微型阵列超声换能器及其制备方法、包含其的超声探头技术

本发明专利技术属于超声成像技术领域，具体涉及一种微型阵列超声换能器及其制备方法、包含其的超声探头。本发明专利技术提供的微型阵列超声探头包括依次层叠设置的柔性电路板、压电晶片和声匹配层，压电晶片的第一压电电极和压电柱形成若干线型阵元，且每个阵元任何部分都能参与工作，最大限度地发挥了每个阵元在长度方向上的性能，继而提高了该微型阵列超声换能器的性能；压电晶片的第二压电电极由压电材料层延伸至与第一压电电极同侧，不需单独引入连接线，降低了微型阵列超声换能器在厚度方向上的尺寸，实现了超声换能器的微型化。本发明专利技术提供的制备方法避免了常规超声换能器制备过程中因需对连接线精细加工以及与第二压电电极精确对接而导致工艺复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
微型阵列超声换能器及其制备方法、包含其的超声探头
本专利技术属于超声成像
，具体涉及一种微型阵列超声换能器及其制备方法、包含其的超声探头。
技术介绍
超声成像广泛应用于医疗诊断、工业检测等领域，具有无损、便捷以及可靠等优点。通过超声探头产生的超声波信号在不透光介质内传播，然后接收不透光物体反射的信号强度、频率、时间以及相位等信息，并对该信息进行处理，从而获得反映被探测的不透光介质内部结构声学特性分布的直观图像。超声探头是超声成像设备的关键组成部分，其主要包括内部的压电换能器、电路部分、外壳部分等，根据压电换能器的数量可将超声探头分为单阵元超声探头和多阵元超声探头，而多阵元超声探头根据换能器的排布方式又可分为线阵型、凸阵型、面阵型等。超声换能器的性能直接决定了超声成像的质量，其结构一般由压电片、背衬层、声匹配层、柔性电路板和声透镜等组成，其中，压电片1包括压电层11、第一电极12和第二电极13，其设置方式如图1所示，第二电极13设置在压电层11两侧，使得阵元长度方向的两端无法参与工作，限制了阵元在长度方向上性能的发挥，继而降低了超声换能器的性能；同时，受材料等因素限制为获得较好的线型阵元，第二电极13厚度不得不增加，增加了压电片1的厚度。再者，在将第二电极13引至与第一电极12同侧以方便引出至成像系统时，需在第二电极13上引入连接线14，引入连接线14使得超声换能器结构和制备工艺复杂化，需要对引入的连接线14进行精细加工以及与第二电极13的精确对接，工艺越复杂，就越难保证产品质量，尤其在一些微型超声换能器设计中显得更为突显。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有的超声换能器由于电极连接线的存在从而使得产品结构和制备工艺复杂并导致超声成像性能差的缺陷，从而提供一种微型阵列超声换能器、该微型超声换能器的制备方法以及包含该微型阵列超声换能器的超声探头。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种微型阵列超声换能器，包括依次层叠设置的柔性电路板、压电晶片和声匹配层：所述柔性电路板上阵列设置有若干线型第一电路电极和至少一个第二电路电极；所述压电晶片包括具有压电柱的压电材料层、阵列设置在所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的若干线型第一压电电极以及覆盖在所述压电材料层朝向所述声匹配层一侧表面并沿所述压电材料层部分边缘延伸至所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的平面型第二压电电极；其中，若干所述第一电路电极与若干所述第一压电电极一一对应连接，所述第一电路电极与所述第二压电电极连接，且所述第二压电电极和相邻的所述第一压电电极之间以及相邻的两个所述第一压电电极之间形成线型压电电极间隙。优选地，该结构的微型阵列超声换能器，所述压电材料层选自1-3型压电复合材料。进一步优选地，该结构的微型阵列超声换能器，所述压电材料层朝向所述柔性电路板的一侧表面上设置有与所述压电电极间隙对应的凹槽结构。优选地，该结构的微型阵列超声换能器，所述第一压电电极与所述第一电路电极的线型设置方式一致，选自直线段、圆弧线段、椭圆弧段、正弦曲线段中的任一种。进一步优选地，该结构的微型阵列超声换能器，所述第一压电电极、所述第一电路电极形成(1～3)×(8～128)矩形阵列；沿垂直于线型延伸方向上相邻的两个所述第一压电电极或相邻的两个所述第一电路电极平行；沿平行于线型延伸方向上相邻的两个所述第一压电电极或相邻的两个所述第一电路电极错开。进一步优选地，该结构的微型阵列超声换能器，沿垂直于线型延伸方向上相邻的两个所述第一电路电极之间设置有与所述第一电路电极线型一致的电路电极间隙；所述电路电极间隙与所述压电电极间隙、所述凹槽结构对应设置。进一步优选地，该结构的微型阵列超声换能器，所述柔性电路板远离所述压电晶片的一侧表面上设置有背衬层，所述声匹配层远离所述压电晶片的一侧表面上设置有声透镜；所述声透镜、所述声匹配层、所述压电晶片、所述柔性电路板和所述背衬层的总厚度≤1.5mm，总宽度≤2mm。本专利技术提供一种如上所述的微型阵列超声换能器的制备方法，包括以下步骤：在所述压电材料层两表面及部分边缘设置连续导电片层，形成包边结构的所述压电晶片；对所述压电晶片一侧表面的所述导电片层进行首次切割以形成首个所述压电电极间隙以及位于首个所述压电电极间隙两侧的互不连接的第一压电导电层和第二压电导电层；对所述第一压电导电层进行若干次切割，形成阵列设置的线型所述第一压电电极，所述第二压电导电层形成平面型所述第二压电电极；印制柔性电路板，形成与所述第一压电电极对应的若干所述第一电路电极以及与所述第二压电电极对应的所述第二电路电极；将所述压电晶片与所述柔性电路板压接，实现所述第一压电电极与一一对应连接、与所述第一压电电极同侧的所述第二压电电极与所述第二电路电极对应连接；在所述压电晶片远离所述柔性电路板的一侧表面上设置所述声匹配层。本专利技术还提供一种如上所述的微型阵列超声换能器的另一种制备方法，包括以下步骤：在所述压电材料层两表面及部分边缘设置连续导电片层，形成包边结构的所述压电晶片；印制柔性电路板，形成阵列设置的若干线型第一电路电极和至少一个第二电路电极；将所述柔性电路板、所述声匹配层分别设置在所述压电晶片两表面，并使所述第二电路电极位于包边结构侧；沿所述第二电路电极和相邻的所述第一电路电极之间间隙以及相邻两个所述第一电路电极之间间隙，对所述柔性电路板、所述导电片层进行切割，形成若干电路电极间隙及对应的所述压电电极间隙，以形成阵列设置的所述第一压电电极以及位于所述第一压电电极同侧的所述第二压电电极；在所述柔性电路板远离所述压电晶片的一侧表面上设置所述背衬层，在所述声匹配层远离所述压电晶片的一侧表面上设置所述声透镜层。本专利技术提供一种超声探头，包括：壳体，具有内腔；位于所述内腔的如上所述的微型阵列超声换能器；将所述微型阵列超声换能器内柔性电路板的第一电路电极和第二电路电极分别引出至所述壳体外的第一引出电极和第二引出电极。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的微型阵列超声换能器包括依次层叠设置的柔性电路板、压电晶片和声匹配层。其中，柔性电路板上阵列设置有若干线型第一电路电极和至少一个第二电路电极；压电晶片包括具有压电柱的压电材料层、阵列设置在压电材料层朝向柔性电路板一侧表面的若干线型第一压电电极以及覆盖在压电材料层朝向声匹配层一侧表面并沿压电材料层部分边缘延伸至压电材料层朝向柔性电路板一侧表面的平面型第二压电电极；若干第一电路电极与若干第一压电电极一一对应连接，第一电路电极与第二压电电极连接，且第二压电电极和相邻的第一压电电极之间以及相邻的两个第一压电电极之间形成线型压电电极间隙。该结构的微型阵列超声换能器，压电材料层内具有若干压电柱，在其一侧表面设置若干线型第一压电电极，在其另一侧面设置平面型第二压电电极，相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型阵列超声换能器，包括依次层叠设置的柔性电路板、压电晶片和声匹配层，其特征在于：/n所述柔性电路板上阵列设置有若干线型第一电路电极和至少一个第二电路电极；/n所述压电晶片包括具有压电柱的压电材料层、阵列设置在所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的若干线型第一压电电极以及覆盖在所述压电材料层朝向所述声匹配层一侧表面并沿所述压电材料层部分边缘延伸至所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的平面型第二压电电极；/n其中，若干所述第一电路电极与若干所述第一压电电极一一对应连接，所述第一电路电极与所述第二压电电极连接，且所述第二压电电极和相邻的所述第一压电电极之间以及相邻的两个所述第一压电电极之间形成线型压电电极间隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型阵列超声换能器，包括依次层叠设置的柔性电路板、压电晶片和声匹配层，其特征在于：
所述柔性电路板上阵列设置有若干线型第一电路电极和至少一个第二电路电极；
所述压电晶片包括具有压电柱的压电材料层、阵列设置在所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的若干线型第一压电电极以及覆盖在所述压电材料层朝向所述声匹配层一侧表面并沿所述压电材料层部分边缘延伸至所述压电材料层朝向所述柔性电路板一侧表面的平面型第二压电电极；
其中，若干所述第一电路电极与若干所述第一压电电极一一对应连接，所述第一电路电极与所述第二压电电极连接，且所述第二压电电极和相邻的所述第一压电电极之间以及相邻的两个所述第一压电电极之间形成线型压电电极间隙。


2.根据权利要求1所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，所述压电材料层选自1-3型压电复合材料。


3.根据权利要求2所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，所述压电材料层朝向所述柔性电路板的一侧表面上设置有与所述压电电极间隙对应的凹槽结构。


4.根据权利要求3所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，所述第一压电电极与所述第一电路电极的线型设置方式一致，选自直线段、圆弧线段、椭圆弧段、正弦曲线段中的任一种。


5.根据权利要求4所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，所述第一压电电极、所述第一电路电极形成(1～3)×(8～128)矩形阵列；
沿垂直于线型延伸方向上相邻的两个所述第一压电电极或相邻的两个所述第一电路电极平行；沿平行于线型延伸方向上相邻的两个所述第一压电电极或相邻的两个所述第一电路电极错开。


6.根据权利要求5所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，沿垂直于线型延伸方向上相邻的两个所述第一电路电极之间设置有与所述第一电路电极线型一致的电路电极间隙；
所述电路电极间隙与所述压电电极间隙、所述凹槽结构对应设置。


7.根据权利要求1-6任一所述的微型阵列超声换能器，其特征在于，所述柔性电路板远离所述压电晶片的一侧表面上设置有背衬层，所述声匹配层远离所述压电晶片的一侧表面上设置有声透镜；
所述声透镜、所述声匹配层...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志乐，崔崤峣，朱鑫乐，吕加兵，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32