[发明专利]用于超声换能器阵列的具有高导热性的高孔隙率声背衬

说明书

发明领域

本发明涉及医疗诊断超声系统，尤其涉及用于超声换能器阵列的背衬材料。

背景技术

二维阵列换能器被用在超声成像中，以便进行三维扫描。二维阵列在方位方向和高度方向上都具有许多行和列的换能器元件，这将需要大量的电缆导体来在探针和主机超声系统之间联接信号。用于使在探针电缆中的信号导体的数量最小化的优选技术是在微波束成形器ASIC（专用集成电路）中的探针中执行至少一些波束成形。该技术仅仅需要相对少数量的部分波束成形信号被联接到主机超声系统，从而减少所需要的在电缆中的信号导体的数量。然而，必须在二维阵列和微波束成形器ASIC之间进行大量信号连接。进行这些连接的有效方法是将换能器阵列和ASIC设计成具有倒装芯片互连方式，由此该换能器阵列的传导垫是直接粘合到ASIC的相应传导垫上的突起部。

然而，微波束成形器ASIC的高密度电子电路可能在其小的IC包中产生大量的热，所述热必须被消散。存在所述热可以沿其流动的两个主要方向。一个方向是穿过声堆（acoustic stack）朝着在探针的患者接触端处的透镜向前。在该方向上的导热性通过在该换能器堆（transducer stack）中的导电元件改善。该向前路径对热流呈现相对低的阻力。然后必须通过降低传输电压和/或脉冲重复频率来防止热在透镜中聚集，这不利地影响到了探针的性能。

优选的导热方向是后部，远离透镜并且朝着在探针的后部处的散热器（通常是铝）。但是，通常位于换能器堆、阵列元件和微波束成形器ASIC后面的是声衬块（acoustic backing block）。声衬块的目的在于使从声堆的后部发射的超声能衰减并且防止该能量导致被朝着声堆反射的回响。声衬块通常由具有良好声衰减性能的材料制成，诸如含有微气泡或其它消音颗粒的环氧树脂。虽然已开发了许多环氧树脂填料复合背衬以将ASIC与探针组件的支撑结构（通常是铝）隔离，但是它们有两个缺点。如果将它们构想为具有高衰减性，那么它们具有不可接受的导热率。如果将它们构想为具有高的导热率，则它们具有不可接受的衰减。因此，期望提供用于超声探针的声衬块，所述声衬块呈现对进入到该衬块中的声能的良好声衰减性、朝向所述探针的后部且远离透镜的良好导热性、可以在需要时支撑声堆的良好结构稳定性以及微波束成形器ASIC与所述探针的其它传导部件的适当的电绝缘性。

发明内容

根据本发明的原理，用于超声换能器阵列堆的衬块由具有高的声衰减性和高的导热性的多孔石墨泡沫材料形成。在优选的实施方式中，泡沫衬块被构造为具有填充有环氧树脂的泡沫结构的复合件。可以将电绝缘层定位在衬块的顶部上、衬块和声堆组件的ASIC之间的结合部处。

附图说明

在图中：

图1图示了具有根据本发明的原理构造的导热衬块的声堆。

图2图示了当组装在具有透镜盖的换能器探针中时图1的声堆。

图3是根据本发明的原理构造的导热衬块的透视图。

图4是根据本发明的原理构造的导热衬块的俯视图。

图5是根据本发明的原理构造的导热衬块的横截面侧视图。

图6图示了根据本发明的原理构造的复合泡沫衬块。

图7图示了本发明的具有在ASIC和复合泡沫衬块之间的膜绝缘层的声堆组件。

图8图示了本发明的具有涂覆有聚对二甲苯的复合泡沫衬块的声堆组件。

具体实施方式

首先参见图1，示意地示出具有根据本发明的原理构造的导热衬块的声堆100。诸如PZT的压电层110和被粘结到该压电层的两个匹配层通过切块切割件75而被切块，以便形成单个换能器元件175的阵列，其中四个换能器元件175参见图1。阵列170可以包括单行的换能器元件（1-D阵列）或可以在两个正交方向上被切块，以便形成换能器元件的二维（2D）矩阵阵列。匹配层使压电材料的声阻抗与通常在渐进匹配层的步骤中被诊断的身体的声阻抗匹配。在该示例中，第一匹配层120被形成为导电石墨复合件，并且第二匹配层130由被含有导电颗粒的聚合物形成。接地平面180被粘结到第二匹配层的顶部并且被作为传导层形成在低密度聚乙烯（LDPE）140的膜150上。接地平面通过导电匹配层被电联接到换能器元件并且被连接到柔性电路185的接地导体。LDPE膜150形成堆的第三且最后的匹配层140。