聚焦聲場(chǎng)，將壓電陣元發(fā)射出來的聲波進(jìn)行聚焦。
[0039]其中，去耦材料3可以選用環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料。背襯塊4的材料可以是環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料，也可以是多種材料的混合物，例如環(huán)氧樹脂、氧化鋁、氮化鋁等的混合物背襯塊4。陣元電極2、公共電極6可以選用鉻(Cr)、銅(Au)或鉻銅合金。
[0040]在本實(shí)施例中，二維面陣列超聲換能器的外形可以是平面振，也可以在粘結(jié)好背襯塊4之后，進(jìn)行二次成型，制作成弧面陣等
[0041]為了對(duì)上述二維面陣列超聲換能器進(jìn)行更為清楚的解釋，下面結(jié)合一個(gè)具體的制作流程來進(jìn)行說明，然而值得注意的是該實(shí)施例僅是為了更好地說明本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明不當(dāng)?shù)南薅ā?br>[0042]圖2所示本發(fā)明一實(shí)施例的二維面陣列超聲換能器制作方法流程圖。如圖1所示，該方法包括:
[0043]步驟S201，對(duì)壓電材料進(jìn)行二維方向的切割，制備出由MXN個(gè)壓電陣元排布而成的壓電陣元陣列層，各個(gè)壓電陣元由切縫分隔，在切縫中填充去耦材料。
[0044]步驟S202，在壓電陣元陣列層的第一表面濺射陣元電極，所述陣元電極按照所述切縫進(jìn)行切割分隔，其中，每一陣元電極對(duì)應(yīng)一壓電陣元。
[0045]步驟S203，將嵌入有電極引線的背襯塊與所述陣元電極粘結(jié)，使每一電極引線分別連接一所述壓電陣元。
[0046]步驟S204，在所述壓電陣元陣列層的第二表面濺射公共電極。
[0047]步驟S205，在公共電極上粘結(jié)匹配層。
[0048]具體的，壓電陣元陣列層的制作流程可以參考圖3所示。
[0049]首先，選取壓電材料，將其厚度研磨到一定的厚度尺寸(步驟S301)。將壓電材料31橫向切割為Μ行的凹型槽(步驟S302)，然后，縱向切割為Ν列的凹型槽(步驟S303)，在凹形槽中添加去耦材料并固化(步驟S304)。最后，將其減薄到指定的厚度尺寸(根據(jù)聲學(xué)參數(shù)確定的尺寸)，并磨掉未切穿的壓電晶片，使切縫全部露出，即可制備出ΜΧΝ型(Μ、Ν可以取任意整數(shù))的壓電陣元陣列(步驟S305)。
[0050]具體的，嵌入有電極引線的背襯塊制作流程可以結(jié)合圖4A-4D所示。[0051 ]首先，如圖4A所示，首先制備出Μ片柔性電路板10，每一片柔性電路板10有N根電極引線5，電極引線5之間的距離與陣元中心的間距相同。
[0052]制作引線框架11，將柔性電路板10精確固定在引線框架11中。其中，引線框架11四周的四個(gè)圓孔是用于并列排布多個(gè)引線框架。
[0053]如圖4Β所示，制作引線框架夾具12。然后，將Μ片裝有柔性電路板的引線框架11規(guī)則安裝于夾具內(nèi)，這樣ΜΧΝ根電極引線就按照矩陣形式規(guī)則排布。然后在安裝好引線的夾具內(nèi)灌注絕緣的環(huán)氧樹脂，絕緣的環(huán)氧樹脂是作為二維面陣列超聲換能器的背襯材料。將整個(gè)夾具放置于干燥環(huán)境，待其完全固化。
[0054]如圖4C所示，固化后去掉引線框架夾具12，去掉引線框架11，獲得嵌入有電極引線5的背襯塊4。其中，引線間距與壓電陣元中心間距相同。
[0055]如圖4D所示，將背襯塊4打磨平整(使電極引線5適當(dāng)露出)，可以在背襯塊4的底面派射Cr/Au電極13。
[0056]具體的，粘結(jié)嵌入有電極引線的背襯塊與所述陣元電極的流程可以參考圖5所示。該方法是利用導(dǎo)電粘膠將背襯塊4與陣元電極2粘結(jié)，粘結(jié)后沿各個(gè)所述壓電陣元之間的切縫切割，在背襯塊上切割一定深度(如50um)的切縫，重新填充去耦材料3并打磨，使每一塊導(dǎo)電粘膠對(duì)應(yīng)一壓電陣元，保證各個(gè)壓電陣元的分離。
[0057]在本實(shí)施例中，使用導(dǎo)電粘膠可以保證壓電陣元和電極引線5的可靠粘結(jié)與導(dǎo)通。導(dǎo)電粘膠工藝避免了傳統(tǒng)的錫焊工藝可能導(dǎo)致的焊接不好、焊接效果不均勻等問題。
[0058]完成粘結(jié)后，在壓電陣元陣列層1的表面濺射公共電極(圖5中未繪示)，這樣壓電陣元的兩個(gè)表面分別有陣元電極2和公共電極。其中，陣元電極2與電極引線5對(duì)應(yīng)連通，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)二維面陣列中每一個(gè)壓電陣元的單獨(dú)引線。
[0059]在本實(shí)施例的步驟S205中，匹配層7通過絕緣膠粘結(jié)在公共電極上。結(jié)合圖6所示，在匹配層7之上，還可以粘結(jié)一聲透鏡8，至此，二維面陣列超聲換能器制備完成。結(jié)合圖7所示，為圖6所示二維面陣列超聲換能器的剖面示意圖。
[0060]與【背景技術(shù)】提到的較佳現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過制備背襯引線塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每一個(gè)陣元的單獨(dú)引線，可以對(duì)任意陣元的激勵(lì)電壓幅值、時(shí)間延遲等進(jìn)行精確調(diào)控，適用于復(fù)雜的超聲三維成像、三維聲刺激、三維聲治療。例如在經(jīng)顱聲刺激或治療中，需要采用時(shí)間反演方法，將任意陣元接收到的聲信號(hào)時(shí)間反轉(zhuǎn)并發(fā)送回去。這就需要對(duì)每一個(gè)陣元進(jìn)行控制，對(duì)任意陣元進(jìn)行任意波形的發(fā)射，對(duì)電壓幅值、時(shí)間延遲有精確的要求。本發(fā)明使用絕緣材料作為背襯材料，選擇空間大，價(jià)格便宜，而且可以通過不同材料的選取和配比，實(shí)現(xiàn)磁兼容和高的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明不需要切穿匹配層和背襯層，因此不存在對(duì)背襯厚度的限制。
[0061]本發(fā)明提出的二維面陣列超聲換能器的制備方法，簡(jiǎn)化了工藝的復(fù)雜度，同時(shí)提高了工藝的可靠性，是一種高效、可靠的制備二維面陣列超聲換能器的方法。利用上述方法制作出來的二維面陣列超聲換能器具有散熱好，對(duì)每一個(gè)陣元單獨(dú)引線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)陣元的穩(wěn)定控制，達(dá)到對(duì)任意陣元進(jìn)行任意波形的發(fā)射以及對(duì)電壓幅值、時(shí)間延遲的精確控制，適用于超聲三維成像、三維空間聲操控、三維空間聲刺激、聲調(diào)控和聲治療等各種用途。
[0062]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二維面陣列超聲換能器，其特征在于，包括: 壓電陣元陣列層，由MXN個(gè)壓電陣元排布而成，各個(gè)壓電陣元由切縫分隔，用于接收或發(fā)射超聲信號(hào)； 陣元電極，濺射在所述壓電陣元陣列層的第一表面，按照所述切縫進(jìn)行切割分隔，其中，每一陣元電極對(duì)應(yīng)一壓電陣元； 去耦材料，填充在所述切縫，用于減少各個(gè)壓電陣元的串聲干擾； 背襯塊，與所述陣元電極粘結(jié)，用于吸收壓電陣元背面的聲能； 電極引線，設(shè)置在所述背襯塊中，每一電極引線分別連接一所述壓電陣元，用于將電極信號(hào)接入到外部系統(tǒng)電路； 公共電極，濺射在所述壓電陣元陣列層的第二表面； 匹配層，與所述公共電極粘結(jié)，用于使所述壓電陣元與外部物體之間的聲阻抗匹配。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，還包括:聲透鏡，粘結(jié)在匹配層上，用于聚焦聲場(chǎng)，將壓電陣元發(fā)射出來的聲波進(jìn)行聚焦。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述背襯塊通過導(dǎo)電粘膠與陣元電極粘結(jié)，粘結(jié)后沿各個(gè)所述壓電陣元之間的切縫切割，在背襯塊上切割一定深度的切縫，重新填充去耦材料，使每一塊導(dǎo)電粘膠對(duì)應(yīng)一壓電陣元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述去耦材料、背襯塊選用環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述壓電陣元陣列層中的壓電陣元為壓電單體或壓電復(fù)合材料； 其中，壓電復(fù)合材料選用1-3型壓電復(fù)合材料或2-2型壓電復(fù)合材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述匹配層為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述二維面陣列超聲換能器的外形為平面振或弧面陣。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器，其特征在于，所述陣元電極、公共電極選用鉻、銅或鉻銅合金。9.一種制備權(quán)利要求1所述的二維面陣列超聲換能器的方法，其特征在于，該方法包括: 對(duì)壓電材料進(jìn)行二維方向的切割，制備出由Μ X Ν個(gè)壓電陣元排布而成的壓電陣元陣列層，各個(gè)壓電陣元由切縫分隔，在切縫中填充去耦材料； 在壓電陣元陣列層的第一表面濺射陣元電極，所述陣元電極按照所述切縫進(jìn)行切割分隔，其中，每一陣元電極對(duì)應(yīng)一壓電陣元； 將嵌入有電極引線的背襯塊與所述陣元電極粘結(jié)，使每一電極引線分別連接一所述壓電陣元； 在所述壓電陣元陣列層的第二表面濺射公共電極； 在公共電極上粘結(jié)匹配層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，嵌入有電極引線的背襯塊的制備方法如下: 制備Μ個(gè)弓I線框架及一弓I線框架夾具； 根據(jù)壓電陣元陣列層中壓電陣元的排布方式，制作Μ片柔性電路板，其中，每一柔性電路板包含Ν個(gè)電極引線； 將每一柔性電路分別固定在一引線框架中，將Μ個(gè)引線框架固定在引線框架夾具中，使相鄰所述電極引線之間的間距與相鄰壓電陣元中心之間的間距相等； 在引線框架夾具中灌注絕緣材料，固化后去除引線框架夾具和引線框架，獲得嵌入有電極引線的背襯塊。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，將嵌入有電極引線的背襯塊與所述陣元電極粘結(jié)，使每一電極引線分別連接一所述壓電陣元，包括: 利用導(dǎo)電粘膠將背襯塊與陣元電極粘結(jié)，粘結(jié)后沿各個(gè)所述壓電陣元之間的切縫切害J，在背襯塊上切割一定深度的切縫，重新填充去耦材料，使每一塊導(dǎo)電粘膠對(duì)應(yīng)一壓電陣J L.ο
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種二維面陣列超聲換能器及其制備方法，其中，該二維面陣列超聲換能器包括：壓電陣元陣列層，由M×N個(gè)壓電陣元排布而成，各個(gè)壓電陣元由切縫分隔，用于接收或發(fā)射超聲信號(hào)；陣元電極，濺射在壓電陣元陣列層的第一表面，按照所述切縫進(jìn)行切割分隔，其中，每一陣元電極對(duì)應(yīng)一壓電陣元；去耦材料，填充在所述切縫，用于減少各個(gè)壓電陣元的串聲干擾；背襯塊，與陣元電極粘結(jié)，用于吸收壓電陣元背面的聲能；電極引線，設(shè)置在背襯塊中，每一電極引線分別連接一壓電陣元，用于將電極信號(hào)接入到外部系統(tǒng)電路；公共電極，濺射在所述壓電陣元陣列層的第二表面；匹配層，與所述公共電極粘結(jié)，用于使所述壓電陣元與外部物體之間的聲阻抗匹配。
【IPC分類】A61N7/02, A61B8/00
【公開號(hào)】CN105411623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510990801
【發(fā)明人】錢明, 鄭海榮, 李永川, 蘇敏, 邱維寶
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日