專利名稱：超聲探頭和超聲顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲探頭和超聲顯示裝置，其包含對抗在超聲換能器中產生的熱的措施。
背景技術：
超聲顯示裝置基于通過對受檢者超聲掃描而獲得的回波信號顯示超聲圖像。這樣的超聲顯示裝置使用經由探頭線纜連接到其的超聲探頭而執行超聲掃描。超聲探頭具有超聲換能器、聲匹配層和背襯材料。更具體來說，超聲換能器提供有在對象側上的聲匹配層和在與對象側相對的側上的背襯材料(參見，例如，專利文獻I)。在聲匹配層的受檢者側上，提供要與受檢者接觸的聲透鏡。超聲換能器包括例如鋯鈦酸(PZT)的壓電兀件。施加電壓于超聲換能器來傳送超聲波。 [引用列表]
[專利文獻][專利文獻I] JP-A No. 2009-61112。

發明內容
[技術問題]
當傳送并且接收超聲波時，在超聲換能器中產生熱。因為背襯材料具有的導熱性比聲匹配層的導熱性低，所以在超聲換能器中產生的熱未被傳導到背襯材料側而傳導到聲匹配層側，即，傳導到受檢者側。因此，當超聲探頭保持在使用時，聲透鏡的表面溫度上升。因此，當傳送/接收超聲波時，超聲換能器的超聲輸出受到限制以便防止聲透鏡的表面溫度過度上升。因此，期望這樣的超聲探頭，在其中在超聲換能器中產生的熱可以朝與受檢者側相對的側釋放。[問題的解決方案]
為了解決上面的問題而做出的本發明提供超聲探頭，其具有在超聲換能器和背襯層之間的反射層，該反射層是用于使從超聲換能器傳送的超聲波反射。在超聲探頭中，背襯層包括背襯材料，在背襯材料的表面上形成導熱層，該導熱層的材料具有的導熱性比背襯材料的導熱性高。[發明的有利效果]
根據上面描述的本發明，在背襯材料的表面上形成導熱層，使得在超聲換能器中產生的熱可以釋放到與受檢者側相對的側。因為從超聲換能器傳送的超聲波不是由導熱層而是由反射層發射，防止了超聲波到受檢者側的傳送在聲學上受到不利影響。


圖1是示出根據本發明的超聲診斷設備的實施例的框圖。圖2是超聲探頭的外部透視圖。圖3是在圖2中示出的超聲探頭的僅功能元件段的外部透視圖。
圖4是在圖2中示出的超聲探頭的功能元件段的截面圖。圖5是背襯層的另一個示例的截面圖。圖6是用于解釋超聲波傳送的簡圖。圖7是用于解釋導熱層與背襯材料在X軸方向上的寬度之間的比率的簡圖。
具體實施例方式將在下文描述本發明的實施例。在圖1中示出的超聲診斷設備100是根據本發明的超聲顯示裝置的示例并且包括超聲探頭I和設備主體101，超聲探頭I連接到設備主體101。設備主體101提供有傳送/接收段102、回波數據處理段103、顯示控制段104、顯示段105、操作段106、和控制段107。傳送/接收段102基于從控制段107接收的控制信號在預定掃描條件下向超聲探頭I供應電信號，其用于傳送來自超聲探頭I的超聲波。傳送/接收段102還處理由超聲探頭I接收的回波信號用于例如Α/D轉換或相位整流添加。回波數據處理段103處理從傳送/接收段102輸出的回波數據來產生超聲圖像。例如，回波數據處理段103通過執行例如對數壓縮和包絡檢測等B模式處理而產生B模式數據。顯示控制段104通過使用掃描轉換器將從回波數據處理段103輸入的數據掃描轉換而產生超聲圖像數據，并且在顯示段105上顯示基于超聲圖像數據的超聲圖像。例如，顯示控制段104基于B模式數據產生B模式圖像數據并且在顯示段105上顯示B模式圖像。顯 示段105例如包括液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)。操作段106例如包括開關、鍵盤和指向裝置(未示出)，供操作者使用來輸入命令和信息。控制段107包括中央處理單元(CPU)，未示出。控制段107讀取存儲在存儲段(未示出)中的控制程序，并且促使執行超聲診斷設備100的多種段的功能。將基于圖2、3和4描述超聲探頭I。超聲探頭I對受檢者超聲掃描并且接收超聲回波信號。超聲探頭I在其末端部分具有聲透鏡段2。超聲探頭I提供有探頭外殼3和用于連接到設備主體101的連接線纜4。超聲探頭3內在地提供有功能元件段5。該功能元件段5將基于圖3和4在下面詳細描述。功能元件段5提供有聲匹配層6、超聲換能器7、粘合層8、反射層9、背襯層10、柔性襯底11和金屬體12。聲匹配層6、超聲換能器7和反射層9每個具有在X軸方向上延伸的平行六面體形狀，其中它們的每一個在z軸方向(超聲波沿該z軸方向傳送)上堆疊，以形成疊層結構13，從而使得復數個疊層結構13在7軸方向上排列。聲匹配層6中的每個接合到鄰近超聲換能器7 (粘合層未示出)的側上的表面，超聲波傳送通過該側。聲匹配層6具有的阻抗在超聲換能器7和聲透鏡段2的阻抗之間。聲匹配層6具有的厚度近似等于傳送通過其處的超聲波的中心頻率波長的四分之一并且阻止超聲波在具有不同的聲阻抗的界面處反射。即使在本示例中，聲匹配層示出為單層，但可使用形成復數個層結構的聲匹配層。超聲換能器7具有壓電材料14和傳導層15。壓電材料14是,例如,壓電錯鈦酸(PZT)。傳導層15例如通過濺射在壓電材料14的表面上形成。傳導層15具有信號電極16和接地電極17。信號電極16在壓電材料14的孔18 (稍后描述)之間的部分14a中形成。接地電極17包括第一部分17a、第二部分17b和第三部分17c。該第一部分17a在壓電材料14的末端部分14b中形成為處于與通過孔18而與第一部分17a分開的信號電極16相同的平面中。第二部分17b在壓電材料14的表面(其與形成第一部分17a所在的表面相對)上形成。第三部分17c在與平行六面體超聲換能器7的第一部分17a和第二部分17b之間的側表面上形成。信號電極16在接地電極17的第一部分17a之間形成。信號電極16和接地電極17通過孔18而互相電隔離。超聲換能器7和粘合層8的總厚度近似等于由超聲換能器7的振動產生的超聲波的中心頻率波長的四分之一。具體來說，超聲換能器7具有大約幾百微米的厚度。反射層9由例如環氧樹脂粘合劑的粘合層8接合到超聲換能器7的表面，該表面與受檢者側相對(即，與聲匹配層6相對)。也就是，反射層9接合到信號電極16和第一部分 17a。反射層9的超聲換能器7側上的表面被鏡面拋光。在超聲換能器7上形成的信號電極16和第一部分17a的表面也被鏡面拋光。反射層9的(、在超聲換能器7側上的)被鏡面拋光的表面和在超聲換能器7上形成的信號電極16和第一部分17a的被鏡面拋光的表面的表面粗糙度保持在大約幾微米。從而，使粘合層8盡可能均勻地薄至例如大約幾微米厚，這是可能的。如上文描述的，粘合層8的厚度大約與信號電極16、第一部分17a和反射層9中的每個的表面粗糙度相同。在這樣的狀況下，即使粘合層8是包含環氧樹脂粘合劑的絕緣體，信號電極16和第一部分17a在不規則的表面部分處部分與反射層9接觸(電連接)。反射層9起到固定板的作用，其在由超聲換能器7的振動產生的來自超聲換能器7的超聲波之后使其朝受檢者反射。由反射層9反射的超聲波使入射在受檢者上的超聲功率增加。反射層9代表根據本發明的反射層的一個實施例。設計成使來自超聲換能器7的超聲波反射的反射層9由這樣的材料制成，其具有的聲阻抗比壓電體14的聲阻抗高。反射層9由例如鶴制成。因為鎢(反射層9由其制成)是傳導的，反射層9具有用于電連接柔性襯底11的第一銅箔層19和第二銅箔層20 (稍后描述)的功能，該柔性襯底11具有超聲換能器7的信號電極16和接地電極17。這允許由第一銅箔層19和第二銅箔層20供應的電壓經由反射層9施加到超聲換能器7。在反射層9、粘合層8和超聲換能器7的兩側上的縱向末端部分中提供孔18。孔18通過使用例如從反射層9側應用的金剛石砥石(whetstone)對超聲換能器7和反射層9 (其已經由粘合層8接合在一起)執行切割工作而形成。使用粘合劑將柔性襯底11接合到反射層9的表面(與接合到超聲換能器7表面相對)，使得柔性襯底11處于反射層9和背襯層10之間(粘合層未示出)。柔性襯底11在背襯層10的厚度方向上沿側表面向外部延伸以連接到連接線纜4(連接結構未示出)。柔性襯底11的結構將在下面描述。柔性襯底11具有第一銅箔層19、第二銅箔層20、第一聚酰亞胺膜層21和第二聚酰亞胺膜層22。該第一銅箔層19和該第二銅箔層20由第一聚酰亞胺膜層21互相隔離。該第一銅箔層19在接合到反射層9的狀態下與孔18相比更接近反射層9的兩端而形成。該第二銅箔層20疊層地夾在第一聚酰亞胺膜層21與第二聚酰亞胺膜層22之間，同時使外部部分形成為經由通孔H而處于反射層9的中心表面部分(孔18之間)中并且在與第一銅箔層19相同的平面中存在。在相同的平面中存在的第一銅箔層19以及第二銅箔層20的部分由分離槽23互相隔離。分離槽23在柔性襯底11接合到反射層9的狀態下形成與孔18對準。在該設置中，與孔18相比更接近傳導反射層9的兩端地將第一銅箔層19電連接到傳導反射層9的末端部分，而第二銅箔層20電連接到反射層9的中心部分(孔18之間)。從而，第一銅箔層19經由反射層9與包括在超聲換能器7中的接地電極17的第一部分電連接，并且第二銅箔層20經由反射層9與包括在超聲換能器7中的信號電極16電連接。與接地電極17連接的第一銅箔層19形成為沿柔性襯底11的整個長度延伸，使得它與在y軸方向上排列的所有超聲換能器7共同連接。另一方面，第二銅箔層20由銅箔分割槽在柔性襯底11中沿形成復數個銅箔樣式(未示出)的y軸方向分成復數個部分。該復數個銅箔樣式對應于沿y軸方向排列的復數個疊層結構。背襯層10接合到柔性襯底11或直接在柔性襯底11的背面上形成來支持柔性襯底11。背襯層10代表根據本發明的背襯層的一個實施例。背襯層10具有背襯材料24和導熱層25。背襯材料24是，例如，通過使金屬粉末分散和固化而形成的環氧樹脂。導熱層25在背襯材料24的表面上形成。導熱層25由具有的導熱性比背襯材料的導熱性高的材料制成。例如，它通過用金屬板涂覆背襯材料24的表面而形成。通過用金屬板涂覆背襯材料24形成導熱層25使得導熱層25的形成變得容易。只要導熱層25的導熱性是背襯材料24的導熱性高幾百至幾千倍，它不必是金屬。導熱層25可由例如碳制成。在本示例中，即使導熱層25在背襯層10的整個表面上形成，導熱層至少需要形成為覆蓋背襯層10的表面(在反射層9側上)并且延伸以到達背襯層10的相對表面(在金屬體12側上)。例如，如在圖5中示出的，導熱層25不必覆蓋背襯層10的整個表面(在金屬體12側上)只要它形成為沿背襯層10的表面(在金屬體12側上)的X軸方向覆蓋兩個末端部分。導熱層25優選地具有的厚度不超出從超聲換能器7傳送的超聲波的中心頻率波長的10%。這是由于下列原因。從超聲換能器7傳送到反射層9側(與受檢者側相對)的超聲波中的大部分由反射層9朝受檢者側反射。然而，低頻超聲波穿過反射層9并且到達背襯材料24以由此被吸收。如果導熱層25太厚，傳送通過反射層9的超聲波可能在被背襯材料24吸收之前由導熱層25反射。當導熱層25的厚度是如上文描述的那樣時，可以阻止超聲波被導熱層25反射。金屬體12使用粘合劑(粘合層未示出)接合到背襯層10。金屬體12構成，例如探頭外殼3的一部分。包括在本示例的超聲探頭I中的功能元件段5的操作將在下面描述。當在信號電極16和接地電極17之間施加電壓時，超聲換能器7激發共振。利用在受檢者側上存在的低聲阻抗的聲匹配層6和在與受檢者側相對的背襯層10側上存在的高聲阻抗的反射層9，共振形成駐波W(如在圖6中示出的)，其在受檢者側上具有自由端并且在反射層9側上具有固定端。注意沿在圖6中示出的z軸的坐標位置對應于沿在圖4中示出的超聲換能器7和反射層9的z軸的位置。圖6示出駐波W，其幅度在超聲換能器7的受檢者側上的表面處最大并且在反射層9的超聲換能器7側上的表面處是零。反射層9起到固定端的作用。從而，在共振條件下，在超聲換能器7中產生駐波W，其波長的四分之一等于在超聲換能器7的z軸方向上產生的厚度。因為粘合層8如上文描述的那樣是均勻薄的，所以粘合層8沒有防止反射層9起到固定端的作用。當傳送超聲波時，在超聲換能器7中產生的熱經由反射層9和柔性襯底11到達背襯層10。已經到達背襯層10的熱經由導熱層25到達金屬體12。導熱層25具有的導熱性是背襯材料24的導熱性的幾百至幾千倍。如在圖7中示出的，其中導熱層25的寬度(厚度)指示為“A”并且在背襯材料24的X方向上的寬度指示為“B”，在導熱層25的X軸方向上的寬度(2XA)是在背襯材料24的x軸方向上的寬度B幾百分之一。即使導熱層25的寬度與背襯材料24相比是小的，利用具有的導熱性是背襯材料24的導熱性的幾百至幾千倍的導熱層25，提供有導熱層25的背襯材料24的導熱性是沒有導熱層25的背襯材料24的導熱性幾倍至幾百倍。從而，在超聲換能器7中產生的熱比在現有技術的情況下(其中背襯材料24未提供有導熱層25)更容易地傳導到與受檢者側相對的側上的金屬體12。這可以防止聲輸出受到聲透鏡段2的表面溫度的約束。
因為從超聲換能器7相對受檢者側傳送的超聲波由反射層9反射，導熱層25 (其可以是金屬的，在背襯層10的表面上形成)未產生任何在聲學上不期望的效果。
已經關于上文的實施例描述本發明，但不言自明的是可以在本發明中、在不偏離其精神的范圍內做出多種變化和修改。例如，即使導熱層25通過用金屬板涂覆背襯材料24而形成，但導熱層25可由不同的方法形成。例如，導熱層25可通過對背襯材料24的表面應用電鍍工藝而形成。
權利要求
1.一種超聲探頭，所述超聲探頭具有在超聲換能器與背襯層之間的反射層，所述反射層用于使從所述超聲換能器傳送的超聲波反射，其中所述背襯層包括背襯材料，在所述背襯材料的表面上形成導熱層，所述導熱層的材料具有的導熱性比所述背襯材料的導熱性聞。
2.如權利要求1所述的超聲探頭，其中，所述導熱層形成為從所述背襯材料的所述反射層側上的表面延伸到與所述背襯材料的所述反射層側相對的表面。
3.如權利要求1和2中的一項所述的超聲探頭，其中，所述導熱層具有的厚度不超出從所述超聲換能器傳送的所述超聲波的中心頻率波長的10%。
4.如權利要求1至3中的一項所述的超聲探頭，其中，所述導熱層通過用具有的導熱性比所述背襯材料的導熱性高的材料的板涂覆所述背襯材料的表面而形成。
5.如權利要求1至4中的一項所述的超聲探頭，進一步具有金屬體，所述金屬體同與所述背襯層的所述反射層側相對的所述表面接觸。
6.如權利要求1至5中的一項所述的超聲探頭，其中，所述反射層具有的聲阻抗比所述超聲換能器的聲阻抗大并且起到固定端的作用以使從所述超聲換能器傳送的所述超聲波反射。
7.如權利要求1至6中的一項所述的超聲探頭，其中，所述導熱層由金屬或碳制成。
8.一種超聲顯示裝置，所述超聲顯示裝置提供有根據權利要求1至7中的一項所述的超聲探頭。
全文摘要
本發明名稱為“超聲探頭和超聲顯示裝置”。提供超聲探頭，其可以使在超聲換能器中產生的熱朝與受檢者側相對的側釋放。超聲探頭具有在超聲換能器(7)和背襯層(10)之間的反射層(9)，該反射層(9)用于使從超聲換能器(7)傳送的超聲波反射。背襯層(10)包括背襯材料(24)，在背襯材料的表面上形成導熱層(25)，該導熱層的材料具有的導熱性比背襯材料(24)的導熱性高。導熱層(25)形成為從背襯材料(24)的反射層(9)側上的表面延伸到與背襯材料(24)的反射層(9)側相對的表面。
文檔編號A61B8/00GK103027711SQ201210368800
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年9月29日
發明者磯野洋, 大塚昌昭 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司