基于三维超声成像的二维阵列超声换能器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及三维超声成像的技术领域，公开了基于三维超声成像的二维阵列超声换能器及其制备方法，二维阵列超声换能器包括绝缘树脂框架、导电背衬板、压电片以及印刷电路板，绝缘树脂框架中具有NxN个填充导电胶的空心通道；导电背衬板设于绝缘树脂框架上；压电片置于导电背衬板上，其中具有NxN个压电阵元；印刷电路板上设有NxN个分别对应置于NxN个所述空心通道中的阵列排针。通过导电胶，将压电阵元与阵列排针电性连接，解决二维阵列超声换能器的阵元复杂的接线工艺，降低制备成本，同时，在接线过程中，由于各压电阵元之间间距过小，避免出现短路的问题；另外，导电背衬板可以吸收压电片背面的无用声波，大大提高二维阵列超声换能器的品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医用超声成像的
，尤其涉及基于三维超声成像的二维阵列超声换能器及其制备方法。
技术介绍
实时三维超声成像技术是当今医疗成像诊断重要的手段之一，这项技术能提高扫描帧频及达到高品质的成像要求，与传统的单阵元和一维阵列超声换能器相比，二维阵列相控阵系统是解决超声实时三维成像的有效手段，它能在两个方向上聚焦，检测空间分辨率大大提高，而且数据采集过程迅速、稳定，不需要移动及旋转超声换能器即可自由的偏转和聚焦实现三维成像，如果时间被计算入另一个维度，则是生成四维影像。由于基于三维超声成像的二维阵列超声换能器的阵元数目庞大，并且每个阵元需要独立接线，才可以产生独立脉冲信号，而其单阵元尺寸较小，因此，在实际制备过程中，二维阵列超声换能器的阵元接线比较困难，其接线工艺复杂，导致制备费用较高。目前，只有少数的公司(如西门子、飞利浦)能够生产二维阵列超声换能器。另外，随着目前医疗的发展，对三维超声成像技术的应用会越来越广泛，因此对二维阵列超声换能器的需求会越来越大，目前的制备技术并不能满足实际需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，旨在解决现有技术中基于三维超声成像的二维阵列超声换能器的接线工艺较复杂，导致成本过高以及难以满足实际需求的问题。本专利技术是这样实现的，基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，包括绝缘树脂框架、导电背衬板、压电片以及印刷电路板，所述绝缘树脂框架中具有NxN个空心通道，所述空心通道中填充有导电胶；所述导电背衬板设于所述绝缘树脂框架的上表面；所述压电片置于所述导电背衬板的上表面，其中具有NxN个压电阵元；所述印刷电路板设于所述绝缘树脂框架的下方，其上设有NxN个阵列排针，NxN个所述阵列排针的上端分别对应置于NxN个所述空心通道中。与现有技术相比，本专利技术提供的二维阵列超声换能器，其通过绝缘树脂框架中的NxN个空心通道中的导电胶，将压电片的NxN个压电阵元与印刷电路板101的NxN个阵列排针电性连接，从而可以完成压电片的NxN个压电阵元的信号传输，优化二维阵列超声换能器的阵元接线技术，解决了复杂的接线工艺，从而大大降低制备成本，使得二维阵列超声换能器可以满足现时需求，同时，在接线过程中，由于各压电阵元之间间距过小，避免出现短路的问题；另外，导电背衬板可以吸收压电片背面的无用声波，大大提高二维阵列超声换能器的品质。本专利技术还提供了基于三维超声成像的二维阵列超声换能器的制备方法，包括以下步骤：1)、制备具有NxN个空心通道的绝缘树脂框架以及压电片；2)、将印刷电路板置于所述绝缘树脂框架的下方，其上的NxN个阵列排针分别对应置于NxN个空心通道中，且用导电胶分别填充NxN个空心通道；3)、于所述绝缘树脂框架的上表面制备导电背衬板，将所述压电片设于所述导电背衬板的上表面；4)、于所述压电片的上表面设置匹配层，且使所述压电片中形成NxN个压电阵元；5)、于所述NxN个压电阵元之间填充隔声去耦材料；6)、在所述匹配层上覆盖聚焦声透镜。通过上述的制备方法制造的二维阵列超声换能器，其利用导电胶将印刷电路板的阵列排针与压电片的压电阵元电性连接，从而，大大简化其接线工艺，降低二维阵列超声换能器的制备成本，并且，在制备的过程中，可以避免由于压电阵元之间间距过小，而出现短路的现象。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器的剖切示意图；图2是本专利技术实施例提供的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器的立体示意图；图3是本专利技术实施例提供的印刷电路板与集成电路板连接的立体示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。如图1～3所示，为本专利技术提供的较佳实施例。本实施例提供的二维阵列超声换能器1，运用在三维超声成像技术中，其包括绝缘树脂框架102、导电背衬板105、压电片107以及印刷电路板101。其中，绝缘树脂框架102中设有NxN个空心通道，该空心通道呈竖直延伸布置，贯穿整个绝缘树脂框架102的上端面及下端面，且在空心通道中填充有导电胶103，当然，该导电胶103填充满整个空心通道；导电背衬板105覆盖在绝缘树脂框架102的上表面，其用于吸收声波；压电片107覆盖在背衬板的上表面上，其中切割有NxN个压电阵元1071，该NxN个压电阵元1071对绝缘树脂框架102中的NxN空心通道相对应对齐布置，并且在NxN个压电阵元1071之间填充隔声去耦材料106；印刷电路板101布置在绝缘树脂框架102的下表面，其中设有NxN个阵列排针104，该NxN个阵列排针104与绝缘树脂框架102的NxN个空心通道相对应对齐布置，其下端连接在印刷电路板101上，其上端朝上延伸，且分别对应置于NxN个空心通道中，与空心通道中的导电胶103电性连接。上述提供的二维阵列超声换能器1，其通过绝缘树脂框架102中的NxN个空心通道中的导电胶103以及导电背衬板105，将压电片107的NxN个压电阵元1071与印刷电路板101的NxN个阵列排针104电性连接，从而可以完成压电片107的NxN个压电阵元1071的信号传输，优化了二维阵列超声换能器1的阵元接线技术，解决了复杂的接线工艺，从而大大降低制备成本，使得二维阵列超声换能器1可以满足现时需求，同时，也避免二维阵列超声换能器1在接线过程中，由于各压电阵元1071之间间距过小，而出现短路的问题；另外，在绝缘树脂框架102的上表面覆盖导电背衬板105，可以吸收压电片107背面的无用声波，大大提高二维阵列超声换能器1的品质。本实施例中，绝缘树脂框架102起到连接印刷电路板101及支撑导电背衬板105的作用，其优先采用三维打印技术制备的ABS树脂，当然，作为其它实施例，其也可以采用现时常用成型方法或常见的其它材料。压电片107中的NxN个压电阵元1071可以选用各种压电陶瓷、压电单晶或压电复合材料制成，或者，其它符合要求的压电材料等制成。另外，绝缘树脂框架102中的空心通道的尺寸以及压电片107的压电阵元1071的尺寸，取决于二维阵列超声换能器1的频率以及声学参数。导电背衬板105位于压电片107与绝缘树脂框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征在于，包括绝缘树脂框架、导电背衬板、压电片以及印刷电路板，所述绝缘树脂框架中具有NxN个空心通道，所述空心通道中填充有导电胶；所述导电背衬板设于所述绝缘树脂框架的上表面；所述压电片置于所述导电背衬板的上表面，其中具有NxN个压电阵元；所述印刷电路板设于所述绝缘树脂框架的下方，其上设有NxN个阵列排针，NxN个所述阵列排针的上端分别对应置于NxN个所述空心通道中。

【技术特征摘要】
1.基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征在于，包括绝缘树脂
框架、导电背衬板、压电片以及印刷电路板，所述绝缘树脂框架中具有NxN个
空心通道，所述空心通道中填充有导电胶；所述导电背衬板设于所述绝缘树脂
框架的上表面；所述压电片置于所述导电背衬板的上表面，其中具有NxN个压
电阵元；所述印刷电路板设于所述绝缘树脂框架的下方，其上设有NxN个阵列
排针，NxN个所述阵列排针的上端分别对应置于NxN个所述空心通道中。
2.如权利要求1所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征
在于，所述导电背衬板为涂抹于所述绝缘树脂框架上表面的混有空心玻璃小球
的导电胶层。
3.如权利要求1所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征
在于，所述压电片的上表面及下表面分别蒸镀电极，形成公用电极。
4.如权利要求1至3任一项所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能
器，其特征在于，所述压电片中的相邻压电阵元之间具有第一缝隙，所述第一
缝隙中填充有隔声去耦材料。
5.如权利要求4所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征
在于，所述压电片的上表面上覆盖有匹配层。
6.如权利要求5所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征
在于，所述匹配层为导电匹配层，所述匹配层以及导电背衬板中分别形成有与
所述第一缝隙对应的第二缝隙，并且所述导电匹配层上表面蒸镀电极作为公用
电极。
7.如权利要求5所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能器，其特征
在于，所述匹配层为非导电匹配层，所述导电背衬板中形成有与所述第一缝隙
对应的第二缝隙，所述匹配层呈整体式设于所述具有公共上电极压电片的上表
面或设于所述具有公共上电极导电匹配层的上表面。
8.如权利要求1至3任一项所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能

\t器，其特征在于，所述匹配层上覆盖有聚焦声透镜。
9.如权利要求1至3任一项所述的基于三维超声成像的二维阵列超声换能
器，其特征在于，所述二维阵列超声换能器还包括集成电路板，所述阵列排针
的下端延伸至所述印...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴吉岩，方华靖，黄智文，陈燕，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44