[发明专利]用于超声系统的CMUT封装

说明书

优先权

本申请要求2007年12月3日提交的美国临时申请序列号60/992,020以及2008年1月30日提交的美国临时申请序列号61/024,843的优先权。

背景

本申请涉及电容式微机械超声换能器(CMUT)，尤其是涉及基于CMUT的超声换能器、器件和系统的封装。

导管允许外科手术人员通过将导管的远端通到可能存在某种疾病的部位来诊断并治疗患者体内深处的疾病。接着，外科手术人员可在该部位操作各种传感器、仪器等来对患者执行具有最小侵入影响的某些过程。得到广泛使用的一种器件是超声扫描仪。超声扫描仪在针对其能力选择的频率处产生声波，以允许该声波穿透各种组织和其它生物结构并从其返回回波。选择大约20MHz或更高的频率常常是希望的。可从这些返回的回波得到在超声扫描仪周围的组织的图像。另一种超声器件用于通过配备有超声换能器的导管执行高强度聚焦超声(HIFU)；它可安全和有效地消除来自跳动的心脏的外表面的心房颤动(AF)。存在两种超声换能器，即，基于压电晶体(即，由压电材料或压电复合材料制造的晶体)的超声换能器和基于电容式微机械超声换能器(CMUT和嵌入式弹簧CMUT或ESCMUT)的超声换能器。

CMUT一般包括两个间隔开的电极，膜附到这两个电极中的一个。在操作中，交流电(AC)信号用于将电极充电到不同的电压。差分电压引起附到膜的电极移动，因而导致膜本身的移动。压电换能器(PZT)还将AC信号应用于其中的晶体，使它振动并产生声波。返回到晶体的回波用于得到周围组织的图像。

因此，外科手术人员发现使用配备有超声扫描仪的导管来获得人类(和动物)患者体内的某些组织(例如，血管)、结构等的图像并观察对其的治疗效果是有用的。例如，超声换能器可提供允许医疗人员确定血液是否流经特定的血管的图像。

某些导管包括位于导管的远端处或附近的单个超声换能器，而其它导管包括在导管的远端处的超声换能器的阵列。这些超声换能器可沿着导管的侧面布置并可从其指向外。如果是这样，它们可被称为“侧视”换能器。当导管只有一个侧视换能器时，可旋转导管，以获得在导管周围的所有方向上的组织的图像。否则，导管可具有指向导管周围的所有方向的超声换能器。

在其它情况下，导管可具有布置在导管的远端处的超声换能器，这些换能器从导管的端部指向远侧方向。这些类型的超声换能器可称为“前视”换能器。前视换能器对获得在导管前面(即，前方)的组织的图像可能是有用的。

因为在超声成像和超声治疗中，超声系统将超声聚焦在目标区中以获得成像或治疗，用于成像的基于导管的超声系统也可配置成通过选择适当的超声频率和能量输入来执行治疗。

概述

实施方式提供了超声换能器、器件和系统(例如，扫描仪或HIFU器件)以及制造超声系统的方法。更具体地，根据一个实施方式实践的方法包括集成柔性电子器件(例如，集成电路)与柔性构件以及集成柔性超声换能器(例如，圆形CMUT阵列的一部分)与柔性构件。集成的柔性电子器件、柔性超声换能器和柔性构件可形成柔性子组件，柔性子组件被卷起以形成超声换能器。这里公开的封装方法可用于制造小型化的超声换能器、器件和系统。这些方法还可用于制造柔性超声换能器、器件和系统。而且，所产生的超声换能器、器件和系统可在机械上是柔性的。在一些实施方式中，这些超声换能器、器件和系统也可在操作上是灵活的，因为它们可应用于各种情况，包括：IVUS/ICE成像和各种形式的治疗。例如，这些超声换能器、器件和系统可用于但不限于对病人的心脏的AF的高强度聚焦超声(HIFU)消融。

在一些实施方式中，柔性电子器件和柔性超声换能器与柔性构件的集成同时出现。此外，可从包括其作用表面的超声换能器的侧面执行对超声换能器的集成。在可选方案中，柔性电子器件的集成可出现在柔性超声换能器的集成之前(或之后)。而且，柔性超声换能器的集成可包括使用半导体技术。在一些实施方式中，卷起的柔性子组件形成管腔，其可耦合到导管的管腔。然而，卷起的柔性子组件可替代地连接到导管的管腔。在一些实施方式中，该方法包括将柔性构件(其托住柔性超声换能器)的一部分折叠大约90度的角度以形成前视超声换能器。一些实施方式的柔性构件可包括连接到CMUT换能器的圆形阵列的部分的一对臂。当该臂(和柔性构件的其余部分)卷起时，圆形CMUT阵列可折叠大约90度以形成环状CMUT阵列。环状CMUT阵列可接着用作前视CMUT阵列。