一种超声环形阵列换能器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种超声环形阵列换能器，包括支撑圆筒、背衬材料层、压电层和匹配材料层，背衬材料层呈环形且设于支撑圆筒外侧面上，压电层设于背衬材料层外侧；压电层由沿支撑圆筒周向排列成环形阵列的多个压电阵元组成，相邻两个压电阵元之间具有切缝；匹配材料层呈环形且包覆在各压电阵元及切缝外侧；各压电阵元内侧面与背衬材料层外侧面粘结，各压电阵元外侧面与匹配材料层内侧面粘结；各压电阵元内侧面、外侧面上的电极分别连接地线、信号线。本发明专利技术还提供上述超声环形阵列换能器的制作方法，先将条状的压电层平面切割成各个压电阵元，再弯曲匹配材料层，使各压电阵元在支撑圆筒周向上排列成环形阵列，制作工艺简易，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.

【技术实现步骤摘要】
一种超声环形阵列换能器及其制作方法
本专利技术涉及医学超声成像设备领域，具体涉及一种超声环形阵列换能器及其制作方法。
技术介绍
超声环形阵列换能器是指多个压电阵元按360度圆周布置，通过电子扫描形成360度角超声影像的超声换能器。中国专利技术专利CN201110132195.1公开了这样一种超声环形阵列换能器，包括：位于中心的金属圆柱；围绕所述金属圆柱排列的由压电陶瓷圆环或压电单晶圆环（即压电层）切割而成的多个压电阵元，且所述压电阵元与所述金属圆柱之间设有用于吸声的背衬材料层，所述压电阵元外侧覆盖有匹配材料层，所述压电阵元之间填充有去耦材料；分别与所述多个压电阵元对应连接的多根同轴电缆线，且每根所述同轴电缆线的地线连接至所述金属圆柱；以及套设在所述金属圆柱上具有齿轮状结构用于排列和分隔所述同轴电缆线的环状格子；所述多个压电阵元设于所述金属圆柱的第一段圆柱上，所述环状格子设于所述金属圆柱的与所述多个压电阵元邻接的第二段圆柱上，且所述金属圆柱至少具有与所述第二段圆柱邻接的裸露的第三段圆柱。该专利技术还提供了所述超声环形阵列换能器的制作方法，包括下述步骤：（1）、在压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的内外两侧表面分别镀电极并极化；（2）、在一根金属圆柱上灌注背衬材料，使背衬材料层直径等于所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的内径，且所述背衬材料层的长度小于所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的长度；（3）、用绝缘胶将覆有背衬材料的金属圆柱粘在所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环内；（4）、在所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的外侧电极的用于引线的边缘区域涂覆可溶性胶；（5）、在所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的外侧电极上覆盖匹配材料层，直至所述匹配材料层的厚度符合设计值；（6）、使用导电胶电学连通所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的内侧电极和中心的金属圆柱，并在所述导电胶表面用涂覆绝缘胶保护；（7）、去除所述可溶性胶，露出所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环外侧边电极的边缘区域；（8）、切割塑料圆环，得到具有和超声波内窥镜探头的压电阵元数目相等的齿轮结构的环状格子，所述塑料圆环的直径略大于所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环的外径；（9）、将所述环状格子穿过金属圆柱与所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环露出的电极一侧相贴，并固定在所述金属圆柱上；（10）、在所述环状格子的凹槽中排布与超声波内窥镜探头的压电阵元数目相等的同轴电缆线，每个同轴电缆线的芯线和地线刮露出金属线部分，且分别在环状格子的两侧；（11）、用导电胶连接同轴电缆线的芯线至所述压电陶瓷圆环或压电单晶圆环外侧电极的边缘区域，并用导电胶连接所述同轴电缆线的地线至中心的金属圆柱，并在导电胶表面涂覆绝缘胶保护；（12）、在所述覆盖有匹配材料层的压电陶瓷圆环或压电单晶圆环上切割出环状排列的多个压电阵元，且切割的深度刚好切透压电陶瓷圆环或压电单晶圆环，在切槽中填充和固化去耦材料。制作时，首先需制作压电陶瓷圆环或压电单晶圆环，需要特殊的圆环成型模具和压制烧结工艺，难于制作成型；其次需转动压电陶瓷圆环或压电单晶圆环进行各个压电阵元的分切，由于精密分切的间距小至100微米左右的数量级，转动圆环进行切割的方式无法确保切割精度和切割质量，工艺难于实现且成品率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超声环形阵列换能器及其制作方法，这种超声环形阵列换能器的制作工艺简单容易，有利于提高成品率并降低生产成本。采用的技术方案如下：一种超声环形阵列换能器，包括支撑圆筒、背衬材料层、压电层和匹配材料层，背衬材料层呈环形并且设于支撑圆筒的外侧面上，压电层设于背衬材料层的外侧，其特征在于：所述压电层由沿支撑圆筒周向排列成环形阵列的多个压电阵元组成，相邻两个压电阵元之间具有切缝；匹配材料层呈环形并且包覆在各压电阵元及切缝外侧；各压电阵元的内侧面均与背衬材料层的外侧面粘结，各压电阵元的外侧面均与匹配材料层的内侧面粘结；各压电阵元的内侧面、外侧面上的电极分别连接地线、信号线。上述压电层可采用压电陶瓷、压电单晶（如铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶(PMNT)）或者压电复合材料制成。上述背衬材料层能够起到支撑、吸声、减震以及增加带宽等作用，背衬材料层可采用常规的背衬材料（如环氧树脂与声学衰减填充料的混合物）制成。优选上述压电层由沿支撑圆筒周向等距排列成环形阵列的多个压电阵元组成。优选上述各切缝内填充有去耦材料，这样可减少相邻压电阵元之间的串扰影响，提高信号的信噪比。一具体方案中，上述背衬材料层设于支撑圆筒前端部的外侧面上；各压电阵元的前端面处在背衬材料层前端面的前方，各压电阵元的后端面处在匹配材料层后端面的后方；各压电阵元内侧面的电极的前端部连接地线，各压电阵元外侧面的电极的后端部连接信号线。优选方案中，上述支撑圆筒采用金属材料（比如青铜、不锈钢等）制成。制作时，可在各压电阵元内侧面的电极表面涂导电材料（比如导电银环氧胶）并连接至支撑圆筒上，再将支撑圆筒连接地线。上述支撑圆筒也可采用其他材质制成。优选方案中，上述环形的匹配材料层由条状的匹配材料层弯曲而成，各压电阵元由条状的压电层切割而成。一种更优选方案中，上述匹配材料层为单层材料结构；所述相邻两个压电阵元之间的切缝延伸至匹配材料层内部。通常，匹配材料层采用特性声阻抗与人体组织相匹配的材料制成，如环氧树脂、聚酰亚胺或者涤纶（PET）等树脂，具有一定的挠性和柔韧度。制作时，利用匹配材料层中未被切透的部分使匹配材料层保持连续并包覆切缝；同时，由于匹配材料层较内层的部分被切割，使得后续工序中更易于将匹配材料层弯曲成环形，使制作工艺更为简单容易。另一种更优选方案中，上述匹配材料层包括自内至外依次粘结的多个匹配材料子层；相邻的两个匹配材料子层中，处在内侧的匹配材料子层的特性声阻抗比处在外侧的匹配材料子层的特性声阻抗大；所述相邻两个压电阵元之间的切缝延伸至最外侧的匹配材料子层的内侧面上（即最外侧的匹配材料子层未被切割到，其余匹配材料子层均被切透）。通常，处在最外侧的匹配材料子层采用特性声阻抗与人体组织相匹配的材料制成，比如环氧树脂、聚酰亚胺或者涤纶（PET）等树脂，具有一定的挠性和柔韧度。制作时，利用最外侧未被切割的匹配材料子层，使匹配材料层保持连续并包覆切缝；同时，由于其余匹配材料子层均被切割开，使得后续工序中更易于将匹配材料层弯曲成环形，使制作工艺更为简单容易。上述超声环形阵列换能器可应用于超声内窥镜。本专利技术还提供上述超声环形阵列换能器的制作方法，其特征在于包括下述步骤：（1）、将条状的匹配材料层和条状的压电层叠置并粘结在一起；（2）、对压电层进行切割，将压电层切割成沿匹配材料层长度方向依次排列的多个压电阵元，相邻压电阵元之间具有切缝，切割后匹配材料层保持连续；（3）、将背衬材料灌注于支撑圆筒的外侧面上，形成环绕在支撑圆筒外侧的背衬材料层；（4）、将匹配材料层弯曲，使各压电阵元处在匹配材料层内侧，且将各压电阵元的内侧面与背衬材料层的外侧面粘结，使各压电阵元在支撑圆筒的周向上排列成环形阵列；（5）、将各压电阵元的内侧面、外侧面上的电极分别连接地线、信号线，得到超声环形阵列换能器。由于只需平面切割条状压电层，且切割层数少（只需切割压电层，或者切割压电层和匹配材料层较内层部分），因此可降低切割难度，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声环形阵列换能器，包括支撑圆筒、背衬材料层、压电层和匹配材料层，背衬材料层呈环形并且设于支撑圆筒的外侧面上，压电层设于背衬材料层的外侧，其特征在于：所述压电层由沿支撑圆筒周向排列成环形阵列的多个压电阵元组成，相邻两个压电阵元之间具有切缝；匹配材料层呈环形并且包覆在各压电阵元及切缝外侧；各压电阵元的内侧面均与背衬材料层的外侧面粘结，各压电阵元的外侧面均与匹配材料层的内侧面粘结；各压电阵元的内侧面、外侧面上的电极分别连接地线、信号线。

【技术特征摘要】
1.一种超声环形阵列换能器，包括支撑圆筒、背衬材料层、压电层和匹配材料层，背衬材料层呈环形并且设于支撑圆筒的外侧面上，压电层设于背衬材料层的外侧，其特征在于：所述压电层由沿支撑圆筒周向排列成环形阵列的多个压电阵元组成，相邻两个压电阵元之间具有切缝；匹配材料层呈环形并且包覆在各压电阵元及切缝外侧；各压电阵元的内侧面均与背衬材料层的外侧面粘结，各压电阵元的外侧面均与匹配材料层的内侧面粘结；各压电阵元的内侧面、外侧面上的电极分别连接地线、信号线。2.根据权利要求1所述的超声环形阵列换能器，其特征在于：所述背衬材料层设于支撑圆筒前端部的外侧面上；各压电阵元的前端面处在背衬材料层前端面的前方，各压电阵元的后端面处在匹配材料层后端面的后方；各压电阵元内侧面的电极的前端部连接地线，各压电阵元外侧面的电极的后端部连接信号线。3.根据权利要求1所述的超声环形阵列换能器，其特征在于：所述环形的匹配材料层由条状的匹配材料层弯曲而成，各压电阵元由条状的压电层切割而成。4.根据权利要求1-3任一项所述的超声环形阵列换能器，其特征在于：所述匹配材料层为单层材料结构；所述相邻两个压电阵元之间的切缝延伸至匹配材料层内部。5.根据权利要求1-3任一项所述的超声环形阵列换能器，其特征在于：所述匹配材料层包括自内至外依次粘结的多个匹配材料子层；相邻的两个匹配材料子层中，处在内侧的匹配材料子层的特性声阻抗比处在外侧的匹配材料子层的特性声阻抗大；所述相邻两个压电阵元之间的切缝延伸至最外侧的匹配材料子层的内侧面上。6.一种超声环形阵列换能器的制作方法，其特征在于包括下述步骤：（1）、将条状的匹配材料层和条状的压电层叠置并粘结在一起；（2）、对压电层进行切割，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德来，吴锦川，邹策煌，刘炯斌，余炎雄，
申请(专利权)人：汕头市超声仪器研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44