超聲換能器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換能器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]用于診斷超聲成像設(shè)備的超聲換能器，其工作原理是將激勵(lì)的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)進(jìn)入患者體內(nèi)，再將超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。超聲換能器又稱為探頭，是決定圖像質(zhì)量的關(guān)健部件，其核心聲學(xué)部件壓電層通常采用壓電陶瓷、高分子復(fù)合材料、單晶壓電材料制作。
[0003]圖1所示為現(xiàn)有的一種超聲換能器，其包括壓電層1’、聲匹配層2’、背襯塊3’、聲透鏡4’、電路板5’和信號(hào)接地銅箔6’。電路板5’與壓電層I’的正極接觸，用于壓電層I’與超聲設(shè)備主機(jī)之間電信號(hào)的傳遞。這種結(jié)構(gòu)換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于低頻小節(jié)距探頭，頻率越低的壓電層厚度越厚，節(jié)距小的陣元面積越小，這樣導(dǎo)致陣元的電容量偏小而阻抗偏高，和整機(jī)端的阻抗嚴(yán)重失配，因此導(dǎo)致陣元靈敏度偏低。
[0004]圖2所示為現(xiàn)有的另一種超聲換能器。在圖2中，超聲換能器采用了雙層的壓電層I’(雙層的壓電層I’的正電極相對(duì)，故電路板5’設(shè)置在兩個(gè)壓電層I’之間)，設(shè)置雙層壓電層I’的目的是增加陣元電容量并減小陣元阻抗，提高低頻小節(jié)距探頭的靈敏度，即是解決了圖1中超聲換能器存在的問(wèn)題。同時(shí)，這種超聲換能器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路板設(shè)計(jì)和加工容易實(shí)現(xiàn)，便于裝配，但另一方面也存在不足之處，由于兩層壓電層I’之間存在電路板5’，電路板5’的材料和壓電層I’材料不同，且電路板5’具有一定的厚度，這樣電路板5’會(huì)影響壓電層I’的振動(dòng)模式，從而對(duì)探頭的聲學(xué)性能產(chǎn)生影響。
[0005]圖3所示為在圖2所示基礎(chǔ)上改進(jìn)后的超聲換能器。在圖3中，仍然采用雙層壓電層1’，但通過(guò)特殊的翻邊電極的形式避免了圖2換能器的問(wèn)題。具體地，壓電層I’采用電極截面的涂鍍形式示意，不連續(xù)部位為電極的絕緣槽。然而這種超聲換能器產(chǎn)生了新的問(wèn)題，一方面，翻邊電極減少了壓電層I’的實(shí)際可使用面積，對(duì)探頭靈敏度有所影響。另一方面，如圖3所示，這種疊層設(shè)計(jì)的壓電層I’ 一側(cè)為負(fù)極，另一側(cè)為正極，因此用于引出陣元信號(hào)電極的電路板5’僅可于一側(cè)引出，對(duì)于高密度探頭的設(shè)計(jì)、加工方面存在一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種超聲換能器及其制造方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中雙層壓電層超聲換能器中電路板對(duì)探頭聲學(xué)性能存在影響的問(wèn)題。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種超聲換能器，包括由下至上疊置的第一壓電層及第二壓電層、位于所述第二壓電層上方的聲匹配層以及位于所述第一壓電層下方的背襯層，所述第一壓電層與所述第二壓電層之間設(shè)有電路板，所述第二壓電層與所述聲匹配層之間設(shè)有第一接地銅箔，所述第一壓電層與所述背襯層之間設(shè)有第二接地銅箔，所述第一壓電層包括第一本體以及凸出于所述第一本體上表面的凸臺(tái)，所述電路板置于所述第一本體上，所述電路板上設(shè)有貫通的容置槽，所述凸臺(tái)置于所述容置槽內(nèi)。
[0008]可選地，所述凸臺(tái)居中位于所述第一本體上。
[0009]可選地，所述凸臺(tái)面積大于所述第一本體上未被所述凸臺(tái)覆蓋的面積。
[0010]可選地，所述電路板的厚度與所述凸臺(tái)的高度相匹配。
[0011]可選地，所述凸臺(tái)上表面設(shè)有第一電極，所述第二壓電層包括第二本體以及設(shè)于所述第二本體下表面的第二電極，所述電路板的上表面設(shè)有第三電極，所述第二本體疊置于所述電路板上，所述第三電極與所述第一電極均與所述第二電極接觸導(dǎo)通。
[0012]可選地，沿所述聲匹配層的寬度方向設(shè)有若干平行設(shè)置的凹槽，各所述凹槽的底部延伸至所述背襯層。
[0013]可選地，所述電路板為柔性電路板。
[0014]本發(fā)明還提供了一種超聲換能器的制造方法，包括以下工藝步驟:
[0015]將一第一壓電層及一第二電壓層分別粘貼于一電路板的兩側(cè)，所述電路板上具有貫通的容置槽，所述第一壓電層上具有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)穿設(shè)于所述容置槽內(nèi)；將一第一接銅箔粘貼于所述第二壓電層上表面，將一第二接地銅箔粘貼于所述第一壓電層下表面，將一聲匹配層粘貼于所述第一接銅箔上表面，將一背襯層粘貼于所述第二接地銅箔下表面形成聲學(xué)部件。
[0016]進(jìn)一步地，還包括切割步驟:
[0017]將所述組裝形成的聲學(xué)部件沿所述聲匹配層的寬度方向進(jìn)行切割形成平行設(shè)置的凹槽，各所述凹槽的底部延伸至所述背襯層。
[0018]具體地，所述第一壓電層包括第一本體，沿所述第一本體的四周邊緣開(kāi)設(shè)凹槽以使所述第一本體的中部形成所述凸臺(tái)。
[0019]本發(fā)明中，設(shè)置的凸臺(tái)與容置槽嵌合的結(jié)構(gòu)，使得凸臺(tái)上的第一電極與第二壓電層上的第二電極能直接觸接導(dǎo)通，同時(shí)，電路板上的第三電極與能與第二壓電層上的第二電極直接觸接導(dǎo)通，這種方法較傳統(tǒng)的雙層壓電層設(shè)計(jì)，電路板沒(méi)有將第一壓電層與第二壓電層完全隔離開(kāi)，從而減少了對(duì)于超聲換能器聲學(xué)性能的影響，同時(shí)，也回避了傳統(tǒng)翻邊電極使得壓電層有效面積減小的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種超聲換能器的側(cè)視圖；
[0021]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的第二種超聲換能器的側(cè)視圖；
[0022]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的第三種超聲換能器的側(cè)視圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中超聲換能器的側(cè)視圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中第一壓電層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中超聲換能器的分解示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明實(shí)施例中超聲換能器各部件粘貼完成示意圖；
[0028]圖9是本發(fā)明實(shí)施例中超聲換能器切割不意圖；
[0029]圖10是本發(fā)明實(shí)施例中超聲換能器切割后的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]I’ -壓電層；2’-聲匹配層；3’-背襯塊；
[0031]4’ -聲透鏡；5’ -電路板；6’ -信號(hào)接地銅箔；
[0032]10-第一壓電層；11-第二壓電層；12-第一本體；
[0033]13-凸臺(tái)；14-第二本體；15-凹槽；
[0034]20-聲匹配層；30-背襯層；40-電路板；
[0035]41-容置槽；50-第一接地銅箔；51-第二接地銅箔；
[0036]60-聲透鏡；70-凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者可能同時(shí)存在居中元件。當(dāng)一個(gè)元件被稱為“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。
[0039]還需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的左、右、上、下等方位用語(yǔ)，僅是互為相對(duì)概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認(rèn)為是具有限制性的。
[0040]參照?qǐng)D4、圖7、圖9，本發(fā)明提供的超聲換能器，包括由下至上疊置的第一壓電層10及第二壓電層11、位于第二壓電層11上方的聲匹配層20以及位于第一壓電層10下方的背襯層30，第一壓電層10與第二壓電層11之間設(shè)有電路板40，第二壓電層11與聲匹配層20之間設(shè)有第一接地銅箔50，第一壓電層10與背襯層30之間設(shè)有第二接地銅箔51。第一接地銅箔50和第二接地銅箔51用于陣元信號(hào)地的引線。其中，第一壓電層10包括第一本體12、凸出于第一本體12上表面的凸臺(tái)13以及設(shè)于凸臺(tái)13上表面的第一電極(圖中未示出)。電路板40置于第一本體12上，電路板40的上表面設(shè)有第三電極(圖中未示出)，電路板40上設(shè)有貫通的容置槽41，凸臺(tái)13置于容置槽41內(nèi)且第一電極裸露于容置槽41處。第二壓電層11包括第二本體14以及設(shè)于第二本體14下表面的第二電極(圖中未示出)，第二本體14疊置于電路板40上，第二本體14上的第二電極與電路板40上的第三電極接觸導(dǎo)通，同時(shí)第二電極也與凸臺(tái)13上的第一電極接觸導(dǎo)通。從而，電路板40上的第三電極即同時(shí)與第一壓電層10上的第一電極、第二壓電層11上的第二電極導(dǎo)通，通過(guò)電路板40完成了雙層壓電層的電極信號(hào)的引出。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)置的凸臺(tái)13與容置槽41嵌合的結(jié)構(gòu)，使得凸臺(tái)13上的第一電極與第二壓電層11上的第二電極能直接觸接導(dǎo)通，同時(shí)，電路板40上的第三電極與能與第二壓電層11上的第二電極直接觸接導(dǎo)通，這種方法較圖2中傳統(tǒng)的雙層壓電層設(shè)計(jì)，電路板40沒(méi)有將第一壓電層10與第二壓電層11完全隔離開(kāi)，從而減少了對(duì)于超聲換能器聲學(xué)性能的影響，同時(shí)，也回避了圖3中傳統(tǒng)翻邊電極使得壓電層有效面積減小的問(wèn)題。
[0042]由圖7可以看出，凸臺(tái)13居中位