一种阵列式超声换能器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种阵列式超声换能器及其制作方法，本发明专利技术提供的超声换能单元能够通过声阻抗匹配层解决超声换能单元与目标物体之间阻抗不匹配的问题，提高超声换能单元的输出带宽和幅值响应，增大其成像分辨率和灵敏度。并且超声换能单元能够通过声学超构表面实现对波束控制及偏转、波束聚焦等调节时产生声场畸变进行矫正，同时实现超声换能单元成像分辨率及信噪比的进一步提升。以及通过将多个超声换能单元呈阵列排布得到阵列式超声换能器，进而提高阵列式超声换能器的适用范围和性能。同时，本发明专利技术采用正向生长工艺生长声阻抗匹配层，进而能够提高声阻抗匹配层的厚度精准度，进一步提高阵列式超声换能器的性能。进一步提高阵列式超声换能器的性能。进一步提高阵列式超声换能器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式超声换能器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及超声换能器
，更为具体地说，涉及一种阵列式超声换能器及其制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，利用声子晶体和声学超构材料表面的新奇物理特性和效应改善超声换能器的声学匹配性能被很多学者报道。作为人工合成的复合结构材料，声学超构材料由亚波长尺度的结构单元(或称人工“原子”)组成，能够呈现出自然界中天然材料所不具备的等效材料参数，如负质量密度、负弹性模量、近零折射率和极端各向异性等。区别于声子晶体等其他人工材料，声学超构材料的宏观物理特性主要取决于其结构单元自身的局域特性而非它们之间的长程相互作用。这使得我们能够在“原子”尺度对宏观材料参数进行按需设计，并更加容易地构造空间上的梯度分布，进而实现对声波的反常操控。现有的超声换能器设备的性能有待提高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种阵列式超声换能器及其制作方法，有效解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供的阵列式超声换能器的性能高。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0005]一种阵列式超声换能器，包括呈阵列排列的多个超声换能单元，所述超声换能单元包括：
[0006]背衬层，所述背衬层一侧表面裸露线路层；
[0007]位于所述背衬层具有所述线路层一侧的压电层，所述压电层包括压电层本体，和位于所述压电层本体朝向所述背衬层一侧表面及背离所述背衬层一侧表面的电极；
[0008]以及，位于所述压电层背离所述背衬层一侧的声学人工结构，所述声学人工结构包括：声阻抗匹配层和声学超构表面；其中，所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层与所述压电层之间，或所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层背离所述背衬层一侧。
[0009]可选的，所述声阻抗匹配层包括沿所述背衬层至所述压电层方向依次叠加的第一声阻抗匹配子层至第N声阻抗匹配子层，N为大于或等于1的整数。
[0010]可选的，所述声学超构表面包括圆形中心部及第一圆环部至第M圆环部，M为大于或等于1的整数；所述第一圆环部环绕所述圆形中心部，第i+1圆环部环绕第i圆环部，所述第一圆环部与所述圆形中心部之间及所述第i+1圆环部与第i圆环部之间均呈环形凹槽状，i为大于或等于1且小于M的整数；
[0011]或者，所述声学超构表面包括并排设置多个条形部，在所述背衬层至所述压电层方向上，至少一个条形部的高度与其余条形部的高度不同，和/或，在所述多个条形部排列方向上，至少一个条形部的宽度与其余条形部的宽度不同，和/或，所述条形部背离所述背衬层一侧呈楔形，和/或，所述条形部为中空条形部，和/或，至少一个条形部的材质与其余
条形部的材质不同；
[0012]或者，所述声学超构表面背离所述背衬层一侧为波浪形表面。
[0013]可选的，所述声阻抗匹配层的材质为高分子材质或金属材质。
[0014]可选的，所述声学超构表面的材质为聚合物材质。
[0015]可选的，所述压电层本体的为压电陶瓷、压电陶瓷复合材质、压点单晶材质或压电单晶复合材质。
[0016]可选的，所述背衬层的材质包括环氧树脂，且所述背衬层的材质还包括钨粉、氧化铝粉中至少一种。
[0017]可选的，所述多个超声换能单元呈矩阵排列。
[0018]相应的，本专利技术还提供了一种阵列式超声换能器的制作方法，所述阵列式超声换能器包括呈阵列排列的多个超声换能单元，所述超声换能单元的制作方法：
[0019]形成背衬层，所述背衬层一侧表面裸露线路层；
[0020]形成位于所述背衬层具有所述线路层一侧的压电层，所述压电层包括压电层本体，和位于所述压电层本体朝向所述背衬层一侧表面及背离所述背衬层一侧表面的电极；
[0021]形成位于所述压电层背离所述背衬层一侧的声学人工结构，所述声学人工结构包括：采用正向生长工艺生长的声阻抗匹配层和声学超构表面；其中，所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层与所述压电层之间，或所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层背离所述背衬层一侧。
[0022]可选的，所述采用正向生长工艺生长的声阻抗匹配层，包括：
[0023]采用热蒸发镀膜工艺或磁控溅射工艺生长所述声阻抗匹配层。
[0024]相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0025]本专利技术提供了一种阵列式超声换能器及其制作方法，包括呈阵列排列的多个超声换能单元，所述超声换能单元包括：背衬层，所述背衬层一侧表面裸露线路层；位于所述背衬层具有所述线路层一侧的压电层，所述压电层包括压电层本体，和位于所述压电层本体朝向所述背衬层一侧表面及背离所述背衬层一侧表面的电极；以及，位于所述压电层背离所述背衬层一侧的声学人工结构，所述声学人工结构包括：声阻抗匹配层和声学超构表面；其中，所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层与所述压电层之间，或所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层背离所述背衬层一侧。
[0026]由上述内容可知，本专利技术提供的超声换能单元能够通过声阻抗匹配层解决超声换能单元与目标物体之间阻抗不匹配的问题，提高超声换能单元的输出带宽和幅值响应，增大其成像分辨率和灵敏度。并且超声换能单元能够通过声学超构表面实现对波束控制及偏转、波束聚焦等调节时产生声场畸变进行矫正，同时，实现超声换能单元成像分辨率及信噪比的进一步提升。以及通过将多个超声换能单元呈阵列排布得到阵列式超声换能器，进而提高阵列式超声换能器的适用范围和性能。同时，本专利技术采用正向生长工艺生长声阻抗匹配层，进而能够提高声阻抗匹配层的厚度精准度，进一步提高阵列式超声换能器的性能。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例提供的一种阵列式超声换能器的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的一种超声换能单元的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例提供的另一种超声换能单元的结构示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例提供的又一种超声换能单元的结构示意图；
[0032]图5a为本专利技术实施例提供的一种声学超构表面的结构示意图；
[0033]图5b为图5a中AA
’
方向切面图；
[0034]图6为本专利技术实施例提供的另一种声学超构表面的结构示意图；
[0035]图7为本专利技术实施例提供的又一种声学超构表面的结构示意图；
[0036]图8为本专利技术实施例提供的又一种声学超构表面的结构示意图；
[0037]图9为本专利技术实施例提供的又一种声学超构表面的结构示意图；
[0038]图10为本专利技术实施例提供的又一种声学超构表面的结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列式超声换能器，其特征在于，包括呈阵列排列的多个超声换能单元，所述超声换能单元包括：背衬层，所述背衬层一侧表面裸露线路层；位于所述背衬层具有所述线路层一侧的压电层，所述压电层包括压电层本体，和位于所述压电层本体朝向所述背衬层一侧表面及背离所述背衬层一侧表面的电极；以及，位于所述压电层背离所述背衬层一侧的声学人工结构，所述声学人工结构包括：声阻抗匹配层和声学超构表面；其中，所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层与所述压电层之间，或所述声学超构表面位于所述声阻抗匹配层背离所述背衬层一侧。2.根据权利要求1所述的阵列式超声换能器，其特征在于，所述声阻抗匹配层包括沿所述背衬层至所述压电层方向依次叠加的第一声阻抗匹配子层至第N声阻抗匹配子层，N为大于或等于1的整数。3.根据权利要求1所述的阵列式超声换能器，其特征在于，所述声学超构表面包括圆形中心部及第一圆环部至第M圆环部，M为大于或等于1的整数；所述第一圆环部环绕所述圆形中心部，第i+1圆环部环绕第i圆环部，所述第一圆环部与所述圆形中心部之间及所述第i+1圆环部与第i圆环部之间均呈环形凹槽状，i为大于或等于1且小于M的整数；或者，所述声学超构表面包括并排设置多个条形部，在所述背衬层至所述压电层方向上，至少一个条形部的高度与其余条形部的高度不同，和/或，在所述多个条形部排列方向上，至少一个条形部的宽度与其余条形部的宽度不同，和/或，所述条形部背离所述背衬层一侧呈楔形，和/或，所述条形部为中空条形部，和/或，至少一个条形部的材质与其余条形部的材质不同；或者，所述声学超...

【专利技术属性】
技术研发人员：马腾，张琪，黄继卿，李永川，郑海荣，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：