用于换能器阵列中的磨削恢复的方法和系统与流程

1.本文所公开的主题的实施方案涉及用于医疗装置的换能器。


背景技术：

2.换能器探头用于各种应用中，以将能量从物理形式转换成电形式。例如，换能器探头可以包含压电材料，该压电材料从施加在材料上的机械应力或应变产生电压。压电换能器探头被配置为高度灵敏的，以提供大信号振幅、用于在较宽频率范围内使用的宽带宽以及用于高轴向分辨率的短持续时间脉冲。这些特性对于医学应用诸如成像、非破坏性评估、流体流动感测等是期望的。此外，换能器探头的频率变迹(apodization)可以减轻由于信号远离其源行进时的信号衰减和分散而导致的信号分辨率的损失。


技术实现要素：

3.在一个实施方案中，声学叠层包括叉指状结构，该叉指状结构包括耦接到第二梳结构的第一梳结构、耦接到该叉指状结构的前侧的顶层以及耦接到该叉指状结构的背侧的底层，该顶层和该底层与该叉指状结构电连续。以此方式，沿方位角方向和仰角方向中的一者或多者实现声学叠层中的磨削恢复。
4.应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
5.通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
6.图1示出了超声换能器的声学叠层的示例。
7.图2示出了均匀多元件换能器阵列的示例。
8.图3示出了沿图2的多元件换能器阵列提供的仰角方向的变迹函数的第一曲线图。
9.图4示出了由两个子元件形成的压电元件的第一示例。
10.图5示出了由两个子元件形成的压电元件的第二示例。
11.图6示出了由两个子元件形成的压电元件的第三示例。
12.图7示出了具有不同空间频率分布的多元件换能器阵列的第一示例。
13.图8示出了具有不同空间频率分布的多元件换能器阵列的第二示例。
14.图9示出了具有不同空间频率分布的多元件换能器阵列的第三示例。
15.图10示出了声学叠层块的第一示例。
16.图11示出了由图10的声学叠层块形成的第一梳结构。
17.图12示出了声学叠层块的第二示例。
18.图13示出了由图12的声学叠层形成的第二梳结构。
19.图14从沿仰角方向的视角示出了通过将图10的第一示例与图12的第二示例耦接而形成的声学叠层块的第三示例。
20.图15从沿方位角方向的视角示出了声学叠层块的第三示例。
21.图16从沿仰角方向的视角示出了声学叠层块的第三示例与基础封装件的耦接。
22.图17从沿方位角方向的视角示出了声学叠层块的第三示例与基础封装件的耦接。
23.图18从透视图示出了基础封装件的第一示例。
24.图19示出了沿仰角方向观察的声学叠层块的第四示例，其由声学叠层块的第三示例与基础封装件的耦接形成。
25.图20示出了沿方位角方向观察的声学叠层块的第四示例。
26.图21示出了沿仰角方向观察的图19的声学叠层块的第四示例，其中声学叠层块的背侧的一部分被磨削掉。
27.图22示出了沿方位角方向观察的图20的声学叠层块的第四示例，其中声学叠层块的背侧的一部分被磨削掉。
28.图23示出了沿仰角方向观察的具有耦接到磨削的背侧的导电层的声学叠层块的第四示例。
29.图24示出了沿方位角方向观察的具有耦接到磨削的背侧的导电层的声学叠层块的第四示例。
30.图25示出了沿仰角方向观察的声学叠层块的第四示例的划切(dicing)。
31.图26示出了沿方位角方向观察的声学叠层块的第四示例的划切。
32.图27示出了沿仰角方向观察的声学叠层块的第四示例的匹配层块到前侧的耦接和背衬层块到背侧的耦接。
33.图28示出了沿方位角方向观察的声学叠层块的第四示例的匹配层块到前侧的耦接和背衬层块到背侧的耦接。
34.图29示出了沿仰角方向观察的声学叠层块的第四示例的切单(singulation)。
35.图30示出了沿方位角方向观察的声学叠层块的第四示例的切单。
36.图31示出了多元件声学叠层的第五示例。
37.图32示出了多元件声学叠层的第六示例。
38.图33示出了多元件声学叠层的第七示例。
39.图34示出了多元件声学叠层的第八示例。
40.图35示出了图29和图30的声学叠层块的第四示例的划切的变化。
41.图36示出了组合两个多元件梳结构以形成具有四个子元件的声学叠层。
42.图37示出了用于制造多频声学叠层的例程的示例。
43.图38示出了可以作为图37的例程的一部分执行的用于形成声学叠层的多频元件的方法的示例。
44.图39示出了由具有非均匀空间频率分布的多元件换能器阵列提供的沿仰角方向的变迹函数的第二曲线图。
45.图40从透视图示出了基础封装件的第二示例。
46.图41从透视图示出了基础封装件的第三示例。
47.图42示出了由具有不同切口尺寸的梳结构形成的声学叠层的示例。
具体实施方式
48.以下描述涉及用于换能器探头的声学叠层的各种实施方案。通过使声学叠层适配由多于一个子元件形成的压电元件，声学叠层可以被配置为具有较宽的频率带宽。图1中示出了换能器探头的声学叠层的示例。该多于一个子元件中的每个子元件可以是具有不同谐振频率的不同类型的元件。可以沿换能器探头的方位角方向和仰角方向两者保持该多于一个子元件的相对比例恒定，以形成均匀阵列。图2中描绘了均匀多频换能器阵列的示例，并且图3示出了示出由均匀多元件(例如，多于一个子元件)阵列提供的频率变迹函数的第一曲线图。相比之下，图39中示出了锥形变迹函数，其可以由多频换能器阵列产生，该多频换能器阵列具有包括在换能器阵列的每个元件中的不同百分比含量的子元件。如上所述，形成压电元件的子元件的相对比例可以变化，如图4至图6所示。在一些示例中，多频换能器阵列沿方位角方向和仰角方向中的至少一者可能不是均匀的，而是呈现变化的空间频率分布。图7至图9中示出了不同空间分布式多频换能器阵列的示例。多元件换能器阵列可以经由晶片级方法制造，以实现可扩展、低成本的制造。在图10至图36和图40至图42中描绘了晶片级方法中包括的各种过程。图37中示出了用于通过晶片级方法制造换能器探头的多频声学叠层的第一例程的示例。用于形成声学叠层的多频元件的第二例程的示例在图38中描绘，并且可以包括在图37的第一例程中。
49.图1至图2、图4至图36和图40至图42示出了具有各种部件的相对定位的示例性配置。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接耦接。相似地，至少在一个示例中，彼此邻接或相邻的元件可分别彼此邻接或相邻。例如，设置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。又如，在至少一个示例中，被定位成彼此间隔开并且其间仅具有空间而不具有其他部件的元件可被如此描述引用。又如，被示为位于彼此的上面/下面、位于彼此相对侧、或位于彼此的左侧/右侧之间的元件可相对于彼此被如此描述引用。此外，如图所示，在至少一个示例中，元件的最顶部元件或点可被称为部件的“顶部”，并且元件的最底部元件或点可被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上面/下面可为相对图的竖直轴而言的，并且可用于描述图中元件相对于彼此的定位。由此，在一个示例中，被示为位于其他元件上面的元件被竖直地定位在其他元件上面。又如，图中所示的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，诸如为圆形的、平直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示为位于另一个元件内或被示为位于另一个元件外的元件可被如此描述引用。
50.压电元件可以在换能器探头中实现，用于广泛的医疗应用，包括成像、非破坏性测试、诊断、测量血流等。压电元件可以由在经受机械应变时变成电极化的一类晶体材料形成。当受到应力时，压电元件输出与施加的应力成比例的电压。
51.压电换能器探头(例如，利用压电效应将能量从一种形式转换成另一种形式的装置)可以提供高灵敏度、高频响应和高瞬态响应。在一些示例中，诸如在超声换能器探头中，在向压电元件施加电力的情况下，逆压电效应可被利用，从而导致材料的变形和超声波的产生。因此，不需要外部机械力，并且可以将压电换能器探头封装成紧凑的易于运输的装
置。
52.尽管压电换能器探头是高度灵敏的仪器，但是探头的操作频率带宽可以是窄的。例如，压电材料可以与例如在0.5mhz-2.25mhz之间的低频相关联，或者与例如在15.0mhz-25.0mhz之间的高频相关联，但不是与两者都相关联。相似地，换能器探头可以被适配用于发射或接收，但是由于特定类型的压电材料的聚焦频率范围，在两种应用中可能未配备高性能。宽带换能器探头可以提供更宽的操作频率范围，但是使探头适配电阻匹配可能具有挑战性并且成本过高。
53.在一个示例中，上述问题可以通过与多频换能器阵列适配的压电换能器探头来解决。多频换能器阵列可以包括每个换能器中的由多于一个子元件形成的元件，每个子元件具有不同的谐振频率。换句话讲，每个元件可以是具有由子元件的谐振频率修改的总体谐振频率的混合元件。因此，配置具有变化组成的混合元件的换能器阵列可以使换能器阵列能够在一系列频率上操作，同时维持其中实施换能器阵列的多频换能器探头的灵敏度和分辨率。此外，换能器可以经由晶片级方法制造，该晶片级方法在方位角方向和仰角方向两者上提供磨削恢复(ground recovery)、频率变迹和频率捷变。由此可以控制空间频率分布，并且可以通过节省成本、可扩展的方式制造换能器。
54.如本文所述，多频压电换能器可以用于各种医疗装置中。例如，如图1所示，压电换能器可以包括在超声探头中，用于基于超声信号产生图像。应当理解，超声探头是利用压电换能器的医疗装置的非限制性示例，并且已经设想了在其他医疗装置中并入压电换能器。例如，压电换能器可以用于在非破坏性测试器、jetter系统、高压电源等中转换能量。图1的以下描述是压电换能器如何在超声换能器探头中实施的示例性概述。
55.超声探头包括用于生成超声信号的一个或多个有源部件。超声探头的有源部件或压电元件102的示例在图1中的声学叠层100的示意图中示出，该声学叠层具有中心轴线104。提供一组参考轴线，其指示方位角方向101、仰角方向103和垂直于方位角方向和仰角方向两者的横向方向105。在其他示例中，该组参考轴线可以表示z轴101、x轴103和y轴105。压电元件102在图1中示出，其中心轴线104平行于方位角方向101。
56.应当注意，虽然声学叠层100被示出为构造用于线性超声探头并且方位角方向被描述为与图1中的z轴平行，但是其他示例可以包括相对于z轴成角度的方位角方向，这取决于压电元件阵列的形状。例如，超声探头可以是曲线阵列或相控阵列，并且因此产生不平行于z轴的非线性波束。
57.虽然图1中示出了单个压电元件，但超声探头可包括以阵列布置的多个压电元件，并且通过导线分别耦接到电能源。由一个或多个压电元件形成的每个电气电路可以是换能器。在一些示例中，换能器可以包括压电元件阵列，其可以以各种图案或矩阵布置，包括一维(1d)线性、二维(2d)正方形、2d环形等。在一个示例中，换能器可以由多于一种类型的压电元件形成，从而提供多频压电换能器。沿方位角方向和仰角方向中的每一者的频率分布可以被适配为均匀的或非均匀的。参考图2至图42，多频压电换能器的进一步细节在下面提供。
58.每个换能器可与相邻的换能器电绝缘，但是都可耦接到相对于方位角方向位于压电元件上方和下方的公共层。该多个压电元件和伴随的层可以被超声探头的外壳包围，该外壳可以是例如具有各种几何形状的塑料壳体。例如，外壳可为矩形块、圆柱体或被构造成
舒适地适合于用户的手的形状。如此，图1中所示的部件可被适配为具有适合装配在超声探头的外壳内的几何形状和尺寸。
59.压电元件102可为由天然材料诸如石英或合成材料诸如锆钛酸铅形成的块，该块在例如由发射器施加电压时变形并且振动。在一些示例中，压电元件102可为具有晶轴的单晶，诸如铌酸锂和pmn-pt(pb(mg
1/3
nb
2/3
)o3–
pbtio3)。压电元件102的振动生成超声信号，该超声信号由沿箭头107指示的方向(例如，沿方位角方向101)从超声探头传输出去的超声波形成。压电元件102还可接收超声波(诸如从目标物体反射的超声波)，并且将超声波转换为电压。电压可被传输到超声成像系统的接收器并被处理成图像。
60.电极114可与压电元件102直接接触，以经由导线115传输电压，该电压从超声波转换而来。导线115可连接到电路板(未示出)，来自多个压电元件的电极的多条导线可固定到该电路板。电路板可耦接到同轴电缆，从而在超声探头和接收器之间提供电子通信。
61.声学匹配层120可被布置在压电元件102上方，相对于方位角方向101垂直于中心轴线104取向。声学匹配层120可为定位在压电元件102与待成像的目标物体之间的材料。通过将声学匹配层120布置在其间，超声波可首先穿过声学匹配层120，并且同相地从声学匹配层220发射出去，从而降低在目标物体处反射的可能性。声学匹配层220可缩短超声信号的脉冲长度，从而增加信号的轴向分辨率。
62.背衬126可相对于z轴被布置在压电元件102的下方。在一些示例中，背衬126可以是沿仰角方向103延伸的材料块，使得超声探头中的该多个压电元件中的每个压电元件相对于方位角方向101位于背衬126的正上方。背衬126可被构造成吸收从压电元件102沿与箭头107指示方向相反的方向引导的超声波，并且衰减由超声探头的外壳偏转的杂散超声波。超声信号的带宽以及轴向分辨率可由背衬126增大。
63.压电换能器(pzt)探头可以提供对目标的高穿透性以及高频和瞬态响应，从而能够获得高分辨率数据。然而，探头中包括的压电元件的类型可以在将探头的使用限制到特定应用的频率带宽内操作。例如，具有低中心频率压电元件的探头可用于产生深层组织或器官的超声图像，但可能不能提供足够的缺陷分辨率或厚度测量能力。因此，将压电换能器探头用于各种应用可能需要访问具有不同压电元件的多个探头。
64.相比之下，当在超声应用中使用时，电容式微加工超声换能器(cmut)探头可以提供更宽的带宽以及更有效的制造，这是因为经由微机械加工技术在硅上构造超声换能器cmut。更宽的cmut带宽使cmut探头能够实现比pzt探头更大的轴向分辨率。然而，cmut探头的灵敏度和穿透性可以小于pzt探头。此外，cmut可能比pzt更易于发生声串扰。
65.在一个示例中，通过使pzt探头与配备有由多于一种类型的子元件形成的压电元件的换能器适配，可以在pzt探头中提供高穿透和宽带宽，其中每个子元件是不同类型的压电材料。通过将具有不同谐振频率的压电子元件组合到一个换能器中，可以提供多频压电元件阵列。根据子元件的相对比例，多频元件中的每个多频元件可具有不同频率，从而与单个元件换能器探头相比，允许多频元件在更宽的频率范围内发射和接收信号。
66.例如，如图2所示，具有多频元件的第一矩阵200的示例可以是具有均匀多频元件202的均匀二维阵列，诸如蝶形矩阵阵列。第一矩阵200可以表示元件202在声学叠层(诸如图1的声学叠层100)的换能器内的布置。可以将声学叠层中的至少一个声学叠层结合在pzt探头内。第一矩阵200示出为沿方位角方向101和仰角方向103定向。
67.元件202中的每个元件包括第一子元件204和第二子元件206。作为示例，第一子元件204可以是较高频率元件，并且第二子元件206可以是较低频率元件，其中第一子元件204和第二子元件206可以经由下面参考图10至图38进一步讨论的制造技术耦接。元件202可以彼此间隔开，并且由此与相邻元件202电绝缘。元件202中的每个元件可以耦接到电气电路208以使得能够施加电压以诱导元件202中的每个元件的变形。此外，元件202中的每个元件可以传输由变形诱导产生的单独信号。应当注意，元件202中的每个元件耦接到电气电路208，但是为了简洁起见，在图2中仅示出元件202的底部行直接耦接到电气电路208。
68.第一矩阵200可以耦接到声学叠层的其他层，例如，声学透镜、背衬等，如图1所示。作为由第一子元件204和第二子元件206形成元件的结果，这些元件可以在宽范围的频率上发射和/或接收。例如，第一子元件204可以具有2.0mhz的中心(例如，谐振)频率，并且第二子元件206可以具有15mhz的中心频率。通过以相等的相对比例组合第一子元件204和第二子元件206，元件202可以在比单独的第一子元件204或第二子元件206更宽的频率范围内发射和/或接收超声信号。
69.例如，元件202中的每个元件可以具有1.5mhz到15mhz的频率范围。如图3所示，第一矩阵200中的元件202的阵列可以提供沿仰角方向103的对称和线性变迹函数。曲线图300中示出了由曲线302指示的高频子元件(例如，图2的第一子元件204)和曲线304指示的低频子元件(例如，图2的第二子元件206)两者提供的变迹。变迹函数相对于沿y轴的换能器阵列的每个元件中的高频子元件和低频子元件的百分比含量以及相对于沿x轴的仰角方向103来绘制。沿仰角方向分布的高频子元件和低频子元件的相等比例导致均匀的变迹函数。
70.如上所述，图2的元件202的高频子元件204和低频子元件206可以提供对称和非锥形变迹函数，其中在均匀矩阵阵列中具有相等比例的子元件，例如，阵列的每个多频元件被类似地配置。然而，为了使采样信号在采样区域的边缘下降到零或接近零以抑制泄漏旁瓣(leakage sidelobe)，可能需要变迹函数的渐缩。例如，在图39中的第二曲线图3900中示出了由高频子元件和低频子元件形成的元件提供的锥形变迹函数(非离散化)。
71.曲线3902表示换能器阵列的每个元件中的高频子元件相对于沿仰角方向103的百分比含量(y轴)的变迹函数，并且曲线3904表示换能器阵列的每个元件中的低频子元件的变迹函数。曲线3902和曲线3904是逆向相关的，使得第一曲线3902相对于y轴在换能器阵列沿仰角方向103的中心区域的最大值对应于曲线3904的最小值。在最大值的任一侧，曲线3902沿y轴减小，而曲线3904成比例地增加。虽然高频率子元件和低频子元件中的每一者的最大百分比含量以80％示出，并且最小百分比含量以20％示出，但是其他示例可以包括最大百分比含量和最小百分比含量的任何其他值，诸如分别为100％和0％。
72.高频变迹函数和低频变迹函数的总和可以提供旁瓣减小。例如，可能期望在换能器阵列的中心区域处具有较高比例的高频元件，并且沿换能器阵列的侧面具有较高比例的低频元件，以实现对泄漏旁瓣的最大抑制。曲线图3900中所示的锥形变迹函数可以通过将换能器阵列的元件配置为具有高频子元件和低频子元件的每一者的不相等的相对比例来生成。例如，换能器的中心区域可以包括具有比外边缘更高的高频子元件百分比含量的元件。由此增强了旁瓣的抑制。
73.具有不相等的子元件比例的元件的示例在图4至图6中示出。图4中示出了具有不相等的分布的多频元件400的第一示例。多频元件400由类似于图2的元件202的第一子元件
204和第二子元件206的第一高频子元件402和第二低频子元件404形成。
74.第一子元件402的第一宽度406可以大于第二子元件404的第二宽度408。例如，第一宽度406可以是第二宽度408的四倍，从而导致多频元件400的80％由第一高频子元件402形成，并且20％由第二低频子元件404形成。在其他示例中，子元件的相对宽度可以颠倒。图5中示出了多频元件500的第二示例并且包括第一高频子元件502和第二低频子元件504。在第二示例中，第一子元件502的第一宽度506可以是第二子元件504的第二宽度508的一半。
75.在具有不相等的分布的多频元件600的第三示例中，如图6所示，多频元件600类似地由第一高频子元件602和第二低频子元件604形成。第一子元件602的第一宽度606也小于第二子元件604的第二宽度608。第一宽度606可以是例如第二宽度608的四分之一。
76.图4至图6中示出的具有不相等的子元件分布的多频元件的示例是多频元件的非限制性示例。其他示例可以包括在元件的第一子元件和第二子元件之间具有任何相对比例变化的多频元件。此外，多频元件的其他示例可以包括多于两个子元件。例如，多频元件可以由三个或四个子元件形成，这些子元件中的每个子元件具有各种比例。
77.非均匀多频元件的阵列可以被配置为提供图39所示的频率变迹函数。相对于形成包括在阵列中的每个多频元件的不同子元件的百分比含量，阵列可以是非均匀的。换句话讲，子元件的数量、具有不同谐振频率的子元件中的每个子元件以及每个元件中的子元件的相对比例在整个阵列中可能不一致，使得元件的空间分布具有不同的频率范围。在一个示例中，如图7所示，被配置为提供类似于图39的曲线图3900中所示的变迹函数的第二矩阵700可以是由多个元件702形成的一维(1d)线性阵列的示例。描绘多个元件702的第一行701、第二行703和第三行705。第二行703和第三行705之间的虚线表示在第二行703和第三行705之间布置的任选的附加行的存在，为了简洁而从图7中省略这些附加行。换句话讲，第二矩阵700可以具有至少一行，并且可以包括任何数目的附加行。多个元件702中的每个元件可以耦接到电气电路，并且基于每个元件的组成发射单独的信号。
78.多个元件702中的每个元件包括第一高频子元件704和/或第二低频子元件706。多个元件702中的一些元件包括第一子元件704和第二子元件706两者，其中子元件相对于彼此具有变化的宽度(其中宽度是沿仰角方向103定义的)。同样，多个元件702中的一些元件仅包括第一子元件704或仅包括第二子元件706。
79.例如，第二矩阵700的中心区域720包括多个元件702的仅由第一子元件704形成的部分，而远离第二矩阵700的中心轴线708的边缘区域722仅由第二子元件706形成。第二矩阵700的在中心区域720和边缘区域722之间的区域724由第一子元件704和第二子元件706两者以不同的比率形成。由于第一子元件704和第二子元件706沿仰角方向103的空间分布，多个元件702中的每个元件的谐振频率可沿仰角方向103变化。
80.例如，在第二矩阵700的中心区域720中，多个元件702的仅包括第一子元件704的部分可以各自以与第一子元件704相关联的谐振频率发射(和接收)信号。在边缘区域722处，多个元件702的仅由第二子元件706形成的部分可以各自以与第二子元件706相关联的谐振频率发射(和接收)信号。在中心区域720与边缘区域722之间的区域724中，多个元件702是混合体(例如，第一子元件704和第二子元件706的组合)，并且因此可以具有在第一子元件704和第二子元件706的谐振频率值之间的谐振频率值范围。
81.作为示例，多个元件702中的第一元件707可以由50％的第一子元件704和50％的
第二子元件706组成。第一元件707的谐振频率可以是第一子元件704与第二子元件706的谐振频率之间的中间值。多个元件702中的被定位在第一元件707和第二矩阵700的中心区域720之间的第二元件709可以具有相比于第一元件707更高百分比组成的第一子元件704。因此，第二元件709可以具有高于第一元件707但低于第一子元件704的谐振频率的谐振频率。多个元件702的被定位在第一元件707和左侧边缘区域722之间的第三元件711可以具有比第一元件707更高百分比组成的第二子元件706。第三元件711因此可以具有低于第一元件707但高于第二子元件706的谐振频率。
82.通过沿仰角方向103递增地改变多个元件702的组成，多个元件702可以具有范围在第一子元件704的谐振频率和第二子元件706的谐振频率之间的连续谐振频率。在其他示例中，多个元件702的组成可以类似地沿方位角方向101而不是仰角方向103或除仰角方向103之外变化。因此，第二矩阵700可以通过比具有均匀元件组成的换能器阵列更宽范围的频率发射和接收信号。在图7所示的示例中，可以在第二矩阵的中心区域720处发射和接收最高频率，同时可以在边缘区域722处发射和接收最低频率。
83.第二矩阵700可以关于第二矩阵700的中心轴线708对称，中心轴线与方位角方向101平行。不管多个元件702中的子元件分布的变化如何，第二矩阵700的对称性允许第二矩阵提供如图39所示的变迹函数。
84.图8中示出了第三矩阵800的示例，其可以是1.5维(1.5d)矩阵阵列的示例。第三矩阵800包括布置在第一行804、第二行806和第三行808中的多个元件802。相似地，第一行804和第二行806之间的虚线指示第三矩阵800的附加行的存在，为了简洁而省略附加行。第三矩阵800具有与方位角方向101平行的中心轴线810。
85.第三矩阵800的多个元件802的至少一部分可以是由第一高频子元件812和第二低频子元件814形成的多频元件816。例如，多个元件802中的多频元件816可以包括沿仰角方向103与第二子元件814中的两个第二子元件交替的第一子元件812中的两个第一子元件。第三矩阵800的中心区域820可以仅由第一子元件812形成，而第三矩阵800的边缘区域822可以仅由第二子元件814形成。此外，多个元件802中的每个元件的沿仰角方向103限定的厚度可以跨第三矩阵800的每行变化。
86.由于第一子元件812和第二子元件814沿仰角方向103的空间分布，多个元件802的谐振频率可以在仰角方向103上变化。例如，类似于图7的第二矩阵700，多个元件802的在中心区域820中的部分可以以等于第一子元件812的谐振频率的较高谐振频率发射和接收信号，而多个元件802的在边缘区域处的部分可以以等于第二子元件814的谐振频率的较低谐振频率发射和接收信号。多个元件802的在中心区域820和边缘区域822之间的部分可以具有第一子元件812与第二子元件814的谐振频率之间的中间谐振频率。因此，与在第三矩阵800的阵列中使用单频元件相比，第三矩阵800包含的频率范围可以被拓宽。
87.第三矩阵800可以沿仰角方向103跨中心轴线810对称。类似于图7的第二矩阵700，第三矩阵800的对称性使第三矩阵800能够提供如图39所示的变迹函数。当换能器探头的有源孔径改变时，1.5d阵列(以及1.75d阵列)可以提供优化的波束图案。因此，阵列能够优化具有窄孔径的近场以及具有较大孔径的远场。通过经由图10至图38中所示的过程制造1.5d或1.75d阵列，该过程允许将具有不同中心频率和频率范围的元件混合在单个阵列内。该制造过程在阵列配置中提供增加的灵活性，但会产生大量的额外成本。图9中示出了第四矩阵
900的示例，其可以是1.25线性阵列的示例。第四矩阵900还具有沿仰角方向103布置成行的多个元件902，以及平行于方位角方向101的中心轴线904。多个元件902可以各自由单个类型的元件形成，并且不是混合元件。
88.第四矩阵900包括第一高频子元件906和第二低频子元件908。多个元件902中的每个元件可以由第一子元件906或第二子元件908形成，并且可以沿仰角方向103在宽度上变化。第四矩阵900沿仰角方向103跨中心轴线904的对称性也允许第四矩阵900提供沿仰角方向103的变迹。结合多于一种类型的元件允许第四矩阵900在更宽的频率范围上操作。然而，在没有结合混合元件(例如，由多于一个子元件形成的元件)的情况下，频率分布可能比图7和图8的矩阵更不连续且更离散。
89.应当注意，图7至图9的该多个元件中的每个元件可以耦接到电气电路，如图1和图2所示。另外，多频换能器阵列的其他示例还可以包括沿方位角方向101的频率变迹和捷变的控制。例如，多频元件的分布可以沿方位角方向101以与沿仰角方向103所示类似的方式变化。作为沿仰角方向的频率变化的替代或补充，可以在阵列中实现沿方位角方向改变空间频率分布。通过沿方位角方向和仰角方向两者配置具有多频元件的阵列，相对于具有均匀元件的换能器阵列中的频率变迹，能够实现更复杂的变迹。通过提供沿两个方向改变元件的方法，阵列的配置更灵活并且可以更容易地实施为矩阵。此外，可以沿方位角方向和仰角方向两者实现频率变迹，例如，换能器在预先选择的范围内快速移位传输频率以减轻干扰、相互干涉或考虑大气效应的能力。
90.将多频元件结合到换能器阵列中可以增强信号发射和接收两者的灵敏度，同时增加换能器阵列的频率带宽。可以选择基于换能器探头的应用的特定频率下的信号传输，从而以对应的谐振频率激励换能器阵列中的多频元件。通过用具有宽频率范围的元件配置换能器阵列，能够实现换能器探头的不同操作。因此，换能器探头可以用于各种应用，该各种应用原本要求使用具有不同谐振频率的多个单元件换能器探头。
91.在一些示例中，由换能器阵列接收的信号的后处理可以类似于常规后处理，其利用已经存在的后处理算法将信号转换成例如图像。可以基于信号的频率修改信号的带通滤波。
92.可以经由利用晶片级方法的节省成本的过程来实现多频换能器元件阵列的制造。晶片级方法允许同时生成多个换能器阵列，从而提高效率和吞吐量。现在参考图10至图38和图40至图42描述用于多频换能器阵列的制造过程。晶片级方法可以从第一声学叠层1000的块开始，如图10所示。第一声学叠层1000是沿图10中的仰角方向观察的，并且包括匹配层1002，类似于图1的声学匹配层120，其可以是导电层诸如石墨或金属。匹配层1002可以由沿第一声学叠层1000的竖直轴线(例如，沿横向方向105)堆叠的多于一个层形成，该第一声学叠层被配置为沿竖直轴线导电。
93.匹配层1002相对于横向方向105布置在第一压电层1004上方。超声换能器探头与目标介质之间的声阻抗差可以由匹配层1002缓冲。第一压电层1004由被配置为发射和/或接收超声信号并且用于形成超声换能器探头的换能器元件的压电材料形成，如上所述。
94.解匹配层1006可以被定位在第一压电层1004下方。解匹配层可以是高阻抗层，其可以降低插入损耗并提高换能器探头的频率带宽。在一些示例中，可以任选地省略解匹配层。与图1的背衬126类似的背衬层1008可以被布置在解匹配层1006下方。背衬层1008可以
由导电材料(诸如复合材料)形成，并且可以抑制当压电材料从发射模式切换到接收模式时可能发生的激振效应。第一压电层1004可以用粘合剂(诸如环氧树脂)粘结到匹配层1002并粘结到解匹配层1006(或者当解匹配层1006不存在时粘结到背衬层1008)。
95.第一声学叠层1000的第一压电层1004可以具有沿横向方向105限定的第一高度1010。第一高度1010可以在视觉上将具有较高谐振频率的压电元件与具有较大第二高度1210的第二压电层1204的谐振频率压电元件区分开，如图12和图13所示，并将在下面进一步描述的。第一梳结构1100可由图10的第一声学叠层1000通过在第一声学叠层1000上沿横向方向105均匀间隔开划切切口1102来产生。切口1102沿方位角方向101从匹配层1002向下延伸到背衬层1008中，但不完全延伸穿过背衬层1008。切口1102的划切形成第一翅片1104，第一翅片1104中的每个第一翅片通过切口1102中的一个切口与相邻的第一翅片1104间隔开。第一翅片1104沿方位角方向101从背衬层1008向上延伸，并且可以沿仰角方向103延伸横跨第一梳结构1100的整个深度。
96.应当注意，划切是指在晶片中切割切口，以在晶片中形成不完全延伸穿过晶片的高度的空腔或狭槽。因此，划切可以电隔离晶片的部分，例如，使区段沿垂直于高度的平面与相邻区段电不连续，但不将晶片分成单独的分离区段。相比之下，切单有助于将晶片切单成物理上分离的单独换能器阵列，如下所述。在此，划切和切单仅沿晶片的高度例如沿横向方向进行，使得晶片的部分仅沿由方位角方向和仰角方向形成的平面电隔离和/或物理分离。
97.可以将第一梳结构1100划切成补充或匹配第二梳结构(例如，图13中所示的第二梳结构1300)的几何形状。第二梳结构1300可以由图12中描绘的第二声学叠层1200形成。第二声学叠层1200可以具有与第一声学叠层1000类似的层，包括由与第一声学叠层1000的匹配层1002相同或不同的材料(或导电层的叠层)形成的匹配层1202，由与图10的第一压电层1004不同的材料形成的第二压电层1204，与第一声学叠层1000的解匹配层1006类似的任选的解匹配层1206，以及由与第一声学叠层1000的背衬层1008相同或不同的材料形成的背衬层1208。
98.如上所述，第二压电层1204的沿方位角方向101限定的第二高度1210可以大于第一声学叠层1000的第一压电层1004的高度1010。由第二压电层1204形成的压电元件可以具有比由第一压电层1004形成的压电元件更低的谐振频率。对应于例如第一梳结构1100中的第一压电层1004的划切压电元件此后被称为高频子元件1004，并且对应于例如第二梳结构1300中的第二压电层1204的划切压电元件此后被称为低频子元件1204。
99.第二声学叠层1200的匹配层1202的也沿方位角方向101限定的高度可以大于第一声学叠层1000的匹配层1002的高度，而第二声学叠层1200的背衬层1208的高度可以小于第一声学叠层1000的背衬层1008的高度。在将梳结构组合成单个结构时，匹配层和背衬层之间的高度差异可以允许第一梳结构1100和第二梳结构1300中的每一者的层具有期望的对准，在下文进一步描述。
100.第二声学叠层1200可以在与第一声学叠层1000相反的方向上划切，如图13所示。因此，划切第二声学叠层1200，使得切口1302沿方位角方向101从背衬层1208向上延伸到匹配层1202中。切口1302不完全延伸穿过匹配层1202。切口1302沿横向方向105均匀地间隔开，从而在切口1302中的每个切口之间形成第二翅片1304。第二翅片1304可沿仰角方向103
延伸横跨第二梳结构1300的整个深度。
101.第二梳结构1300的切口1302中的每个切口的宽度1306可以等于第一梳结构1100的第一翅片1104中的每个第一翅片的宽度1106(如图11所示)。相似地，第二梳结构1300的第二翅片中的每个第二翅片的宽度1308可以等于第一梳结构1100的切口1102中的每个切口的宽度1108(如图11所示)。第二梳结构1300的切口1302和第二翅片1304两者的沿方位角方向101限定的高度1310可以等于第一翅片1104和第一梳结构1100的切口1102两者的高度。第一梳结构1100和第二梳结构1300的互补几何形状允许梳结构配合在一起以形成具有叉指状结构的第三声学叠层1402，如图14中以沿仰角方向103的第一视图1400以及图15中以沿方位角方向101的第二视图1500所示的。
102.在图14所示的第三声学叠层1402的第一视图1400中，第一粘合剂层1404布置在第一梳结构1100与第二梳结构1300之间，以实现梳结构的层压。第一粘合剂层1404可以是非导电胶诸如环氧树脂，其使第一梳结构1100与第二梳结构1300电绝缘。第一梳结构1100和第二梳结构1300可以彼此嵌套，使得第一梳结构1100与第二梳结构1300之间没有间隙。
103.如在第三声学叠层1402的第二视图1500中所示，第一翅片1104和第二翅片1304沿仰角方向103沿第三声学叠层1402的深度1502延伸，每个翅片形成第三声学叠层1402的叉指状结构的指(digit)。应当理解，第三声学叠层1402的第一视图1400和第二视图1500可以表示第三声学叠层的区段而不是整个声学叠层1402。虽然第三声学叠层1402被示出为具有图14中的第一翅片1104中的三个第一翅片和第二翅片1304中的三个第二翅片，但是第三声学叠层1402可以具有任何数量的翅片。第三声学叠层1402可以分别具有大于或小于图14和图15中所示的宽度1406和深度1502。
104.另外，在一些示例中，第三声学叠层1402可以进一步与一个或多个附加梳结构结合，以增加结合到声学叠层中的具有不同谐振频率的子元件的数量。例如，如图36所示，第一多频梳结构3602和第二多频梳结构3604可以各自由声学叠层(诸如第三声学叠层1402)形成。
105.第一多频梳结构3602的至少一个第一翅片3603可以包括第一子元件3606和第二子元件3608。第一多频梳结构3602可以通过类似于如图11所示的第一声学叠层1000的划切来划切声学叠层来形成，其中第一切口3610沿横向方向105从第一多频梳结构3602的顶部向下延伸穿过第一多频梳结构3602的高度3612的一部分。
106.第二多频梳结构3604可以具有至少一个第二翅片3614，第二翅片2614包括第三子元件3616和第四子元件3618。第一子元件3606、第二子元件3608、第三子元件3616和第四子元件3618中的每一者可以具有不同的谐振频率。第二多频梳结构3604可以类似于图13所示的第二声学叠层1200划切，其中第二切口3620沿横向方向105从第二多频梳结构3604的底部向上延伸穿过第二多频梳结构3604的高度3622的一部分。
107.第一切口3610的宽度3624和高度3626可以类似于第二翅片3614的宽度和高度。第二切口3620的宽度3628和高度3630可以类似于第一翅片3603的宽度和高度。第二多频梳结构3604的第二翅片3614可以插入第一多频梳结构3602的第一切口3610中，而第一翅片3603可以插入第二多频梳结构3604的第二切口3620中，如箭头3632所示，以形成具有四个子元件的组合叠层。组合叠层可以如下所述层压和进一步处理。
108.图36示出了可以如何形成具有四个不同子元件的多频声学叠层的非限制性示例。
在其他示例中，第一多频梳结构3602或第二多频梳结构3604中的任一者可以是单元件梳结构。在此类情况下，所得组合声学叠层可以包括三个子元件。此外，子元件中的每个子元件的沿方位角方向101限定的宽度被示出为类似的，从而产生具有相等比例的每个子元件的组合叠层。然而，在其他示例中，可以改变子元件的宽度，使得子元件中的每个子元件的百分比含量不相等。
109.此外，虽然图14至图15的第三声学叠层1402示出了具有互补几何形状的第一梳结构1100和第二梳结构1300，该互补几何形状导致梳结构的无间隙组合，例如，在耦接时梳结构之间没有空间存在，但梳结构可以被划切以具有非匹配的几何形状。例如，如图42所示，声学叠层4200的替代示例可以包括组合以形成叉指状结构的第一梳结构4202和第二梳结构4204。
110.第一梳结构4202的切口可以不具有与第二梳结构4204的翅片的尺寸相匹配的尺寸，并且第二梳结构4204的切口可以不具有与第一梳结构4202的翅片相匹配的尺寸。例如，第一梳结构4202的第一切口4206可以具有大于第二梳结构4204的第一翅片4212的深度4210的深度4208。当第二梳结构4204的第一翅片4212插入第一梳结构4204的第一切口4206中时，可以例如沿方位角方向围绕第一翅片4212存在间隙。
111.第一梳结构4202的第二切口4214还可以具有大于第二梳结构4204的第二翅片4220的深度4218的深度4216。当第二梳结构4204的第二翅片4220插入第一梳结构4202的第二切口4214中时，可以例如沿方位角方向101围绕第二翅片4220存在间隙。由于第一梳结构4204的切口的非均匀深度和/或第二梳结构4204的翅片的非均匀深度，围绕第二翅片4220的间隙可以大于围绕第一翅片4212的间隙。由于与第一梳结构4204的翅片的深度相比，第二梳结构4204的切口的深度更大，所以第一梳结构4202的翅片可以类似地被间隙围绕。
112.如图42所示，通过组合至少两个梳结构形成的声学叠层的各种几何形状可以通过调节切口和翅片的尺寸来实现。梳结构的划切和组合在换能器阵列的最终构型中引入了高度的灵活性。因此，可以有效地修改换能器的修改。
113.现在转向图16至图17，第三声学叠层1402可以与基础封装件1602的第一示例组合，如图16中以沿仰角方向103的第一视图1600所示的，以及图17中以沿方位角方向101的第二视图1700所示的。基础封装件1602可以由导电材料形成，诸如石墨、填充有树脂的多孔石墨、不锈钢、铝等。基础封装件1602可以被划切成具有沿横向方向105延伸的第一翅片1604和切口1606。第三声学叠层1402还可以被划切成具有也沿仰角方向103延伸的第一切口1608，该第一切口在宽度1610和高度1612上与基础封装件1602的第一翅片1604匹配。第三声学叠层1402的划切还形成具有与基础封装件1602的第一翅片1604相同的高度1612的块1614，并且其中块1614中的每个块的宽度1616等于基础封装件1602的切口1606的宽度。
114.图17中进一步示出了第三声学叠层1402和基础封装件1602的划切。除了切口1606之外，第三声学叠层1402可以具有沿方位角方向101延伸的第二切口1702。基础封装件1602具有第二翅片1704，该第二翅片可以与第一翅片1604相连，但是沿垂直方向(例如，沿方位角方向101)从第一翅片1604延伸。因此，第一翅片1604和第二翅片1704可以形成如图18中的透视图1800所示的结构。
115.基础封装件1602在透视图1800中描绘，以示出基础封装件1602的第一翅片1604、第二翅片1704和切口1606的总体几何形状。第一翅片1604和第二翅片1704框住切口1606中
的每个切口，使得切口1606中的每个切口具有均匀的矩形几何形状。然而，在其他示例中，切口1606可以具有各种其他几何形状，诸如圆形、六边形、正方形等。因此，由图10至图35中所描绘的制造过程产生的换能器可以具有对应于切口1606的几何形状的形状。
116.切口1606在基础封装件1602中形成空腔，并且第三声学叠层1402的块1614(如图16和图17所示)被成形为匹配切口1606的几何形状。以此方式，基础封装件1602的切口1606接收第三声学叠层1402的块1614，如图16和图17中的箭头1618所示，第三声学叠层1402的第一切口1608接收基础封装件1602的第一翅片1604，并且第三声学叠层1402的第二切口1702接收基础封装件1602的第二翅片1704。
117.在其他示例中，基础封装件可以与图18的基础封装件1602不同地配置。例如，如图40所示，基础封装件4000的第二示例可以具有沿仰角方向103线性且连续地延伸的切口4002。切口4002是平行的，并且可以延伸横跨基础封装件4000的整个深度或横跨深度的至少一部分，该深度沿仰角方向103限定。基础封装件4000的通过切口4002间隔开的翅片4004也可以沿仰角方向103延伸。声学叠层可以沿仰角方向103类似地划切，以匹配基础封装件4000的切口4002和翅片4004。
118.替代地，基础封装件可以完全沿方位角方向101划切，如图41所示。图41描绘了具有沿方位角方向101延伸的切口4102和翅片4104的基础封装件4100的第三示例。切口4102和翅片4104可以完全或部分地横跨基础封装件4100的宽度延伸，该宽度沿方位角方向101限定。可以将声学叠层用切口和块划切，以匹配基础封装件4100的几何形状，例如，用沿方位角方向101延伸的切口和块。
119.现在转向图19中沿仰角方向的第一视图1900和图20中沿方位角方向101的第二视图2000，第三声学叠层1402和基础封装件1602可以与设置在第三声学叠层1402和基础封装件1602之间的第二粘合剂层1904层压，以形成第四声学叠层1902。第二粘合剂层1904被示出为虚线以将第二粘合剂层1904与第一粘合剂层1404区分开。第二粘合剂层1904还可以是非导电胶，其将第三声学叠层1402与基础封装件1602电隔离。
120.如图21中以沿仰角方向103的第四声学叠层1902的第一视图2100以及图22中以沿方位角方向的第四声学叠层1902的第二视图2200中所示的，第四声学叠层1902的背侧2102可以经受磨削。通过磨削背侧2102，使得基础封装件1602的一部分、第一梳结构1100的背衬层1008的一部分和第二梳结构1300的背衬层1208的一部分(图14至图15中示出的背衬层1008、1208)被去除，能够在仰角方向103和方位角方向101两者上进行磨削恢复。第四声学叠层的背侧2102可以提供正端子连接性。图19和图20中示出了第四声学叠层1902的被磨削掉的总体部分的高度1906。
121.第四声学叠层1902的背侧2102被磨削，直到第一粘合剂层1404和第二粘合剂层1904两者的平行于仰角方向103的部分被去除(如图19和图20所示)。通过去除粘合剂层的部分，例如粘合剂层的相对于方位角方向101的底部部分，启用仰角方向和方位角方向两者上的磨削恢复。换句话讲，通过去除绝缘粘合层，提供元件(例如，高频子元件1004和低频子元件1204)和布置成与第四声学层叠层1902的背侧2102接触的电触点或电极(图21和图22中未示出)之间的电气连续性。
122.磨削恢复还可包括在第四声学叠层1902的背侧2102上溅镀导电材料(诸如金属)层，如图23中以沿仰角方向103的第一视图2300以及图24中以沿方位角方向101的第二视图
2400所示的。第四声学叠层1902在图23和图24中被描绘为相对于方位角方向101向上翻转。溅镀层2302沉积到第四声学叠层1902的背侧2102上，从而形成均匀的连续膜。沿方位角方向测量的溅镀层2302的高度小于第四声学叠层1902的任何其他层的高度，例如匹配层、高频元件和低频元件、解匹配层、背衬层。
123.然而，在其他示例中，可以通过将第四声学叠层1902的背侧磨削到较小程度使得保留基础封装件1602的一部分来排除溅镀。例如，背侧可以被磨削图19中所示箭头1907所指示的量。基础封装件的剩余部分对于子元件中的每个子元件可以是公共的，并且可以沿第四声学叠层1902的背侧提供导电层。
124.如图25中以沿仰角方向103的第四声学叠层1902的第一视图2500以及图26中以沿方位角方向101的第二视图2600所示的，第四声学叠层1902可以在溅镀层2302沉积之后被划切。多个切口2503形成在第四声学叠层1902中，沿横向方向105从第四声学叠层1902的背侧2302朝向前侧2502延伸，但是不完全穿过第四声学叠层1902。
125.多个切口2503可以将第四声学叠层1902分成多个元件2501。多个元件2501可以包括多频元件2504和单频元件2506，如图25所示。多频元件2504各自包括高频子元件1004中的一个高频子元件和低频子元件1204中的一个低频子元件。单频元件2506包括高频子元件1004中的一个高频子元件或低频子元件1204中的一个低频子元件，但不包括两者。
126.在其他示例中，声学叠层(诸如第四声学叠层1902)的每个元件可以由单个元件形成，但是声学叠层可以包括各种不同类型的单个元件。例如，可以组合第一梳结构和第二梳结构以形成与图14至图15的第三声学叠层1402类似的声学叠层。可以如上参考图16至图24所述处理声学叠层，并且可以将切口划切成声学叠层，如图25和图26所示。然而，切口可以被定位在每个梳结构的每个翅片之间，因此将元件分离成划切的声学叠层的单个元件指。换句话讲，切口还可以将高频子元件1004与低频子元件1204分离。以此方式，声学叠层可以是具有单个元件而不是由多于一个子元件形成的元件的多频声学叠层，其中每个换能器可以具有多于一种类型的元件，每个元件耦接到电气电路。
127.返回图25，多频元件2504的谐振频率可以由高频率子元件1004和低频子元件1204中的每一者的百分比含量确定。高频子元件1004的沿方位角方向101限定的第一宽度2510类似于低频子元件1204的第二宽度2512。因此，多频元件2504可各自由50％的高频子元件1004和50％的低频子元件1204形成并且具有在高频子元件1004与低频子元件1204的谐振频率之间的中间的谐振频率。然而，在其他示例中，子元件的宽度可以变化(例如，不相等)，并且在整个声学叠层中可以是非均匀的，从而产生谐振频率范围。子元件宽度的变化描绘于图31至图34中并且下文进一步描述。
128.多个切口2503可以填充有电绝缘材料，从而将多个元件2501中的每个元件与相邻元件隔绝。然而，在其他示例中，多个切口2503可保持为空气填充的空间(例如，未填充任何附加材料)，其可类似地提供电绝缘。此外，将多个切口2503保持为空间可以减少换能器阵列的材料总量并减少阵列的重量。填充的多个切口2503在图27中沿仰角方向103的第一视图2700中被描绘，并且在图28中沿方位角方向101的第二视图2800中被描绘。第四声学叠层1902被示出为结合到图27和图28中的晶片2702中。
129.除了填充多个切口2503之外，第四声学叠层1902的前侧2502的一部分可以被机械地去除，类似于背侧2102的磨削，以进一步实现磨削恢复。第四声学叠层1902的前侧2502可
以提供电接地。第四声学叠层1902的从前侧2502去除的部分的高度2508在图25和图26中示出。从第四声学叠层1902的前侧2502磨削掉的量可以去除第一粘合剂层1404的与方位角方向101平行的部分，如图25所示。通过实现多个元件2501和耦接到第四声学叠层1902的前侧2502的导电层之间的电气连续性，前侧2502的磨削也可以有助于方位角方向和仰角方向上的磨削恢复，这将在下面进一步描述。
130.返回图27和图28，在磨削之后将匹配层块2704层压到第四声学叠层1902的前侧2502。尽管在图27和图28中未描绘，但在一些示例中，在将匹配层块2704耦接到前侧2502之前，可以将导电层(诸如溅镀层2302)溅镀到第四声学叠层1902的磨削的前侧2502上。匹配层块2704可以使用导电粘合剂层压，并且可以是分别与第一梳结构1100和第二梳结构1300的匹配层1002、1202相同或不同的材料。例如，匹配层块2704的材料可以是镀金材料、柔性导电材料诸如弹簧质量结构等。匹配层块2704可由多于一个层形成，并且可由导电材料或非导电材料形成。
131.匹配层块2704向第四声学叠层1902的每个换能器提供公共匹配层，每个换能器包括多个元件2501中的一个元件，并且由填充有非导电材料的多个切口2503沿横向方向105限定。换句话讲，匹配层块2704是完全横跨第四声学叠层1902的前侧2502延伸的连续层。相似地，背衬层块2706可以耦接到第四声学叠层1902的背侧2102，并且连接到第四声学叠层1902的每个换能器，以为每个换能器提供公共背衬层。背衬层块2706还可以是完全横跨第四声学叠层1902的背侧2102延伸的连续层。
132.背衬层块2706可以也使用导电粘合剂层压到第四声学叠层1902的背侧2102，以形成晶片2702。背衬层块2706可以由沿横向方向105层压在叠层中的一个或多个层形成，并且可以提供电路径以使得能够向多个元件2501施加电压。在一些示例中，背衬层块2706可包括专用集成电路(asic)、柔性导电材料、印刷电路板(pcb)、金属块等。在其他示例中，一些类型的背衬可以耦接到第四声学叠层1902的背侧2102而不是背衬层块2706。例如，背衬可以是将柔性电路连接到声学叠层的中介层。
133.另外，其他示例可以包括被配置为具有非连续匹配层块和背衬层块的声学叠层，该非连续匹配和背衬层块不连续地延伸横跨每个换能器。例如，多个较小的匹配和背衬层块可以耦接到换能器阵列，每个块附接到一个换能器。替代地，匹配和背衬层块可以覆盖几个换能器(诸如两个或三个相邻的换能器)，这些换能器分段地耦接到声学叠层。
134.然后可以将晶片2702切单(例如，单片化)以形成单独的换能器阵列2902，如图29中以沿仰角方向103的第一视图2900以及图30中以沿方位角方向101的第二视图3000所示的。换能器阵列2902中的每个换能器阵列包括多个元件2501的阵列，多个元件2501中的每个元件包括在单独的集成电路中。切单可以包括各种晶粒切单方法，包括常规划切、激光划切、划线和折断和磨削前切片(dice before grind)。因此，由于切单，换能器阵列2902中的每个换能器阵列与相邻换能器阵列间隔开，并且每个换能器可以安装在换能器探头中。
135.尽管每个子元件(例如，高频子元件1004和低频子元件1204)的沿方位角方向101限定的宽度2904、多个元件2501中的每个元件的宽度2906以及换能器阵列2902中的每个换能器阵列的宽度2908在图29中被描绘为均匀的，但是晶片2702的每个上述部件的划切可以被修改以产生非均匀的宽度。该多个元件的子元件以及换能器的宽度变化在图31至图35中示出。
136.在非均匀换能器阵列3101的第一示例3100中，多个元件3104的宽度3102可以沿方位角方向101是均匀的。多个元件3104可以各自包括第一子元件3106和第二子元件3108。可以划切第一梳结构以形成具有大于第二子元件3108的宽度3112的宽度3110的第一子元件3106。换句话讲，可以划切第一梳状结构以形成比划切第二梳结构以形成第二子元件3108更宽的子元件(例如，第一子元件3106)。
137.替代地，如在非均匀换能器阵列3103的第二示例3200中所示，可以划切第一梳结构，使得第一子元件3106具有比通过划切第二梳结构形成的第二子元件3108的宽度3404更窄的宽度3202。多个元件3104中的每个元件的宽度3104可以沿方位角方向101是均匀的，并且第一子元件3106和第二子元件3108中的每一者的宽度可以在多个元件3104中的每个元件中类似。因此，子元件的宽度可以基于梳结构的划切容易地改变。
138.此外，可以划切梳结构，使得子元件中的每个子元件具有非均匀的宽度，如在非均匀换能器阵列3101的第三示例3300中所示。第一元件3302可以由宽度3306类似于第二子元件3310的宽度3308的第一子元件3304形成。然而，在与第一元件3302相邻的第二元件3312中，第一子元件3304的宽度3314大于第二子元件3310的宽度3316。第一元件3302的宽度3318可以类似于第二元件3312的宽度3320。在其他示例中，非均匀换能器阵列3103可以包括其中第二子元件3310的宽度大于第一子元件3304的宽度的元件。
139.另外或替代地，通过组合第一梳结构和第二梳结构形成的声学叠层(例如，图14至图17的第三声学叠层1402)的划切可以被修改以改变该多个元件的宽度。例如，如非均匀换能器阵列3101的第四示例3400所示，第一元件3404的宽度3402可以大于第二元件3408的宽度3406。每个元件的第一子元件3410和第二子元件3412的宽度可以是类似的，如第一元件3404中所示，或者是不同的，如第二元件3408中所示。
140.此外，可以调节将晶片切单成单独的换能器阵列，以形成不同宽度的换能器。如图35所示，可以划切第一换能器阵列3502以具有第一宽度3504。可以划切第二换能器阵列3506以具有比第一换能器阵列3502的第一宽度3504宽的第二宽度3508。由与第一换能器阵列3502和第二换能器阵列3506相同的晶片形成的其他换能器阵列可以具有与第一换能器阵列3502或第二换能器阵列3506相似的宽度，或者与第一换能器阵列3502和第二换能器阵列3506不同的宽度。结合在每个换能器阵列的每个元件中的第一子元件3510和第二子元件3512的宽度可以彼此相似或不同，并且在整个换能器阵列中可以是均匀的或非均匀的。
141.电引线可以在切单之前或之后耦接到换能器阵列的匹配层块和背衬层块。例如，正电极可以耦接到匹配层块，并且接地电极可以耦接到背衬层块。替代地，正电极可以耦接到背衬层块，并且接地电极可以耦接到匹配层块。由此通过将换能器阵列耦接到电引线来完成具有每个换能器的单个电路的形成。
142.以此方式，用于多频换能器的制造方法可以被制成生产如图2和图4至图36所示的多频元件和换能器阵列。应当理解，虽然图31至图35描绘了沿仰角方向103的换能器的视图并且描述了相对于仰角方向103的换能器、元件和子元件的宽度的变化，但是可以沿方位角方向101施加类似的变化。例如，可以沿方位角方向101修改梳结构的划切，以提供具有不同深度(例如，子元件的沿方位角方向101的厚度)的子元件。可以组合梳结构，使得代替或作为子元件沿仰角方向103彼此相邻地布置的补充，子元件沿方位角方向101彼此相邻地布置。
143.可以划切组合梳结构以产生沿方位角方向101的不同深度的元件，同时还改变沿仰角方向103的元件的宽度。替代地，元件的宽度可以沿仰角方向103保持均匀并且沿方位角方向101变化。此外，除了或代替沿仰角方向103，切单的换能器的深度可以类似地沿方位角方向101变化。
144.通过使得能够沿方位角方向101和仰角方向103两者改变换能器、元件和子元件的尺寸，能够实现换能器的可扩展制造。可以从单个晶片生产具有不同和较宽带宽和空间频率分布的各种换能器。电气电路在切单之前耦接到晶片，从而增加制造效率。多频换能器探头中的互连件和控制信号的量可以类似于单频换能器探头中使用的量。因此，多频换能器阵列的实施方式不会给换能器探头引入额外的复杂性。
145.沿仰角方向和方位角方向两者的磨削恢复允许在探头中封装换能器阵列时更大的灵活性。例如，在仰角方向上具有减小的占有面积的换能器阵列可能是期望的。在常规方法中，当换能器阵列沿仰角方向缩短时，可能难以进行磨削恢复。然而，上文参考图10至图38和图40至图42描述的制造过程允许沿方位角方向的磨削恢复。另外，由宽带宽换能器的空间频率分布提供的变迹函数可以允许换能器探头用于多于一种应用。例如，单个换能器探头可以用于治疗和成像两者。由于由变迹函数实现的增强的光束聚焦轮廓，可以在近场和远场两者中优化图像质量。可以优化换能器探头的占有面积，以便更有效地进行封装。同样，如图10至图36所示的换能器探头的声学叠层的制造过程可以基于集合晶片方法提供适用于所有换能器组合的通用架构。
146.图37中描绘了用于制造换能器探头的多频声学叠层的第一例程3700的示例。如图38所示，第二例程3800是用于形成多频元件的例程的示例，该第二例程可以包括在第一例程3700中。第一例程3700和第二例程3800描述类似于图10至图36中所示的制造过程的过程。现在转向图37，在3702处，第一例程3700包括形成第一声学叠层，如图38中的第二例程3800中所示。
147.在图38的3802处，第二例程3800包括形成第一梳结构(诸如图11的第一梳结构1100)，该第一梳结构具有第一子元件。可以通过划切第一声学叠层(诸如图10的第一声学叠层1000)来形成第一梳结构。在3804处形成第二梳结构(诸如图13的第二梳结构1300)，该第二梳结构具有谐振频率不同于第一子元件的第二子元件。可以通过划切第二声学叠层(诸如图12的第二声学叠层1200)来形成第二梳结构。第一声学叠层和第二声学叠层两者均可以各自包括匹配层、子元件层、任选的解匹配层和背衬层，这些层沿垂直于方位角方向和仰角方向两者的横向方向堆叠。
148.可以沿彼此相反的方向划切第一声学叠层和第二声学叠层，以赋予第一梳状结构和第二梳状结构互补的翅片。例如，如图11所示，第一声学叠层可以从第一声学叠层的顶表面向下划切，并且如图13所示，第二声学叠层可以从第二声学叠层的底表面向上划切。替代地，第一声学叠层可以从底表面向上划切，而第二声学叠层可以从顶表面向下划切。
149.在3806处，第一梳结构与第二梳结构组合以形成叉指状组合叠层，诸如图14的第三声学叠层1402。可以层压组合叠层以将梳结构彼此粘附。
150.在3808处，例程包括确定是否将附加的子元件结合到组合叠层中。如果不包括附加子元件，则例程继续图37的第一例程3700的3704。如果要结合至少一个附加子元件，则在3810处形成附加的梳结构。可以类似于图11的第一梳结构1100或图13的第二梳结构1300划
切附加梳结构，同时可以在3812处以相反的方式划切组合叠层，以补充划切的附加梳结构的几何形状。附加梳结构可以具有谐振频率与第一子元件或第二子元件不同的第三子元件。
151.在一些示例中，附加梳结构可以是经由与第二例程3800的3802-3806中描述的类似过程形成的组合梳结构，使得附加梳结构除了第三子元件之外还具有第四子元件。具有第三子元件和第四子元件两者的附加梳结构可以类似地被划切以具有划切的组合叠层的互补几何形状。
152.在3814处，第二例程3800包括将划切的组合叠层与附加梳结构组合以形成新的组合叠层，该新的组合叠层可以被层压以将组合叠层和附加梳结构彼此粘附。在层压期间，可以在第一梳结构与第二梳结构之间设置非导电粘合剂层。该方法返回到3808以再次确定是否将附加的子元件结合到(新的)组合叠层中。
153.返回图37，在第一例程3700的3704处，划切第一声学叠层(例如，经由第二例程3800形成的组合叠层)。第一声学叠层的划切形成由第一声学叠层中的多个切口分隔的多个翅片。在3706处，由导电材料形成的基础封装件(诸如图16的基础封装件1602)被划切成具有与第一声学叠层中的多个切口具有相似几何形状的翅片和与第一声学叠层中的多个翅片具有相似几何形状的切口。
154.基础封装件和第一声学叠层彼此耦接并且在3708处层压以形成第二声学叠层。在3710处，可以通过磨削来去除第二声学叠层的背侧的一部分以提供磨削恢复。例如，可以去除第一声学叠层的背衬层的厚度的一部分以及用于层压第一声学叠层的非导电粘合剂的部分。通过去除背衬层的一部分和非导电粘合剂的部分，可以实现沿方位角方向和仰角方向的磨削恢复。
155.在3712处，将导电层溅镀在第二声学叠层的磨削的背侧上。导电层可以允许电连接件耦接到第二声学叠层的背侧，每个电连接件包括在经由第二声学叠层的处理形成的最终换能器阵列的集成电路中。第二声学叠层在3714处被划切，并且通过划切形成的切口可以填充有非导电材料，从而使第二声学叠层的每个集成电路或换能器与相邻集成电路电绝缘。
156.第二声学叠层的前侧在3716处被磨削。前侧与背侧相反，并且前侧的厚度的一部分可以通过磨削去除。例如，可以部分地去除第二声学叠层的匹配层。在3718处，匹配层块和背衬层块可以分别耦接到第二声学的前侧和背侧，以进一步实现方位角方向和仰角方向上的磨削恢复。在3720处，第一例程3700包括切单第二声学叠层以将第二声学叠层划分为单独的换能器阵列。换能器阵列可以各自在换能器探头中实施。第一例程3700结束。
157.以此方式，可以为换能器探头提供多元件换能器阵列。多元件换能器阵列可以包括具有不同谐振频率的子元件，该子元件沿方位角方向和仰角方向以均匀图案分布。替代地，子元件可以被定位成沿方位角方向和仰角方向中的至少一者提供变化的空间频率分布。频率变迹和捷变能够沿仰角方向并且在例如1d、1.5d、2d等的不同结构上实现，从而实现复杂结构中的空间频率分布。此外，通过晶片级方法制造多元件换能器，以低成本实现频率变迹和捷变。在晶片级方法期间对声学叠层的处理可以导致在换能器孔径上的频率含量的较大分布，这允许一个换能器探头用于多个应用。由于通过频率变迹实现的波束聚焦轮廓，可以在近场和远场两者中优化图像质量。由于在方位角方向和仰角方向两者上的磨削
恢复，多元件换能器阵列可以更有效地封装在换能器探头内，并且可以用于各种换能器组合中。
158.经由晶片级方法制造换能器阵列的技术效果是经由成本高效的方法产生宽带宽换能器阵列。另一种技术效果是沿方位角方向和仰角方向实现了频率变迹和捷变。
159.如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在...中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
160.在一个实施方案中，声学叠层包括叉指状结构，该叉指状结构包括耦接到第二梳结构的第一梳结构、耦接到该叉指状结构的前侧的顶层以及耦接到该叉指状结构的背侧的底层，该顶层和该底层与该叉指状结构电连续。在声学叠层的第一示例中，该第一梳结构包括具有第一谐振频率的第一子元件，并且该第二梳结构具有带有第二谐振频率的第二子元件，该第二谐振频率不同于该第一谐振频率。声学叠层的第二示例任选地包括该第一示例，并且还包括，其中叉指状结构的材料是导电的。声学叠层的第三示例任选地包括该第一示例和该第二示例中的一者或多者，并且还包括，其中导电层布置在叉指状结构的背侧与底层之间。声学叠层的第四示例任选地包括该第一示例至该第三示例中的一者或多者，并且还包括，其中该叉指状结构包括具有至少一个附加子元件的至少一个附加梳结构，该至少一个附加子元件具有与该第一子元件和该第二子元件不同的谐振频率。声学叠层的第五示例任选地包括该第一示例至该第四示例中的一者或多者，并且还包括多个换能器，该多个换能器中的每个换能器包括该第一子元件、该第二子元件和该至少一个附加子元件中的至少一者。声学叠层的第六示例任选地包括该第一示例至该第五示例中的一者或多者，并且还包括，其中多个换能器各自包括在单独的电气电路中。声学叠层的第七示例任选地包括该第一示例至该第六示例中的一者或多者，并且还包括，其中该顶层是匹配层，并且该底层是背衬层，并且该匹配层和该背衬层两者被构造成提供电导率。
161.在另一实施方案中，一种方法包括：由具有第一子元件的第一梳结构、具有第二子元件的第二梳结构和基础封装件形成叉指状结构，该基础封装件定位在该叉指状结构的背侧处；去除该叉指状结构的前侧的一部分和该叉指状结构的该背侧的一部分，用于沿方位角方向和仰角方向中的至少一者的磨削恢复；以及将匹配层和背衬层耦接到该叉指状结构的相对两侧，以形成具有多频元件的多个集成电气电路。在该方法的第一示例中，去除该前侧的一部分包括通过磨削该叉指状结构的该前侧来减小该叉指状结构的高度，该高度沿垂直于该方位角方向和该仰角方向两者的横向方向限定。该方法的第二示例任选地包括该第一示例，并且还包括：其中去除该叉指状结构的该背侧的一部分包括通过磨削该叉指状结构的该背侧来减小该叉指状结构的高度，该高度沿垂直于该方位角方向和该仰角方向两者的横向方向限定，并且其中磨削该叉指状结构的该背侧去除该基础封装件的一部分以及设置在该第一梳结构与该第二梳结构之间以及设置在该梳结构与该基础封装件之间的非导电粘合剂层的部分。该方法的第三示例任选地包括该第一示例和该第二示例，并且还包括
将导电层溅镀到该叉指状结构的磨削的背侧和磨削的前侧中的至少一者上，并且其中该导电层分别定位在该背侧与该背衬层和/或该前侧与该匹配层之间。该方法的第四示例任选地包括该第一示例至该第三示例中的一者或多者，并且还包括在将该背衬层耦接到该叉指状结构之前将多个切口划切成该叉指状结构，该切口至少部分地沿该叉指状结构的高度从该导电层延伸，该高度沿垂直于该方位角方向和该仰角方向两者的横向方向限定。该方法的第五示例任选地包括该第一示例至该第四示例中的一者或多者，并且还包括，其中形成该多个集成电气电路包括通过用非导电材料和空气中的一者填充该多个切口来将该多个集成电气电路中的每个集成电气电路与相邻集成电气电路电隔离。该方法的第六示例任选地包括该第一示例至该第五示例中的一者或多者，并且还包括，其中磨削恢复包括在磨削该前侧之后将该匹配层层压到该叉指状结构的该前侧，以及在磨削该背侧之后将该背衬层层压到该叉指状结构的该背侧。该方法的第七示例任选地包括该第一示例至该第六示例中的一者或多者，并且还包括，其中磨削恢复包括在耦接到该匹配层和该背衬层时将该叉指状结构切单成单独的换能器阵列。该方法的第八示例任选地包括该第一示例至该第七示例中的一者或多者，并且还包括，其中形成该多个集成电路包括将电接地连接件附接到该匹配层以及将正电连接件附接到该背衬层。
162.在又另一实施方案中，换能器阵列包括声学叠层，该声学叠层包括一个或多个子元件，该子元件中的至少一个子元件具有不同的谐振频率；匹配层块，该匹配层块耦接到该声学叠层的前侧并且与该一个或多个子元件电连续；以及背衬层块，该背衬层块耦接到该声学叠层的背侧并且与该匹配层块和该一个或多个子元件两者电连续。在换能器阵列的第一示例中，该声学叠层被分成多个换能器，该多个换能器中的每个换能器包括由该一个或多个子元件中的至少一个子元件形成的元件。换能器阵列的第二示例任选地包括该第一示例，并且还包括耦接到该匹配层块和该背衬层块中的一者的电接地连接件和耦接到该背衬层块和该匹配层块中的一者的正电连接件，以与该多个换能器中的每个换能器形成电气电路，并且其中该电接地连接件耦接到该多频换能器阵列的与该正电连接件相对的一侧。
163.该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。