本發(fā)明是關(guān)于一種超聲換能器。

背景技術(shù)：

超聲診斷設(shè)備主要依靠超聲波傳遞信息，超聲換能器(又稱為超聲探頭)就是實現(xiàn)信息傳遞的特殊功能器件。超聲換能器既可以將電信號轉(zhuǎn)換成超聲波信號，以便在人體組織中傳播；又可以將人體組織內(nèi)反射回來的超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過處理后以圖像的形式顯示在監(jiān)視器上，供醫(yī)生分析和診斷疾病。

帶寬是衡量超聲換能器好壞的一個重要特性。寬頻帶超聲換能器可以收發(fā)不同頻率的超聲波，滿足診斷設(shè)備在近場、遠場使用不同工作頻率的需求。同時，寬頻帶超聲換能器也應(yīng)用于諧波成像技術(shù)，寬頻帶能接受聲波在人體組織中產(chǎn)生的多次諧波，從而提高圖像的軸向分辨力和靈敏度。

一種寬頻帶超聲換能器如圖1所示，其中壓電晶片11厚度越厚的位置，對應(yīng)的換能器工作頻率越低，通過調(diào)整壓電晶片最大厚度LMAX和最小厚度LMIN，使換能器從低頻到高頻都有較好的靈敏度，達到拓寬帶寬的效果；但是該種技術(shù)方案拓寬帶寬的范圍有一定的限制，受制作工藝的限制，通常LMAX/LMIN≤140％，如果此值太大，在制作換能器時壓電晶片容易碎裂。

另一種寬頻帶超聲換能器如圖2所示，其中壓電晶片42凹面和背襯40連接，這樣可以在粘接加壓過程中減小壓電晶片碎裂的可能。此外，另一些方案包括兩層變厚度壓電晶片42、44的換能器，如圖3所示；以及包括三層變厚度壓電晶片24、26、28的換能器，如圖4所示。該等多層變厚度壓電晶片的方案可以在保證總等效弧度的情況下，減小上下面的弧度，從而減小壓電晶片碎裂的可能性；但是，這些技術(shù)方案都是將易碎的壓電晶片做成變厚度凹形的，都增加了制作工藝的難度，從而使壓電晶片存在碎裂的風(fēng)險；并且，由于壓電晶片是凹面的，增大了在其上制作覆蓋電極的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新的超聲換能器。

本發(fā)明提供一種超聲換能器，包括壓電晶片及背襯，所述背襯包括

高阻抗背襯層和低阻抗背襯層，所述壓電晶片的后表面與所述高阻抗背襯層的前表面連接，所述高阻抗背襯層的后表面與所述低阻抗背襯層的前表面連接，并且所述高阻抗背襯層變厚度。

一些實施例中，所述壓電晶片等厚度。

一些實施例中，所述高阻抗背襯層的厚度中間小兩邊大。

一些實施例中，所述高阻抗背襯層的后表面是弧形凹面、楔形凹面或梯形凹面。

一些實施例中，所述壓電晶片和高阻抗背襯層均變厚度。

一些實施例中，所述壓電晶片的厚度中間小兩邊大，所述高阻抗背襯層的厚度中間小兩邊大。

一些實施例中，所述壓電晶片的前表面是凹面，所述壓電晶片的后表面是平面，所述高阻抗背襯層的前表面是平面，所述高阻抗背襯層的后表面是弧形凹面、楔形凹面或梯形凹面。

一些實施例中，所述壓電晶片等厚度，所述高阻抗背襯層的厚度中間小兩邊大，其后表面是凹面；所述低阻抗背襯層的厚度中間大兩邊小，其前表面是凸面；所述高阻抗背襯層的后表面和所述低阻抗背襯層的前表面吻合。

一些實施例中，所述的超聲換能器，還包括匹配層，所述匹配層的后表面與所述壓電晶片的前表面連接。匹配層可以變厚度或等厚度。

對于某個元件，如匹配層、壓電晶片、高阻抗背襯層或低阻抗背襯層，其具有最大厚度和最小厚度。本文中，元件等厚度可以是指最大厚度和最小厚度相等。元件變厚度可以是指最大厚度和最小厚度不相等。

本申請的有益效果是：

1)背襯包括高阻抗背襯層和低阻抗背襯層，在兩者的交界處會產(chǎn)生強反射，進而較多聲波反射回壓電晶片，從而提高了超聲換能器的靈敏度。

2)利用等厚度壓電晶片和變厚度高阻抗背襯層替代變厚度壓電晶片，降低了壓電晶片的制造工藝難度，有效減小壓電晶片破裂的風(fēng)險。

附圖說明

圖1是第一種現(xiàn)有超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是第二種現(xiàn)有超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是第三種現(xiàn)有超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是第四種現(xiàn)有超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是超聲換能器第一具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是高阻抗背襯與等厚度壓電晶片等效為變厚度壓電晶片的原理圖；

圖7是超聲換能器第二具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是超聲換能器第三具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是超聲換能器第四具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是超聲換能器第五具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是超聲換能器第六具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是超聲換能器第七具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是超聲換能器第八具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是超聲換能器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細說明。

如圖5所示，一種超聲換能器，包括匹配層3、壓電晶片1、高阻抗背襯層2a和低阻抗背襯層2b，該匹配層、壓電晶片、高阻抗背襯層及低阻抗背襯層由上至下依次層疊設(shè)置。壓電晶片是等厚度壓電晶片，高阻抗背襯層是變厚度高阻抗背襯層，壓電晶片的后表面和高阻抗背襯層的前表面連接而構(gòu)成等效壓電晶片，該等效壓電晶片能夠等效于變厚度壓電晶片。

本文中，所說的“高阻抗背襯層”可以是指聲阻抗相對(例如相對于低阻抗背襯層)較高的背襯層，例如，其可以由聲阻抗相對(例如相對于低阻抗背襯層的材料)較高的背襯材料制成。類似地，所說的“低阻抗背襯層”可以是指聲阻抗相對(例如相對于高阻抗背襯層)較低的背襯層，例如，其可以由聲阻抗相對(例如相對于高阻抗背襯層的材料)較低的背襯材料制成。

該等效壓電晶片的原理如下文簡述。

如圖6所示，其中1為壓電晶片，2a為高阻抗背襯層，2b為低阻抗背襯層。當(dāng)壓電晶片1工作并發(fā)射超聲波時，其向后傳播的超聲波大部分進入高阻抗背襯層2a并在高阻抗背襯層2a與低阻抗背襯層2b之間的界面處形成較強的反射，反射回來的超聲波又經(jīng)過到壓電晶片1并向前發(fā)出。這樣，壓電晶片1和高阻抗背襯層2a構(gòu)成了等效振子(即等效的壓電晶片)，并且該等效振子的諧振頻率與高阻抗背襯層2a的厚度成反比。因此，通過改變高阻抗背襯層2a的厚度，即可改變該等效振子的振動頻率，也即改變該等效振子的工作頻率，從而擴展超聲換能器的帶寬。

本文中，對于單一元件，如匹配層、壓電晶片、高阻抗背襯層或低阻抗背襯層，其具有最大厚度和最小厚度。本發(fā)明的一些實施例中，單一元件“等厚度”可以是指其最大厚度和最小厚度相等。單一元件“變厚度”可以是指其最大厚度和最小厚度不相等。

如圖5及圖14所示，其為超聲換能器的第一具體實施方式。超聲換能器包括匹配層3、壓電晶片1、高阻抗背襯層2a及低阻抗背襯層2b，匹配層3的后表面302與壓電晶片1的前表面101連接，壓電晶片1的后表面102與高阻抗背襯層2a的前表面201連接，高阻抗背襯層2a的后表面202與低阻抗背襯層2b的前表面203連接。壓電晶片1等厚度t，其前表面101和后表面102均是平面。高阻抗背襯層2a變厚度(例如，沿著圖5中X方向，在Z方向上的厚度是變化的，而不是恒定的)，其厚度中間小兩邊大，其前表面201是平面，其后表面202是弧形凹面。低阻抗背襯層2b變厚度，其厚度中間大兩邊小，其前表面203是與高阻抗背襯層的后表面吻合的弧形凸面。匹配層3變厚度，其前表面301可以是凹面，其后表面302可以是平面。低阻抗背襯層2b的后表面204可以是平面。匹配層的前表面301與聲透鏡5連接。

如圖5所示，本發(fā)明的一些實施例中，左右方向X和前后方向Z垂直，厚度可以是指對于單一元件(如匹配層、壓電晶片、高阻抗背襯層或低阻抗背襯層)、具有相同X坐標值的前表面和后表面的Z坐標差值。中間和兩邊可以是指在左右方向X上的中間和兩邊。

如圖7所示，其為超聲換能器的第二具體實施方式，該實施方式與第一實施方式的主要區(qū)別在于：高阻抗背襯層2a的后表面是楔形凹面，該楔形凹面的楔尖朝向壓電晶片，對應(yīng)的，低阻抗背襯層2b的前表面是楔形凸面。

如圖8所示，其為超聲換能器的第三具體實施方式，該實施方式與第一實施方式的主要區(qū)別在于：高阻抗背襯層2a的后表面是梯形凹面，對應(yīng)的，低阻抗背襯層2b的前表面是梯形凸面。

如圖9所示，其為超聲換能器的第四具體實施方式，該實施方式與第一實施方式的主要區(qū)別在于：匹配層3等厚度，其前表面和后表面均是平面；高阻抗背襯層2a的后表面是楔形凹面，其楔尖朝向壓電晶片，對應(yīng)的，低阻抗背襯層2b的前表面是楔形凸面。

如圖10所示，其為超聲換能器的第五具體實施方式，該實施方式于第一實施方式的主要區(qū)別在于：匹配層3等厚度，其前表面和后表面均是平面；高阻抗背襯層2a的后表面是梯形凹面，對應(yīng)的，低阻抗背襯層2b的前表面是梯形凸面。

如圖11所示，其為超聲換能器的第六具體實施方式。超聲換能器包括由上至下依次層疊的匹配層3、壓電晶片1、高阻抗背襯層2a及低阻抗背襯層2b。匹配層3等厚度，其前表面是弧形凹面，其后表面是弧形凸面。壓電晶片1變厚度，其厚度中間小兩邊大，其前表面是弧形凹面，其后表面是平面。高阻抗背襯層2a變厚度，其厚度中間小兩邊大，其前表面是平面，其后表面是弧形凹面。低阻抗背襯層2b變厚度，其厚度中間大兩邊小，其前表面是弧形凸面。

如圖12所示，其為超聲換能器的第七具體實施方式，該實施方式與第六實施方式的主要區(qū)別在于：高阻抗背襯層2a的后表面是楔形凹面，其楔尖朝向壓電晶片。

如圖13所示，其為超聲換能器的第八具體實施方式，該實施方式與第六實施方式的主要區(qū)別在于：高阻抗背襯層2a的后表面是梯形凹面，對應(yīng)的，低阻抗背襯層2b的前表面是梯形凸面。

對于超聲換能器，其包括匹配層、壓電晶片、高阻抗背襯層和低阻抗背襯層。匹配層能夠?qū)崿F(xiàn)人體組織和壓電晶片之間的阻抗匹配。壓電晶片是具有壓電效應(yīng)的元件。高阻抗背襯層和低阻抗背襯層均能夠吸收聲波和起到阻尼作用，并能夠增加超聲換能器的帶寬，且阻抗越大，阻尼作用越大，帶寬也變寬。匹配層可以是等厚度，也可以是變厚度。壓電晶片和高阻抗背襯層連接而形成等效壓電晶體，該等效壓電晶體變厚度，其厚度中間小兩邊大。低阻抗背襯層變厚度，其厚度中間大兩邊小。

高阻抗背襯層的聲阻抗可以大于壓電晶片，低阻抗背襯層的聲阻抗可以小于壓電晶片。為了提升超聲換能器的靈敏度，可以適當(dāng)拉大高低聲阻抗的差值，如高阻抗背襯層的聲阻抗可以是壓電晶片的聲阻抗的n倍，壓電晶片的聲阻抗可以是低阻抗背襯層的聲阻抗的m倍，該n和m可以均大于1。在一種可行的方案中，高阻抗背襯層的聲阻抗可以是壓電晶片的聲阻抗的3倍，低阻抗背襯層的聲阻抗可以為壓電晶片的聲阻抗的1/10。壓電晶片向后傳播的聲波大部分進入高阻抗背襯層，然后在高阻抗背襯層和低阻抗背襯層的交界處形成強反射，進而幾乎全部反射回壓電晶片，這樣可以大大提高超聲換能器的靈敏度。

對于超聲換能器，高阻抗背襯層和低阻抗背襯層的交界處有較強的反射系數(shù)，能夠產(chǎn)生強反射波，使變厚度的高阻抗背襯層和等厚度的壓電晶片能夠等效替代變厚度壓電晶片，大大降低了壓電晶片的制造難度；并且易碎的壓電晶片是等厚度的，所以普通的工藝就能夠保證該晶片的安全。同時，變厚度高阻抗背襯層的最大厚度/最小厚度能夠做的比較大，即等效的壓電晶片最大厚度/最小厚度比更大，如該值可以≥200％，因此超聲換能器的帶寬可以做到更寬。通過調(diào)整高阻抗背襯層的最大厚度，可以調(diào)整超聲換能器的低頻部分；通過調(diào)整高阻抗背襯層的最小厚度，可以調(diào)整超聲換能器的高頻部分。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。