[发明专利]超声波换能器探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种探头，且特别是涉及一种超声波换能器探头。

背景技术

超声波无创式手术具有低风险、副作用少以及受术者可以快速出院等优点，目前已广泛地应用在各种医疗领域。而为了扩大其应用范围，如应用于心血管、眼科或侵入式声疗等微组织的医疗领域，高频高解析的超声波阵列正处开发阶段。

近年来，国际研发单位纷纷引入高精度、可晶片级批量制造的微制作工艺加工方式来制作压电超声波探头(Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer，pMUTs)(以下称pMUTs技术)。pMUTs技术是将一薄膜压电材料(数μm)沉积于硅基板上后，通过黄光显影蚀刻的程序定义出具空背腔的超声波换能器元件。

目前pMUTs技术采用决定超声波换能器元件的平面尺寸来获得挠曲模态(flexure mode)以进而决定压电超声波探头的操作频率。在实际的应用上，通常是将许多个超声波换能器单元集结成一个具有单元间距的超声波换能器阵列。然而，上述设计方式，让超声波换能器阵列的单元间距往往大于操作频率的半波长，而当单元间距大于待测环境的1/2波长时，将会引起如图1A及图1B示的栅瓣效应，如欲形成0度的影像时，会有角度为θ₁及θ_-1的错误的反射资讯，进而造成错误的照影，无法确实地得到待测物体的真实影像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于需要较高操作频率如心血管、眼科或侵入式声疗等领域的超声波换能器探头，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供一种超声波换能器探头，其包含一基板以及一超声波换能器阵列，其中基板具有位于基板的一第一表面上的多个开孔，而超声波换能器阵列设置于基板的第一表面上。超声波换能器阵列具有至少一个共振单元，而每一个共振单元的一厚度为操作频率的等效1/2波长。每一个共振单元包含一振荡元件以及一压电元件，其中振荡元件具有朝向基板的一第二表面，且第二表面对应基板的第一表面的开孔，而压电元件配置于第二表面。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，上述的基板为硅基板，且具有多个半导体元件及布线。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，上述的开孔为盲孔或贯孔。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，上述的振荡元件具有一绝缘层，而上述的第一表面为绝缘层朝向基板的表面。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，上述的每一压电元件包含一第一电极、一压电材料层以及一第二电极，其中第一电极配置于振荡元件的第二表面的局部，而压电材料层具有相连的一第一部分以及一第二部分，其中第一部分配置于该震荡元件的该第二表面上，并位于该第一电极旁，而该第二部分配置于该第一电极的表面。第二电极，覆盖于该振荡元件的该第二表面被该第一电极及该压电材料层暴露出来的局部，并延伸配置于该压电材料层上。此外，每一个振荡元件更具有与第二表面相对且相对远离基板的一第三表面，而第二电极具有面向开孔的一第四表面，且每一共振单元的厚度为振荡元件的第三表面至第二电极的第四表面的距离。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，上述的振荡元件为柱体。

在本发明的超声波换能器探头的一实施例中，其中振荡元件由弹性材料组成，且弹性材料产生形变以驱动压电元件。此外，弹性材料包含金属或半导体材料，其中半导体材料包含硅。

基于上述，在本发明的超声波换能器探头中，改以共振单元的厚度震荡模态决定操作频率，因此操作频率主要受到共振单元的厚度尺寸影响而非平面尺寸，所以由于平面尺寸可有效地缩小，可进而使阵列单元的间距小于待测环境的1/2波长，以达到抑制栅瓣效应的目的，此外，可较应用薄板挠曲模态设计的元件获得相对佳的平面制作工艺裕度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为阵列波源间距大于1/2波长于水中的指向效果模拟的声场图；

图1B为栅瓣效应示意图；

图2为本发明一种超声波探测器的示意图；

图3为应用于图2的超声波探测器的超声波换能器探头的局部立体示意图；

图4为图3的剖面示意图；

图5A～图5F为超声波换能器探头的制作流程图；

图6为应用阵列波源间距小于1/2波长于水中的指向效果模拟的声场图。

主要元件符号说明

1000：超声波换能器探头