一种具有多电极多压电层的超声换能器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多电极多压电层的超声换能器，所述换能器包括由上到下依次设置的七层结构，第一层结构和第五层结构均为纯电极层或复合电极层，第二层结构、第四层结构和第六层结构均为纯压电层，第三层结构和第七层结构均为复合电极层或纯电极层，所述复合电极层包括电极和绝缘间隙。本发明专利技术提出的换能器具有极低的电功耗，实现了降低换能器功耗、提高换能器的超声波输出声功率，特别是在低功耗且高声功率输出应用、小尺寸应用、高频超声波应用等场景拥有了巨大实用价值，进一步推动了工业超声和医学超声应用拓展的创新与实现。业超声和医学超声应用拓展的创新与实现。业超声和医学超声应用拓展的创新与实现。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多电极多压电层的超声换能器


[0001]本专利技术涉及超声波换能器领域，尤其是涉及一种具有多电极多压电层的超声换能器。

技术介绍

[0002]超声换能器是产生超声波的核心部件，其主要利用了压电材料的逆压电效应，完成激励信号电能与超声波机械能之间的转换工作。传统应用的换能器部件由压电材料，通过机械加工、研磨、热处理、极化等工艺制作成各种形状，压电材料两面采用涂抹电极层，形成电极层
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压电层
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电极层的结构，当在两个电极层上施加交流电信号进行激励，中间压电层的厚度方向就会因压电材料的逆压电效应而出现拉伸和收缩的现象，这种拉伸和收缩的位移变化量就是形成超声波的初始源，当换能器周围存在可以传播超声波的介质，从换能器表面就会向外发射出超声波。
[0003]现有技术在传统的电极层
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压电层
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电极层换能器结构基础上进行了创新改进，实现了类似电极层
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压电层
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电极层
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中性层
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电极层
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压电层
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电极层
…
的多压电层结构，形成多电极多压电层激励的微结构换能器。现有换能器中存在以下问题：
[0004]1、制造工艺复杂且制造成本很高；
[0005]2、电功耗高、输出声功率低；
[0006]3、换能器模态振型差，易导致声场空间分布不均；
[0007]4、换能器在超声成像应用中横向扫描上的分辨率低。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种具有多电极多压电层的超声换能器解决了现有换能器制造工艺复杂且制造成本很高、电功耗高、输出声功率低、换能器模态振型差，易导致声场空间分布不均、换能器在超声成像应用中横向扫描上的分辨率低的问题。
[0009]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有多电极多压电层的超声换能器，所述超声换能器包括由上到下依次设置的七层结构，第一层结构和第五层结构均为纯电极层或复合电极层，第二层结构、第四层结构和第六层结构均为纯压电层，第三层结构和第七层结构均为复合电极层或纯电极层，所述复合电极层包括电极和绝缘间隙。
[0010]上述方案的有益效果是：通过上述技术方案，在相同幅值激励电压下，采用了多电极叠加激励驱动，大大增强了换能器发射超声波时的最大位移振幅，提高了换能器的声输出功率，降低了换能器的电功耗。本方案具有更好的换能器模态振型，不易受非压电结构弯曲的不确定性影响，提高了发射超声声场空间分布均匀性。
[0011]进一步地，纯电极层和复合电极层均由电极组成，各电极属性相同，仅在尺寸上有差异，所述纯压电层由压电薄膜组成，各压电薄膜属性相同，仅在尺寸上有差异。
[0012]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，形成了电极层和压电层交替
排列的组合结构，实现每个电极区域对超声波的叠加，复合电极层中的电极之间是相互独立的，在换能器驱动控制策略中，可以做到单个电极激励驱动，可发射出更窄的超声波束，且超声波束的宽度就由单个电极的宽度决定，这就提高了本专利技术涉及的单个超声换能器在超声成像应用中横向扫描的分辨率。
[0013]进一步地，电极由导电材料制作，压电薄膜由具有压电效应的材料制作。
[0014]上述进一步方案的有益效果是：由导电材料制作的电极，以及压电效应的材料制作的压电薄膜，用于实现电极施加交流电后进行激励，同时实现电极上电压幅值产生的压电材料位移振幅相互叠加。
[0015]进一步地，复合电极层中的电极和绝缘间隙依次间隔排列，且电极和绝缘间隙的尺寸和数量均是可变的。
[0016]上述进一步方案的有益效果是：电极和绝缘间隙的尺寸和数量可根据实际情况进行变化，有利于扩大本方案所述结构的适用范围，提高该结构的实用性。
[0017]进一步地，复合电极层中的电极和绝缘间隙的俯视排列图为包括从左至右依次排列的矩形形状、从内向外依次排列的环形形状或从内向外依次排列的方环形形状。
[0018]上述进一步方案的有益效果是：复合电极层中的电极和绝缘间隙的俯视图结构并不是唯一的，可根据实际使用场景进行择优选择。
[0019]进一步地，装置采用多端口差分信号方式驱动，复合电极层中的每一个电极都对应一个独立的差分信号端口信号线，相邻电极所接电信号极性相反，且电极之间不共连，所述纯电极层的电极连接电系统的公共端。
[0020]上述进一步方案的有益效果是：通过上述驱动方式，采用多端口差分信号方式，实现超声换能器的激励驱动工作。
[0021]进一步地，装置采用多端口单端信号方式驱动，复合电极层中的每一个电极都对应一个独立的单端信号端口，相邻电极所接电信号极性相同，且电极之间不共连，所述纯电极层的电极连接电系统的公共端。
[0022]上述进一步方案的有益效果是：通过上述驱动方式，也可以采用多端口单端信号方式，实现超声换能器的激励驱动工作。
[0023]进一步地，超声换能器的层叠结构数目根据实际情况为可变的，根据实际需求按照本专利技术描述的结构顺序进行更多层次的增加或更少层次的减少。
[0024]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据实际需求对超声换能器的层叠数目可进行增加或减少，有效扩大本专利技术的适用范围。
[0025]除此之外，本专利技术还采用的技术方案为：一种具有多电极多压电层的超声换能器的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
[0026]S1：在基材上沉积一层蚀刻停止层；
[0027]S2：对沉积完一层蚀刻停止层的基材进行多次沉积和蚀刻，制作出所需包含基材和蚀刻停止层的超声换能器结构；
[0028]S3：通过蚀刻的方法，将制作的包含基材和蚀刻停止层的超声换能器结构中的基材和蚀刻停止层释放去掉，得到一种具有多电极多压电层的超声换能器。
[0029]上述方案的有益效果是：上述技术方案，用于制作本专利技术提出的换能器结构，便于实现规模化生产，简化了现有技术中空腔型压电微机械超声换能器的制作工艺，降低了制
作成本。
附图说明
[0030]图1为一种具有多电极多压电层的超声换能器第一结构图。
[0031]图2为一种具有多电极多压电层的超声换能器第二结构图。
[0032]图3为复合电极层中的电极和绝缘间隙的第一横截面结构。
[0033]图4为复合电极层中的电极和绝缘间隙的第二横截面结构。
[0034]图5为复合电极层中的电极和绝缘间隙的第三横截面结构。
[0035]图6为一种具有多电极多压电层的超声换能器的制作方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0037]实施例1，如图1所示，一种具有多电极多压电层的超声换能器，所述超声换能器包括由上到下依次设置的七层结构，第一层结构和第五层结构均为纯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多电极多压电层的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包括由上到下依次设置的七层结构，第一层结构和第五层结构均为纯电极层或复合电极层，第二层结构、第四层结构和第六层结构均为纯压电层，第三层结构和第七层结构均为复合电极层或纯电极层，所述复合电极层包括电极和绝缘间隙。2.根据权利要求1所述的具有多电极多压电层的超声换能器，其特征在于，所述纯电极层和复合电极层均由电极组成，各所述电极属性相同，仅在尺寸上有差异，所述纯压电层由压电薄膜组成，各所述压电薄膜属性相同，仅在尺寸上有差异。3.根据权利要求2所述的具有多电极多压电层的超声换能器，其特征在于，所述电极由导电材料制作，所述压电薄膜由具有压电效应的材料制作。4.根据权利要求1所述的具有多电极多压电层的超声换能器，其特征在于，所述复合电极层中的电极和绝缘间隙依次间隔排列，且所述电极和绝缘间隙的尺寸和数量均是可变的。5.根据权利要求4所述的具有多电极多压电层的超声换能器，其特征在于，所述复合电极层中的电极和绝缘间隙的俯视排列图为从左至右依次排列的矩形形状、从内向外依次排列的环形形状或从内向外依次排列的方环形形状。6.根据权利要求1所述的具有多电极多压电层的超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴付，
申请(专利权)人：四川泰猷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：