超聲換能器陣列的隱形切割的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超聲換能器陣列的隱形切割。一種采用隱形切割形成的超聲換能器陣列。激光用于形成(20)壓電基板(40)內(nèi)部并且沿著期望槽縫位置的缺陷。沿著缺陷將基板(40)斷裂(22)?？煽嘏蛎?24)，諸如使用熱膨脹，可以被用于確立期望的槽縫寬度。墊片(58)可以被用于保持期望的槽縫寬度。填充(30)槽縫從而產(chǎn)生超聲換能器陣列。
【專利說明】超聲換能器陣列的隱形切割

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲換能器陣列的隱形切割。

【背景技術(shù)】
[0002] 本實(shí)施例涉及換能器陣列。特別是，由基板形成的超聲換能器的元件。
[0003] 基板為壓電陶瓷。將基板切割成多個(gè)元件。各獨(dú)立元件之間的縫隙或槽縫被填滿 從而形成復(fù)合物（composite)，諸如1-3復(fù)合物。
[0004] 一種示例性的切割技術(shù)為切割鋸。刀片切割基板。然而，刀片切割可能很慢，并且 會導(dǎo)致元件在各個(gè)切割邊緣處具有大的槽縫和碎屑。最小的槽縫寬度大約為15微米。大 的槽縫減小了用于換能的有效區(qū)域，從而降低靈敏度。
[0005] 另一種示例性的切割技術(shù)為深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE)。在DRIE中，涂覆種子層，涂 覆光致抗蝕劑，圖案結(jié)構(gòu)，電鍍從而形成蝕刻掩模，并且執(zhí)行深反應(yīng)離子刻蝕。然而，DRIE是 密集型并且價(jià)格昂貴的?；宓暮穸瓤赡苡捎谖g刻角度而受限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 通過介紹的方式，如下所述優(yōu)選實(shí)施例包括形成超聲換能器陣列的系統(tǒng)，陣列以 及方法。激光用于形成基板內(nèi)部以及沿著期望槽縫位置的缺陷。基板沿著缺陷斷裂。可控 膨脹，諸如使用熱膨脹可以用于確立期望的槽縫寬度。墊片可以用于保持期望的槽縫寬度。 填滿槽縫從而產(chǎn)生超聲換能器陣列。
[0007] 第一方面，提供一種用于形成超聲換能器陣列的方法。激光形成沿著陶瓷換能器 基板內(nèi)部的線的缺陷。陶瓷換能器基板在進(jìn)入超聲換能器陣列的元件的線處斷裂。元件之 間的縫隙可熱膨脹。在膨脹時(shí)將墊片插入元件之間的縫隙。隨著墊片插入縫隙，縫隙熱減 小。在減小后，用槽縫填充物填充縫隙。
[0008] 第二方面，提供一種用于形成超聲換能器陣列的方法。按照鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛 晶體制成的基板內(nèi)部的圖案生成缺陷?；逖刂M(jìn)入超聲換能器陣列元件的圖案破裂 (broken)。在元件之間的縫隙中將聚合物固化，其中縫隙寬度小于15微米。
[0009] 第三方面，提供超聲換能器陣列。多個(gè)元件之間間隔小于15微米。復(fù)合填充物置 于元件之間。元件為單晶換能器材料，其中至少一個(gè)邊緣具有多晶材料，所述多晶材料來自 所形成的缺陷，從而將元件與基板分開。
[0010] 本發(fā)明由下列權(quán)利要求限定，并且這一部分沒有內(nèi)容將被作為對這些權(quán)利要求的 限制。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例如下進(jìn)一步討論。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 組件和附圖未必按比例描繪，反而是將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理。此外，在附圖 中，相同的附圖標(biāo)記遍及不同附圖指代對應(yīng)的部件。
[0012] 圖1是用于形成超聲換能器陣列的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0013] 圖2A-F示出了形成超聲換能器陣列的示例階段；
[0014] 圖3圖示了隱形切割的示例；
[0015] 圖4示出了在載體上具有缺陷的基板的一個(gè)實(shí)施例；以及
[0016] 圖5A以及5B圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在形成超聲換能器中墊片的使用。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 壓電單晶復(fù)合物被形成為超聲換能器。間隔小于15微米的槽縫被提供在元件之 間或者多片晶體之間，使得與具有更大的槽縫間距相比能獲得更大的靈敏度以及帶寬?？?以提供商頻單晶換能器。
[0018] 為了將晶體之間的間距以及槽縫填充物材料的寬度最小化，使用隱形切割用于晶 體分離。缺陷形成在晶體內(nèi)部，諸如使用激光改變晶體結(jié)構(gòu)。通過膨脹或者其他壓力，沿著 缺陷進(jìn)行斷裂。在一種方法中，通過溫度膨脹載體材料。溫度可以用于控制間距。在另一 種方法中，具有確定的直徑（例如，大約10微米）的墊片填充物置于分離的晶體之間從而 確立間距。
[0019] 隱形切割，膨脹以及隨后的單晶復(fù)合物的環(huán)氧填充組合以形成超聲換能器。膨脹， 諸如熱膨脹可以用于將晶體分離成元件?？蓪?shí)現(xiàn)最小槽縫（例如，1-5微米）從而改善單晶 和復(fù)合物的性能。可以通過控制膨脹和/或通過墊片控制隱形切割的間距（槽縫）。
[0020] 圖1示出了形成超聲換能器陣列的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖2A-F示出了 根據(jù)圖1的方法或者另一方法制造換能器陣列的不同階段。超聲換能器陣列是多個(gè)元件的 復(fù)合物，多個(gè)元件連接在一起或者通過填充材料分離。該陣列可以用于進(jìn)一步組裝，諸如通 過沉積電極，添加一個(gè)或多個(gè)匹配層，以及采用背襯堆疊。甚至進(jìn)一步的組裝包括將換能器 陣列堆疊安置在探測器內(nèi)。
[0021] 可以使用比圖1中所示額外，不同或者更少的動作。例如，不執(zhí)行動作32, 34和/ 或36,并且換能器陣列起因于已經(jīng)切割和填充。在另一個(gè)示例中，不執(zhí)行動作26和28。
[0022] 按照所示的順序或者不同的順序執(zhí)行所述動作。例如，執(zhí)行動作24引起動作22。 作為另一示例，在任何其他動作之前可以在動作36中形成電極。
[0023] 為了形成超聲換能器陣列，使用平板，薄板，模具，塊，晶片或者換能器材料的其他 結(jié)構(gòu)。圖2A示出了換能器材料的基板40的示例截面。換能器材料為陶瓷，諸如多晶材料或 單晶材料。單晶或多晶通常用于描述基板的多數(shù)（例如51%)或者更高（例如，60%，75%， 80%，90%，95%或者99%)的純度水平。在一個(gè)實(shí)施例中，換能器材料為壓電（"PZT"）， 諸如鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體（PMN-PT)?？梢允褂闷渌鸓ZT陶瓷或材料用于在電能和聲能之 間轉(zhuǎn)換。
[0024] 基板40具有任意維度。例如，基板40為一塊平板，用于切割成一維、1. 5維、1. 75 維或者2維元件陣列。基板40具有基于一個(gè)方位上的元件數(shù)量的長度，和基于某一高度上 的元件數(shù)量的寬度?；?0的厚度（即，深度）基于頻率，波長或者期望的換能特性。在 一個(gè)實(shí)施例中，陶瓷換能器基板40為100-500微米厚，諸如大約300微米。"大約"計(jì)及制 造容差。
[0025] 為了形成元件，基板40安裝到帶（tape)或者載體。圖2B示出了帶44上的基板 40。圖4示出了載體54上的基板40。可以提供中間層，諸如基板40和載體54之間的帶 44?？梢蕴峁┒鄠€(gè)帶和/或載體層，諸如載體56,其支撐圖4中的載體54?？梢允褂萌魏?安裝方式，例如粘結(jié)，吸力，和/或機(jī)械連接（例如，螺栓或者鎖閂）。在一個(gè)實(shí)施例中，帶 44和/或載體54為PVC或P0?？梢允褂闷渌牧?。
[0026] 參考圖1和圖2B，在動作20中在陶瓷換能器基板中形成缺陷42。采用激光形成 缺陷42。執(zhí)行隱形切割。在隱形切割中，將激光施加到半導(dǎo)體基板上，諸如硅上。為了形成 換能器陣列，在換能器材料基板40上執(zhí)行隱形切割。激光在單晶體或者其他換能器材料中 形成缺陷42。在動作22中缺陷42作為用于分離的破裂點(diǎn)。
[0027] 為了形成缺陷42,將激光聚焦到基板40的內(nèi)部。圖3示出一個(gè)示例。激光穿過光 學(xué)器件，諸如透鏡，從而在基板40內(nèi)部聚焦?；?0足夠透明或者可透射從而允許激光穿 過全部或部分基板40。通過將激光聚焦在基板40的內(nèi)部，在基板40內(nèi)部形成缺陷42。
[0028] 例如通過將單晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為多晶結(jié)構(gòu)形成缺陷42。聚焦能量引起局部發(fā)熱。熱量 形成缺陷42。由于溫度取決于吸收系數(shù)，當(dāng)溫度升高到焦點(diǎn)時(shí)，基板材料變成可吸收激光。 在焦點(diǎn)處以及焦點(diǎn)四周的區(qū)域內(nèi)形成缺陷42,其取決于能量的量，應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間，基板材 料，熱擴(kuò)散以及聚焦度。其他機(jī)構(gòu)可以引起缺陷42?？赡馨l(fā)生其他轉(zhuǎn)變，或者使用其他轉(zhuǎn)變 來形成缺陷，諸如在單晶材料中產(chǎn)生缺陷42。
[0029] 可以形成一種或多種不同類型的缺陷42。改變晶體結(jié)構(gòu)是其中一種。通過激光 或來自激光的熱量改變晶體結(jié)構(gòu)。另一種缺陷42類型是微裂紋（microcrack)。來自激光 的熱量引起機(jī)械應(yīng)力，產(chǎn)生內(nèi)部微裂紋。由于熱量是沿著束的，所以微裂紋最可能沿著激光 束方向延伸。微裂紋向基板40的頂端、底部或者頂端和底部二者延伸。微裂紋整個(gè)在基板 40內(nèi)或者可以延伸到表面?？梢孕纬善渌愋偷娜毕?2。
[0030] 可以使用任何類型的激光。在一個(gè)實(shí)施例中，激光是波長為300-2000納米的聚焦 激光，諸如大約為532或1064納米?？梢允褂萌魏文芰克剑?微焦?fàn)枴?br> [0031] 可以使用任何激光應(yīng)用過程?？梢允褂萌魏纬掷m(xù)時(shí)間或者重復(fù)。對于應(yīng)用基板40 可以處于任何溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，激光切割為干法過程。缺陷42形成期間中沒有使用 沖洗或者流體來清潔基板40,激光的應(yīng)用期間沒有施加流體。隱形切割不會產(chǎn)生殘留物。 這樣可以避免將殘留物沖洗到不希望的位置，或者以其他方式污染基板40。
[0032] 應(yīng)用或者不應(yīng)用激光處理基板40。在基板40的頂面、底面或頂面和底面二者上形 成切割道。切割道為沒有其他組件的區(qū)域，諸如沒有反射面材料（例如，沒有電極材料）。 切割道具有與基板40的厚度成正比的寬度，諸如寬度W>0. 4*T，其中T為厚度采樣。切割道 的寬度被提供用于透過基板40的厚度聚焦。其他實(shí)施例中，整個(gè)基板40都是空的。
[0033] 將按照一定圖案分離基板40。對于一維陣列，圖案為等間距平行線的重復(fù)序列。 對于二維陣列，圖案可以為長方形或正方形網(wǎng)格，諸如圖2F中所示?？梢允褂萌魏螆D案，例 如三角形，圓形，八角形或者元件46的不規(guī)則布局。圖案與換能器陣列的元件46相對應(yīng)或 者就是換能器陣列的元件46的期望的布置。
[0034] 圖案由直線和/或曲線構(gòu)成。為了形成該圖案，沿線產(chǎn)生缺陷42。掃描激光從而 形成沿線的連續(xù)的，周期性或者間隔缺陷42。在圖2Β的示例中，缺陷42沿著五條線產(chǎn)生， 該五條線在圖平面內(nèi)外延伸。在圖2F的示例中，線沿著水平和垂直方向。
[0035] 沿基板40內(nèi)部的一個(gè)一般深度的線產(chǎn)生缺陷42。缺陷42可以延伸或者可以不延 伸到頂面或底面。在其他實(shí)施例中，在表面上以及基板40內(nèi)部（例如，將激光聚焦到距離 表面足夠近，缺陷同樣發(fā)生在該表面上）形成缺陷42。
[0036] 對于足夠厚的基板40,諸如200或者更多微米，可以按照分層圖案產(chǎn)生缺陷42。沿 著每條線，將激光聚焦到不同深度以形成缺陷42,所述缺陷在深度或者厚度維度方面是分 層的?？梢允褂萌魏雾樞蛐纬扇毕?2。在一個(gè)實(shí)施例中，針對一層掃描多條線，并且然后對 于另一層沿著線重復(fù)掃描。另一個(gè)實(shí)施例中，對于每個(gè)位置改變聚焦，從而使得在沿線掃描 到另一個(gè)位置前形成針對多層的缺陷42。首先形成最深層的缺陷42,其中深度是與激光有 關(guān)的。在可替換實(shí)施例中，最深層缺陷42最后形成或者在中間時(shí)刻形成。
[0037] 使用隱形切割來形成缺陷42可以具有優(yōu)于使用切割鋸的各種優(yōu)點(diǎn)。例如，采用激 光進(jìn)行隱形切割可以更快（例如，快200倍）。對于薄的基板，以大約300mm / s的速度執(zhí) 行激光掃描。對組件施加更少的機(jī)械應(yīng)力，因?yàn)榧す鈷呙枋欠墙佑|過程。具有更少碎片的 切割線可以更清晰。不會產(chǎn)生殘留物，于是所引起的污染更少，并且可以無需保護(hù)膜。由于 激光聚焦，相比由切割鋸產(chǎn)生的熱量而言，可能會發(fā)生更少的熱致結(jié)構(gòu)變形。與在基板長度 上做出直線切割的鋸相比而言，激光掃描還允許不規(guī)則的元件形狀與分布。
[0038] 在動作22中，缺陷42用于將基板40斷裂成換能器陣列的各個(gè)元件46。圖2C示 出了沿缺陷42的線將基板40斷裂成分離元件46的示例?；?0被破裂。由于缺陷42， 按照圖案或者沿著圖案發(fā)生破裂。斷裂發(fā)生在整個(gè)厚度上，并且沿著基板40的寬度和/或 長度延伸。由于基板40的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生某些偏離。
[0039] 力斷裂基板40。對有缺陷42的基板40施加力會引起斷裂?？梢允褂萌魏晤愋?和/或方向的力?？恐蛘哌h(yuǎn)離基板40沿厚度維度，寬度維度，長度維度或者其他角度施 加力。與動作24中用于膨脹的任何力相比，破裂力可能是不同的。例如，在機(jī)械破裂后使 用熱膨脹。可替換的，動作24中用于膨脹的力也作為動作22中的用于斷裂的力。例如，熱 膨脹引起基板40斷裂并且將結(jié)果得到的元件46移開。
[0040] 施加力從而分別破裂每條線。循序地破裂線或者形成元件46。在可替換實(shí)施例 中，或由于相同的力的施加，整個(gè)基板40或者包括多條線的部分立即破裂。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施例中，采用帶膨脹機(jī)施加力。例如，帶膨脹機(jī)向基板40施加力。可以靠 著帶44放置薄板或其他結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)固定住帶44的端部或各邊緣時(shí)，向基板40按壓。這 會引起使基板40斷裂的壓力。作為另一示例在圖2C中表示，拉伸或膨脹帶44。膨脹會向 基板40施加應(yīng)力，引起基板40斷裂。
[0042] 在另一實(shí)施例中，使用斷條?？恐鴰?4和/或基板40放置一條具有彎曲或不規(guī) 則（不平）表面的條。通過用另一個(gè)條夾在中間，結(jié)構(gòu)可以被斷裂。可替換的，使用吸力拖 拉帶44和基板40,從而與不規(guī)則表面相符，將基板40破裂。
[0043] 在又一實(shí)施例中，使用三點(diǎn)彎曲過程。將支撐件以間隔模式安置在基板的一側(cè)上。 另一支撐件安置在相對側(cè)上，但側(cè)向位于其他相互間隔的支撐件之間。通過施力，將基板40 斷裂。
[0044] 可以使用手動破裂。用戶將他們的手指，他們的手，針，支撐件或者其他結(jié)構(gòu)靠著 基板40的邊緣或表面放置。通過對基板40施力，產(chǎn)生斷裂。
[0045] 可以使用真空膨脹。泡沫與基板40相連，諸如使用泡沫作為載體54。當(dāng)腔室被抽 空時(shí)，泡沫膨脹。膨脹破裂基板40。
[0046] 可以使用超聲或其他振動。用足夠大的力振動基板40從而破裂。
[0047] 可以使用直接熱。使用超聲，射頻，激光或者其他應(yīng)用，沿著基板40內(nèi)部的缺陷42 產(chǎn)生熱量。與用于形成缺陷42相比，用于斷裂的熱量，持續(xù)時(shí)間，順序或比率可能不同。缺 陷42處熱引起的膨脹將基板40破裂。
[0048] 在另一實(shí)施例中，使用間接熱。將基板40定位在載體54上或者與其連接。載體 54可以是帶44(例如，熱膨脹帶）或者與帶44分離的，如圖4中所表示的。載體54可以被 另一載體56所支撐，諸如帶材料。選擇載體54的材料，從而隨著溫度增加到大于基板40的 某一更大數(shù)值時(shí)，載體54膨脹。熱膨脹系數(shù)選定為大于基板40的。該載體54的膨脹引起 基板40的斷裂。隨著溫度增加，基板40破裂成元件46?？梢允褂萌魏螠囟仍黾勇?，過程， 曲線（profile)(例如，線性或非線性遞增），最大溫度，和/或起始溫度。在一個(gè)實(shí)施例中， 帶有載體54的基板40加熱到大約150-200攝氏度。
[0049] 當(dāng)基板40斷裂時(shí)，元件46通過縫隙分離。縫隙為幾微米或者更小。元件46可以 相互接觸。為了形成陣列，元件46在聲學(xué)和電學(xué)上是分離的。該分離由槽縫提供。槽縫為 期望寬度或平均寬度的縫隙。
[0050] 在動作24中，元件之間的縫隙膨脹。該膨脹將元件46分離。產(chǎn)生大致一致的縫 隙，諸如，相鄰元件46之間大致具有相同寬度的縫隙。通常計(jì)及容差，諸如由于材料變化。 某些縫隙可能比其他的更大或更小。
[0051] 可使用任何膨脹。例如，帶44如圖2C中所表示那樣膨脹。帶44是彈性的，從而 牽拉邊緣引起膨脹。在一個(gè)實(shí)施例中，使用熱膨脹?？刂茰囟葟亩峁┢谕呐蛎浟?。針 對給定溫度將載體54和/或帶44膨脹給定量。通過控制溫度，膨脹量以及對應(yīng)的縫隙寬 度被確定?；跍囟仍O(shè)定縫隙大小。
[0052] -旦將縫隙形成為期望的槽縫尺寸，在動作30中將填充槽縫。填充槽縫形成換能 器材料制成的元件46與聲學(xué)衰減槽縫填充物的復(fù)合物，作為換能器陣列。在一個(gè)實(shí)施例 中，在動作30中填充縫隙，而縫隙寬度保持穩(wěn)定。一旦固化，槽縫填充物將槽縫保持在期望 的縫隙寬度。
[0053] 在圖1中所表示另一實(shí)施例中，在動作26中將墊片插入從而確定期望的縫隙寬 度。執(zhí)行動作24的膨脹，從而產(chǎn)生比期望更寬的縫隙。插入墊片從而設(shè)定槽縫寬度。
[0054] 墊片是片材，塊，或者顆粒。可以使用任何尺寸或形狀。墊片可以為中空的，其中 空腔填充空氣，氣體或者其他物質(zhì)從而提供期望的聲阻尼，阻抗和/或其他特性。在一個(gè)實(shí) 施例中，使用最大維度為12微米的二氧化硅顆粒或者更小的顆粒。例如，提供1-10微米的 顆粒。可以使用其他材料，諸如三聚氰胺酚醛樹脂顆粒。使用振動，流動載體，澆筑或者其 他過程將墊片插入到縫隙中。例如，用作為槽縫填充物的環(huán)氧樹脂包括墊片。通過注入槽 縫填充物，也可以將墊片定位。圖5A示出了插入元件46之間縫隙內(nèi)的墊片58的示例。
[0055] 墊片確定了期望的槽縫寬度。一旦插入，動作28中縫隙減小。通過降低溫度，減 小縫隙。由于墊片位于縫隙中，減小會引起靠著墊片的元件46的收縮。通過冷卻載體54， 元件46變得更近的在一起。可以使用其他減小手段，諸如松開用于拉伸帶44所施加的力。
[0056] 縫隙的減小會使得墊片58重新排列。在墊片58為顆粒的情況下，收縮力可能引 起顆粒平均排布或堆疊，如圖5B所表示?？梢允┘诱駝訌亩鴧f(xié)助重新排列。在靠著墊片58 重新排列和/或收縮的情況下，不考慮溫度的進(jìn)一步降低，墊片58設(shè)定槽縫寬度。可以獲 得5微米或者更小的縫隙（槽縫）。使用墊片，用于不同線的縫隙寬度或者不同元件之間的 縫隙寬度更可能相同或者具有更小差別。通過提供窄的槽縫（例如，5微米或者更?。?，可 以提供更高的靈敏度。對于高頻換能器來說期望獲得窄的槽縫寬度。
[0057] 在動作30中，采用槽縫填充物填充縫隙。在減小后和/或當(dāng)縫隙保持在一個(gè)期望 寬度時(shí)，添加槽縫填充物。可以使用任何槽縫填充物，諸如聚合物或環(huán)氧樹脂。例如，添加 硅樹脂或環(huán)氧樹脂。槽縫填充物沉積在縫隙上面或者縫隙中，諸如通過圖2D中的填充物48 所示。施加槽縫填充物可以使用壓力，刮擦，注入或者其他技術(shù)。槽縫填充物流入或被施加 于縫隙內(nèi)部。哪里出現(xiàn)墊片，就在墊片四周或用墊片施加槽縫填充物。在其他實(shí)施例中，僅 對定義明確的區(qū)域（例如，底面和側(cè)面）填充縫隙，以使得在針對期望的換能器的縫隙或聲 學(xué)特性方面提供用于空氣，氣體或其他物質(zhì)的縫隙。
[0058] -旦施加，就對槽縫填充物進(jìn)行固化。可以通過化學(xué)手段（例如，環(huán)氧樹脂）隨著 時(shí)間和/或隨著溫度增加執(zhí)行固化。在使用熱膨脹來確立縫隙寬度的情況下，使用時(shí)間或 化學(xué)反應(yīng)來固化槽縫填充物。例如，環(huán)氧樹脂為UV射線可固化環(huán)氧樹脂，其在室溫下可固 化。
[0059] -旦被固化，槽縫填充物48以及元件46的復(fù)合物就形成換能器陣列。槽縫的寬 度小于15微米，諸如寬度小于12,10, 7或者5微米。固化后的槽縫填充物48將元件46相 互之間固定在一定位置上。在復(fù)合物中可以提供彎曲，膨脹，收縮或者彎折。復(fù)合物可以是 1_3, 2_2或其他復(fù)合物。
[0060] 可以進(jìn)一步處理換能器陣列?？梢詧?zhí)行組件堆疊的任何特征或者結(jié)構(gòu)布置，該組 件堆疊用于換能器陣列。例如，執(zhí)行任何種類與多層換能器（例如，多層換能器材料）相關(guān) 的不同層的堆疊和/或粘結(jié)的方法。動作32-36示出了三種進(jìn)一步的動作。
[0061] 在動作32中，將載體54和/或帶44移除。在將填充物固化后，填充物將陣列固 定在一起。不再需要帶44。將帶或者帶的粘合劑拉脫，振下來，和/或化學(xué)方式移除。可以 使用刻蝕或者其他過程將帶44移除。在帶44固定載體54和復(fù)合物二者的情況下，移除帶 44還可以將載體54移除并且支撐載體56。
[0062] 在動作34中，復(fù)合物是搭疊的。頂部，底部和/或側(cè)面搭疊在一起。可以使用刀片 切掉層或者材料?？商鎿Q地，使用刻蝕，砂紙磨光，或者其它過程用于移除過多填充物和/ 或基板材料。搭疊元件從而允許沉積其他材料，諸如電極和/或匹配層。
[0063] 在動作36中，在元件頂面和底面上形成電極。電極可以正好形成在元件上?？商?換地，電極形成在整個(gè)復(fù)合物上方。在一個(gè)實(shí)施例中，在頂面上的復(fù)合物上方形成接地平面 電極。元件特定電極形成在元件底部上，用于元件之間的電隔離。圖2E示出了在復(fù)合物上 形成電極50的通用示例。
[0064] 通過靠著復(fù)合物放置柔性電路形成電極。柔性電路包括多個(gè)焊盤，用于與元件46 獨(dú)立連接。對于接地平面，不同的柔性電路包括平面電極，其用于連接多個(gè)或者所有元件 46。柔性電路與元件46堆疊或者與其粘結(jié)。填充物可以用于粘結(jié)，從而在填充物固化之前 堆疊柔性電路。電極層50為ΚΑΡΤ0Ν?上導(dǎo)體，沉積電極或者其他任何材料。在其他實(shí)施例 中，使用半導(dǎo)體處理將電極圖案化或者蝕刻或者沉積在復(fù)合物上。
[0065] 不同層可以與換能器陣列堆疊或者相粘結(jié)。一個(gè)或多個(gè)匹配層，可選擇的另一換 能器陣列層，以及襯板在堆疊內(nèi)相鄰形成。另外，可以使用不同的或者更少的組件?？梢园?照不同的順序堆疊各層，諸如通過匹配層提供與元件分離的頂部電極。可以經(jīng)由燒結(jié)，層 壓，粗糙面接觸，或者用于將各層固定在一起的其它化學(xué)或機(jī)械結(jié)構(gòu)或技術(shù)將陣列的不同 層粘結(jié)在一起。
[0066] 圖2A-E以截面形式示出了基板，元件，以及復(fù)合物換能器陣列。圖2F示出了從頂 部或底部觀看填充后的換能器陣列52。陣列52包括多個(gè)元件46。元件46通過槽縫間隔。 槽縫具有小于15微米的平均寬度，諸如小于10或小于5微米。由于通過將壓電陶瓷斷裂 而不是用鋸切割來形成元件46,所以可以提供近的定位以及相應(yīng)的小槽縫?？梢蕴峁└?的槽縫寬度。
[0067] 在使用隱形切割來形成元件46的情況下，每個(gè)元件46包括壓電材料和任何剩余 的缺陷材料。例如，由單晶換能器材料（例如，PMN-PT)形成元件。用于斷裂的缺陷是多晶 的。一旦斷裂，元件46的邊緣包括一些來自缺陷的多晶剩余物。其他缺陷材料可以保留， 諸如在使用不同起始材料的情況下。
[0068] 圖2E示出了分布在二維網(wǎng)格中的元件46。按照一定的方位和高度方向布置元件 46。深度方向與圖平面垂直。陣列52沿著方格圖案間隔?？商鎿Q地，多維陣列52沿著矩 形，六角形，三角形或者其他目前已知或后續(xù)開發(fā)的網(wǎng)格圖案間隔。對于正方形或者矩形網(wǎng) 格圖案，多維陣列52包括MXN個(gè)元件46,諸如其中Μ沿著方位維度延伸，并且N沿著高度 維度延伸。可以使用其他陣列52,諸如一維陣列。
[0069] 元件46的數(shù)量，尺寸以及布置可以基于頻率和/或?qū)?zhí)行的掃描的類型。可以提 供數(shù)十，數(shù)百或者數(shù)千個(gè)元件46。換能器陣列52被配置用于胎心探測器，手術(shù)中探測器，內(nèi) 腔探測器，外探測器，導(dǎo)管，手持式探測器，或者任何其他已知或未來開發(fā)的探測器。針對心 臟學(xué)和/或放射學(xué)應(yīng)用布置換能器陣列52。
[0070] 換能器陣列52包括元件46之間的填充物材料48。填充物材料48在槽縫內(nèi)。槽 縫是元件46之間的縫隙。填充物材料48至少部分地與元件46聲學(xué)隔離，和/或?qū)⒃?6 固定在相對位置上。填充物48和元件46形成復(fù)合物，諸如單晶1-3復(fù)合物。
[0071] 槽縫可以包括墊片。墊片跨越寬度延伸，但是可能僅僅跨過部分寬度延伸。墊片 采用聲學(xué)隔離材料，諸如吸音材料。設(shè)定墊片的尺寸以提供期望的槽縫寬度，諸如小于12 微米。
[〇〇72] 雖然參考不同實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了以上描述，當(dāng)應(yīng)當(dāng)理解在不偏離本發(fā)明范圍 的情況下可以做出很多變化和修改。因此前述具體描述意圖被認(rèn)為是說明性而非限制性 的，并且應(yīng)當(dāng)理解如下的權(quán)利要求，包括所有等同替換，旨在是用于限定本發(fā)明的精神和范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于形成（20)超聲換能器陣列的方法，所述方法包括： 采用激光，沿著在陶瓷換能器基板（40)內(nèi)的線形成（20)缺陷； 在所述線處將所述陶瓷換能器基板（40)斷裂（22)成所述超聲換能器陣列的元件 (46)； 熱膨脹（24)所述元件（46)之間的縫隙； 膨脹時(shí)，將墊片（58)插入（26)所述元件（46)之間的縫隙； 采用所述縫隙內(nèi)的墊片（58)熱減小（28)所述縫隙；并且 在所述減小（28)后采用槽縫填充物填充（30)所述縫隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成（20)包括將激光聚焦到陶瓷換能器基板 (40)的內(nèi)部，激光的焦點(diǎn)沿著多層內(nèi)的線掃描。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成（20)包括干法過程中的激光切割。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成（20)包括隱形切割。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陶瓷換能器基板（40)包括單晶材料，并且其 中形成（20)包括將沿所述線的單晶材料轉(zhuǎn)換為多晶，所述轉(zhuǎn)換是在陶瓷換能器基板（40) 的內(nèi)部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成（20)包括采用具有波長為300-2000納米的 激光在陶瓷換能器基板（40)中形成（20)，所述陶瓷換能器基板具有為100-500微米的厚 度，并且為鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中斷裂（22)包括執(zhí)行（20)隨溫度增加的膨脹（24)， 溫度的增加引起陶瓷換能器基板（40)的載體的膨脹。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線沿著寬度維度延伸，并且其中斷裂（22)包 括沿厚度維度施加力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中斷裂（22)包括斷裂（22)采用不同于通過熱膨脹 (24)施加的力，并且其中膨脹（24)包括在斷裂（22)后的膨脹（24)，所述縫隙的尺寸是用 于膨脹（24)的溫度的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中插入（26)包括在所述縫隙內(nèi)插入（26) 12微米或 更小的顆粒，并且其中熱減?。?8)縫隙包括冷卻，所述縫隙的減小將重新排列所述縫隙內(nèi) 的顆粒。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中填充（30)包括采用聚合物填充（30)，在所述填 充（30)期間所述墊片（58)位于所述縫隙內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括： 在所述槽縫填充物的固化之后，將載體從元件（46)中移除（32); 搭疊（34)所述元件（46);并且 在元件（46)的頂面和底面形成（36)電極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中填充（30)包括用寬度小于12微米的縫隙固化所 述槽縫填充物。
14. 一種用于形成（20)超聲換能器陣列的方法，所述方法包括： 按照在鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體的基板（40)內(nèi)部的圖案產(chǎn)生（20)缺陷； 沿所述圖案將所述基板（40)破裂（22)成所述超聲換能器陣列的元件（46);并且 固化（30)所述元件（46)之間縫隙中的聚合物，所述縫隙寬度小于15微米。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中產(chǎn)生（20)所述缺陷包括通過采用在所述內(nèi)部聚 焦的激光將單晶材料轉(zhuǎn)換為多晶材料形成所述缺陷。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中破裂（22)包括采用載體的熱膨脹斷裂，所述載 體與所述基板（40)相連。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括： 采用熱膨脹增加（24)所述縫隙；然后 采用顆粒填充（26)所述縫隙，所述顆粒最長的直徑為12微米或者更??；并且然后 減?。?8)所述縫隙。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括 隨著真空可膨脹泡沫的載體的膨脹，產(chǎn)生（24)所述縫隙。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中固化（30)包括采用紫外線固化。
20. -種超聲換能器陣列，其包括： 間隔小于15微米的多個(gè)元件（46);以及 所述元件（46)之間的復(fù)合填充物材料（48); 其中所述元件（46)包括單晶換能器材料，其帶有至少一個(gè)邊緣，所述邊緣具有來自缺 陷的多晶材料，形成的所述缺陷將所述元件（46)與基板（40)分離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的超聲換能器陣列，進(jìn)一步包括： 墊片（58)，位于所述元件（46)之間，所述墊片（58)中的每個(gè)具有從一個(gè)元件（46)到 另一個(gè)的小于12微米的維度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的超聲換能器陣列，其中所述墊片（58)包括顆粒。
【文檔編號】H01L41/338GK104064671SQ201410091034
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】S·施特格邁爾, J·薩普夫, 陸宣明 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司, 西門子公司