方面，介質(zhì)層中的開(kāi)口的長(zhǎng)度可沿 著基本垂直于所述堆的縱向軸線(xiàn)的軸線(xiàn)方向以預(yù)定方式變化，最終形成陣列元件的高度尺 寸的變化。
[0054] 介質(zhì)層和壓電層的相對(duì)厚度以及介質(zhì)層和壓電層的相對(duì)介電常數(shù)限定了所施加 的電壓在兩個(gè)層上被分割的程度。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓可被分割為介質(zhì)層占90 %、壓電層 占10%?？梢栽O(shè)定，可改變?cè)诮橘|(zhì)層和壓電層上的電壓分割比率。在其下面沒(méi)有介質(zhì)層的 壓電層部分中，施加電壓的整個(gè)大小都在壓電層上。這部分限定了陣列的活性區(qū)域。在這 方面，介質(zhì)層允許了使用比活性區(qū)域更寬的壓電層，并且允許了在活性區(qū)域中制造切口槽， 并允許切口槽以一種方式延伸超出該區(qū)域，使得即陣列元件和陣列子元件被限定在活性區(qū) 域中，但是在頂面上保持共同的地。
[0055] 在堆中限定了多個(gè)第一切口槽。每個(gè)第一切口槽在堆內(nèi)延伸預(yù)定深度，且沿基本 平行于所述堆的縱向軸線(xiàn)的方向延伸第一預(yù)定長(zhǎng)度。所述第一切口槽的"預(yù)定深度"可遵 照如下預(yù)定深度輪廓（profile)，該輪廓根據(jù)第一切口槽的相應(yīng)長(zhǎng)度上的位置而變。每個(gè)第 一切口槽的第一預(yù)定長(zhǎng)度至少與介質(zhì)層所限定的開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)，且比沿基本 平行于所述堆的縱向軸線(xiàn)的縱向方向的位于所述堆的第一面和相對(duì)的第二面之間的縱距 要短。一方面，多個(gè)第一切口槽限定了多個(gè)超聲陣列元件。
[0056] 所述超聲換能器還可包括多個(gè)第二切口槽。在這方面，每個(gè)第二切口槽在堆內(nèi)延 伸預(yù)定深度，且沿基本平行于所述堆的縱向軸線(xiàn)的方向延伸第三預(yù)定長(zhǎng)度。第二切口槽的 "預(yù)定深度"可遵循如下預(yù)定深度輪廓，該輪廓根據(jù)第二切口槽的相應(yīng)長(zhǎng)度上的位置而變。 每個(gè)第二切口槽的長(zhǎng)度至少與介質(zhì)層所限定的開(kāi)口的第二預(yù)定長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)，且比沿基本平 行于所述堆的縱向軸線(xiàn)的長(zhǎng)度方向的位于所述堆的第一面和相對(duì)的第二面之間的縱距要 短。一方面，每個(gè)第二切口槽相鄰于至少一個(gè)第一切口槽。一方面，多個(gè)第一切口槽限定了 多個(gè)超聲陣列元件，多個(gè)第二切口槽限定了多個(gè)超聲陣列子元件。例如，對(duì)于一個(gè)如下的陣 列：該陣列中，兩個(gè)相應(yīng)的第一切口槽之間有一個(gè)第二切口槽，每個(gè)陣列元件具有兩個(gè)陣列 子元件。對(duì)于每個(gè)陣列元件具有兩個(gè)子方塊元件的64-元件陣列來(lái)說(shuō)，制造129個(gè)相應(yīng)的 第一和第二切口槽以制造128個(gè)壓電子元件，其構(gòu)成陣列的64個(gè)元件。可以設(shè)定，對(duì)于較 大陣列可增加該數(shù)字。對(duì)于沒(méi)有子方塊的陣列，對(duì)于具有64個(gè)和256個(gè)陣列元件的陣列結(jié) 構(gòu)可分別使用65個(gè)和257個(gè)第一切口槽。一方面，第一和/或第二切口槽可被注滿(mǎn)空氣。 在替代方面，第一和/或第二切口槽也可被注滿(mǎn)液體或固體，諸如，例如聚合物。
[0057] 因?yàn)榈谝磺锌诓酆偷诙锌诓鄱疾谎由爝M(jìn)所述堆的相應(yīng)第一面和第二面中的任 一個(gè)，即，所述切口槽具有中間長(zhǎng)度，所形成的陣列元件被位于所述堆的相應(yīng)第一面和第二 面附近的所述堆的毗鄰部分支撐。
[0058] 所述堆的壓電層可在如下頻率共振，即，相對(duì)于電流診斷成像頻率標(biāo)準(zhǔn)（current clinical imaging frequency standards)被認(rèn)為是較高的頻率。一方面，壓電層在大約 30MHz的這一中心頻率處發(fā)生共振。在其他方面，壓電層在處于大約10-200MHZ之間、優(yōu)選 處于大約20-150MHZ之間、以及更優(yōu)選處于大約25-lOOMHz之間的一中心頻率下共振。
[0059] 多個(gè)超聲陣列子元件中的每一個(gè)都有大約0. 2-1. 0的寬高比，優(yōu)選大約0. 3-0. 8 之間，更優(yōu)選大約0.3-0. 7之間。一方面，對(duì)于壓電元件可以使用小于約0.6的寬高比。該 寬高比以及由此產(chǎn)生的幾何形狀有助于將陣列元件的橫向共振模式與用于產(chǎn)生聲能的厚 度共振模式分開(kāi)。因此，所給出的寬高比被配置用于防止壓電條內(nèi)的任何橫向共振模式干 擾首要的厚度模式共振。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的，類(lèi)似的橫截面設(shè)計(jì)可被考慮用于 其他類(lèi)型的陣列。每個(gè)陣列元件可包括至少一個(gè)子方塊切口，使得每個(gè)陣列元件將實(shí)際上 包括兩條或更多的條，其中屬于每一個(gè)各元件的所有條的信號(hào)電極一起電短路。
[0060] 壓電條的寬高比還會(huì)影響陣列元件的方向性（directivity)，即，寬度越窄，方向 性就越低，并且陣列的轉(zhuǎn)向角（steering angle)就越大。對(duì)于具有大于約0.5 λ的間距的 許多陣列而言，針對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的小孔產(chǎn)生的柵瓣（grating lobes)的振幅將增加。PZT條的 各種示例寬高比可包括但不限于：
[0061]
[0062] 第一和/或第二切口槽可被空氣或液體或固體一一諸如聚合物一一填充。填充物 可以是如下低聲阻抗材料，即，將陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)的相鄰壓電條之間的機(jī)械耦合（coupling)最 小化的低聲阻抗材料。如果選定，低聲阻抗材料可具有在壓電條的帶寬之外的聲響應(yīng)以避 免與壓電條的任何不想要的耦合。應(yīng)理解，填充物的選擇會(huì)影響陣列元件的有效寬度，即， 陣列元件的有效寬度將會(huì)由于元件之間的任何機(jī)械耦合而等于或大于陣列元件的實(shí)際寬 度。而且，隨著有效寬度增加，陣列元件的方向性將稍微增加。例如，但不意在限制，Epotek 301和/或301-2環(huán)氧樹(shù)脂等可被用做切口填充物材料。
[0063] 使用多個(gè)第一和第二切口槽，通過(guò)"子方塊"形成子元件是一種如下技術(shù)，其中 兩個(gè)相鄰的子元件被一起電短路，使得所述一對(duì)短路的子元件如同陣列的一個(gè)元件一樣 工作。對(duì)于指定的元件間距一一其是第一切口槽形成的陣列元件的中心與中心之間的間 隔一一子方塊允許實(shí)現(xiàn)提高的元件寬高比，使得元件內(nèi)不想要的橫向共振被調(diào)整到器件運(yùn) 行的預(yù)期帶寬之外的頻率。
[0064] 一方面，所述堆的壓電層具有大約7. 5-300微米的間距，優(yōu)選大約10-150微米，更 優(yōu)選大約15-100微米。在一個(gè)實(shí)施例中，且不意在限制，對(duì)于30MHz的陣列設(shè)計(jì)，對(duì)于1. 5 λ 所形成的間距是大約74微米。
[0065] 在高頻下，當(dāng)陣列元件的寬度和切口槽的寬度按比例縮小至1-10微米量級(jí)時(shí)，在 陣列制造中希望制造窄的切口槽?？s小切口槽可使陣列的間距最小化，使得在陣列器件的 正常運(yùn)行中，能量的柵瓣的影響可被最小化。而且，通過(guò)將切口槽變窄，對(duì)于指定陣列間距 而言，通過(guò)去除盡可能少的壓電層，元件強(qiáng)度和靈敏度被最大化。使用激光加工，壓電層可 被圖案化以細(xì)小的間距并保持機(jī)械完整性。
[0066] 如上指出的，多個(gè)層還可包括信號(hào)電極層和地電極層。所述電極可通過(guò)施加金屬 化層來(lái)限定，所述金屬化層覆蓋介質(zhì)層和壓電層的暴露區(qū)域。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 的，所述電極層可包括任意金屬化表面?？梢允褂玫碾姌O材料的非限制性實(shí)施例是鎳（Ni)。 不進(jìn)行氧化的較低阻抗（在I-IOOMHz下）的金屬化層可通過(guò)薄膜沉積技術(shù)諸如濺射（蒸 發(fā)、電鍍等）被沉積。Cr/Au組合（分別為300/3000埃）是一個(gè)這樣的較低阻抗的金屬化 層的示例，但是也可使用較薄和較厚的層。鉻被用作金的界面間粘合層。如本領(lǐng)域技術(shù)人 員清楚的，可以設(shè)定，可使用在半導(dǎo)體和微制造領(lǐng)域中公知的其他慣用的界面間粘合層。信 號(hào)電極可如此處所述被圖案化。
[0067] 所述堆的多個(gè)層還可包括至少一個(gè)匹配層，所述匹配層具有頂面和相對(duì)的底面。 一方面，所述多個(gè)層包括兩個(gè)這樣的匹配層。第一匹配層的底面的至少一部分可連接至壓 電層的頂面的至少一部分。如果使用第二匹配層，第二匹配層的底面的至少一部分連接至 第一匹配層的頂面的至少一部分。所述匹配層能至少與介質(zhì)層中所限定的開(kāi)口在基本平行 于所述堆的縱向軸線(xiàn)的長(zhǎng)度方向上的第二預(yù)定長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。此處描述了用于制造集成匹配 層的方法。
[0068] 匹配層的厚度通常等于處于器件的中心頻率下的聲音在匹配層材料本身內(nèi)的波 長(zhǎng)的大約1/4。這些匹配層的具體厚度范圍取決于對(duì)這些層的選擇、這些層的具體材料特性 以及器件的預(yù)期中心頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，且不意在限制，對(duì)于聚合物基的匹配層材料， 在30MHz下，其優(yōu)選厚度值為約15-25 μ m。
[0069] -方面，匹配層的聲阻抗可在8_9Mrayl之間；另一方面，該聲阻抗可在3-10Mrayl 之間；再一方面，該聲阻抗可在l-33Mrayl之間。
[0070] 所述堆的多個(gè)層還可包括一個(gè)背襯層，其具有頂面和相對(duì)的底面。一方面，背襯層 基本填充介質(zhì)層所限定的開(kāi)口。另一方面，背襯層的頂面的至少一部分連接至介質(zhì)層的底 面的至少一部分。又一方面，介質(zhì)層的基本所有底面都連接至背襯層的頂面的至少一部分。 再一方面，背襯層的頂面的至少一部分連接至壓電層的底面的至少一部分。
[0071] 所述匹配層和背襯層可選自聲阻抗位于空氣和/或水的聲阻抗與壓電層的聲阻 抗之間的材料。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，環(huán)氧樹(shù)脂或聚合物可與各種組分和各 種比例的金屬和/或陶瓷粉末混合，來(lái)制造具有各種聲阻抗和聲衰減的材料。在本公開(kāi)文 本中，可以設(shè)定任意這樣的材料的組合。匹配層的選擇范圍從1-6分立層到一個(gè)逐漸變化 的層，背襯層的選擇范圍從0-5分立層到一個(gè)逐漸變化的層，所述選擇改變了某一具體中 心頻率下的壓電層的厚度。
[0072] -方面，換能器的背襯層可被配置使得當(dāng)壓電元件被電激發(fā)或者在接收模式運(yùn)行 時(shí)，朝向背襯層向下傳播的聲能被背襯材料吸收以避免在超聲換能器堆的厚度內(nèi)任何不必 要的聲反射。一方面，為了影響對(duì)進(jìn)入背襯材料的聲能的預(yù)期吸收，具有高的聲衰減的單一 背襯材料被配置得足夠厚使得該層像無(wú)限厚的層一樣起作用。如果設(shè)定了不止一種背襯材 料，為了以任意方式調(diào)節(jié)換能器的帶寬和/或特征頻率響應(yīng)，則相應(yīng)地選擇聲阻抗。在一個(gè) 示例方面，背襯層可包括摻雜粉末的環(huán)氧樹(shù)脂。
[0073] -方面，透鏡可被布置為與堆的最上層的頂面處于基本覆蓋配準(zhǔn)（overlying registration)。所述透鏡可被用于將聲能聚焦。所述透鏡可由本領(lǐng)域技術(shù)人員所能知曉的 聚合物材料制成。在一個(gè)優(yōu)選方面，所述透鏡可由與水良好匹配且具有低聲損耗的材料制 成。例如，具有三個(gè)平坦側(cè)面和一個(gè)曲面的預(yù)形成或預(yù)制造的Rexolite塊可被用作透鏡。 曲率半徑（R)是由聲透鏡的預(yù)期焦距決定的。例如但不意在限制，所述透鏡可通過(guò)利用計(jì) 算機(jī)數(shù)字控制設(shè)備、激光加工、模制等被常規(guī)地成型。一方面，曲率半徑足夠大使得曲率寬 度（WC)至少與介質(zhì)層所限定的開(kāi)口一樣寬。示例的透鏡材料是聚甲基戊烯（例如，TPX? )以及交鍵的聚苯乙烯（例如，Rexolite?)。
[0074] RexoI ite中的聲速大于水中的聲速，因此，透鏡由凹面制成。透鏡的曲率半徑限定 了陣列的升高的焦深。對(duì)于IOmm的焦距，曲率半徑（R) =3. 65mm。再一方面，透鏡的最大 曲率深度可被最小化以避免在成像過(guò)程中使用的聲凝膠中截留有空氣包（air pocket)。又 一方面，透鏡最薄的橫截面部分可以被制得盡可能薄，使得在透鏡的正面形成的內(nèi)部聲反 射暫時(shí)保持接近主脈沖。又一方面，透鏡的最薄的橫截面部分可以足夠厚以通過(guò)BF和/或 CF等級(jí)的IEC患者泄露電流測(cè)試。在另一方面，透鏡的曲率可延伸超出陣列的活性區(qū)域，以 避免由于透鏡邊界不連續(xù)性所導(dǎo)致的任何不希望的衍射。示例Rexolite透鏡的示例焦深 和曲率半徑為：
[0075]
[0076] 在一個(gè)優(yōu)選方面，透鏡的最小厚度基本位于介質(zhì)層所限定的開(kāi)口或間隙的中心的 上方。而且，曲率寬度大于介質(zhì)層所限定的開(kāi)口或間隙。一方面，透鏡的長(zhǎng)度可大于切口槽 的長(zhǎng)度，以允許一旦將透鏡安裝在換能器器件的頂部上面，所有的切口槽都被保護(hù)并密封。
[0077] 至少一個(gè)第一切口槽可延伸穿過(guò)或進(jìn)入至少一個(gè)層，以達(dá)到其在堆中的預(yù)期深度 /深度輪廓。所述堆的層中的一些層或全部層可被基本上同時(shí)切穿或切入。這樣，多個(gè)所述 層可被基本上同