專利名稱：一種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子元器領(lǐng)域，具體地，涉及一種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器。
技術(shù)背景 在電子元器件領(lǐng)域，電容式微機(jī)電超聲傳感器，是一種有著廣泛用途的靜電傳感器。超聲傳感器可以在液體、固體和氣體等多種介質(zhì)里工作。超聲傳感器已經(jīng)應(yīng)用在醫(yī)藥診斷和治療，無損傷材料測試，聲納，通訊，接近傳感器，流量測量，實時工藝控制，以及超聲顯微鏡等領(lǐng)域里。電容式微機(jī)電超聲傳感器的基本結(jié)構(gòu)是一個固定下電極和活動上電極的平行板電容，活動上電極依附在一個可變形的薄膜上用來傳送超聲波到臨近的介質(zhì)和從臨近的介質(zhì)中接收(RX)超聲波，直流偏置電壓可以加在傳感器兩電極之間用來設(shè)置薄膜到一個優(yōu)化位置以得到最佳的靈敏度和帶寬。發(fā)射(TX)時，一個交流電壓加在傳感器上，相應(yīng)的靜電力移動薄膜以傳送超聲能量到臨近的介質(zhì)；接收(RX)時，介質(zhì)中的超聲波引起傳感器薄膜震動，從而改變傳感器的電容；電容變化能用相應(yīng)的接收電路探測到。一個完整的電容式超聲傳感器或傳感器陣元都是由多個基元組成。電容式微加工超聲傳感器的基兀一般來說都做成完全一樣的，所以整個傳感器陣兀表面的傳感效應(yīng)(transducing efficiency)都是一樣的。但在超聲成像時,為了得到更好的發(fā)射波束，希望傳感器或傳感器陣元的的傳感效應(yīng)不是每處都一樣，而是有一定的分布。這種設(shè)計很難用傳統(tǒng)的技術(shù)在一個傳感器陣元上實現(xiàn)。但是，在超聲成像時，為了得到更好的發(fā)射波束，希望傳感器或傳感器陣元的傳感效應(yīng)不是每處都一樣，而是有一定的分布。這種設(shè)計很難用傳統(tǒng)的壓電陶瓷技術(shù)在一個傳感器陣元上實現(xiàn)。因此現(xiàn)有的基于壓電陶瓷技術(shù)的系統(tǒng)，只好通過使用更復(fù)雜的傳感器列陣和控制電路和系統(tǒng)，來實現(xiàn)孔徑孔障從而優(yōu)化成像。例如，為了用孔徑孔障提高2維超聲圖像的質(zhì)量，代替一般的ID列陣探頭，人們使用I. 5D、1. 75D、甚至2D的列陣探頭，這極大地增加了探頭和系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，因此只有較少的高端超聲診斷系統(tǒng)上才有此功能。而如果在ID列陣探頭的陣元中實現(xiàn)了設(shè)計要求的傳感效應(yīng)分布，那么在幾乎不增加任何探頭和系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本的情況下實現(xiàn)了孔徑孔障從而優(yōu)化成像。如果在幾乎不增加任何探頭和系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本的情況下實現(xiàn)了孔徑孔障從而優(yōu)化成像，不管是高端系統(tǒng)還是低端系統(tǒng)都能受益，從而可以提高醫(yī)用超聲系統(tǒng)的整體成像質(zhì)量，對幫助提高醫(yī)療診斷水平會有很大的作用。在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在成像質(zhì)量差、制作復(fù)雜、尺寸不夠精確與成本高等缺陷。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對上述超聲傳感器效應(yīng)沒處都一樣的問題，提出一種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，以實現(xiàn)成像質(zhì)量高、制作方便、尺寸精確與成本低的優(yōu)點(diǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，包括至少兩個基元，在每個基元的上、下電極(即第一電極與第二電極)之間具有一個等效傳感空間；其中至少有兩個基元的等效傳感空間不一樣。進(jìn)一步地，每個基元具有一個不均勻的等效傳感空間；其中至少有兩個基元的等效傳感空間不均勻部分的相對比例不一樣，形成超聲傳感器等效傳感效應(yīng)的不均勻分布。進(jìn)一步地，每個基元的上、下電極之間形成不均勻等效傳感空間；該不均勻的等效傳感空間中，包括至少兩種不同的等效傳感空間高度。 進(jìn)一步地，在每個基元的上、下電極中，至少有一個非平面電極；該非平面電極有至少兩種不同空間高度，在上、下電極間形成不均勻等效傳感空間高度。進(jìn)一步地，每個基元的上、下電極之間的傳感空間中有一個不均勻的介質(zhì)絕緣層；該介質(zhì)絕緣層有至少兩種不同厚度，形成超聲傳感器不均勻等效傳感空間高度。以上方案是根據(jù)空間的等效幾何形狀，即上、下電極的表面形狀以及在其表面存積的介質(zhì)絕緣層進(jìn)行的。傳感器的傳感效應(yīng)的好壞主要是被此傳感空間決定的。因此通過改變傳感器中不同位置的基元中的傳感空間的等效高度來達(dá)到在傳感器或傳感器陣元面積內(nèi)希望的傳感效應(yīng)分布。相對于用改變傳感器薄膜的幾何形狀或大小來改變各個基元的傳感器效應(yīng)，這種做法能在改變傳感基元的傳感效應(yīng)時仍能保持所有基元的頻譜的一致性。而且用傳感空間來改變傳感效應(yīng)的傳感器的微機(jī)電制作工藝可以和各處傳感效應(yīng)一樣的傳感器的制作工藝相仿，從而不增加制作工藝的難度。本實用新型具有以下有益效果⑴超聲傳感器的不均勻等效傳感效應(yīng)分布改善了發(fā)射波束，大大提高了成像質(zhì)量;⑵本實用新型適合微機(jī)電加工工藝特點(diǎn)，跟沒有不均勻等效傳感效應(yīng)分布的傳感器的制作工藝相比，不會增加制作工藝的難度；對于微機(jī)電加工工藝而言，在加工水平方向比垂直方向更容易實現(xiàn)多種不同的尺寸變化，從而較容易制作出需要的孔徑孔障；⑶制作方便，制作工藝中尺寸控制精確，從而極大提高換能器的良率，且成本低。本實用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中圖I是一個可變形薄膜電容式微機(jī)電超聲傳感器的截面示意圖以及一個傳感器基兀100的放大圖；圖2顯示了傳感器的傳感效應(yīng)分布設(shè)計的例子；圖3顯示本實用新型傳感器通過各基元不等效空間高度達(dá)到傳感效應(yīng)均勻分布的結(jié)構(gòu)示意圖。上述有關(guān)附圖具體說明如下圖I是已有技術(shù)，圖I中的傳感空間170隨著薄膜110的移動產(chǎn)生不均勻傳感空間。理想情況下,傳感器的傳感效應(yīng)分布應(yīng)設(shè)計為高斯函數(shù)(Gaussian function)的形狀(如圖2中的曲線610)，這樣傳感效應(yīng)分布的傳感器的波束分布里沒有旁瓣。如果沒有辦法將傳感器的分布做成理想的高斯分布，我們可以設(shè)計多個階梯分布(例如圖2中的曲線620和630)的傳感效應(yīng)來盡量接近理想的高斯分布。圖3中，它包括一個上電極(第一電極)750, —個下電極(第二電極)760和均勻傳感空間770。但傳感空間的高度在不同的位置可以有所變化，從而使在不同位置的基元可 以有不同的傳感效應(yīng)。例如，傳感空間770、770A、770B安定770C依次變高，從而使傳感效應(yīng)依次變小。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。實施例一圖3中，各個基兀有和圖I中的基兀一樣的結(jié)構(gòu)，它包括一個上電極(第一電極)750，一個下電極(第二電極)760和均勻傳感空間770。但傳感空間的高度在不同的位置可以有所變化，從而使在不同位置的基元可以有不同的傳感效應(yīng)。例如，傳感空間770，770A，770B和770C依次變高，從而使傳感效應(yīng)依次變小。理想情況下,傳感器的傳感效應(yīng)分布應(yīng)設(shè)計為高斯函數(shù)(Gaussian function)的形狀(如圖2中的曲線610)，這樣傳感效應(yīng)分布的傳感器的波束分布里沒有旁瓣。如果沒有辦法將傳感器的分布做成理想的高斯分布，可以設(shè)計多個階梯分布(例如圖2中的曲線620和630)的傳感效應(yīng)來盡量接近理想的高斯分布)，所以770、770A、770B和770C的傳感效應(yīng)數(shù)值應(yīng)根據(jù)其在傳感器的位置來確定其相應(yīng)的傳感效應(yīng)數(shù)值從而使其形成的傳感器傳感效應(yīng)更接近高斯分布。有些分布也許不是最優(yōu)化的是，最佳的分布設(shè)計要根據(jù)傳感器的形狀，大小已經(jīng)傳感器的工作頻率來定，一般來講，需要通過模擬(simulation)實驗確定。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在超聲成像時在傳感器不同區(qū)域傳感器的傳感效應(yīng)沒有差異，從而成像質(zhì)量不能得到更一步的優(yōu)化；本實用新型涉及超聲波傳感器領(lǐng)域，在上、下電極之間具有不均勻等效傳感空間，提供的技術(shù)方案為傳感器由多個基元組成，采用各個基元不同寬度，深度或形狀的傳感空間，使超聲傳感器具有不均勻等效傳感空間從而形成不均勻的傳感效應(yīng)，并利用微機(jī)電的方式進(jìn)行制作，制作出設(shè)計需要的傳感效應(yīng)分布，實現(xiàn)需要的孔徑孔障，具有發(fā)射束明顯改善，成像質(zhì)量高，制作方便，尺寸精確、成本低的有益效果；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成像質(zhì)量差、制作復(fù)雜、尺寸不夠精確與成本高的缺陷，以實現(xiàn)成像質(zhì)量高、制作方便、尺寸精確與成本低的優(yōu)點(diǎn)。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，其特征在于，包括至少兩個基元，在每個基元的第一、第二電極之間具有ー個等效傳感空間；其中至少有兩個基元的等效傳感空間不一祥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，其特征在于，每個基元具有ー個不均勻的等效傳感空間；其中至少有兩個基元的等效傳感空間不均勻部分的相對比例不一樣，形成超聲傳感器等效傳感效應(yīng)的不均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，其特征在于，每個基元的第一、第二電極之間形成不均勻等效傳感空間；該不均勻的等效傳感空間中，包括至少兩種不同的等效傳感空間高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式微機(jī)電超聲傳感器,其特征在于,在姆個基兀的第一、第二電極中，至少有ー個非平面電極；該非平面電極有至少兩種不同空間高度，在第一、第ニ電極間形成不均勻等效傳感空間高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，其特征在于，每個基元的第一、第二電極之間的傳感空間中有ー個不均勻的介質(zhì)絕緣層；該介質(zhì)絕緣層有至少兩種不同厚度，形成超聲傳感器不均勻等效傳感空間高度。
專利摘要本實用新型及超聲波傳感器領(lǐng)域，公開了一種由不等效空間高度的各基元組成的電容式超聲傳感器，由于現(xiàn)有技術(shù)在超聲成像時在不同區(qū)域傳感效應(yīng)沒有差異，影響成像質(zhì)量；為此，本實用新型在上、下電極之間具有不均勻等效傳感空間，提供的技術(shù)方案為傳感器由多個基元組成，采用各個基元不同高度的傳感空間，使超聲傳感器具有不均勻等效傳感空間，并利用微加工的方式進(jìn)行制作，制作出設(shè)計需要的傳感效應(yīng)分布，實現(xiàn)需要的孔徑孔障，本實用新型具有發(fā)射束明顯改善，成像質(zhì)量高，制作方便，尺寸精確、成本低的有益效果。
文檔編號A61N7/00GK202408953SQ20122000141
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者陳力, 高毅品, 黃勇力 申請人:無錫智超醫(yī)療器械有限公司