柔性超声阵列

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113453809A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202080015890.7(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公(22)申请日2020.03.12司31100代理人钱盛赟　杨洁(30)优先权数据19162702.52019.03.14EP(51)Int.Cl.B06B1/06(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日2021.08.20(86)PCT国际申请的申请数据PCT/EP2020/0565872020.03.12(87)PCT国际申请的公布数据WO2020/182926EN2020.09.17(71)申请人IMEC非营利协会地址比利时勒芬申请人鲁汶天主教大学(72)发明人D·钱斯　郑容彬　X·罗滕伯格　权利要求书2页 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 10页附图17页(54)发明名称柔性超声阵列(57)摘要本发明提供了一种用于超声监测系统的用于检查弯曲物体的柔性超声换能器(1)。超声换能器(1)包括集成电路结构(7)和多层结构(2)，所述多层结构(2)包括超声换能元件(3a)的阵列(3)以及控制电路(5a)的阵列(5)，阵列(3)被布置在第一层结构(4)中并被配置成产生沿主换能器轴Z传播的超声能量的，阵列(5)被布置在第二层结构(6)中，并且其中该控制电路的阵列(5)以及该集成电路结构(7)被配置成操作所述第一层结构(4)中的超声换能元件的阵列(3)，该多层结构(2)进一步包括至少一个柔性层(8、9)，该至少一个柔性层(8、9)被布置成使得该多层结构(2)的弯曲柔性准许该超声换能器(1)在操作期间形成与所述弯曲物体的连续接触。CN113453809ACN113453809A权　利　要　求　书1/2页1.一种用于超声监测系统的用于检查弯曲物体的柔性超声换能器(1)，其中所述超声换能器(1)包括集成电路结构(7)以及多层结构(2)，所述多层结构(2)包括：被布置在第一层结构(4)中并被配置成产生沿主换能器轴Z传播的超声能量的超声换能元件(3a)的阵列(3)；以及被布置在第二层结构(6)中的控制电路(5a)的阵列(5)，并且其中所述控制电路的阵列(5)以及所述集成电路结构(7)被配置成操作所述第一层结构(4)中的超声换能元件的阵列(3)；并且其中所述多层结构(2)进一步包括至少一个柔性层(8、9)，所述至少一个柔性层(8、9)被布置成使得所述多层结构(2)的弯曲柔性准许所述超声换能器(1)在操作期间形成与所述弯曲物体的连续接触。2.如权利要求1所述的柔性超声换能器(1)，其中所述第一层结构(4)的阵列(3)中的每一个超声换能元件(3a)与所述第二层结构(6)的阵列(5)中的单独控制电路(5a)相连接。3.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述第二层结构(6)被布置在所述至少一个柔性层中的背板柔性层(8)的轴向上方。4.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述集成电路结构(7)包括多个专用集成电路(ASIC)，并且其中至少一个ASIC支持多个单独控制电路(5a)。5.如权利要求3和4所述的柔性超声换能器(1)，其中所述多个专用集成电路(ASIC)作为分立元件(7a)被安装在所述背板柔性层(8)的轴向下方。6.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述第一层结构(4)包括被布置在压电元件(16)的阵列与块状层之间的前板柔性层(9)，其中所述块状层(10)包括内壁(10a)以限定所述块状层(10)中的腔(10b)的阵列，其中所述阵列(3)中的超声换能元件(3a)由所述压电元件(16)之一、所述腔的阵列中的腔(10b)以及所述前板柔性层(9)的被布置在该压电元件(16)与该腔(10b)之间的部分来限定。7.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述控制电路(5a)的阵列(5)包括薄膜晶体管(TFT)的阵列。8.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述多层结构(2)进一步包括声学背衬层(11)，所述声学背衬层(11)被布置在所述第一层结构(4)的轴向下方以用于减少在操作期间被定向远离所述弯曲物体的声传输。9.如权利要求8所述的柔性超声换能器(1)，其中所述声学背衬层(11)被布置在所述第二层结构(6)的轴向下方。10.如权利要求8或9所述的柔性超声换能器(1)，其中所述声学背衬层(11)是布拉格堆叠(12)形式的声抑制层或声反射层，其中所述布拉格堆叠(12)包括交替的高声阻抗材料(12a)和低声阻抗材料(12b)的多个层。11.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，进一步包括作为最外层被布置在所述第一层结构(4)的轴向上方的顶部柔性层(13)。12.如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)，其中所述多层结构(2)具有弯曲柔性以使得所述柔性超声换能器(1)能在弯曲半径小于5cm的情况下弯曲。13.一种用于生产如任一前述权利要求所述的柔性超声换能器(1)的方法(100)，包括以下步骤：2CN113453809A权　利　要　求　书2/2页a)将包括控制电路(5a)的阵列(5)的所述第二层结构(6)布置(101)在被临时粘合到第一刚性基板(14)的背板柔性层(8)的轴向上方；b)布置(102)包括超声换能元件(3a)的阵列(3)的所述第一层结构(4)；c)形成(103)所述柔性超声换能器的多层结构(2)；以及d)移除(104)所述第一刚性基板(14)。14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一层结构(4)被构建在所述第二层结构(6)之上。15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一层结构(4)被临时粘合到第二刚性基板(15)，并且其中所述方法包括在形成所述柔性超声换能器(1)的所述多层结构(2)之前移除(105)所述第二刚性基板(15)。3CN113453809A说　明　书1/10页柔性超声阵列技术领域[0001]本发明构思涉及超声成像领域。[0002]其尤其涉及包括超声换能元件的阵列的柔性超声换能器。背景技术[0003]超声阵列的大型2D阵列在医疗市场和消费电子产品中有多种应用。例如医学成像、手势识别、定向声音、指纹检测和空中触觉。[0004]微机械超声换能器(MUT)的标准结构在本领域中是已知的。制作了一个小圆筒，具有在一个小腔之上有一个悬浮的膜。该腔的尺寸与膜的刚度相结合将确定特定MUT的共振频率。作为示例，MUT可由压电效应(pMUT)驱动。通过在压电材料上施加处于谐振频率的交流电场，在压电材料和膜之间产生应力差，并且这将引起振动和声波的发射。典型频率的范围在50kHz到20MHz。这转化为空气波的从1cm到<100um的波长范围。使用波束成形在发射中创建焦点或在接收中对小点成像的应用需要更大的超声换能器阵列协同工作。[0005]阵列中的后续各元件之间的对于理想波束成形技术而言最优的间距是波长/2。取决于所使用的堆叠，这意味着各元件之间的间距将接近分立换能器的尺寸。结果是高pMUT元件密度，且各元件之间几乎没有位置。[0006]此外，在每一个单独pMUT旁边可能需要小电路，以用于设置正确相位、读出相位/幅度。该电路可能是相对复杂的，并且在与pMUT相同的平面中可能没有空间。[0007]由此，在本领域内需要可以制造成大阵列的超声换能器的改进设计。此外，在扁平刚性基板上制造的超声换能器可能不适合扫描弯曲物体。操作者不得不移动该扁平换能器并将其按压在要检查的弯曲物体上，这导致难以再现图像等。因此，在本领域内还需要允许改进对弯曲物体的检查的超声换能器。[0008]概述[0009]本发明的目标是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。具体而言，目标是提供可用于检查弯曲物体的柔性超声换能器。[0010]作为本发明的第一方面，提供了一种用于超声监测系统的用于检查弯曲物体的柔性超声换能器，其中所述超声换能器包括集成电路结构和多层结构，所述多层结构包括：[0011]超声换能元件的阵列，其被布置在第一层结构中并被配置成产生沿主换能器轴(Z)传播的超声能量；以及[0012]被布置在第二层结构中的控制电路的阵列，并且[0013]其中该控制电路的阵列和该集成电路结构被配置成操作所述第一层结构中的超声换能元件的阵列；并且[0014]其中所述多层结构进一步包括至少一个柔性层，该至少一个柔性层被布置成使得该多层结构的弯曲柔性准许超声换能器在操作期间形成与所述弯曲物体的连续接触。[0015]该柔性超声换能器用于将超声转导到物体中并且可以在超声监测系统中使用。这一系统还可包括用于处理从被检查的物体获取的所得回波信号的单独处理装置、用于显示4CN113453809A说　明　书2/10页由超声换能器获取的图像的显示装置以及用于将信息从该处理装置传递至显示装置的单独通信装置。[0016]超声换能器的多层结构是不同层或层结构的堆叠。每一层结构可包括不同子层。集成电路结构可以是该多层结构的一部分，即，它可形成多层中的一层，或者它可被布置为附连到该多层结构(诸如附连到底层)的分立元件。底层可以是背板柔性层。[0017]集成电路结构的功能可以是多个，诸如提供用于激发超声换能元件的信号、读取超声换能元件的信号读出。由此，集成电路结构可被配置成处理从被检查的物体获取的所得回波信号。此外，集成电路结构还可提供与超声监测系统中的诸如显示系统等其他单元的无线通信。[0018]超声换能元件的阵列被布置在第一层结构中。该阵列可以是二维阵列。该阵列的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面区域可以是至少100cm2，诸如至少400cm2。[0019]柔性超声换能器可以是片材形式。该片材可具有彼此相对地布置(即，具有指向两个不同且平行方向的法线向量)的第一外表面和第二外表面。该多层结构的外层可分别形成第一和第二外片。该片材的表面积(诸如第一或第二外表面的表面积)可以是至少100cm2，诸如至少400cm2。[0020]第一层结构可构成柔性超声换能器的“前板”或形成其一部分。[0021]单个超声换能元件可以是压电微机械超声换能器(pMUT)。pMUT可包括小腔顶上的柔性膜。该腔的尺寸与膜的刚度相结合可确定pMUT的共振频率。作为示例，pMUT可通过压电效应驱动，即，压电材料与膜之间的应力差可通过在压电材料上施加处于共振频率的交流电场来产生。[0022]作为替代，单个超声换能元件可以是电容式MUT(cMUT)，其中致动通过MUT中的空气间隙以及该空气间隙的每一侧的电极来被执行。[0023]超声换能元件的共振频率可以是在50kHz到20MHz的范围中。这转化为范围从1cm减小到<100um的波长。[0024]超声换能元件的阵列被进一步配置成产生在主方向上，即沿换能器轴Z传播的超声能量。在本公开中，多层中的不同层和层结构的位置可被定义为在另一层和层结构的“轴向上方”或“轴向下方”。术语“轴向”指的是换能器轴Z，被布置在另一层或层结构的轴向上方的层或层结构由此被布置在沿正Z方向更远的位置。因此，如果换能器轴Z指向垂直向上，则“轴向上方”对应于“垂直上方”且“轴向下方”对应于“垂直下方”。[0025]控制电路的阵列被布置在第二层结构中。第二层结构可以是单层。控制电路和集成电路结构由此被用来操作超声换能元件。[0026]第二层结构可被布置在第一层结构的轴向下方。由此，第二层结构可构成柔性超声换能器的“背板”或形成其一部分。[0027]第二层结构可包括薄膜半导体材料，诸如IGZO(铟镓锌氧化物)和/或LTPS(低温多晶硅)。由此，第二层结构可包括基于IGZO和/或LTPS的控制电路。[0028]此外，多层结构包括至少一个柔性层。一个或多个柔性层被布置在该结构中以使得该多层以及整个超声换能器变为柔性并且准许该超声换能器在检查期间形成与弯曲物体的连续接触。由此，由于柔性层，超声换能器可以在检查期间贴合弯曲物体。[0029]该至少一个柔性层可以是背板柔性层和前板柔性层中的至少一者。5CN113453809A说　明　书3/10页[0030]pMUT中的柔性膜可形成这些柔性层之一。然而，超声换能元件可包括除与用于产生超声波的超声换能元件相关联或作为其一部分的柔性层以外的至少一个柔性层，由此包括除作为以上讨论的pMUT的一部分的柔性层或膜以外的至少一个柔性层。[0031]柔性超声换能器用于检查弯曲物体。适用的弯曲物体可以是具有弯曲半径小于20cm(诸如小于10cm)的弯曲度的物体。在多层结构内具有至少一个柔性层使得柔性超声换能器可以弯曲并贴合这一弯曲物体，并且多层结构的外层由此可形成与弯曲物体的连续接触。作为示例，该多层结构的所有层可以在与弯曲物体接触之际弯曲。[0032]本发明的第一方面基于以下洞察：可通过在多层结构中纳入柔性层来创造柔性超声换能器，其中超声换能元件的阵列以及控制电路的阵列被布置在单独的平面中。发明人已经发现使控制电路与超声换能元件一起振动可能是不利的。因此，超声换能元件的阵列可以在前板中提供，而控制电路的阵列可以在柔性超声换能器的背板中提供。另一优点是允许对前板和背板进行单独加工，即，多层结构的不同层或层结构可源自不同供应商。[0033]当彼此独立地加工前板和背板时，可避免制造约束。因此，对背板加工的任何温度约束都不受前板热属性的限制。[0034]此外，由于超声换能元件的阵列和控制电路的阵列被布置在单独平面中，它允许在阵列中使用高密度的超声换能元件(诸如压电微机械超声换能器(pMUT))以及在超声换能元件阵列下方的阵列中使用复杂控制电路。[0035]柔性超声换能器的设计还使得可制造具有大面积—诸如具有至少100cm2(诸如至少400cm2)的面积—的柔性超声换能器。[0036]由于整个超声换能器是柔性的，因此可允许在超声成像期间贴合在弯曲物体周围。本公开的柔性超声换能器由此可用于医疗成像、弯曲基板上的手势识别以及弯曲基板周围的非破坏性检查。可被检查的弯曲物体或基板由此可以是人体的各部位，诸如手臂或腿，但也可以是其他物体，诸如门把手和汽车仪表盘。[0037]柔性超声换能器可以在正在移动的物体上使用，诸如在移动的人体部位上使用。由此，柔性超声换能器可被粘合或紧固到人体上。[0038]在第一方面的实施例中，所述第一层结构中的阵列中的每一个超声换能元件与所述第二层结构的阵列中的单独控制电路相连接。[0039]由此，单独控制电路可被配置成控制单个超声换能元件。[0040]作为替代，单独控制电路可被布置成控制不止一个超声换能元件，诸如至少两个(诸如至少四个)超声换能元件。作为示例，单独控制电路可被布置成控制超声换能元件的2×2子阵列。[0041]在第一方面的实施例中，第二层结构被布置在至少一个柔性层中的背板柔性层的轴向上方。[0042]控制电路由此可以在背板柔性层上直接加工，诸如加工到柔性聚合层上。[0043]集成结构或电路可包括任何标准或自定义器件(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件)以支持特定功能，例如无线ASIC或数字信号处理器(DSP)。[0044]在第一方面的实施例中，集成电路结构包括多个专用集成电路(ASIC)。作为示例，至少一个ASIC可支持多个单独控制电路。[0045]控制电路由此可由多个专用ASIC驱动，并且单个ASIC由此可被配置成支持或驱动6CN113453809A说　明　书4/10页多个单独控制电路。[0046]ASIC可被专门构建成用于执行特定功能或特定任务，并且可被配置成激发超声换能元件，并且用于读取来自超声换能元件的阵列的输出信号。多个ASIC还可被配置成与超声监测系统的其他部件进行无线通信。[0047]作为示例，多个专用集成电路(ASIC)可作为分立元件被安装在所述背板柔性层的轴向下方。[0048]因此，ASCI可使用例如柔性芯片技术来被直接安装到背板柔性层上。[0049]然而，作为替代，ASIC可被纳入到多层结构中的一层中。[0050]在第一方面的实施例中，第一层结构包括被布置在前板柔性层上的压电元件的阵列、块状层，该块状层包括内壁以限定该块状层中的腔的阵列，其中该阵列中的超声换能元件由所述压电元件之一、所述腔的阵列中的腔以及前板柔性层的被布置在该压电元件和该腔之间的部分来限定。[0051]前板柔性层可以是被布置成使得多层结构的弯曲柔性准许超声换能器在操作期间形成与所述弯曲物体的连续接触的诸柔性层之一。[0052]前板柔性层可被直接布置在块状层之上。此外，腔的阵列和压电元件的阵列可被布置成使得存在与每一个压电元件相关联的单个腔。作为示例，这些腔可被布置在压电元件下面。[0053]超声换能元件可以是或包括被配置成电致动的MUT。[0054]超声换能元件由此可通过压电效应来驱动。通过在压电元件上施加处于或近乎处于共振频率的交流电场，可产生前板柔性层的振动并由此发出声波。腔的尺寸可被调整以达到不同的共振频率。前板柔性层由此可用作超声换能元件中的膜。[0055]超声换能元件由此可以是或包括压电微机械超声换能器(pMUT)。[0056]作为另一示例，超声换能元件可以是或包括电容式超声换能器(cMUT)。[0057]在第一方面的实施例中，控制电路的阵列包括薄膜晶体管(TFT)的阵列。[0058]TFT可包括半导体—诸如IGZO(铟镓锌氧化物)和/或LTPS(低温多晶硅)—以及介电层和金属接触部。这些可被沉积在基板上，诸如玻璃晶片上的聚合物。[0059]可存在与单个超声换能元件相关联的单个TFT。由此，柔性超声换能器可包括TFT背板以及单独的pMUT前板。[0060]在第一方面的实施例中，该多层结构进一步包括声学背衬层，该声学背衬层被布置在所述第一层结构的轴向下方，并且用于在操作期间减少被定向远离所述弯曲物体的声传输。[0061]声学背衬层由此可被添加到堆叠以管理被定向远离被检查的物体的波射。声学背衬层由此减少来自在错误的方向上发出声音的问题。[0062]作为示例，声学背衬层可被布置在第二层结构的轴向下方。由此，声学背衬层可被布置在控制电路的阵列的轴向下方。[0063]此外，声学背衬层可以是布拉格(Bragg)堆叠形式的声抑制层或声反射层布拉格堆叠可包括交替高和低声阻抗材料的多个层。[0064]因此，声学背衬层可具有其中声波基本上被抑制或吸收的吸收特质，或者其中声波被反射的反射特质。7CN113453809A说　明　书5/10页[0065]声抑制层可通过使用其中发出的超声波损失其功率的材料来获得。[0066]声反射层可通过使用声学布拉格堆叠(布拉格反射器)来获得，该堆叠包括交替高和低声阻抗材料的多个层。这可有助于反射超声波。布拉格堆叠可使用四分之一波长规则来设计。由此，布拉格堆叠的多层中的每一层可具有对应于布拉格堆叠针对其设计的四分之一波长的厚度。[0067]交替高和低声阻抗材料的多个层可以是柔性的，同时提供处于目标声应用频率的带隙反射。带隙工程可进一步用于允许宽带功能。[0068]在第一方面的实施例中，柔性超声换能器进一步包括被布置为第一层结构的轴向上方的最外层的顶部柔性层。[0069]该顶部柔性层可被布置成使得多层结构的弯曲柔性准许超声换能器在操作期间形成与所述弯曲物体的连续接触。[0070]使柔性层作为轴向最外层(诸如在多层结构的其他各层的轴向顶上)可以是有利的，因为这一材料可以在操作超声换能器期间更容易地弯曲。最外层将经历最高挠曲或弯曲应力，并且避免使超声换能元件和控制电路作为最外层可以是有用的，因为这些元件和电路可能对弯曲更敏感。[0071]至少一个柔性层中的一层或全部层可包括聚合物，诸如聚酰亚胺。[0072]在第一方面的实施例中，该多层结构具有弯曲柔性以使得柔性超声换能器可以在弯曲半径小于5cm的情况下弯曲。[0073]当在正或负Z方向(即，沿主换能轴的方向)上弯曲时，可定义弯曲半径。最小弯曲半径可以小于5cm，诸如1‑4cm。[0074]根据本发明概念的另一方面，提供了一种用于生产根据任一前述权利要求的柔性超声换能器的方法，包括以下步骤：[0075]a)将包括控制电路的阵列的所述第二层结构布置在被临时粘合到第一刚性基板的背板柔性层的轴向上方；[0076]b)布置包括超声换能元件的阵列的所述第一层结构；[0077]c)形成柔性超声换能器的多层结构；以及[0078]d)移除所述第一刚性基板。[0079]该方面一般可呈现出与前一方面相同或对应的优点。[0080]步骤a)可包括将包括控制电路阵列的第二层结构直接布置到背板柔性层上。[0081]步骤b)可包括提供块状层并在该块状层中形成腔(例如使用光刻可图案化粘合剂)，在该块状层上层压前板柔性层，以及在前板柔性层之上布置压电元件阵列。[0082]步骤d)可以是将该背板柔性层从第一刚性基板分层的步骤。[0083]在第二方面的实施例中，第一层结构被构建在第二层结构之上。因此，布置第一层结构的步骤b)可以在步骤a)中布置的第二层结构之上执行。步骤c)因此可以是步骤b)的一部分。[0084]由此，第一层结构的诸子层(诸如块状层、前柔性层和压电元件)可以逐个子层地被布置在第二层结构之上。[0085]在第二方面的实施例中，第一层结构被临时粘合到第二刚性基板，并且其中该方法包括在形成柔性超声换能器的多层结构之前移除所述第二刚性基板。8CN113453809A说　明　书6/10页[0086]由此，第一层结构可被构建在单独的刚性基板上。这是有利的，因为第一层结构和第二层结构可以按分别针对第一和第二层结构进行优化的不同制造工艺来制造。第一和第二层结构由此可以从不同的供应商供应，并且该方法于是可包括在与其刚性基板分层后将预制第一层结构布置在预制第二层结构之上。附图说明[0087]通过以下参考附图的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明构思的以上以及其他目的，特征和优点。在附图中，除非另有说明，否则相似的附图标记将用于相似的元件。[0088]图1a是超声换能元件的阵列的图示。[0089]图1b是超声换能器中的第一和第二层结构的图示。[0090]图2a‑d示出了柔性超声换能器中的层结构的说明性实施例。[0091]图3a‑f示出了用于制造柔性超声换能器的方法的说明性实施例。[0092]图4a‑f示出了用于制造柔性超声换能器的方法的说明性实施例。[0093]图5a‑f示出了用于制造柔性超声换能器的方法的说明性实施例。[0094]图6示出了用于制造柔性超声换能器的方法中的过程步骤的大纲。[0095]图7示意性地示出了检查弯曲物体期间的柔性超声换能器。具体实施方式[0096]本发明涉及一种用于超声监测系统的用于检查弯曲物体的柔性超声换能器1。该换能器具有集成电路结构7以及多层结构2，并且超声换能元件的阵列3被布置在该多层结构的第一层结构中。超声换能元件3a的5×5的阵列的俯视图在图1a中示意性地示出。超声换能元件3a在该示例中是pMUT元件。阵列3中的元件3a之间的最优间距可以是超声换能器的发射波长的一半。超声换能元件3a的阵列3被进一步配置成产生沿主换能器轴(Z)传播的超声能量，该主换能器轴(Z)在图1a中垂直于该阵列被布置在其中的平面。[0097]第一层结构4中的超声换能元件3a的阵列3通过使用控制电路5a的阵列5以及集成电路结构7来操作。如图1b所示，控制电路5a的阵列5被布置在不同于第一层结构4的第二层结构6中。控制电路5a的阵列5用于例如设置正确相位以及读出来自被检查物体的回波信号的相位和/或幅度。[0098]在该示例中，第一层结构4形成该多层的前板，且第二层结构6形成背板，其中该前板被布置在该背板的轴向上方。背板或第二层结构6在该示例中是薄膜晶体管(TFT)背板，该TFT背板被布置成使得每一个单独换能器元件3a被连接到单独的控制电路5a或TFT电路。[0099]控制电路5a被连接到在该示例中被实现为多个专用集成电路(ASIC)7a的集成电路结构7。ASIC 7a在该情形中被布置在第二层结构的轴向下方的单独平面中，并且每一个单独ASIC被配置成支持多个控制电路5a，诸如超过20个控制电路5a，诸如超过100个控制电路5a。ASIC 7a的功能可以是多个，诸如生成用于激发超声换能元件3a的信号、读出来自被检查物体的回波信号的相位和/或幅度和/或与超声换能器的其他部件进行无线通信。[0100]此外，该超声换能器包括至少一个柔性层，该至少一个柔性层被布置成使得多层结构2的弯曲柔性准许超声换能器1在操作期间形成与弯曲物体(诸如手臂或腿)的连续接9CN113453809A说　明　书7/10页触。这将在下文中参照图2‑7来进一步讨论。[0101]图2a示出了柔性超声换能器1的多层结构2的层结构的实施例。多层结构2包括第一层结构4，该第一层结构4被轴向布置在第二层结构6之上。第二层结构6包括TFT电路的阵列形式的控制电路5a的阵列5，该阵列5已被轴向加工在背板柔性层8之上。背板柔性层是具有期望柔性的聚合物层，诸如包括聚酰亚胺或由其构成的聚合物层。[0102]超声换能元件3a被布置在第一层结构4内并且被配置成产生沿主换能器轴Z传播的超声能量。第一层结构4包括背板柔性层9，该背板柔性层9用作单独的超声换能元件3a中的膜。前板柔性层9对于超声换能元件阵列3中的所有单独的超声换能元件3a可以是相同的。前板柔性层被布置在块状层10与压电元件16的阵列之间。块状层10包括内壁10a以限定该块状层10中的腔10b的阵列，并且压电元件16包括被布置在顶部金属层16b与底部金属层16c之间的压电材料16a。还存在被布置在控制电路5a和底部金属层16c之间的电连接16d。电连接16d被布置成穿过背板柔性层9和块状层10并且被控制电路5a和集成电路7用来在压电材料16a上施加交流电场。在图2a中，只示出了底部金属层16c和TFT 5a之间的底部连接16d，但顶部金属层16b也可被连接到TFT 5a。作为替代，底部金属16c或顶部金属16b可以是整个超声换能元件的阵列的共用接触部。在该情形中，顶部金属16b可以被连接到地面信号。[0103]因此，阵列3中的单独超声换能元件3a由压电元件16、腔阵列中的腔10b以及前板柔性层9的被布置在压电元件16与腔10b之间的部分来限定。通过在压电材料16a上施加处于谐振频率的交流电场，在压电材料和前板柔性层9之间产生应力差，并且这将引起振动和声波的发射。典型频率的范围在50kHz到20MHz。这转化为范围从1cm减小到<100um的波长。[0104]集成电路7包括多个ASIC 7a。在该实施例中，单独的ASIC 7a被安装在背板柔性层8的、与该背板柔性层8的使用柔性芯片技术来将第二层结构6被加工到其上的一侧相对的一侧。由此，ASIC 7a被布置在背板柔性层9的轴向下方。在一个实施例中，ASIC 7a与其所支持的控制电路5a之间的连接穿过背板柔性层8被做出。在另一实施例中，该连接使用围绕背板柔性层9的柔性PCB连接器来实现。[0105]还可将第二层结构6轴向布置在第一层结构4之上，诸如在顶部金属16b之上。这一解决 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可要求第二柔性层6具有穿孔以用于超声换能元件发出的超声波。[0106]图2b示出了柔性超声换能器1的实施例的另一示意性图示。图2b的柔性超声换能器1以与参照图2a讨论的换能器相同的方式具有相同的层结构和功能，但具有附加的顶部柔性层13，该顶部柔性层13作为最外层被布置在第一层结构4的轴向上方。这可以在多层结构2弯曲期间保护超声换能元件3a和TFT 5a，因为最外层，即该情形中的顶部柔性层13可以在弯曲期间经历最大弯曲应力。该顶部柔性层可具有与背板柔性层8相同的厚度和/或由与背板柔性层8相同的材料构成。[0107]图2c示出了柔性超声换能器1的实施例的另一示意性图示。图2c的柔性超声换能器1以与参照图2a讨论的换能器相同的方式具有相同的层结构和功能，但具有被布置在第一层结构4和第二层结构6的轴向下方的声学背衬层11。该声学背衬层11用于减少操作超声换能器1期间的被定向远离物体的声传输。声学背衬层在图2c所示的实施例中是布拉格堆叠12的形式，该布拉格堆叠12包括交替的高声阻抗材料12a和低声阻抗材料12b的多个层。布拉格堆叠12是“四分之一波镜”，即，设计有交替的声阻抗材料12a、12b，其具有与针对其10CN113453809A说　明　书8/10页设计该布拉格堆叠12的波长的四分之一相对应的透射层厚度。使用布拉格堆叠12，被定向在负Z方向上的声功率可经由相长干涉来被重用以供在正确的方向上，即在正Z方向上发射。布拉格堆叠12也可被制成柔性的，即，交替的高声阻抗材料12a和低声阻抗材料12b的一层或两层可由柔性材料制成。[0108]作为替代，声学背衬层11可以是其中所发射的超声波的功率被降低的声抑制层。[0109]图2d示出了柔性超声换能器1的实施例的另一示意性图示。图2d的柔性超声换能器1以与参照图2d讨论的换能器相同的方式具有相同的层结构和功能，但布拉格堆叠12形式的声学背衬层11改为被轴向布置在第一层结构4和第二层结构6之间。此外，类似于图2b所示，存在顶部柔性层13，该顶部柔性层13作为最外层被布置在多层堆叠2中的所有其他层的轴向上方。该顶部柔性层可以参照以上图2b来讨论。[0110]使用至少一个柔性层，诸如将背板柔性层8、前板柔性层9和/或顶部柔性层13纳入到多层结构2中，赋予该多层结构2以及整个柔性超声换能器1以柔性，以使其具有弯曲柔性以使得柔性超声换能器1可以在弯曲半径小于5cm的情况下弯曲，这允许例如在检查弯曲的人体部位时使用。由此，柔性超声换能器1可被包裹在手臂或腿周围，并且还可以在被检查的物体的运动期间(诸如在被检查的人的手臂或腿的运动期间)提供超声成像。[0111]图3‑5示出了用于生产或制造根据本公开的柔性超声换能器1的各不同方法100。该方法包括在图6中进一步示出的以下大致方法步骤a)‑d)：[0112]a)将包括控制电路5a的阵列5的所述第二层结构6布置101在被临时粘合到第一刚性基板14的背板柔性层8的轴向上方；[0113]b)布置102包括超声换能元件3a的阵列3的所述第一层结构4；[0114]c)形成103柔性超声换能器的多层结构2；以及[0115]d)移除104所述第一刚性基板4。[0116]布置101第二层结构的步骤a)还可包括将如本文中讨论的声学背衬层11布置在第二层结构6和背板柔性层8之间或者布置在第二层结构6和背板柔性层8这两者之上。[0117]第一层结构4可被临时粘合到第二刚性基板15，并且方法100还可包括在形成柔性超声换能器1的多层结构2之前移除第二刚性基板15。[0118]图3a‑3f示意性地示出了用于生产柔性超声换能器1的方法100的实施例，其中第一层结构4被构建在第二层结构6之上。首先，如在图3a中看到的，第二层结构6的TFT电路背板被加工在临时粘合到第一刚性基板14的背板柔性层8上。背板柔性层8可由聚酰亚胺构成或包括聚酰亚胺。TFT电路背板可包括IGZO(铟镓锌氧化物)和/或LTPS(低温多晶硅)TFT。由此，控制电路(5a)的阵列5被布置在柔性层8的轴向上方。[0119]光刻可图案化粘合剂形式的块状层10被沉积在第二层结构6之上并且该块状层中的腔10b使用光刻来形成，如图3b所示。[0120]如图3c所示，前板柔性层9然后被轴向层压在块状层10之上，并且如上文中讨论的，前板柔性层用作超声换能元件中的膜。[0121]如图3d所示，压电元件16被轴向制造在前板柔性层9之上，由此形成柔性超声换能器1的pMUT形式的单独超声换能元件3a。[0122]此外，来自压电元件16的连接16d被制造成穿过前板柔性层9和块状层10至第二层结构6，由此做出TFT和pMUT之间的连接。这在图3e中示出。11CN113453809A说　明　书9/10页[0123]作为最后步骤，将背板柔性层8与第一刚性基板14分层，由此提供柔性超声换能器1，如图3f所示。[0124]图4a‑4f示意性地示出了用于生产柔性超声换能器1的方法100的替代实施例，其中第一层结构4和第二层结构6在不同的刚性基板上被单独地加工。[0125]TFT控制电路背板形式的第二层结构6在被临时粘合在第一刚性载体基板14上的背板柔性层8上加工，参见图4a。此外，包括pMUT形式的超声换能器3a的第一层结构4独立于第二层结构6被加工在用作超声换能器3a中的膜的前板柔性层9上。前板柔性层9被临时粘合到第二刚性载体基板15，如图4b中看到的。[0126]具有腔10b的块状层10被形成在第二层结构6之上，如图4c所示，并且然后前板柔性层9与第二刚性基板15分层并且被轴向粘合在具有腔10b的块状层10之上。来自压电元件的连接16d被制造成穿过前板柔性层和块状层至第二层结构6，由此做出TFT和pMUT之间的连接，如图4e所示。此后，背板柔性层8与第一刚性载体基板14分层，由此形成柔性超声换能器1。[0127]对于图3和4中示出的两种示例性方法，可以在柔性超声换能器1中添加如上文中讨论的声学背衬层11。示例在图5a‑5f中示出。该方法类似于以上参照图4a‑f讨论的方法，但布拉格堆叠12形式的声学背衬层11在将第二层结构6加工在布拉格堆叠12之上之前被加工在背板柔性层8之上，如图5a所示。该布拉格堆叠包括交替的高声阻抗材料12a和低声阻抗材料12b的多层，如以上讨论的。该过程然后遵循如图5b‑5f所示的与参照图4讨论的示例相同例程。[0128]图7示意性地示出了检查可以是例如患者的手臂或腿的弯曲物体17期间的柔性超声换能器1。由于纳入至少一个柔性层8，整个多层结构2是柔性的，由此允许超声换能器1贴合弯曲物体17。在该示例中，整个多层结构2贴合弯曲物体17，而集成电路结构7中的被布置为轴向最远离被检查的弯曲物体17的分立对象的各单独ASIC 7a不必弯曲。[0129]实验示例[0130]基板‑腔‑柔性基板‑pMUT堆叠已被创造并与刚性基板分层并且然后被再次层压到弯曲塑料基板上。已发现pMUT元件在分层和层压到弯曲塑料基板上的步骤后仍工作，且pMUT元件的测得峰值偏转略有变化。结果在以下表1中概述：[0131]表1：pMUT元件在分层和重新层压之前和之后的测得峰值偏转[0132][0133]12CN113453809A说　明　书10/10页[0134]在上文中，主要参考有限数量的示例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求书限定的本发明构思的范围内，除了上面公开的示例以外的其他示例同样是可能的。13CN113453809A说　明　书　附　图1/17页图1a14CN113453809A说　明　书　附　图2/17页图1b15CN113453809A说　明　书　附　图3/17页图2a16CN113453809A说　明　书　附　图4/17页图2b17CN113453809A说　明　书　附　图5/17页图2c18CN113453809A说　明　书　附　图6/17页图2d图3a19CN113453809A说　明　书　附　图7/17页图3b图3c20CN113453809A说　明　书　附　图8/17页图3d图3e21CN113453809A说　明　书　附　图9/17页图3f图4a22CN113453809A说　明　书　附　图10/17页图4b图4c23CN113453809A说　明　书　附　图11/17页图4d图4e24CN113453809A说　明　书　附　图12/17页图4f图5a25CN113453809A说　明　书　附　图13/17页图5b图5c26CN113453809A说　明　书　附　图14/17页图5d图5e27CN113453809A说　明　书　附　图15/17页图5f28CN113453809A说　明　书　附　图16/17页图629CN113453809A说　明　书　附　图17/17页图730