相控陣換能器的制造方法
【專利摘要】一種相控陣換能器，包括依次層疊的吸聲材料層、壓電元件層、匹配層、聲頭鏡，在聲頭鏡外面具有外殼，所述壓電元件層是壓電單晶材料制成，所述匹配層是由三層復(fù)合而成；在吸聲材料層與壓電元件層之間設(shè)有襯底層。本實用新型以壓電單晶材料取代了常用的壓電陶瓷材料作為壓電元件層，極大程度地提高相控陣換能器的靈敏度和帶寬；匹配層是有三層復(fù)合而成，可以改善聲阻抗的匹配；壓電單晶的阻抗要高于壓電陶瓷，固與傳統(tǒng)吸聲材料阻抗失配更嚴(yán)重，在壓電單晶與吸聲材料之間加入一層氧化鋁襯底層，能實現(xiàn)壓電單晶材料與吸聲材料層之間的聲阻抗區(qū)配，起到了提高帶寬的作用。
【專利說明】相控陣換能器
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及超聲波【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種敏感度更高的相控陣換能器?！尽颈尘凹夹g(shù)】】 [0002]隨著超聲波探測、檢測技術(shù)的發(fā)展，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的敏感度要求不斷提高，希望得到質(zhì)量更加優(yōu)質(zhì)的圖像畫面。壓電陶瓷是相控陣換能器中最主要的電子元器件，經(jīng)過多年的發(fā)展，制備工藝已經(jīng)非常成熟，從其壓電和機(jī)電耦合性能而言，已經(jīng)難以從結(jié)構(gòu)和制備工藝上進(jìn)行改進(jìn)而得到大幅的性能提升。
[0003]長期以來，在超聲換能器中應(yīng)用較多的壓電材料一直是鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷。壓電陶瓷存在著不可克服的自身缺陷:壓電陶瓷是多晶體，使用頻率受到限制；由于陶瓷抗拉強度低，本身性脆，經(jīng)過一定時間的使用之后，老化程度相當(dāng)高；伴隨著陶瓷老化過程，其參數(shù)隨時間的增加和環(huán)境溫度改變時變化顯著，甚至影響正常使用。
[0004]現(xiàn)有相控陣換能器的不足主要表現(xiàn)在靈敏度與帶寬不高，相對靈敏度一般只達(dá)到_40dB左右，-6dB相對帶寬只達(dá)到60%左右，這樣的參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)還不能滿足醫(yī)療診斷對B超圖像質(zhì)量日益提高的需求。
[0005]而新型材料的出現(xiàn)是打破目前相控陣換能器瓶頸局面的契機(jī)，以PMN-PT (鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛)或PZN-PT (鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛)單晶材料為代表的新型馳豫鐵電單晶的壓電系數(shù)d33、機(jī)電耦合系數(shù)k33分別高達(dá)2000*10-12C/N和90%以上，其應(yīng)變量達(dá)到1.7%。這些性能指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前B超換能器普遍使用的PZT壓電陶瓷材料。壓電單晶的介電損耗比較小，機(jī)電耦合系數(shù)大，頻帶寬等優(yōu)異性能，使其在醫(yī)用超聲成像，尤其是新的諧波成像或多頻成像技術(shù)中有著非常誘人的應(yīng)用前景。目前，大尺寸高質(zhì)量的PMN-PT和PZN-PT單晶已成功制備，制備技術(shù)也日漸成熟，其晶片尺寸及性能的一致性表明其完全可以滿足多種醫(yī)用超聲換能器的應(yīng)用需要。所以將壓電單晶利用到醫(yī)用超聲相控陣探頭中，有望解決目前相控陣靈敏度低，工作頻帶窄等問題。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本實用新型針對以上問題提出了一種采用單晶材料替代常用的壓電陶瓷材料的相控陣換能器，通過對相控陣換能器中的背襯和匹配層的改進(jìn)，可以實現(xiàn)相控陣換能器靈敏度與帶寬大幅度提聞，從而大幅提聞相控陣B超圖像質(zhì)量。
[0007]本實用新型所述相控陣換能器，包括依次層疊的吸聲材料層、壓電元件層、匹配層、聲頭鏡，在聲頭鏡外面具有外殼，其特征在于，所述壓電元件層是壓電單晶材料制成，所述匹配層是由三層復(fù)合而成；在吸聲材料層與壓電元件層之間設(shè)有襯底層。
[0008]所述襯底層是氧化鋁襯底層。
[0009]所述匹配層包括第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層，所述第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層通過膠水粘接在一起構(gòu)成匹配層。
[0010]所述吸聲材料層是環(huán)氧樹脂材料。[0011]本實用新型以壓電單晶材料取代了常用的壓電陶瓷材料作為壓電元件層，極大程度地提高相控陣換能器的靈敏度和帶寬；匹配層是有三層復(fù)合而成，可以改善聲阻抗的匹配；壓電單晶的阻抗要高于壓電陶瓷，固與傳統(tǒng)吸聲材料阻抗失配更嚴(yán)重，在壓電單晶與吸聲材料之間加入一層氧化鋁襯底層，能實現(xiàn)壓電單晶材料與吸聲材料層之間的聲阻抗匹配，起到了提高帶寬的作用。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0012]圖1是本實用新型壓電元件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中:10、吸聲材料層；20、壓電元件層；30、匹配層；40、聲頭鏡；50、襯底層。
【【具體實施方式】】
[0014]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型相控陣換能器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]請參考附圖1，該圖中示出了一種相控陣換能器，包括依次層疊的吸聲材料層10、壓電元件層20、匹配層30、聲頭鏡40，在聲頭鏡40外面具有外殼，其特征在于，所述壓電元件層20是壓電單晶材料制成，所述匹配層30是由三層復(fù)合而成；在吸聲材料層10與壓電元件層20之間設(shè)有襯底層50。
[0016]所述襯底層50是氧化鋁襯底層。
[0017]所述匹配層30包括第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層，所述第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層通過膠水粘接在一起構(gòu)成匹配層。
[0018]所述吸聲材料層10是環(huán)氧樹脂材料構(gòu)成。
[0019]利用壓電單晶材料替代傳統(tǒng)壓電陶瓷材料制備相控陣換能器，以極大的提高相控陣換能器的靈敏度和帶寬。為實現(xiàn)壓電`單晶材料與人體的匹配，在壓電單晶與聲頭鏡40之間粘貼3層結(jié)構(gòu)的匹配層，既實現(xiàn)阻抗的匹配，又提高了換能器的靈敏度及帶寬。為進(jìn)一步提高換能器帶寬，在壓電單晶材料制成壓電元件層20與吸聲材料層10之間插入一層氧化鋁襯底層50，實現(xiàn)了壓電單晶材料與吸聲材料的聲學(xué)匹配，并提高了帶寬。
[0020]本實用新型以壓電單晶材料取代了常用的壓電陶瓷材料作為壓電元件層，極大程度地提高相控陣換能器的靈敏度和帶寬；匹配層是有三層復(fù)合而成，可以改善聲阻抗的匹配；壓電單晶的阻抗要高于壓電陶瓷，固與傳統(tǒng)吸聲材料阻抗失配更嚴(yán)重，在壓電單晶與吸聲材料之間加入一層氧化鋁襯底層，能實現(xiàn)壓電單晶材料與吸聲材料層之間的聲阻抗匹配，起到了提高帶寬的作用。
[0021]以上所述，僅是本實用新型較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許變更或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實用新型技術(shù)是指對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種相控陣換能器,包括依次層疊的吸聲材料層、壓電兀件層、匹配層、聲頭鏡,在聲頭鏡外面具有外殼，其特征在于，所述壓電元件層是壓電單晶材料制成，所述匹配層是由三層復(fù)合而成；在吸聲材料層與壓電元件層之間設(shè)有襯底層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述相控陣換能器，其特征在于，所述襯底層是氧化鋁襯底層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述相控陣換能器，其特征在于，所述匹配層包括第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層，所述第一匹配層、第二匹配層和第三匹配層通過膠水粘接在一起構(gòu)成匹配層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述相控陣換能器，其特征在于，所述吸聲材料層是環(huán)氧樹脂材料。
【文檔編號】B06B1/06GK203508355SQ201320296526
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】徐海 申請人:深圳深超換能器有限公司