一種超聲環形陣列換能器及其制作方法技術

本發明專利技術提供一種超聲環形陣列換能器，包括支撐圓筒、背襯材料層、壓電層和匹配材料層，背襯材料層呈環形且設于支撐圓筒外側面上，壓電層設于背襯材料層外側；壓電層由沿支撐圓筒周向排列成環形陣列的多個壓電陣元組成，相鄰兩個壓電陣元之間具有切縫；匹配材料層呈環形且包覆在各壓電陣元及切縫外側；各壓電陣元內側面與背襯材料層外側面粘結，各壓電陣元外側面與匹配材料層內側面粘結；各壓電陣元內側面、外側面上的電極分別連接地線、信號線。本發明專利技術還提供上述超聲環形陣列換能器的制作方法，先將條狀的壓電層平面切割成各個壓電陣元，再彎曲匹配材料層，使各壓電陣元在支撐圓筒周向上排列成環形陣列，制作工藝簡易，可提高成品率并降低成本。

Ultrasonic ring array transducer and manufacturing method thereof

The present invention provides an ultrasonic transducer array, which comprises a supporting cylinder, a backing material layer, a piezoelectric layer, and the material layer, backing material layer is arranged on the supporting ring and the outer side of the cylinder, the piezoelectric layer is arranged on the backing material layer outside; piezoelectric layer is composed of a supporting cylinder along the circumferential line into a ring an array of a plurality of piezoelectric element, the adjacent two piezoelectric element with slit; matching material layer is coated on the outer ring and the seam of piezoelectric elements and piezoelectric element; the inner side and the outer side of the backing material layer bonded to the piezoelectric element and the outer side the matching material layer side electrode bonding; the piezoelectric element inner side and the outer side faces of the connected wire, signal wire. The invention also provides a method for preparing the ultrasound annular array transducer, the first strip of piezoelectric layer plane cut into each piezoelectric element, then bend matching material layer, the piezoelectric element on the supporting cylinder circumference are arranged in a circular array, simple manufacture technology, can improve the yield and reduce the cost.

【技術實現步驟摘要】
一種超聲環形陣列換能器及其制作方法
本專利技術涉及醫學超聲成像設備領域，具體涉及一種超聲環形陣列換能器及其制作方法。
技術介紹
超聲環形陣列換能器是指多個壓電陣元按360度圓周布置，通過電子掃描形成360度角超聲影像的超聲換能器。中國專利技術專利CN201110132195.1公開了這樣一種超聲環形陣列換能器，包括：位于中心的金屬圓柱；圍繞所述金屬圓柱排列的由壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環（即壓電層）切割而成的多個壓電陣元，且所述壓電陣元與所述金屬圓柱之間設有用于吸聲的背襯材料層，所述壓電陣元外側覆蓋有匹配材料層，所述壓電陣元之間填充有去耦材料；分別與所述多個壓電陣元對應連接的多根同軸電纜線，且每根所述同軸電纜線的地線連接至所述金屬圓柱；以及套設在所述金屬圓柱上具有齒輪狀結構用于排列和分隔所述同軸電纜線的環狀格子；所述多個壓電陣元設于所述金屬圓柱的第一段圓柱上，所述環狀格子設于所述金屬圓柱的與所述多個壓電陣元鄰接的第二段圓柱上，且所述金屬圓柱至少具有與所述第二段圓柱鄰接的裸露的第三段圓柱。該專利技術還提供了所述超聲環形陣列換能器的制作方法，包括下述步驟：（1）、在壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的內外兩側表面分別鍍電極并極化；（2）、在一根金屬圓柱上灌注背襯材料，使背襯材料層直徑等于所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的內徑，且所述背襯材料層的長度小于所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的長度；（3）、用絕緣膠將覆有背襯材料的金屬圓柱粘在所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環內；（4）、在所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的外側電極的用于引線的邊緣區域涂覆可溶性膠；（5）、在所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的外側電極上覆蓋匹配材料層，直至所述匹配材料層的厚度符合設計值；（6）、使用導電膠電學連通所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的內側電極和中心的金屬圓柱，并在所述導電膠表面用涂覆絕緣膠保護；（7）、去除所述可溶性膠，露出所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環外側邊電極的邊緣區域；（8）、切割塑料圓環，得到具有和超聲波內窺鏡探頭的壓電陣元數目相等的齒輪結構的環狀格子，所述塑料圓環的直徑略大于所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環的外徑；（9）、將所述環狀格子穿過金屬圓柱與所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環露出的電極一側相貼，并固定在所述金屬圓柱上；（10）、在所述環狀格子的凹槽中排布與超聲波內窺鏡探頭的壓電陣元數目相等的同軸電纜線，每個同軸電纜線的芯線和地線刮露出金屬線部分，且分別在環狀格子的兩側；（11）、用導電膠連接同軸電纜線的芯線至所述壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環外側電極的邊緣區域，并用導電膠連接所述同軸電纜線的地線至中心的金屬圓柱，并在導電膠表面涂覆絕緣膠保護；（12）、在所述覆蓋有匹配材料層的壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環上切割出環狀排列的多個壓電陣元，且切割的深度剛好切透壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環，在切槽中填充和固化去耦材料。制作時，首先需制作壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環，需要特殊的圓環成型模具和壓制燒結工藝，難于制作成型；其次需轉動壓電陶瓷圓環或壓電單晶圓環進行各個壓電陣元的分切，由于精密分切的間距小至100微米左右的數量級，轉動圓環進行切割的方式無法確保切割精度和切割質量，工藝難于實現且成品率低。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種超聲環形陣列換能器及其制作方法，這種超聲環形陣列換能器的制作工藝簡單容易，有利于提高成品率并降低生產成本。采用的技術方案如下：一種超聲環形陣列換能器，包括支撐圓筒、背襯材料層、壓電層和匹配材料層，背襯材料層呈環形并且設于支撐圓筒的外側面上，壓電層設于背襯材料層的外側，其特征在于：所述壓電層由沿支撐圓筒周向排列成環形陣列的多個壓電陣元組成，相鄰兩個壓電陣元之間具有切縫；匹配材料層呈環形并且包覆在各壓電陣元及切縫外側；各壓電陣元的內側面均與背襯材料層的外側面粘結，各壓電陣元的外側面均與匹配材料層的內側面粘結；各壓電陣元的內側面、外側面上的電極分別連接地線、信號線。上述壓電層可采用壓電陶瓷、壓電單晶（如鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛弛豫鐵電單晶(PMNT)）或者壓電復合材料制成。上述背襯材料層能夠起到支撐、吸聲、減震以及增加帶寬等作用，背襯材料層可采用常規的背襯材料（如環氧樹脂與聲學衰減填充料的混合物）制成。優選上述壓電層由沿支撐圓筒周向等距排列成環形陣列的多個壓電陣元組成。優選上述各切縫內填充有去耦材料，這樣可減少相鄰壓電陣元之間的串擾影響，提高信號的信噪比。一具體方案中，上述背襯材料層設于支撐圓筒前端部的外側面上；各壓電陣元的前端面處在背襯材料層前端面的前方，各壓電陣元的后端面處在匹配材料層后端面的后方；各壓電陣元內側面的電極的前端部連接地線，各壓電陣元外側面的電極的后端部連接信號線。優選方案中，上述支撐圓筒采用金屬材料（比如青銅、不銹鋼等）制成。制作時，可在各壓電陣元內側面的電極表面涂導電材料（比如導電銀環氧膠）并連接至支撐圓筒上，再將支撐圓筒連接地線。上述支撐圓筒也可采用其他材質制成。優選方案中，上述環形的匹配材料層由條狀的匹配材料層彎曲而成，各壓電陣元由條狀的壓電層切割而成。一種更優選方案中，上述匹配材料層為單層材料結構；所述相鄰兩個壓電陣元之間的切縫延伸至匹配材料層內部。通常，匹配材料層采用特性聲阻抗與人體組織相匹配的材料制成，如環氧樹脂、聚酰亞胺或者滌綸（PET）等樹脂，具有一定的撓性和柔韌度。制作時，利用匹配材料層中未被切透的部分使匹配材料層保持連續并包覆切縫；同時，由于匹配材料層較內層的部分被切割，使得后續工序中更易于將匹配材料層彎曲成環形，使制作工藝更為簡單容易。另一種更優選方案中，上述匹配材料層包括自內至外依次粘結的多個匹配材料子層；相鄰的兩個匹配材料子層中，處在內側的匹配材料子層的特性聲阻抗比處在外側的匹配材料子層的特性聲阻抗大；所述相鄰兩個壓電陣元之間的切縫延伸至最外側的匹配材料子層的內側面上（即最外側的匹配材料子層未被切割到，其余匹配材料子層均被切透）。通常，處在最外側的匹配材料子層采用特性聲阻抗與人體組織相匹配的材料制成，比如環氧樹脂、聚酰亞胺或者滌綸（PET）等樹脂，具有一定的撓性和柔韌度。制作時，利用最外側未被切割的匹配材料子層，使匹配材料層保持連續并包覆切縫；同時，由于其余匹配材料子層均被切割開，使得后續工序中更易于將匹配材料層彎曲成環形，使制作工藝更為簡單容易。上述超聲環形陣列換能器可應用于超聲內窺鏡。本專利技術還提供上述超聲環形陣列換能器的制作方法，其特征在于包括下述步驟：（1）、將條狀的匹配材料層和條狀的壓電層疊置并粘結在一起；（2）、對壓電層進行切割，將壓電層切割成沿匹配材料層長度方向依次排列的多個壓電陣元，相鄰壓電陣元之間具有切縫，切割后匹配材料層保持連續；（3）、將背襯材料灌注于支撐圓筒的外側面上，形成環繞在支撐圓筒外側的背襯材料層；（4）、將匹配材料層彎曲，使各壓電陣元處在匹配材料層內側，且將各壓電陣元的內側面與背襯材料層的外側面粘結，使各壓電陣元在支撐圓筒的周向上排列成環形陣列；（5）、將各壓電陣元的內側面、外側面上的電極分別連接地線、信號線，得到超聲環形陣列換能器。由于只需平面切割條狀壓電層，且切割層數少（只需切割壓電層，或者切割壓電層和匹配材料層較內層部分），因此可降低切割難度，同時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超聲環形陣列換能器，包括支撐圓筒、背襯材料層、壓電層和匹配材料層，背襯材料層呈環形并且設于支撐圓筒的外側面上，壓電層設于背襯材料層的外側，其特征在于：所述壓電層由沿支撐圓筒周向排列成環形陣列的多個壓電陣元組成，相鄰兩個壓電陣元之間具有切縫；匹配材料層呈環形并且包覆在各壓電陣元及切縫外側；各壓電陣元的內側面均與背襯材料層的外側面粘結，各壓電陣元的外側面均與匹配材料層的內側面粘結；各壓電陣元的內側面、外側面上的電極分別連接地線、信號線。

【技術特征摘要】
1.一種超聲環形陣列換能器，包括支撐圓筒、背襯材料層、壓電層和匹配材料層，背襯材料層呈環形并且設于支撐圓筒的外側面上，壓電層設于背襯材料層的外側，其特征在于：所述壓電層由沿支撐圓筒周向排列成環形陣列的多個壓電陣元組成，相鄰兩個壓電陣元之間具有切縫；匹配材料層呈環形并且包覆在各壓電陣元及切縫外側；各壓電陣元的內側面均與背襯材料層的外側面粘結，各壓電陣元的外側面均與匹配材料層的內側面粘結；各壓電陣元的內側面、外側面上的電極分別連接地線、信號線。2.根據權利要求1所述的超聲環形陣列換能器，其特征在于：所述背襯材料層設于支撐圓筒前端部的外側面上；各壓電陣元的前端面處在背襯材料層前端面的前方，各壓電陣元的后端面處在匹配材料層后端面的后方；各壓電陣元內側面的電極的前端部連接地線，各壓電陣元外側面的電極的后端部連接信號線。3.根據權利要求1所述的超聲環形陣列換能器，其特征在于：所述環形的匹配材料層由條狀的匹配材料層彎曲而成，各壓電陣元由條狀的壓電層切割而成。4.根據權利要求1-3任一項所述的超聲環形陣列換能器，其特征在于：所述匹配材料層為單層材料結構；所述相鄰兩個壓電陣元之間的切縫延伸至匹配材料層內部。5.根據權利要求1-3任一項所述的超聲環形陣列換能器，其特征在于：所述匹配材料層包括自內至外依次粘結的多個匹配材料子層；相鄰的兩個匹配材料子層中，處在內側的匹配材料子層的特性聲阻抗比處在外側的匹配材料子層的特性聲阻抗大；所述相鄰兩個壓電陣元之間的切縫延伸至最外側的匹配材料子層的內側面上。6.一種超聲環形陣列換能器的制作方法，其特征在于包括下述步驟：（1）、將條狀的匹配材料層和條狀的壓電層疊置并粘結在一起；（2）、對壓電層進行切割，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李德來，吳錦川，鄒策煌，劉炯斌，余炎雄，
申請(專利權)人：汕頭市超聲儀器研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44