的波长的1/2、1/4、1/8或1/16的宽度。

所述切口的数量可以为两个或更多个，所述漏斗的数量可以为两个或更多个。

根据本公开的另一方面，超声探头包括：压电层，被构造为产生超声波；柔性印刷电路板，设置在所述压电层的后侧；以及声吸收层，被构造为吸收通过所述压电层产生并朝向所述超声探头的后表面传播的所述超声波，所述声吸收层设置在所述柔性印刷电路板的后表面上。所述压电层包括被构造为在高度方向上划分所述压电层的漏斗，所述漏斗具有宽度在从所述压电层的前侧延伸到所述压电层的所述后侧的方向上改变的部分。

所述漏斗可包括：第一部分，连接到所述压电层的所述前侧；以及第二部分，连接到所述柔性印刷电路板。所述第一部分和所述第二部分可具有不同的宽度。

所述第一部分的所述宽度可小于所述第二部分的所述宽度。

所述第一部分的所述宽度可以是恒定的，并且所述第二部分的所述宽度可在从所述压电层的所述前侧延伸到所述压电层的所述后侧的方向上改变。

所述第一部分的所述宽度和所述第二部分的所述宽度可在从所述压电层的所述前侧延伸到所述压电层的所述后侧的方向上是恒定的。

所述漏斗的数量可以为两个或更多个。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本公开的这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：

图1是传统的超声探头的结构的截面图；

图2是根据本公开的实施例的超声探头的截面图；

图3是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；

图4是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；

图5是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；

图6是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；

图7是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；

图8是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图；以及

图9是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。

具体实施方式

现将详细地描述本公开的其示例在附图中示出的实施例，其中，相同的标号始终指示相同的元件。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的实施例的超声探头。

图2是根据本公开的实施例的超声探头的截面图。

参照图2，根据本公开的实施例的超声探头包括：换能器层100；匹配层150，设置在换能器层100的前侧；声吸收层140，设置在换能器层100的后侧；以及信号电极132，设置在换能器层100和声吸收层140之间。

在一个实施例中，使用磁性物质的磁致伸缩效应的磁致伸缩超声波换能器、使用数百或数千个微型机械薄膜的振动来发送或接收超声波的电容式微型机械超声波换能器或者使用压电材料的压电效应的压电超声波换能器可被用作换能器。在下文中，将描述作为换能器的实施例的压电超声波换能器。

当机械压力施加到特定的材料时产生电压的效应以及当电压施加到其时材料机械地变形的效应分别称为压电效应和逆压电效应。具有该效应的材料称为压电材料。

也就是说，压电材料是将电能转换为机械振动能并将机械振动能转换为电能的材料。

根据本公开的实施例的换能器层100包括：压电层110，利用通过将施加到其的电信号转换为机械振动来产生超声波的压电材料形成；以及声层120，设置在压电层110的后侧。

压电层110的压电材料的示例可包括锆钛酸铅(PZT)的陶瓷、利用铌镁酸铅和钛酸铅的固溶体形成的PZMT单晶、利用由铌锌酸铅和钛酸铅的固溶体形成的PZNT单晶等。

声层120可具有比压电层110的声阻抗高的声阻抗。声层120可利用具有导电性的材料形成。声层120的厚度可以为压电层110的压电材料的波长的1/2、1/4、1/8或1/16。也就是说，当压电层110的压电材料的波长为λ时，声层120的厚度可以为1/2λ、1/4λ、1/8λ或1/16λ。

在本公开的实施例中，声层120可以是声反射器。声反射器可设置在声吸收层140的前面。声反射器可完全反射朝向声吸收层140传播的超声波。使用声反射器可增大超声探头的带宽和灵敏度。

声反射器可利用具有非常高的声阻抗的材料形成以完全反射超声波。例如，声层120可利用具有非常高的声阻抗的材料形成。例如，声层120可利用碳化钨和石墨复合材料中的至少一种形成。

电信号可提供到其的电极可形成在换能器层100的前表面上和后表面上。接地电极131可形成在换能器层100的前表面上。信号电极132可形成在换能器层100的后表面上。接地电极131和信号电极132中的每个可以是柔性印刷电路板。

如图2中所示，电极可形成在压电层110的前表面和后表面上。例如，电连接到接地电极131的第一电极111可设置在压电层110的前表面上，电连接到信号电极132的第二电极112可设置在压电层110的后表面上。可选地，形成在压电层110的前表面上的第一电极111可连接到信号电极132，形成在压电层110的后表面上的第二电极112可连接到接地电极131。

声层120可包括第三电极121和第四电极122。第三电极121可形成在声层120的前表面上，第四电极122可形成在声层120的后表面上。第三电极121和第四电极122可电连接。也就是说，第三电极121和第四电极122可以是短路的。虽然图2中示出了第三电极121和第四电极122，但本公开不限于此。与附图中所示的不同，声层120可不包括形成在其前表面和后表面上的电极。在这种情况下，声层120可利用导电材料形成。当声层120利用导电材料形成时，声层120可在不具有第三电极121和第四电极122的情况下电连接到第二电极112和信号电极132。

匹配层150设置在换能器层100的前表面上。匹配层150通过减小换能器层100与被测体之间的阻抗差异使换能器层100和被测体的声阻抗匹配，以使通过换能器层100产生的超声波可被有效地发送到被测体。

为此，匹配层150的阻抗可具有换能器层100的声阻抗与被测体的声阻抗之间的中值。详细地，匹配层150的阻抗可具有压电层110的声阻抗和被侧体的声阻抗之间的中值。

匹配层150可包括多个匹配层，以从换能器层100朝向被测体逐步改变声阻抗。如图2中所示，匹配层150可包括第一匹配层151和第二匹配层152。多个匹配层150可利用不同的材料形成。匹配层150可利用玻璃或树脂材料形成。

虽然未示出，但透镜可设置在匹配层150的前表面上。透镜可使通过压电层110产生的超声波聚焦。透镜可利用具有与被测体的声阻抗基本上相同的声阻抗的诸如硅胶或橡胶的材料形成。透镜可以是其中央部分具有凸的弯曲表面的凸型透镜，或者可以是具有平坦的表面的线型透镜。

声吸收层140可设置在换能器层100的后侧。声吸收层140可通过抑制压电层110的自由振动来减小超声波的脉冲宽度并防止超声波在压电层110后面不必要地传播来防止超声图像的失真。声吸收层140可利用包含其中添加有环氧树脂、钨粉末等的橡胶的材料形成。

根据本公开的实施例，超声探头可以是多排探头。

当在方位方向(azimuth direction)上划分换能器层100时，单排(1D)探头包括多个元件。这里，不在高度方向上划分换能器层100。单排探头由于透镜曲率而具有物理聚焦区，因此聚焦区是固定的。因此，单排探头在聚焦区方面受到限制。

在多排(1.25D至1.75D)探头中，在高度方向以及方位方向上划分换能器层100。详细地，1.25D探头的元件在高度方向上划分为三个部分，1.5D探头的元件在高度方向上划分为四个部分，1.75D探头的元件在高度方向上划分为五个部分。也就是说，多排探头包括在高度方向上以三排或五排布置的元件。

在这样的多排探头中，聚焦区可物理调节并且电调节，因此可获得更宽的区域的高分辨率图像。

图1是传统的超声探头的结构的截面图。

为了制造多排探头，通过切割在高度方向上划分换能器层100。根据本实施例，换能器层100包括压电层110和声层120，因此应通过在高度方向上切割来划分压电层110和声层120。

如图1中所示，设置在声层120的后表面上的信号电极132可包括第五电极132-1、聚酰亚胺膜132-2和第六电极132-3。

传统地，为了制造多排探头，通过切割来划分第五电极132-1和聚酰亚胺膜132-2中的一些。在这种情况下，切割厚度裕量可以是聚酰亚胺膜132-2的厚度。可通过划分第五电极132-1形成多排探头，然而当划分第六电极132-3时，信号电极132的布线图案断开。

聚酰亚胺膜132-2可具有约12μm的厚度。在这种情况下，当在高度方向上划分换能器层100时，厚度裕量可以为12μm，对应于聚酰亚胺膜132-2的厚度。也就是说，换能器层100和信号电极132之间的厚度裕量非常小。因此，当切割的切割深度非常地小时不划分声层120，当切割深度非常大时信号电极132的布线图案断开而导致缺陷。传统地，如上所述，由于切割的切割厚度裕量非常小，因此在多排探头的制造期间错误率高。此外，不能执行中间工艺检查，因此失败成本也高。

根据本公开的实施例，可通过简单处理换能器层100来减小多排探头的工艺错误率。为此，根据本公开的实施例的压电层110可包括切口113，声层120可包括漏斗125。

压电层110可包括构造为使压电层110在高度方向上划分的切口113。切口113可使用切割工艺形成。虽然附图中仅示出了一个切口113，但是可形成在高度方向上彼此分开的两个或更多个切口113。为了制造1.25D探头，可形成两个切口113。为了制造1.5D探头，可形成三个切口113。为了制造1.75D探头，可形成四个切口113。

声层120可包括漏斗125。漏斗125可设置为连接到形成在压电层110上的切口113。漏斗125可设置为在高度方向上划分声层120。

漏斗125可包括连接到切口113的第一部分123和连接到信号电极132的第二部分124。

第一部分123可形成在与切口113对应的位置处，以连接到切口113。由于第一部分123和切口113使用切割工艺一起形成，因此第一部分123的宽度可与切口113的宽度相同。

第二部分124可朝向声层120的内部凹入。第二部分124可在形成第一部分123之前形成在声层120上。也就是说，第二部分124可通过预处理形成在声层120上。第二部分124仅形成在声层120上，并且不形成在柔性印刷电路板(即，信号电极)132上。与切口113类似，可在1.25D探头的情况下预先形成两个第二部分124。可在1.5D探头的情况下预先形成三个第二部分124。可在1.75D探头的情况下预先形成四个第二部分124。

可通过在预先处理的第二部分124上使用切割工艺形成第一部分123来设置漏斗125。如将在下面描述的，设置第二部分124以确保当划分元件时的切割裕量。因此，第二部分124仅形成在声层120上，而不形成在柔性印刷电路板132上。

可使用切割工艺一起形成第一部分123和切口113。

第二部分124可减小在制造多排探头期间的错误率。详细地，第二部分124可增大在划分元件时的厚度裕量。由于第二部分124，可在划分元件时确保切割裕量。如先前所述，当切割深度非常小时不能划分元件。当切割深度非常大时，信号电极132会被非故意地切割，并且会发生错误。当第二部分124提前形成在声层120上时，可确保与第二部分124的深度d1对应的厚度裕量。随着厚度裕量增大，切割错误率可减小。当切割错误减小时，失败成本可减小。

如图2中所示，第一部分123的宽度w1可小于第二部分124的宽度w2。第一部分的宽度w1可等于切割厚度。当第二部分的宽度w2大于切割厚度(等于宽度w1)时，可在切割工艺期间确保在方位方向上的厚度裕量。

第二部分124的深度d1可小于声层120的厚度d2。切口113可设置为在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上具有恒定的宽度。类似地，第一部分123可设置为在从声层120的前侧延伸到声层120的后侧的方向上具有恒定的宽度。

可设置第二部分124，使其宽度在从声层120的前侧延伸到声层120的后侧的方向上改变。详细地，第二部分124的宽度可随着第二部分124与信号电极132之间的距离减小而增大。第二部分124可具有半圆形截面。此外，第二部分124的在第二部分124和第一部分123彼此相交的点处的深度d1可以为第二部分124的最大深度。

如图2中所示，可通过预处理来划分信号电极132的第五电极132-1。预处理可包括各种方法。例如，当形成柔性印刷电路板时，可形成对应于漏斗125的其中不具有第五电极132-1的区域。

根据本公开的实施例，为了制造多排探头，可省略通过切割划分第五电极132-1的工艺。如上所述，在不划分第六电极132-3并且划分仅第五电极132-1的情况下，失败率高并且失败成本也高。根据本公开的示例性实施例，由于省略了上述工艺可减小多排探头的制造过程中的失败率。

图3是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。将在这里省略图3中示出的与之前的描述中的那些相同的超声探头的部分的描述。

在图3的实施例中，漏斗125可具有与图2的实施例中的结构不同的结构。更具体地，漏斗125的第二部分124的宽度w2可在从声层120的前侧延伸到声层120的后侧的方向上是恒定的。第二部分124可具有矩形截面。

图4是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。将在这里省略图4中示出的与之前的描述中的那些相同的超声探头的部分的描述。

在图4的实施例中，漏斗125可具有与图2和图3的实施例中的结构不同的结构。在本实施例中，漏斗125的第二部分124与第一部分123彼此相交的点处的深度d可与第二部分124的最大深度dm不同。

图5是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。将在这里省略图5中示出的与上述描述中的那些相同的超声探头的部分的描述。

在图5的实施例中，漏斗125可具有与图2至图4的实施例中的结构不同的结构。在本实施例中，漏斗125的第二部分的宽度w2可小于漏斗125的第一部分的宽度w1。第二部分的宽度w2可在从声层120的前侧延伸到声层120的后侧的方向上是恒定的。第一部分123的宽度可在从声层120的前侧延伸到声层120的后侧方向上改变。

虽然图2至图5示出了漏斗125具有双边对称性，但实施例不限于此。漏斗125可由于制造工艺期间的误差而具有双边不对称性。

图6是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。在图6的实施例中，超声探头的换能器层100可仅包括压电层110。也就是说，在图6的实施例中，换能器层100不包括声层。

在图6的实施例中，漏斗115可形成在压电层110上。与图2至图5的实施例中的那些类似，漏斗115可包括第一部分113和第二部分114。

第一部分113的宽度w1可小于第二部分114的宽度w2。第一部分113的宽度w1可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上是恒定的。第二部分114的宽度w2可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上改变。

第二部分114可在第一部分113和第二部分114彼此相交的点处具有最大深度d1。第二部分114的深度可朝向漏斗115的外侧减小。

图7是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。在图7的实施例中，如图6的实施例中，没有设置声层。此外，漏斗115可形成在压电层110上。

在图7的实施例中，漏斗115的第一部分113的宽度w1可小于漏斗115的第二部分114的宽度w2。第一部分113的宽度w1和第二部分114的宽度w2在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上均可以是恒定的。在本实施例中，第二部分114的深度d1可以是恒定的。

图8是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。在图8的实施例中，如图6和图7的实施例中，没有设置声层。此外，漏斗115可形成在压电层110上。

在图8的实施例中，漏斗115的第一部分113的宽度w1可小于漏斗115的第二部分114的宽度w2。

第一部分113的宽度w1可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上是恒定的。相反，第二部分114的宽度w2可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上改变。

第二部分114可在第一部分113和第二部分114彼此相交的点处不具有最大深度dm。第一部分113和第二部分114彼此相交的点处的深度d1可与第二部分114的最大深度dm不同。第二部分114的深度可以是不恒定的。

图9是根据本公开的另一实施例的超声探头的截面图。在图9的实施例中，如图6至图8的实施例中，没有设置声层。此外，漏斗115可形成在压电层110上。

漏斗115可包括第一部分113和第二部分114。在本实施例中，第二部分114的宽度w2可小于第一部分113的宽度w1。第一部分113的宽度w1可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上改变。第一部分113的宽度w1可从压电层110的前侧向压电层110的后侧减小。第二部分114的宽度w2可在从压电层110的前侧延伸到压电层110的后侧的方向上是恒定的。

虽然图6至图9中将漏斗115示出为具有双边对称性，但是实施例不限于此。漏斗115可由于制造工艺期间的误差而具有双边不对称性。

从上述描述中显而易见的是，根据本公开，提供一种可通过简单处理来减小制造失败率的多排超声探头。

在本公开中，可做出在本公开的等同的范围和/或在技术领域或知识的范围内的变型或改变。在此阐述的实施例仅意图描述用于实现本公开的技术构思的最佳方式，并且可根据本公开适用的领域和目的的需要进行各种改变。因此，在本公开的上述详细的描述中阐述的实施例不应被解释为限制本公开的范围。此外，所附权利要求应被理解为包括其他各种实施例。

Claims

1.一种超声探头，包括：

压电层，被构造为产生超声波；

声层，设置在所述压电层的后侧；

柔性印刷电路板，设置在所述声层的后侧；以及

声吸收层，被构造为吸收通过所述压电层产生并朝向所述超声探头的后表面传播的超声波，所述声吸收层设置在所述柔性印刷电路板的后表面上，

其中，所述压电层包括被构造为在高度方向上划分所述压电层的切口，并且

所述声层包括漏斗，所述漏斗在从所述声层的前侧延伸到所述声层的所述后侧的方向上延伸以划分所述声层。

2.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述漏斗包括：

第一部分，连接到所述压电层；以及

第二部分，连接到所述柔性印刷电路板，

其中，所述第一部分和所述第二部分具有不同的宽度。

3.根据权利要求2所述的超声探头，其中，所述第一部分设置在与所述切口对应的位置处，以连接到所述切口。

4.根据权利要求3所述的超声探头，其中，所述切口的宽度与所述第一部分的所述宽度相同。

5.根据权利要求2所述的超声探头，其中，所述第一部分的所述宽度小于所述第二部分的所述宽度。

6.根据权利要求5所述的超声探头，其中，所述第一部分的所述宽度是恒定的，并且

所述第二部分的所述宽度在从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上改变。

7.根据权利要求5所述的超声探头，其中，所述第一部分的所述宽度和所述第二部分的所述宽度在从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上是恒定的。

8.根据权利要求2所述的超声探头，其中，所述第一部分的所述宽度从所述声层的所述前侧延伸到所述声层的所述后侧的所述方向上改变，并且

所述第二部分的所述宽度是恒定的，

其中，所述第一部分的所述宽度大于所述第二部分的所述宽度。

9.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述声层具有比所述压电层的声阻抗高的声阻抗。

10.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述声层具有导电性。

11.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述声层包括碳化钨和石墨复合材料中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述声层具有为所述压电层的波长的1/2、1/4、1/8或1/16的宽度。

13.根据权利要求1所述的超声探头，其中，所述切口的数量为两个或更多个，并且

所述漏斗的数量为两个或更多个。