曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法及其结构技术

本发明专利技术公开了一种曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法及其结构，在压电微机械超声换能器的振动膜层上设置有在非工作状态下为曲面的结构，该曲面结构的下方衬底位置为空腔结构，本发明专利技术所要设计的曲面结构的振动膜层对于第一阶和第二阶振动模态，使其发生的频率相互临近甚至耦合，进而获得高带宽响应。所述第一阶和第二阶振动模态分别指振动膜层的第一谐振频率f<subgt;1</subgt;和第二谐振频率f<subgt;2</subgt;，对于本发明专利技术提出的结构，f<subgt;2</subgt;>f<subgt;1</subgt;，振动膜层在谐振频率下工作时，表现出良好的超声发射接收灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声传感器，具体涉及一种曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法及其结构。

技术介绍

1、压电微机械超声换能器是利用压电材料的正逆压电效应使压电层振动，从而发射或者接收超声波信号的器件。压电微机械超声换能器既可做执行器发射超声波，又可做传感器接收超声波，并且基于压电微机械超声换能器工艺的批量化生产和晶圆级封装使压电微机械超声换能器成本极大的降低，非常适合大规模商业应用。压电微机械超声换能器在超声测距、超声成像、超声无损检测等方面都有较好的应用前景，例如，超声成像仪、超声雷达、声呐探测、扫地机器人等具体产品和场景。

2、医用超声成像领域采用的超声换能器的中心频率通常在1mhz～30mhz，其中普遍适用的超声换能器的频率主要是1mhz～15mhz，20-30mhz的换能器主要用于更精细的表皮成像。同等中心频率下，决定成像质量的核心指标之一是超声换能器的带宽。其中超声换能器的带宽是指峰值两侧幅度下降至峰值一半时的两点频率值之间的频率范围。中心频率是指峰值两侧幅度下降至一半的两个频率值的算术平均值。中心频率与频率范围的比值被定义为相对带宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法，其特征在于：对于圆形曲面结构的压电微机械超声换能器，其一阶谐振频率f1和二阶谐振频率f2分别由如下公式(1)和公式(2)计算获得，

3.根据权利要求1所述的设计方法形成的压电微机械超声换能器结构，其特征在于：在压电微机械超声换能器的振动膜层上设置有在非工作状态下为曲面的结构，该曲面结构的下方衬底位置为空腔结构，所述振动膜层的层叠结构中至少包含压电层和电极。

4.根据权利要求3所述的设计方法形成的压电微机械超声换...

【技术特征摘要】

1.一种曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的曲面型大带宽压电微机械超声换能器设计方法，其特征在于：对于圆形曲面结构的压电微机械超声换能器，其一阶谐振频率f1和二阶谐振频率f2分别由如下公式(1)和公式(2)计算获得，

3.根据权利要求1所述的设计方法形成的压电微机械超声换能器结构，其特征在于：在压电微机械超声换能器的振动膜层上设置有在非工作状态下为曲面的结构，该曲面结构的下方衬底位置为空腔结构，所述振动膜层的层叠结构中至少包含压电层和电极。

4.根据权利要求3所述的设计方法形成的压电微机械超声换能器结构，其特征在于：所述曲面结构俯视为圆形或者椭圆形或者椭矩形。

5.根据权利要求3所述的设计方法形成的压电微机械超声换能器结构，其特征在于：振动膜层的层叠结构还包含止刻层、匹配层、支撑层、钝化层、保护层。

6.根据权利要求3所述的设计方法形成的压电微机械超声换能器结构，其特征在于：所述曲面结构的外边缘和...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛鹏飞，李昊，胡小帆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：