DE10155894A1 - Piezoelektrische Mehrschichtstruktur mit gleichmässigem elektrischem Feld - Google Patents
Piezoelektrische Mehrschichtstruktur mit gleichmässigem elektrischem FeldInfo
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Abstract
Ein Ultraschallwandlerelement weist Material mit niedriger dielektrischer Konstante zur Begrenzung des elektrischen Felds eines Stapels aus piezoelektrischen Keramikschichten auf. Aus Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante hergestellte und sich in der Dickenrichtung erstreckende Kantenabschnitte sind bei gegenüberliegenden Enden der Mehrschichtstruktur ausgebildet. Diese Bereiche aus Material mit niedriger dielektrischer Konstante begrenzen das elektrische Feld auf das piezoelektrische Keramikmaterial mit hoher dielektrischer Konstante, wo es vertikal gerichtet bleibt. Auf diese Weise sind dann, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, die piezoelektrisch bewirkten Spannungen nahezu vollständig vertikal. Nebenmoden werden daher wesentlich verringert.
Description
Zur medizinischen Abbildung und zum zerstörungsfreien
Testen verwendete Ultraschallwandler sind durch zwei
Haupteigenschaften, Empfindlichkeit und Bandbreite,
gekennzeichnet, die direkt mit der Durchdringung und
Auflösung des Abbildungssystems korreliert sind. Es ist in
dem Fachgebiet allgemein bekannt, daß piezoelektrische
Mehrschichtstrukturen verglichen mit bekannten
Einzelschichtvorrichtungen eine Empfindlichkeitssteigerung
bereitstellen, da die Mehrschichtstruktur die elektrische
Impedanz des piezoelektrischen Keramikelements wie z. B.
Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verringert.
Bei einem Mehrschicht-PZT-Wandlerarray sind die N Schichten
(N < 1) akustisch in Reihe gekoppelt, so daß die
Resonanzdicke λ/2 (wobei es sich bei λ um die
Ultraschallwellenlänge handelt) t ist, die Stapeldicke.
Wenn die Polarität einer angelegten Spannung zu der
Polungsrichtung paßt, dehnt sich das piezoelektrische
Material in der Dickenrichtung aus. Da für jede Schicht die
elektrische Polarität gleich der Polungsrichtung ist,
dehnen sich die Schichten aus oder drücken sich zusammen.
Für eine gegebene angelegte Spannung ist das elektrische
Feld quer über jede Schicht (Dicke t/N) größer als das
elektrische Feld für einen Einzelschichtwandler (Dicke t),
was zu einer größeren akustischen Ausgabeenergie führt.
Elektrisch sind die Schichten parallelgeschaltet.
Verglichen mit einer Einzelschichtvorrichtung handelt es
sich bei einer N-Schicht-Vorrichtung im wesentlichen um die
Zusammenfassung von N parallelgeschalteten dünneren
Kondensatoren. Da die Gesamtdicke der Struktur für eine
gegebene Betriebsfrequenz konstant bleibt, erhöht sich die
Kapazität der Vorrichtung als eine Funktion von N2.
Entsprechend sinkt die elektrische Impedanz als eine
Funktion der Inversen von N2.
Da bekannte (Einzelschicht-)Wandlerelemente dazu neigen,
verglichen mit der elektrischen Impedanz des das Element
mit der Bedieneinheit verbindenden Kabels eine hohe
elektrische Impedanz aufzuweisen, erfahren diese bekannten
Wandlerelemente eine ernstliche Impedanzfehlanpassung, die
die Übertragung von elektrischer Energie zwischen dem
Element und der Bedieneinheitelektronik beschränkt. Während
diese Fehlanpassung für bekannte eindimensionale Wandler,
für die die elektrische Impedanz typischerweise mehrere
hundert Ohm verglichen mit 50 Ohm für das Kabel beträgt,
unerwünscht ist, ist sie für Mehrzeilentastköpfe, bei denen
die Elementimpedanz typischerweise ein paar tausend Ohm
beträgt, untragbar. Eine piezoelektrische Struktur mit
selbst ein paar Schichten reicht aus, um die Fehlanpassung
zu verringern und dadurch die Empfindlichkeit auf ein
tragbares Niveau zu verbessern.
Bei einem idealen piezoelektrischen Element ist das
elektrische Feld überall in dem piezoelektrischen Material
gleichmäßig und homogen. Im Gegensatz dazu ist für
piezoelektrische Elemente mit Umlaufelektroden das
elektrische Feld in der Nähe der Umlaufelektrode gestört.
Wenn eine Spannung angelegt wird, erzeugt somit das sich
ergebende elektrische Feld unerwünschte Spannungen in dem
Element. Diese Spannungen verringern die gewünschte
Bewegung. Insbesondere wird der elektromechanische
Wirkungsgrad verglichen mit einer Parallelplattengeometrie
verringert.
Bisher haben andere dieses Problem in verschiedenen
Zusammenhängen erkannt und haben sich damit beschäftigt, es
zu beseitigen [siehe z. B. US-Patent Nr. 4,217,684] oder es
zur Verbesserung der Kontrastauflösung bei einer
Ultraschallabbildungseinrichtung auszunutzen [siehe z. B.
US-Patent Nr. 4,460,841]. Piezoelektrische Keramik weist
relativ zu Luft oder den meisten anderen Materialien eine
bemerkenswert hohe dielektrische Konstante auf,
typischerweise mehrere hundert Mal größer für die harten
PZT bis mehrere tausend Mal größer für die weichen PZT.
Desilets et al. ["Effect of Wraparound Electrodes on
Ultrasonic Array Performance", 1998 TEEE Ultrasonics
Symposium] lehren die Verwendung eines Sägeschlitzes (d. h.
Zerteilungsschlitzes) zur Änderung der dielektrischen
Konstante in der Nähe der Kanten der piezoelektrischen
Keramikschicht. Dies verringert das elektrische Randfeld
mit seiner zugehörigen Kapazität drastisch und minimiert
ferner durch horizontale Komponenten des elektrischen Felds
verursachte Spannungen. Somit können Zerteilungsschlitze
zur Begrenzung des elektrische Felds und Erzeugung einer
gleichmäßigeren mechanischen Bewegung verwendet werden. Der
Sägeschlitz kann jedoch nicht beliebig schmal sein, da er
mit einem Sägeblatt erzeugt werden muß, dessen Dicke durch
die Stärke des Blattmaterials bestimmt ist. Auf ähnliche
Weise muß der Abschnitt der Keramik, der die
Umlaufelektroden stützt, beträchtlich genug sein, um nicht
zu brechen. Der Sägeschlitz kann mit Epoxidharz oder einem
anderen Material mit niedriger dielektrischer Konstante
gefüllt sein und immer noch die gewünschte Wirkung
erzielen. Das Material mit niedriger dielektrischer
Konstante wird jedoch eingeführt, nachdem die
Keramikstruktur (mit einer hohen dielektrischen Konstante)
anderweitig als ein homogener Körper gefertigt worden ist.
Alle piezoelektrischen Wandler funktionieren durch ein
Anlegen einer Spannung an Elektroden an gegenüberliegenden
Seiten der Vorrichtung. Für einen Einzelschichtwandler ist
es nicht erforderlich, Elektroden zu haben, die um die
Kante der piezoelektrischen Keramik umlaufen. Bei
bestimmten Fertigungsstrategien ist es bequem, die
Elektroden an der Seite der Elemente verfügbar zu haben
oder dazu in der Lage zu sein, einen elektrischen Kontakt
zu sowohl der Oberseite als auch der Unterseite der Keramik
von nur einer der Flächen auszubilden.
Wenn mit piezoelektrischen Mehrschichtwandlern gearbeitet
wird, muß jedoch eine Verbindung mit den internen
Elektroden vorhanden sein. Dieser Kontakt wird
üblicherweise durch eine Umlaufelektrode bereitgestellt.
Piezoelektrische Mehrschichtwandler sind für
Mehrzeilenarrays am nützlichsten, bei denen die
Elementimpedanz hoch ist, typischerweise über einem
Kiloohm. Ein einfacher Zerteilungsschnitt (wie durch
Desilets et al. gelehrt) würde jedoch die Verbindung mit
den internen Elektroden für diese Wandler trennen.
Somit besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das es einem
ermöglichen würde, das elektrische Feld bei einem
piezoelektrischen Mehrschichtwandler zu steuern.
Ein Ultraschallwandlerarray wird durch ein Verfahren
hergestellt, das während der Fertigung einer
piezoelektrischen Mehrschichtkeramik Material mit niedriger
dielektrischer Konstante einführt, um das elektrische Feld
zu begrenzen. Gemäß dem Stand der Technik wurde Luft oder
ein anderes Material mit einer niedrigen dielektrischen
Konstante durch die Dicke der Keramik eingeführt, nachdem
die Keramik als ein homogener Körper ausgebildet worden
war. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden aus
Material mit niedriger dielektrischer Konstante
hergestellte und sich in der Dickenrichtung erstreckende
Kantenabschnitte bei gegenüberliegenden Enden der
piezoelektrischen Mehrschichtkeramikstruktur ausgebildet.
Diese Kantenabschnitte dienen zur Begrenzung des
elektrischen Felds, um es überall in dem piezoelektrischen
Keramikmaterial im wesentlichen gleichmäßig und homogen zu
halten.
Das Material mit niedriger dielektrischer Konstante wird
bei den Kanten der Mehrschichtkeramik eingeführt. Jeder aus
Material mit niedriger dielektrischer Konstante
hergestellte Kantenabschnitt ist derart gelegen und
konfiguriert, daß er eine distale Kante einer internen
Elektrode von einer gegenüberliegenden Verbindung zwischen
Elektroden an der Seite der piezoelektrischen
Keramikschichtung trennt. Diese Bereiche mit niedriger
dielektrischer Konstante begrenzen das elektrische Feld auf
das Material mit hoher dielektrischer Konstante, wo es
vertikal gerichtet bleibt. Wenn eine Spannung zwischen den
Elektroden angelegt wird, sind folglich die piezoelektrisch
bewirkten Spannungen nahezu vollständig vertikal.
Nebenmoden werden daher wesentlich verringert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die
Kantenabschnitte mit niedriger dielektrischer Konstante
durch eine angelegte Spannung nicht verformt. Folglich wird
die Vibrationsmode des Elements verglichen mit der
Parallelplattengeometrie modifiziert. Dies kann auch zu
einem verbesserten Strahlprofil führen, da der Ultraschall
apodisiert wird, wie es in dem Fachgebiet allgemein bekannt
ist [siehe z. B. US-Patent Nr. 4,460,841]. Eine geringfügige
Verbreiterung der Zentralkeule des Strahls wird durch
bedeutende Verringerungen bei Nebenkeulenpegeln
kompensiert.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung, die
eine isometrische Ansicht eines nachstehend als Einzel-PZT-
Schicht-Wandlerpalette bezeichneten bekannten Einzel-PZT-
Schicht-Wandleraufbaus zeigt.
Fig. 2 zeigt eine schematische grafische Darstellung eines
Mehrschicht-PZT-Stapels gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das elektrische
Feld in dem PZT-Material durch Pfeile angegeben wird.
Fig. 3-8 zeigen schematische grafische Darstellungen, die
jeweils die Schritte bei der Herstellung eines Mehrschicht-PZT-Stapels
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung darstellen.
Fig. 9 zeigt eine isometrische Ansicht eines Wandlerarrays
gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild, das ein
Echtzeitdigitalultraschallabbildungssystem allgemein
darstellt, bei dem ein Mehrschicht-PZT-Wandler gemäß den
bevorzugten Ausführungsbeispielen integriert werden kann.
Ein bekannter Ultraschalltastkopf umfaßt einen nachstehend
als Wandlerpalette bezeichneten Wandleraufbau, der in einem
Tastkopfgehäuse gestützt sein muß. Wie es in Fig. 1 gezeigt
ist, umfaßt eine bekannte Wandlerpalette ein lineares Array
von schmalen Wandlerelementen. Jedes Wandlerelement umfaßt
eine Schicht 2 aus piezoelektrischem Keramikmaterial. Bei
dem piezoelektrischen Material handelt es sich
typischerweise um PZT.
Typischerweise weist das piezoelektrische Keramikmaterial 2
jedes Wandlerelements eine an seiner Rückseite ausgebildete
Signalelektrode 4 und eine an seiner Vorderseite
ausgebildete Erdungselektrode 6 auf. Jede Signalelektrode 4
kann über eine jeweilige Leiterbahn 8 auf einer flexiblen
Signal-Leiterplatte (Signal-PCB) 10 mit einer Signalquelle
wie z. B. einer jeweiligen Impulserzeugungseinrichtung 12 in
der (nicht gezeigten) Sendeeinrichtung des
Ultraschallabbildungssystems verbunden sein. Typischerweise
ist jede Signalelektrode ebenfalls typischerweise selektiv
mit einem (nicht gezeigten) jeweiligen Empfangskanal
verbindbar. Die Amplitude, der Zeitverlauf und die
Sendesequenz der durch die Impulserzeugungseinrichtungen
zugeführten Sendeimpulse werden durch verschiedene
Steuereinrichtungen bestimmt, die in die
Systemsendeeinrichtung integriert sind. Jede
Erdungselektrode 6 ist über eine (nicht gezeigte) jeweilige
Leiterbahn auf einer flexiblen Erdungs-PCB 14 mit einer
(nicht gezeigten) gemeinsamen Erde verbunden. Vorzugsweise
befinden sich beide flexiblen PCB an der gleichen Seite der
Palette, sind aber in Fig. 1 nur der Einfachheit der
Veranschaulichung zuliebe an gegenüberliegenden Seiten der
Palette gezeigt.
Die Wandlerpalette umfaßt ferner eine Masse 16 aus
geeignetem Schalldämpfungsmaterial mit hohen akustischen
Verlusten wie z. B. mit Metall angereichertem Epoxidharz,
die als eine Stützschicht bei der hinteren Fläche des
Wandlerelementarrays positioniert ist. Diese Stützschicht
16 ist mit der hinteren Fläche der Wandlerelemente
gekoppelt, um Ultraschallwellen zu absorbieren, die aus der
Rückseite jedes Elements austreten, so daß sie nicht
teilweise reflektiert werden und störend auf die sich in
der Vorwärtsrichtung ausbreitenden Ultraschallwellen
einwirken.
Typischerweise umfaßt jedes Wandlerarrayelement auch eine
erste Schicht zur Anpassung der akustischen Impedanz 18,
die mit der metallisierten Vorderseite (wobei die
Metallisierung die Erdungselektrode 6 ausbildet) der
piezoelektrischen Keramikschicht 2 verbunden ist. Eine
zweite Schicht zur Anpassung der akustischen Impedanz 20
ist mit der ersten Schicht zur Anpassung der akustischen
Impedanz 18 verbunden. Die Schichten 2, 18 und 20 in der
Wandlerpalette sind mit akustisch transparenten dünnen
Schichten aus Klebemittel verbunden. Die akustische
Impedanz der zweiten Anpassungsschicht 20 muß kleiner als
die akustische Impedanz der ersten Anpassungsschicht 18 und
größer als die akustische Impedanz des mit dem Wandlerarray
akustisch gekoppelten Trägers sein.
Die in Fig. 1 gezeigte Palette ist in getrennte
Wandlerelemente zerteilt worden, wobei jedes Element
Schichten 2, 4, 6, 18 und 20 umfaßt, die derart
zusammengeschichtet sind, daß sie einen Stapel ausbilden.
Es ist jedoch leicht ersichtlich, daß die unzerteilte
Palette durch eine Schichtung von Lagen oder Platten aus
Material aufgebaut wird, um einen Stapel auszubilden. Die
Palette wird daraufhin bis zu einer ausreichenden Tiefe
zerteilt, um die jeweiligen Wandlerelemente auszubilden.
Eine Zerteilungssäge wird zur Ausbildung paralleler
Elementisolationsschnitte oder Sägeschlitze 24 verwendet.
Jeder Schnitt geht vollständig durch die Schichten zur
akustischen Anpassung 18 und 20 und die piezokeramische
Schicht 2 hindurch, aber erstreckt sich lediglich teilweise
in die Schallabsorptionsschicht 16. Die Sägeschlitze 24
können anschließend mit Elastomer oder Gummimaterial
gefüllt werden.
Nach der Zerteilung werden die Vorderseiten der zweiten
Schichten zur Anpassung der akustischen Impedanz 20 der
Wandlerelemente unter Verwendung einer akustisch
transparenten dünnen Schicht aus Silikonklebemittel
üblicherweise mit der ebenen Rückseite einer konvexen
zylindrischen Linse 22 verbunden. Die Linse 22 dient drei
Zwecken: (1) Akustische Fokussierung (verursacht durch
ihren linsenförmigen Querschnitt und ihre
Materialeigenschaften einer niedrigen akustischen
Geschwindigkeit); (2) Bereitstellung einer chemischen
Barriere zum Schutz der Wandlerelemente vor Angriffen durch
Gels, Köperflüssigkeiten, Reinigungsmittel usw.; und (3)
Bereitstellung einer elektrischen Barriere zum Schutz des
Patienten vor den elektrisch aktiven Wandlerelementen. Die
Linse ist üblicherweise aus Silikongummi hergestellt.
Für einen Ultraschallwandler mit einem Mehrschichtstapel
aus piezoelektrischem Material mit zwischen benachbarte
Schichten eingeschobenen internen Elektroden wird die in
Fig. 1 gezeigte Einzelschicht 2 durch den piezoelektrischen
Stapel ersetzt. Ein Mehrschicht-PZT-Stapel 26 mit
jeweiligen Arrays von parallelen Elektroden 28, 30 und
jeweiligen Kantenabschnitten mit niedriger dielektrischer
Konstante 29, 31, 33 und 35 gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2
dargestellt. Unter der Annahme, daß die Oberseite des
Mehrschichtstapels 26 mit der ersten Schicht zur
akustischen Anpassung akustisch gekoppelt wird, während die
Unterseite mit der Masse aus Schallabsorptionsmaterial
akustisch gekoppelt wird, wird das Elektrodenarray 28 mit
Erde verbunden, während das Elektrodenarray 30 mit der
Signalquelle verbunden wird. Der in Fig. 2 gezeigte Stapel
26 umfaßt drei parallele Lagen oder Platten aus
piezoelektrischem Keramikmaterial 34, 36 bzw. 38, wobei
jede Schicht aus Keramikmaterial eine konstante Dicke
aufweist. Für einen Stapel mit drei Schichten umfaßt das
Elektrodenarray 28 eine zwischen den piezoelektrischen
Keramikschichten 36 und 38 angeordnete interne Elektrode
40, eine an der Außenseite der piezoelektrischen
Keramikschicht 34 angeordnete externe Elektrode 42 und eine
sich über die Grenzflächen an einer Seite der Schichten 34,
36 und 38 erstreckende Verbindung zwischen Elektroden 44.
Die Verbindung zwischen Elektroden 44 verbindet die
Elektroden 40 und 42 elektrisch. Die Verbindung zwischen
Elektroden 44 ist ferner vorzugsweise über eine eine der in
Fig. 1 gezeigten flexiblen Erdungs-PCB 14 ähnelnde flexible
Erdungs-PCB aufweisende Verbindung elektrisch mit Erde
verbunden. Das Elektrodenarray 30 umfaßt auch eine zwischen
den piezoelektrischen Keramikschichten 34 und 36
angeordnete interne Elektrode 46, eine an der Außenseite
der piezoelektrischen Keramikschicht 38 angeordnete externe
Elektrode 48 und eine sich über die Grenzflächen an der
anderen Seite der Schichten 34, 36 und 38 erstreckende
Verbindung zwischen Elektroden 50. Die Verbindung zwischen
Elektroden 50 verbindet die Elektroden 46 und 48
elektrisch. Darüber hinaus ist die Verbindung zwischen
Elektroden 50 vorzugsweise über eine eine der in Fig. 1
gezeigten flexiblen PCB 10 ähnelnde flexible Signal-PCB
aufweisende Verbindung elektrisch mit der Signalquelle
verbunden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Stapel
26 mit einem zwischen dem Ende der internen Signalelektrode
46 und der Erdungsverbindung zwischen Elektroden 44
gelegenen ersten Kantenabschnitt mit niedriger
dielektrischer Konstante 31 gefertigt. Vorzugsweise weist
der Kantenschnitt 31 die Form eines Parallelepipeds mit
einer der Summe der Dicken der Keramikschichten 34 und 36
(wobei die Dicke der internen Signalelektrode 46
vernachlässigt wird) annähernd gleichen Höhe und einer dem
das Ende der internen Signalelektrode 46 und die
Erdungsverbindung zwischen Elektroden 44 trennenden Abstand
gleichen Breite auf. Auf ähnliche Weise ist ein zweiter
Kantenabschnitt mit niedriger dielektrischer Konstante 33
zwischen dem Ende der internen Erdungselektrode 40 und der
Signalverbindung zwischen Elektroden 50 gelegen. Der
Kantenschnitt 33 weist die Form eines Parallelepipeds mit
einer der Summe der Dicken der Keramikschichten 36 und 38
(wobei die Dicke der internen Signalelektrode 46
vernachlässigt wird) annähernd gleichen Höhe und einer dem
das Ende der internen Erdungselektrode 40 und die
Signalverbindung zwischen Elektroden 50 trennenden Abstand
gleichen Breite auf. Darüber hinaus ist ein dritter
Kantenabschnitt mit niedriger dielektrischer Konstante 29
unter dem Kantenabschnitt 31 der Schicht 38 benachbart
gelegen, während ein vierter Kantenabschnitt mit niedriger
dielektrischer Konstante 35 über dem Kantenabschnitt 33 der
Schicht 34 benachbart gelegen ist. Die Kantenabschnitte aus
Material mit niedriger dielektrischer Konstante begrenzen
das elektrische Feld auf das Material mit hoher
dielektrischer Konstante, wo es vertikal gerichtet bleibt,
wie es in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt ist. Auf diese
Weise sind dann, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden
angelegt wird, die piezoelektrisch bewirkten Spannungen
nahezu vollständig vertikal. Nebenmoden werden daher
wesentlich verringert.
Die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 2
dargestellten piezoelektrischen Mehrschichtstapels sind in
Fig. 3-8 veranschaulicht. Der Herstellungsprozeß wird durch
ein Hinlegen eines Bands oder Streifens aus
piezoelektrischem Keramikmaterial 38 mit Durchgängen oder
Schlitzen 52 und 54 darin begonnen, wie es in Fig. 3
gezeigt ist. Der Durchgang 52 in der Schicht 38 wird
daraufhin mit Material mit niedriger dielektrischer
Konstante 29 gefüllt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der
Abschnitt der oberen Fläche der piezoelektrischen
Keramikmaterialschicht 38 links (in Fig. 3) von dem
Durchgang 54 und die obere Fläche des Materials mit
niedriger dielektrischer Konstante 29 wird daraufhin zur
Ausbildung einer Elektrode 40 mit Metall beschichtet, wie
es in Fig. 4 angegeben ist. Eine zweite Schicht 36 aus
piezoelektrischem Keramikmaterial mit Durchgängen 52 und 54
wird daraufhin über der ersten Keramikschicht 38
angebracht, wobei die Durchgänge 52 und 54 der Schicht 36
jeweils nach den Durchgängen 52 und 54 der Schicht 38
ausgerichtet werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Somit
liegt der Durchgang 52 der Schicht 36 über dem Abschnitt
der Elektrode 40, der über dem Material mit niedriger
dielektrischer Konstante 29 liegt. Die durch die Durchgänge
54 in den Schichten 36 und 38 ausgebildete Öffnung wird
daraufhin mit Material mit niedriger dielektrischer
Konstante 33 gefüllt. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, werden
der Abschnitt der oberen Fläche der piezoelektrischen
Keramikmaterialschicht 36 rechts von dem Durchgang 52 und
die obere Fläche des Materials mit niedriger dielektrischer
Konstante 33 daraufhin zur Ausbildung einer Elektrode 46
mit Metall beschichtet. Eine dritte Schicht 34 aus
piezoelektrischem Keramikmaterial mit Durchgängen 52 und 54
wird daraufhin über der zweiten Keramikschicht 36
angebracht, wobei die Durchgänge 52 und 54 der Schicht 34
wieder jeweils nach den Durchgängen 52 und 54 der Schichten
36 und 38 ausgerichtet werden, wie es in Fig. 6 gezeigt
ist. Somit liegt der Durchgang 54 der Schicht 34 über dem
Abschnitt der Elektrode 46, der über dem Material mit
niedriger dielektrischer Konstante 33 liegt. Die durch die
Durchgänge 52 in den Schichten 34 und 36 ausgebildete
Öffnung wird daraufhin mit Material mit niedriger
dielektrischer Konstante 31 gefüllt, wie es in Fig. 7
gezeigt ist. Ferner wird der Durchgang 54 in der Schicht 34
mit Material mit niedriger dielektrischer Konstante 35
gefüllt. Der in Fig. 7 gezeigte geschichtete Stapel wird
daraufhin gesintert, damit das gesinterte Material mit
niedriger dielektrischer Konstante die Kantenabschnitte 29,
31, 33 und 35 ausbildet. Die Enden des gesinterten
piezoelektrischen Stapels werden daraufhin beschnitten, um
das Material mit niedriger dielektrischer Konstante bei
beiden Grenzflächen freizulegen, wie es in Fig. 8 gezeigt
ist. Ferner können die oberen und unteren externen Flächen
des piezoelektrischen Stapels beigeschliffen werden, um es
sicherzustellen, daß die freigelegten Flächen der
Kantenabschnitte mit den externen Flächen der Schichten 34
bzw. 38 bündig abschließen. Danach werden die externen
Elektroden und die Verbindungen zwischen Elektroden
angebracht, indem externe Flächen des piezoelektrischen
Mehrschichtstapels metallisiert werden. Wie es in Fig. 8
gezeigt ist, wird eine externe Elektrode 42 an der
freigelegten Fläche der dritten Keramikschicht 34 und der
freigelegten oberen Fläche des Kantenabschnitts 31
angebracht; eine Verbindung zwischen Elektroden 44 wird an
der freigelegten seitlichen Fläche des Kantenabschnitts 31
angebracht; eine externe Elektrode 48 wird an der
freigelegten Fläche der ersten Keramikschicht 38 und der
freigelegten unteren Fläche des Kantenabschnitts 33
angebracht; und eine Verbindung zwischen Elektroden 50 wird
an der freigelegten seitlichen Fläche des Kantenabschnitts
33 angebracht. Die Verbindung zwischen Elektroden 44 muß
auf eine derartige Weise angebracht werden, daß die
Elektroden 40 und 42 elektrisch verbunden werden. Ähnlich
muß die Verbindung zwischen Elektroden 50 auf eine
derartige Weise angebracht werden, daß die Elektroden 46
und 48 elektrisch verbunden werden.
Der in Fig. 8 gezeigte fertiggestellte Stapel ist dazu
bereit, in eine Wandlerpalette integriert zu werden. Als
Teil des letzteren Prozesses wird eine Masse aus
Schallabsorptionsmaterial an der elektrodenbeschichteten
unteren Fläche der Keramikschicht 38 angebracht; eine
Schicht zur akustischen Anpassung wird an der
elektrodenbeschichteten oberen Fläche der Keramikschicht 34
angebracht; eine flexible Signal-PCB wird mit der
Verbindung zwischen Elektroden 50 oder der Elektrode 48 der
hinteren Fläche verbunden; und eine flexible Erdungs-PCB
wird mit der Verbindung zwischen Elektroden 44 oder der
Elektrode 42 der vorderen Fläche verbunden. Die sich
ergebende Materialplatte wird daraufhin auf die bekannte
Art und Weise zerteilt, um das in Fig. 9 gezeigte
Wandlerarray zu erzeugen.
Alternative Herstellungsverfahren sind möglich.
Beispielsweise können die in Fig. 3-8 als Durchgänge
gezeigten Bereiche mit einem flüchtigen Material gefüllt
werden, wenn die ursprünglichen Bänder hergestellt werden.
Wenn das Teil daraufhin während des Sinterns gebrannt wird,
werden diese flüchtigen Bereiche weggebrannt, wobei Löcher
übriggelassen werden, die daraufhin mit Epoxidharz oder
einem ähnlichen Material mit niedriger dielektrischer
Konstante gefüllt werden. Völlig andere Ansätze sind
ebenfalls möglich. Beispielsweise sind computergesteuerte
"Drucker" zur Anordnung von Pulvern aus mehreren
unterschiedlichen Materialien in spezifischen
dreidimensionalen Strukturen entwickelt worden. Alternativ
können Streifen aus Material mit niedriger dielektrischer
Konstante oder flüchtigem Material entsprechend den
Kantenabschnitten angebracht werden, gefolgt von einem
Gießen piezoelektrischen Materials um die Streifen. Oder es
können eine Schicht aus piezoelektrischem Material gegossen
und, während das Gießen in seinem "grünen" (nicht
gesinterten) Zustand ist, Durchgänge 52 und 54
photolithographisch definiert und weggeätzt werden, gefolgt
von einem Füllen der Durchgänge mit Material mit niedriger
dielektrischer Konstante.
Alternativ ist es möglich, ein Mehrschichtwandlerarray
unter Verwendung eines Verfahrens mit den nachstehenden
Schritten aufzubauen: "grüne" Lagen aus für die Elektrode
mit Polymerkeramiktinte beschichteter Keramik schichten;
den Stapel zur Ausbildung von Schlitzen oder Durchgängen
zerteilen oder laserbohren; das sich ergebende Teil
sintern; und daraufhin die Schlitze oder Durchgänge
auffüllen. Die externen Elektroden können abhängig von der
Elektrodenzusammensetzung nach dem Sintern hinzugefügt
werden oder alternativ am Platze mitgesintert werden.
Platin und Palladium sind Beispiele für Metalle, die dazu
in der Lage sind, der Sintertemperatur standzuhalten.
Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf einen beispielhaften piezoelektrischen Stapel mit drei
(N = 3) Schichten offenbart ist, ist es selbstverständlich,
daß die Erfindung ohne Rücksicht auf die Anzahl von
Schichten (d. h. N < 1) bei jedem piezoelektrischen
Mehrschichtstapel Anwendung findet.
Es sind mehrere mögliche Wahlmöglichkeiten für ein bei der
Fertigung von Kantenabschnitten zur Begrenzung des
elektrischen Felds zu verwendendes Material mit niedriger
dielektrischer Konstante vorhanden. Es ist vorteilhaft, ein
Material auszuwählen, das mit der piezoelektrischen Keramik
mitgebrannt werden kann, d. h. eine weitere kompatible
Keramik. Bei anderen Elektronikanwendungen werden viele
bekannte Keramiken wie beispielsweise Aluminiumoxid, Al2O3
verwendet. Aluminiumoxid weist bei Frequenzen in dem zur
Ultraschallabbildung verwendeten niedrigen MHz-Bereich eine
relative dielektrische Konstante von etwa 10 auf.
Verglichen mit einigen piezoelektrischen Keramiken mit
relativen dielektrischen Konstanten von mehr als 1000
werden die Feldlinien verglichen damit, was bei dem
homogenen piezoelektrischen Material auftreten würde, um
einen Faktor von über 100 begrenzt oder begradigt.
Die Wahl eines speziellen Materials kann nicht nur
bezüglich der dielektrischen Konstante, sondern auch
bezüglich Verarbeitungseigenschaften ausgebildet werden.
Die hohe dielektrische Konstante von piezoelektrischen
Keramiken tritt auf, da die Zusammensetzung sich in der
Nähe einer morphotropen Phasengrenze befindet. Viele der
einen Bestandteil bildenden Materialien weisen deutlich
niedrigere dielektrische Konstanten auf. Daher kann es
erwartet werden, daß eines der einen Bestandteil bildenden
Materialien für die Bereiche mit niedriger dielektrischer
Konstante verwendet wird. In dem üblichen Fall des PZT
können jedoch die einen Bestandteil bildenden Oxide,
Bleioxid, Zirconiumoxid und Titanoxid, nicht unter den
gleichen Bedingungen wie PZT gesintert werden.
Beispielsweise wird Bleioxid diffundieren oder verflüchtigt
werden und wird sich mit dem Rest der Probe mischen. Die
Bereiche, die ursprünglich reines Bleioxid waren, werden
weniger dicht und spröder und brechen wahrscheinlich
während der Verarbeitung. Ferner neigt Aluminiumoxid zur
Reaktion mit Blei zur Ausbildung schwächerer Komponenten.
Es sind andere, bessere Zusammensetzungen vorhanden, die
für die Bereiche mit niedriger dielektrischer Konstante
verwendet werden können. Diese besseren Zusammensetzungen
sind durch ihre niedrige dielektrische Konstante und hohe
Sinterfähigkeit gekennzeichnet, z. B. Magnesiumtitanat,
Calciumtitanat, Strontiumtitanat, Yttrium-stabilisiertes
Zirconiumoxid und Bismuttitanat. Eine Hinzufügung einer
kleinen Menge von Blei zu diesen Materialien kann das
Mitsintern fördern. Darüber hinaus handelt es sich bei
Zirconaten und Stannaten von Blei und Erdalkalioxid und
Seltenerdoxid und Titandioxid um andere Materialien, die
mit PZT mitsinterfähig sein sollten. Zusätzlich können
diese Materialien mit langer dielektrischer Konstante mit
ausgewählten Glasfritten gemischt werden, um das Mitsintern
mit den PZT-Schichten zu fördern.
Der Ultraschallwandlertastkopf der Erfindung kann in ein
anderweitig bekanntes Ultraschallabbildungssystem
integriert werden. Die grundlegende
Signalverarbeitungskette bei einem die Erfindung
aufweisenden, nachstehend als B-Mode-Abbildungssystem
bezeichneten B-Betriebsart-Abbildungssystem ist in Fig. 10
dargestellt, wo ein Ultraschalltastkopf 56 ein Wandlerarray
58 mit einer Vielzahl von Wandlerelementen aufweist, wobei
jedes Element einen piezoelektrischen
Mehrschichtkeramikstapel wie beispielsweise in Fig. 9
dargestellt umfaßt. Die einzelnen Elemente des
Wandlerarrays werden durch jeweilige
Impulserzeugungseinrichtungen aktiviert, die in einem
Sendeabschnitt einer Strahlformungseinrichtung 6C
integriert sind. Die Impulserzeugungseinrichtungen werden
derart gesteuert, daß sie das Wandlerarray zum Senden eines
auf eine Sendebrennpunktlage fokussierten
Ultraschallstrahls veranlassen. Die zurückgesendete
Ultraschallwellenenergie wird durch die Wandlerelemente in
elektrische HF-Signale gewandelt. Diese elektrischen
Signale werden in jeweiligen Kanälen eines
Empfangsabschnitts der Strahlformungseinrichtung 60
empfangen. Der Empfangsabschnitt der
Strahlformungseinrichtung 60 fokussiert die empfangenen
Signale auf eine allgemein bekannte Art und Weise dynamisch
bei aufeinanderfolgenden Bereichen entlang einer
Abtastzeile, um einen Empfangsvektor auszubilden. Die
Ausgabedaten (I/Q oder Hochfrequenz) der
Strahlformungseinrichtung für jede Abtastzeile werden an
eine Signalverarbeitungseinrichtung 62 zur
Hüllkurvenerfassung und logarithmischen Komprimierung
weitergegeben. Die sich ergebenden Bilddaten werden
daraufhin zur Anzeige auf einem Anzeigemonitor 66 durch
eine Anzeigeverarbeitungseinrichtung 64 verarbeitet. Die
Systemsteuerung ist in einem Hostcomputer oder einer
Systemsteuereinrichtung 68 konzentriert, die von einer
Bedienungsperson eingegebene Befehle durch eine
Bedienungspersonschnittstelle 70 annimmt und dann wieder
die verschiedenen Subsysteme steuert.
Während lediglich bestimmte bevorzugte Merkmale der
Erfindung veranschaulicht und beschrieben sind, fallen dem
Fachmann viele Modifikationen und Änderungen ein. Außerdem
findet die Erfindung in jedem Bereich Anwendung, in dem
Ultraschallwandler mit einer gesteigerten Empfindlichkeit
benötigt werden, wie z. B. bei einem zerstörungsfreien
Testen. Es ist daher selbstverständlich, daß die
beigefügten Patentansprüche alle derartigen Modifikationen
und Änderungen abdecken sollen, die in den Schutzbereich
der Erfindung fallen.
Ein Ultraschallwandlerelement weist Material mit niedriger
dielektrischer Konstante zur Begrenzung des elektrischen
Felds eines Stapels aus piezoelektrischen Keramikschichten
auf. Aus Material mit einer niedrigen dielektrischen
Konstante hergestellte und sich in der Dickenrichtung
erstreckende Kantenabschnitte sind bei gegenüberliegenden
Enden der Mehrschichtstruktur ausgebildet. Diese Bereiche
aus Material mit niedriger dielektrischer Konstante
begrenzen das elektrische Feld auf das piezoelektrische
Keramikmaterial mit hoher dielektrischer Konstante, wo es
vertikal gerichtet bleibt. Auf diese Weise sind dann, wenn
eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, die
piezoelektrisch bewirkten Spannungen nahezu vollständig
vertikal. Nebenmoden werden daher wesentlich verringert.
Claims (23)
1. Ultraschallwandlerarray mit einer Vielzahl von
Elementen, wobei jedes der Elemente umfaßt:
eine erste und zweite Schicht (38, 36) aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
eine erste Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
eine zweite Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
eine dritte Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
eine erste Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einen ersten Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der erste Abschnitt sich zwischen der ersten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
eine erste und zweite Schicht (38, 36) aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
eine erste Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
eine zweite Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
eine dritte Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
eine erste Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einen ersten Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der erste Abschnitt sich zwischen der ersten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
2. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 1, ferner mit:
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
3. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 1, wobei das
piezoelektrische Keramikmaterial gesintert ist und das
Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante
gesintert ist.
4. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 3, wobei das
piezoelektrische Keramikmaterial Blei-Zirkonat-Titanat
umfaßt und das Material mit einer niedrigen dielektrischen
Konstante eines aus der aus Aluminiumoxid, Bleistannat,
Titandioxid, Magnesiumtitanat, Calciumtitanat,
Strontiumtitanat, Yttrium-stabilisiertem Zirconiumoxid,
Bismuttitanat und Zirconaten und Stannaten von Blei,
Erdalkalioxid und Seltenerdoxid und äquivalenten
Materialien bestehenden Gruppe umfaßt.
5. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 1, ferner mit
einer Schicht aus Material zur akustischen Anpassung mit
einer Fläche, die der Vorderseite der ersten Schicht aus
dem piezoelektrischen Keramikmaterial gegenüberliegt, wobei
die erste Elektrode zwischen der ersten Schicht und der
Schicht aus Material zur akustischen Anpassung gelegen ist.
6. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 1, wobei die
relativ hohe dielektrische Konstante um einen Faktor in der
Größenordnung von 100 größer als die relativ niedrige
dielektrische Konstante ist.
7. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 2, wobei die
gesamte Anzahl von Schichten aus dem piezoelektrischen
Keramikmaterial größer als drei ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines
Ultraschallwandlerelements, mit den Schritten:
- a) Ausbilden eines ersten und zweiten Durchgangs (52, 54) in einer ersten Schicht (38) aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante;
- b) Anbringen einer ersten Metallelektrode (40) an einem Bereich an der ersten Schicht, wobei der Bereich den ersten oder zweiten Durchgang ausschließt;
- c) Anbringen einer zweiten Schicht (36) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial über der ersten Schicht mit der ersten Elektrode dazwischen, um einen Stapel auszubilden;
- d) Ausbilden eines ersten und zweiten Durchgangs (52, 54) in der zweiten Schicht (36) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial, wobei der erste und zweite Durchgang in einer Richtung mit dem ersten und zweiten Durchgang der ersten Schicht gelegen sind;
- e) Füllen der ersten und zweiten Durchgänge mit einem Material (29, 31, 33) mit relativ niedriger dielektrischer Konstante; und
- f) Beschneiden der ersten und zweiten Schicht zur Freilegung von Flächen des Materials mit relativ niedriger dielektrischer Konstante.
9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit den
Schritten:
- a) Koppeln einer zweiten Metallelektrode (46) mit einer Rückseite der zweiten Schicht;
- b) Koppeln einer dritten Metallelektrode (48) mit einer Vorderseite des Stapels;
- c) Anbringen einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial über der zweiten Schicht mit der zweiten Elektrode dazwischen, um die Höhe des Stapels zu vergrößern;
- d) Koppeln einer vierten Metallelektrode (42) mit einer Rückseite der dritten Schicht; und
- e) Ausbilden einer Metallverbindung zwischen Elektroden (50) an zumindest einer der freigelegten Flächen des Materials mit niedriger dielektrischer Konstante, wobei die zweite und dritte Elektrode durch die Metallverbindung zwischen Elektroden elektrisch verbunden werden.
10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem
Schritt des gemeinsamen Sinterns des piezoelektrischen
Keramikmaterials und des Materials mit niedriger
dielektrischer Konstante.
11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das
piezoelektrische Keramikmaterial Blei-Zirkonat-Titanat
umfaßt und das Material mit niedriger dielektrischer
Konstante eines aus der aus Aluminiumoxid, Bleistannat,
Titandioxid, Magnesiumtitanat, Calciumtitanat,
Strontiumtitanat, Bismuttitanat, Zirconaten und Stannaten
von Blei, Erdalkalioxid und Seltenerdoxid und äquivalenten
Materialien bestehenden Gruppe umfaßt.
12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit:
vor dem Schritt (b) den ersten oder zweiten Durchgang der ersten Schicht mit flüchtigem Material füllen; und
danach vor dem Schritt (e) den Stapel sintern, um das flüchtige Material aus dem einen gefüllten Durchgang wegzubrennen.
vor dem Schritt (b) den ersten oder zweiten Durchgang der ersten Schicht mit flüchtigem Material füllen; und
danach vor dem Schritt (e) den Stapel sintern, um das flüchtige Material aus dem einen gefüllten Durchgang wegzubrennen.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem
Schritt des Verbindens einer Schicht (18) aus Material zur
akustischen Anpassung mit der Vorderseite der dritten
Schicht, wobei die vierte Elektrode zwischen der dritten
Schicht und der Schicht aus Material zur akustischen
Anpassung gelegen ist.
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die
relativ hohe dielektrische Konstante um einen Faktor in der
Größenordnung von 100 größer als die relativ niedrige
dielektrische Konstante ist.
15. Ultraschallwandlerelement mit:
einer ersten und zweiten Schicht (38, 36) aus Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
einer ersten Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
einer zweiten Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
einer dritten Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
einer ersten Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem ersten Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der erste Abschnitt sich zwischen der ersten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
einer ersten und zweiten Schicht (38, 36) aus Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
einer ersten Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
einer zweiten Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
einer dritten Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
einer ersten Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem ersten Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der erste Abschnitt sich zwischen der ersten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
16. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 15, ferner mit:
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
17. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 15, wobei das
piezoelektrische Keramikmaterial gesintert ist und das
Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante
gesintert ist.
18. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 15, wobei das
piezoelektrische Keramikmaterial Blei-Zirkonat-Titanat
umfaßt und das Material mit einer niedrigen dielektrischen
Konstante eines aus der aus Aluminiumoxid, Bleistannat,
Titandioxid, Magnesiumtitanat, Calciumtitanat,
Strontiumtitanat, Yttrium-stabilisiertem Zirconiumoxid,
Bismuttitanat und äquivalenten Materialien, Zirconaten und
Stannaten von Blei, Erdalkalioxid und Seltenerdoxid und
äquivalenten Materialien bestehenden Gruppe umfaßt.
19. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 15, wobei die
relativ hohe dielektrische Konstante um einen Faktor in der
Größenordnung von 100 größer als die relativ niedrige
dielektrische Konstante ist.
20. Ultraschallwandlerelement nach Anspruch 16, wobei die
gesamte Anzahl von Schichten aus dem piezoelektrischen
Keramikmaterial bei jedem Element größer als drei ist.
21. Ultraschallabbildungssystem mit:
einer Vielzahl von Wandlerelementen (58);
einer Impulserzeugungseinrichtung (12) zur Aktivierung zumindest eines der Wandlerelemente zum Senden von Ultraschallwellenenergie;
einer Strahlformungseinrichtung (60) einschließlich eines Empfangskanals zum Empfangen elektrischer Empfangssignale von dem zumindest einen Wandlerelement, die im Ansprechen auf zu dem Wandlerelement zurückkehrende Ultraschallwellenenergie erzeugt werden;
einer Signalverarbeitungseinrichtung (62) zur Verarbeitung der Empfangssignale zur Ausbildung von Bilddaten; und
einem Anzeigesubsystem (64, 66) zur Anzeige eines Bilds, bei dem es sich um eine Funktion der Bilddaten handelt,
wobei jedes der Wandlerelemente umfaßt:
eine erste und zweite Schicht (38, 36) aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
eine erste Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
eine zweite Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
eine dritte Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
eine Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einen Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der Abschnitt sich zwischen der Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
einer Vielzahl von Wandlerelementen (58);
einer Impulserzeugungseinrichtung (12) zur Aktivierung zumindest eines der Wandlerelemente zum Senden von Ultraschallwellenenergie;
einer Strahlformungseinrichtung (60) einschließlich eines Empfangskanals zum Empfangen elektrischer Empfangssignale von dem zumindest einen Wandlerelement, die im Ansprechen auf zu dem Wandlerelement zurückkehrende Ultraschallwellenenergie erzeugt werden;
einer Signalverarbeitungseinrichtung (62) zur Verarbeitung der Empfangssignale zur Ausbildung von Bilddaten; und
einem Anzeigesubsystem (64, 66) zur Anzeige eines Bilds, bei dem es sich um eine Funktion der Bilddaten handelt,
wobei jedes der Wandlerelemente umfaßt:
eine erste und zweite Schicht (38, 36) aus piezoelektrischem Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante, wobei die erste und zweite Schicht jeweils eine Vorderseite und Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der zweiten Schicht der Rückseite der ersten Schicht gegenüberliegt;
eine erste Elektrode (48) in Kontakt mit der Vorderseite der ersten Schicht;
eine zweite Elektrode (40) zwischen der Vorderseite der zweiten Schicht und der Rückseite der ersten Schicht;
eine dritte Elektrode (46) in Kontakt mit der Rückseite der zweiten Schicht;
eine Verbindung zwischen Elektroden (50), die die erste und dritte Elektrode elektrisch verbindet; und
einen Abschnitt (33) aus Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante, wobei der Abschnitt sich zwischen der Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der zweiten Elektrode und zwischen der ersten und dritten Elektrode erstreckt.
22. Ultraschallabbildungssystem nach Anspruch 22, ferner
mit:
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit niedriger dielektrischer Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
einer dritten Schicht (34) aus dem piezoelektrischen Keramikmaterial mit einer Vorderseite und Rückseite, wobei die Vorderseite der dritten Schicht der Rückseite der zweiten Schicht mit der dritten Elektrode dazwischen gegenüberliegt;
einer vierten Elektrode (42) in Kontakt mit der Rückseite der dritten Schicht;
einer zweiten Verbindung zwischen Elektroden (44), die die zweite und vierte Elektrode elektrisch verbindet; und
einem zweiten Abschnitt (31) aus dem Material mit niedriger dielektrischer Konstante, wobei der zweite Abschnitt sich zwischen der zweiten Verbindung zwischen Elektroden und einer gegenüberliegenden Kante der ersten Elektrode und zwischen der zweiten und vierten Elektrode erstreckt.
23. Ultraschallabbildungssystem nach Anspruch 22, wobei die
gesamte Anzahl von Schichten aus dem piezoelektrischen
Keramikmaterial bei jedem der Elemente größer als drei ist.
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---|---|---|---|
US09/712,687 US6822374B1 (en) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | Multilayer piezoelectric structure with uniform electric field |
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DE10155894A Ceased DE10155894A1 (de) | 2000-11-15 | 2001-11-14 | Piezoelektrische Mehrschichtstruktur mit gleichmässigem elektrischem Feld |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1445037A2 (de) * | 2003-01-31 | 2004-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System zur Repolarisierung von Wandlern in einer Ultraschallsonde |
Families Citing this family (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6624549B2 (en) * | 2001-03-02 | 2003-09-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive device and method of fabricating the same |
US8221321B2 (en) | 2002-06-07 | 2012-07-17 | Verathon Inc. | Systems and methods for quantification and classification of fluids in human cavities in ultrasound images |
US20060006765A1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-12 | Jongtae Yuk | Apparatus and method to transmit and receive acoustic wave energy |
US8221322B2 (en) | 2002-06-07 | 2012-07-17 | Verathon Inc. | Systems and methods to improve clarity in ultrasound images |
GB2391625A (en) | 2002-08-09 | 2004-02-11 | Diagnostic Ultrasound Europ B | Instantaneous ultrasonic echo measurement of bladder urine volume with a limited number of ultrasound beams |
US7819806B2 (en) | 2002-06-07 | 2010-10-26 | Verathon Inc. | System and method to identify and measure organ wall boundaries |
JP4624659B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2011-02-02 | パナソニック株式会社 | 超音波探触子 |
JP4805254B2 (ja) | 2004-04-20 | 2011-11-02 | ビジュアルソニックス インコーポレイテッド | 配列された超音波トランスデューサ |
US20070222339A1 (en) * | 2004-04-20 | 2007-09-27 | Mark Lukacs | Arrayed ultrasonic transducer |
US7611463B2 (en) * | 2004-10-28 | 2009-11-03 | General Electric Company | Ultrasound beamformer with high speed serial control bus packetized protocol |
JP4601471B2 (ja) * | 2004-11-12 | 2010-12-22 | 富士フイルム株式会社 | 超音波トランスデューサアレイ及びその製造方法 |
US8002708B2 (en) * | 2005-01-11 | 2011-08-23 | General Electric Company | Ultrasound beamformer with scalable receiver boards |
DE102005018791A1 (de) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Epcos Ag | Piezoaktor mit niedriger Streukapazität |
US7272762B2 (en) * | 2005-06-16 | 2007-09-18 | General Electric Company | Method and apparatus for testing an ultrasound system |
US7405510B2 (en) * | 2005-07-20 | 2008-07-29 | Ust, Inc. | Thermally enhanced piezoelectric element |
US7367236B2 (en) * | 2005-07-21 | 2008-05-06 | The Boeing Company | Non-destructive inspection system and associated method |
CA2628100C (en) | 2005-11-02 | 2016-08-23 | Visualsonics Inc. | High frequency array ultrasound system |
CN101405090A (zh) * | 2005-11-02 | 2009-04-08 | 视声公司 | 阵列式超声换能器 |
US7398698B2 (en) * | 2005-11-03 | 2008-07-15 | The Boeing Company | Smart repair patch and associated method |
EP1953841B1 (de) * | 2007-01-30 | 2009-12-02 | Delphi Technologies, Inc. | Herstellungsverfahren für einen piezoelektrischen Aktor |
EP1835553B1 (de) * | 2006-03-17 | 2009-05-27 | Delphi Technologies, Inc. | Piezoelektrischer Aktor |
US7617730B2 (en) * | 2006-06-28 | 2009-11-17 | The Boeing Company | Ultrasonic inspection and repair mode selection |
US20080228074A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | Ketterling Jeffrey A | System and method for measuring acoustic pressure at multiple locations simultaneously |
US7757558B2 (en) * | 2007-03-19 | 2010-07-20 | The Boeing Company | Method and apparatus for inspecting a workpiece with angularly offset ultrasonic signals |
US8167803B2 (en) | 2007-05-16 | 2012-05-01 | Verathon Inc. | System and method for bladder detection using harmonic imaging |
US7712369B2 (en) * | 2007-11-27 | 2010-05-11 | The Boeing Company | Array-based system and method for inspecting a workpiece with backscattered ultrasonic signals |
WO2010017508A1 (en) | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Verathon Inc. | Device, system, and method to measure abdominal aortic aneurysm diameter |
US9184369B2 (en) | 2008-09-18 | 2015-11-10 | Fujifilm Sonosite, Inc. | Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components |
WO2010033867A1 (en) | 2008-09-18 | 2010-03-25 | Visualsonics Inc. | Methods for acquisition and display in ultrasound imaging |
US9173047B2 (en) | 2008-09-18 | 2015-10-27 | Fujifilm Sonosite, Inc. | Methods for manufacturing ultrasound transducers and other components |
JP5375688B2 (ja) * | 2010-03-16 | 2013-12-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド、圧電素子および圧電アクチュエーター |
US8409102B2 (en) | 2010-08-31 | 2013-04-02 | General Electric Company | Multi-focus ultrasound system and method |
GB201100290D0 (en) * | 2011-01-10 | 2011-02-23 | Trevett David R M | Clearing precipitation from windaows |
EP2603820B1 (de) | 2011-02-15 | 2019-03-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Akustischer wandler mit impedanzanpassungsschicht |
JP6102622B2 (ja) * | 2013-08-07 | 2017-03-29 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探触子 |
CN109804643B (zh) * | 2016-10-13 | 2021-02-19 | 富士胶片株式会社 | 超声波探头及超声波探头的制造方法 |
US11041951B2 (en) | 2018-02-22 | 2021-06-22 | Sound Technology Inc. | Ultrasound imaging probe with a gradient refractive index lens |
EP3895812B1 (de) * | 2020-04-14 | 2023-10-18 | Esaote S.p.A. | Piezoelektrischer wandler mit gekrümmter form und verfahren zu seiner herstellung |
WO2024149639A1 (en) * | 2023-01-11 | 2024-07-18 | Koninklijke Philips N.V. | Adjustable transducer elements |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4217684A (en) | 1979-04-16 | 1980-08-19 | General Electric Company | Fabrication of front surface matched ultrasonic transducer array |
US4460841A (en) * | 1982-02-16 | 1984-07-17 | General Electric Company | Ultrasonic transducer shading |
JP3015481B2 (ja) * | 1990-03-28 | 2000-03-06 | 株式会社東芝 | 超音波プローブ・システム |
US5329496A (en) | 1992-10-16 | 1994-07-12 | Duke University | Two-dimensional array ultrasonic transducers |
US5381067A (en) * | 1993-03-10 | 1995-01-10 | Hewlett-Packard Company | Electrical impedance normalization for an ultrasonic transducer array |
US5381385A (en) * | 1993-08-04 | 1995-01-10 | Hewlett-Packard Company | Electrical interconnect for multilayer transducer elements of a two-dimensional transducer array |
-
2000
- 2000-11-15 US US09/712,687 patent/US6822374B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-11-14 JP JP2001348138A patent/JP4012721B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2001-11-14 DE DE10155894A patent/DE10155894A1/de not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1445037A2 (de) * | 2003-01-31 | 2004-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System zur Repolarisierung von Wandlern in einer Ultraschallsonde |
EP1445037A3 (de) * | 2003-01-31 | 2006-02-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System zur Repolarisierung von Wandlern in einer Ultraschallsonde |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6822374B1 (en) | 2004-11-23 |
JP4012721B2 (ja) | 2007-11-21 |
JP2002305792A (ja) | 2002-10-18 |
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