基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，包括菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料上方設(shè)置有匹配層，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料下方設(shè)置有金屬導(dǎo)線，所述金屬導(dǎo)線的下方為背襯，所述背襯的下方的兩側(cè)為底部托盤，所述兩個(gè)底部托盤為絕緣的環(huán)氧樹脂，且在所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料和所述背襯的兩側(cè)也為所述絕緣的環(huán)氧樹脂，所述超聲換能器的外部為導(dǎo)電外殼。本發(fā)明具有均勻性好，柔順性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且其加工工藝簡(jiǎn)單，加工精度高，電極連接封裝方便，易規(guī)?；a(chǎn)；成功實(shí)現(xiàn)了平板型超聲換能器的聲波自聚焦，而且聚焦性能好，中心頻率高，十分適用于微型介入式超聲診斷與治療。
【專利說(shuō)明】基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲換能器裝置，具體涉及基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，聲學(xué)已向很多方面滲透和交叉，它在材料無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)、石油和地質(zhì)勘探、醫(yī)學(xué)診斷和治療、水下探測(cè)、噪聲控制和音響技術(shù)等方面均有廣泛的應(yīng)用，并在繼續(xù)不斷地開辟著新的生長(zhǎng)點(diǎn)，被認(rèn)為是具有最大“外延性”的學(xué)科。而超聲換能器作為進(jìn)行各種聲學(xué)研究和聲學(xué)測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵和核心部件，聲波的發(fā)射和接收都離不開超聲換能器。特別是聚焦型超聲換能器能使聲波的能量會(huì)聚，在聚焦區(qū)域得到高功率的超聲波，可以進(jìn)行相應(yīng)的超聲乳化、粉碎、霧化、治療和外科手術(shù)等，同時(shí)它還能提高和增加聲波的探測(cè)距離和方位的分辨率，因而近年來(lái)愈發(fā)得到重視并有快速的發(fā)展。
[0003]目前的聚焦式超聲換能器，多采用利用在換能器前加置圓形弧面聲透鏡進(jìn)行聲波的聚焦，但是這種圓形弧面結(jié)構(gòu)的制造成本很高，精度控制難，而且難以制造短焦距，小尺寸和大批量的生產(chǎn)。除了球面形聲透鏡，也有用菲涅爾式聲透鏡來(lái)聚焦平面光，它的特點(diǎn)是可以用于建造大孔徑的透鏡，焦距短，厚度薄，面積大，可是這種微鏡片實(shí)際上還是三維表面的加工，通常是以多次曝光或灰階掩模的方法將圖形轉(zhuǎn)移至光阻，并以反應(yīng)離子刻蝕法來(lái)形成多階段的結(jié)構(gòu)，其制造工藝仍然復(fù)雜而昂貴。
[0004]此外，平面結(jié)構(gòu)的菲涅爾透鏡也被用于制作聚焦型換能器，如附圖1所示，其基本思路是將壓電陶瓷的上下電極制作成菲涅爾波帶式，然后對(duì)上下環(huán)形電極加激勵(lì)電壓，從而形成聚焦聲波，其最大特點(diǎn)是換能器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但這種工藝需要利用在壓電陶瓷上下表面鍍對(duì)稱的同心環(huán)電極結(jié)構(gòu)，如果有偏差則將嚴(yán)重影響換能器的聚焦性能，因而對(duì)加工制作的精度要求很高。尤其在高頻聚焦換能器制作時(shí)，由于工作壓電陶瓷厚度很薄，易碎易裂，這種工藝的加工難度很高。而且每個(gè)環(huán)電極都需要引出單獨(dú)的電線連接或利用MEMS工藝做好弓I線，從而限制了其尺度的進(jìn)一步微型化。
[0005]因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，我們提出了一種利用MEMS工藝制作的菲涅爾波帶式復(fù)合材料來(lái)制作聚焦式超聲換能器的新方法。利用該方法，我們可以相對(duì)容易地研制出高精度、高頻率、高強(qiáng)度、微型的自聚焦式超聲換能器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，克服現(xiàn)有聚焦超聲換能器制作復(fù)雜，微型化難，工藝精度要求高，生產(chǎn)成本高的不足，提出了一種利用MEMS工藝制作的負(fù)式或正式菲涅爾波帶復(fù)合材料來(lái)制作高精度、高頻率、高強(qiáng)度、微型自聚焦式換能器的新方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，包括菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料上方設(shè)置有匹配層，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料下方設(shè)置有金屬導(dǎo)線，所述金屬導(dǎo)線的下方為背襯，所述背襯的下方的兩側(cè)為底部托盤，所述兩個(gè)底部托盤為絕緣的環(huán)氧樹脂，且在所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料和所述背襯的兩側(cè)也為所述絕緣的環(huán)氧樹脂，所述超聲換能器的外部為導(dǎo)電外殼。
[0008]進(jìn)一步的，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料包括壓電陶瓷，環(huán)氧樹脂和金屬導(dǎo)電電極，所述壓電陶瓷和所述環(huán)氧樹脂相鄰連接，且所述壓電陶瓷和所述環(huán)氧樹脂的上下兩面連接有所述金屬導(dǎo)電電極。
[0009]進(jìn)一步的，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的制作方法為:
步驟I)根據(jù)負(fù)式和正式菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別利用如下公式(I)
和(2)計(jì)算菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料各個(gè)環(huán)尺寸和位置的關(guān)系:
負(fù)式菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料:
【權(quán)利要求】
1.基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，包括菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料上方設(shè)置有匹配層(4)，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料下方設(shè)置有金屬導(dǎo)線(9)，所述金屬導(dǎo)線(9)的下方為背襯(6)，所述背襯(6)的下方的兩側(cè)為底部托盤(7)，所述兩個(gè)底部托盤(7)為絕緣的環(huán)氧樹脂(8)，且在所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料和所述背襯(6)的兩側(cè)也為所述絕緣的環(huán)氧樹脂(8)，所述超聲換能器的外部為導(dǎo)電外殼(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料包括壓電陶瓷(I )，環(huán)氧樹脂(2)和金屬導(dǎo)電電極(3)，所述壓電陶瓷(I)和所述環(huán)氧樹脂(2)相鄰連接，且所述壓電陶瓷(I)和所述環(huán)氧樹月旨(2)的上下兩面連接有所述金屬導(dǎo)電電極(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的自聚焦式超聲換能器，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復(fù)合材料的制作方法為: 步驟I)根據(jù)負(fù)式和正式菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別利用如下公式(I)和(2)計(jì)算菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料各個(gè)環(huán)尺寸和位置的關(guān)系: 負(fù)式菲涅爾波帶壓電復(fù)合材料:
【文檔編號(hào)】B06B1/06GK103706551SQ201310698410
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】簡(jiǎn)小華, 崔崤峣, 李章劍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所