CN101115572A - 镀覆压电复合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造包括用于超声换能器(10)的陶瓷元件(12)的压电复合物元件的方法,其中该陶瓷元件(12)嵌在例如环氧树脂的聚合物(14)内,该方法包括首先研磨所述复合物的表面并通过酸蚀刻该陶瓷(12)以除去受损伤的陶瓷(12)。该环氧树脂随后通过等离子体蚀刻被除去,使得陶瓷(12)略微提升高于环氧树脂。该复合物被溅射镀覆,使得不超过将会损伤镀层的最高温度。陶瓷(12)随后被极化,使得不超过将会损伤镀层的最高温度。触头(16)随后结合到毗邻陶瓷(12)的镀层。在阵列中,陶瓷元件(12)可以是柱的形式。多个陶瓷元件(12)与聚合物(14)交错布置。

Description

镀覆压电复合物的方法
技术领域
本发明涉及涂敷有镀层的压电复合物以及涂敷该镀层以提供改善的附着力和可靠性的方法,更具体而言涉及具有陶瓷柱阵列的陶瓷压电复合物的超声换能器以及该换能器的制造方法。
背景技术
超声换能器结合一个或多个压电振动器,压电振动器电连接到形式为超声测试单元的脉冲接收单元。压电换能器转换来自脉冲单元的电脉冲并将电信号转换成机械振动,该机械振动通过与其耦合的材料例如金属而传输。压电材料具有从与其耦合的材料接收机械振动并将该机械振动转换成发送到接收单元的电脉冲的能力。通过跟踪发送电脉冲和接收电信号之间的时间差并测量接收波的幅值,可以确定该材料的各种特性。机械脉冲通常是在约0.5MHz至约25MHz的频率范围内,因此该机械脉冲称为超声波,该设备由此得名。因此,例如超声测试可以用于确定材料厚度或者材料内缺陷的存在及尺寸。
超声换能器可以以仅发送单元和仅接收单元的形式成对使用。然而,换能器经常为既发送又接收脉冲的收发器。换能器可以是单个元件,或者单个换能器可包括多个陶瓷元件。本发明广泛涉及由一个或多个陶瓷元件组成的换能器或探针以及这些换能器的改善制造方法。使用复合陶瓷的这些换能器包括单元件换能器、双元件换能器和阵列(相控阵)换能器。
目前是通过提供例如锆钛酸铅(PZT)陶瓷的单片陶瓷材料来生产这些换能器。陶瓷被处理成产生从不受加工影响的陶瓷实心片突出的预定侧的多个间隔支柱(column)/柱(post)或平面。该不受影响的陶瓷实心片称为陶瓷骨架。本发明更狭义上涉及用于超声探针的陶瓷元件的加工的改进,其中该探针不仅包括该陶瓷,还包括匹配层、衬垫、外壳及连接器。
在形成了也称为划片(diced)陶瓷的多个间隔柱或间隔平面之后,使用环氧树脂聚合物填充这些柱或平面之间的间隙。涂敷足够的环氧树脂聚合物,以形成覆盖划片陶瓷且与该陶瓷骨架相对的连续的环氧树脂层。
该陶瓷骨架随后通过研磨而除去。为了确保彻底除去陶瓷骨架,该陶瓷去除操作延伸到骨架下并略微至该划片陶瓷内,除去各个柱或平面的小部分。这不重要,因为重要的是维持具有平整表面光洁度的平坦表面。研磨之后的表面平行度标准为0.0002″,且表面光洁度约为35,000埃单位或更平滑,典型地介于约15,000至约35,000埃单位之间。在骨架除去之后,工件翻转且环氧树脂聚合物通过研磨而除去。各个柱的小部分再次被除去,但是重要的是维持具有平滑表面光洁度的平坦表面。环氧树脂聚合物或陶瓷骨架是否首先被除去并不重要,尽管如果陶瓷骨架首先被除去则该加工则略微容易。在加工中此时,该工件包括嵌在环氧树脂聚合物内的多个陶瓷柱。工件两侧随后被精细研磨。在精细研磨之后,陶瓷柱下沉通常低于环氧树脂聚合物约15,000至约30,000埃。通过可选的抛光步骤,柱的下沉可以减小为比环氧树脂表面低2000埃。图1示出了在可选的抛光操作之后现有技术多阵列换能器的剖面,其中该换能器表面上涂敷有镀覆层32,该图描述了位于环氧树脂24表面下的陶瓷柱12。
在超声清洗器中清洗陶瓷以除去任何受损的陶瓷。清洗器的功率设置是可调的,且功率设置调整至这样的水平,即,柱上的镀层在清洗期间不从该柱被除去。清洗之后,陶瓷被漂洗且随后进行等离子体清洗,该陶瓷工件被溅镀,且该镀层进行附着力测试。该陶瓷工件随后被划片去活化以及极化以激活该陶瓷。
尽管该方法可以生产有效的换能器,但是存在与该换能器相关的问题。这些问题与下沉低于环氧树脂表面的陶瓷柱或平面相关联。溅镀工艺在表面上提供非常薄的镀层。总镀层厚度约为15000埃,这是通过可见工艺(a lineof sight process)涂敷的。由于陶瓷柱下沉低于环氧树脂聚合物表面,该溅镀工艺可能不会提供均匀的表面涂层,特别是沿着在环氧树脂聚合物和陶瓷材料的平行平面之间延伸的垂直表面。此外,由于溅镀操作是在约120℃(约250)的温度下进行,环氧树脂自由地无限制膨胀到陶瓷柱或平面上方。尽管该膨胀小,但是由于溅镀工艺中沉积的镀层薄,该膨胀足以破坏沿着陶瓷柱和环氧树脂水平表面之间的环氧树脂聚合物在垂直方向延伸的薄镀层,导致陶瓷的不良性能,例如低的电容。在溅镀之后,陶瓷被划片去活化和极化以激活陶瓷。极化的温度范围高达约100至110℃。在极化之后,触点焊接到该镀层。
这种配置的另一个问题为,下沉的陶瓷难以焊接。结果是,在焊接工艺期间的焊接热量由环氧树脂承受,导致环氧树脂膨胀,并进一步增大了薄镀层破裂以及由此导致不合格焊接连接的可能性。
具有由陶瓷形成的多个元件且元件不下沉低于聚合物的换能器可以克服上述与现有技术换能器相关联的许多难题,但是这种换能器及其制作方法在本领域中迄今为止仍是未知的。
发明内容
本发明提供了一种具有陶瓷元件的换能器,其中该陶瓷提升高于聚合物。由该换能器的制造方法而产生换能器的这种有利配置。该换能器可包括含有嵌在环氧树脂内的陶瓷元件的压电复合元件,例如在单元件换能器中可发现的。该换能器可包括具有嵌在环氧树脂内的多个陶瓷元件的压电复合元件,这些陶瓷元件通过聚合物彼此分隔。该多个压电陶瓷元件可以与其中两个陶瓷元件被不导电聚合物分隔的双元件换能器一样简单,为陶瓷元件的四元件阵列,或者包括具有更多数目的压电元件的阵列,各个元件被类似地分隔。例如可以容易地制造具有约2500个元件的50×50阵列,其中各个元件为矩形且边长约为0.002英寸。在阵列中,陶瓷元件可以是柱的形式,各个柱为在受激发时作为多个波点源的发射体,或者陶瓷元件可以为带的形式,这些带形成平面界面,各个带在受激发时为平面波的发射体。多个陶瓷元件略微提升高于聚合物且与聚合物成交错布置。结果,包括该陶瓷和环氧树脂的复合物的面并不包含真正的平面布置。该面包括涂敷在其上的例如贵金属的导电层。各个形成发射体的陶瓷元件通过焊接到导电层的触点而并行地单独连接到驱动信号和接地。通过同时激发各个陶瓷元件,声波性能得到显著改善,因为本发明提供了改善的陶瓷元件和镀层之间电连接的可靠性。在该配置中,结合了依据本发明制作的陶瓷的换能器还提供了更低的声阻抗和更佳的功率转换,特别是对于粗糙表面。当采用柱配置时,结合了依据本发明制作的陶瓷的换能器还提供改善的分辨率。
本发明的换能器是通过首先提供具有第一侧和第二侧的单片陶瓷材料而形成的。该陶瓷从第一侧加工以产生从第二侧突出的预选定尺寸的多个间隔支柱/柱,该第二侧为不受加工影响的形成骨架的陶瓷实心片。随后使用例如聚合物的不导电材料填充这些柱或平面之间的间隙。应用充分的聚合物,以形成覆盖该划片陶瓷且与该陶瓷骨架相对的连续的层。该陶瓷骨架随后通过研磨而除去,工件翻转,且聚合物通过研磨而除去。各个柱的小部分被除去,只要提供具有平滑表面光洁度的平坦表面即可。包括嵌在聚合物内的多个陶瓷柱的该工件随后被精细研磨。此时,陶瓷柱下沉通常低于聚合物约15,000至约30,000埃。这些制备技术实际上与现有技术相同。
现在,该工件首先在酸溶液中蚀刻。酸溶液选择为择优侵蚀陶瓷。在工件蚀刻充分时间后,该工件从酸中移出,并使用去离子水溶液清洗足以中和该酸的时间。该工件随后使用非反应气体干燥,且该工件随后被等离子体蚀刻。等离子体蚀刻对聚合物进行蚀刻,使得聚合物下沉低于陶瓷元件的表面,由此暴露陶瓷柱。在等离子体蚀刻之后,换能器表面在低于约75℃的温度下被溅镀。陶瓷元件随后被划片去活化,且随后在低于约60℃的温度下被极化。极化之后,触点可以按常规方式焊接到金属化的换能器元件。
本发明的显著优点在于,各个形成本发明换能器的多个陶瓷元件延伸高于聚合物矩阵多达约25,000埃,这提供了与现有技术换能器所提供表面不同的表面。如果太多陶瓷露出,则容易破裂。
上述优点克服了与现有技术换能器相关联的一系列问题,由此产生了附加优点。由于陶瓷元件延伸高于聚合物矩阵,陶瓷将会限制聚合物的膨胀。然而,由于该溅镀是在远低于先前溅镀操作的温度下进行的,这种膨胀不严重,使得更少的膨胀和更小的应力作用于该薄的易碎镀层。
按照类似的方式,划片去活化和极化是在远低于现有技术温度的温度下进行,使得这些操作提供到换能器材料的膨胀更少,同样导致更小的应力作用于该薄的易碎镀层。
陶瓷元件延伸高于聚合物矩阵产生的另一个优点在于,将触点焊接到元件形成的热量将导致陶瓷元件承受焊接热量。这是期望的,因为陶瓷材料与聚合物矩阵相比可以更容易对热量起反应。陶瓷材料通常具有低的热膨胀系数,因此该热量对易碎镀层的影响较小,该镀层在更小膨胀时将经历更低的应力。
本发明的工艺的另一个优点在于,声学层更容易附着到突出高于聚合物的陶瓷柱。声学层涂敷在陶瓷的面上。当阵列形式的陶瓷柱下沉低于聚合物表面时,用于将声学层附着到换能器表面的材料难以浸润柱的顶部。需要恰当地浸润这些柱,从而获得这些产生超声的非常小的柱与声学层之间的有效耦合。无法实现柱和声学层之间的良好接触则会导致换能器具有低的增益。当用于将声学层附着到陶瓷表面的粘合剂未能接触陶瓷柱顶部时,通常会出现上述失败。另外,通过提供具有略微突出高于聚合物的陶瓷柱的陶瓷表面,则通过楔焊而非焊接可以提供与陶瓷柱的电连接。当聚合物突出高于陶瓷柱时楔焊是不可能的,因为聚合物通常不够硬或不够坚固以支持楔焊的施加。
本发明的另一个优点在于,在研磨操作之后在超声浴中对陶瓷材料的酸蚀刻会侵蚀陶瓷柱的晶界。酸配置成到达此目的,且与超声振动组合帮助除去陶瓷柱的损伤区域,由此提供结构上更完好的表面,随后涂敷的溅射镀层将附着到该表面。
通过结合附图进行的对优选实施例的下述更详细的描述,本发明的其它特征和优点将变得显而易见,其中附图仅以示例的方式说明本发明的原理。
附图说明
图1为表面上涂敷有镀层的现有技术多阵列换能器的剖面视图,描述了陶瓷柱低于环氧树脂的表面。
图2为多阵列换能器的剖面视图。
图3为划片之后陶瓷柱的透视图。
图4为填充有不导电聚合物的陶瓷区块的剖面视图。
图5为精细研磨操作已经完成之后的换能器的正视图。
图6为等离子体蚀刻后本发明的工件的剖面视图,描述了陶瓷柱高于环氧树脂的表面。
具体实施方式
图2描述结合了本发明的压电复合物的多阵列换能器10。该换能器包含多个压电复合物陶瓷柱12。各个陶瓷柱12通过例如聚合物的不导电材料14与相邻陶瓷柱12分隔开。在优选实施例中,该聚合物为环氧树脂。该压电陶瓷复合物柱特征在于:在暴露于电激励时能够振动以由此产生在下文中称为超声波的机械波或声波,以及在受到入射声波激发时产生电脉冲。优选的金属材料为锆钛酸铅(PZT),尽管也可以采用本领域中公知的例如多晶弛豫材料(PZN-PT材料)和偏压电致收缩材料(PMN-PT铁弹性弛豫材料)的其它等效材料。各个陶瓷柱12或元件包括电连接器16以允许元件与包含电源的装置并联连接。该装置通常为超声测试单元,该超声测试单元除了包括电源之外,还具有调节测试单元接收的信号以及显示这些信号的能力。超声测试单元在本领域中是公知的,尽管与本发明结合使用,但是不形成本发明的一部分。换能器10通常包括方便多阵列换能器连接到测试片的护面材料18。
本发明的压电复合物陶瓷柱12初始被提供为预选定尺寸的陶瓷材料块。该预选定尺寸是基于换能器尺寸来选择的。陶瓷块通常机械切割成多个柱,产生柱的二维阵列。执行这种切割的方法是公知的,且任何用于切割该陶瓷块的可接受方法可以被采用。优选地使用划片机切割该陶瓷块。具有从陶瓷骨架22向上突出的陶瓷柱的划片陶瓷块20示于图3,柱之间的间隙为陶瓷块划片之后留下的切槽。
划片陶瓷块20的切槽随后填充有不导电材料14,如图4所示,该图为区块20的剖面图,其中该区块20填充有环氧树脂24从而为薄且易碎的柱12提供结构支持,特别是沿受到剪切负载的横向。从图4可以看出,环氧树脂24形成覆盖陶瓷柱12的环氧树脂骨架26,并填充这些柱之间的间隙区域28。
陶瓷骨架22和环氧树脂骨架26均必须除去。陶瓷骨架22和环氧树脂骨架26通常最初被粗研磨以除去材料主体。期望粗研磨陶瓷骨架22和环氧树脂骨架以尽可能靠近陶瓷柱而不暴露陶瓷柱。然而,有时研磨会略微延展到骨架22、26之下。下一个机械操作为精细研磨操作以产生平滑均匀的表面。填充了环氧树脂的陶瓷的各侧经历这些研磨操作。该精细研磨操作可以通过产生平滑均匀表面的任何可接受的方法来达成。线性研磨、抛光以及背面研磨都是可接受的精细研磨步骤。图5描述了精细研磨之后精细研磨的换能器30的表面。图5描述了被环氧树脂24包围的陶瓷柱12,陶瓷柱12下沉较环氧树脂24的表面低约15,000-30,000埃单位。
为了将陶瓷柱12置于与环氧树脂24相同的平面内,将精细研磨的工件置于酸溶液中。酸溶液选择为蚀刻压电陶瓷复合物柱而作为预镀覆步骤。尽管选定的酸依赖于所使用的具体陶瓷材料,HBF4和HNO3的溶液对于蚀刻PZT陶瓷是有效的。更具体而言,优选地通过将约200毫升的HNO3(体积比50%的浓缩酸)和约4毫升的HBF4(体积比50%的浓缩酸)添加到约1796毫升而得到2000毫升的溶液,由此形成HBF4约体积比0.1%和HNO3约体积比5%的溶液。该溶液是实践本发明的最佳模式中使用的溶液的示例。将会理解,所披露的酸的其它浓度以及其它的酸都可以采用,只要该酸蚀刻陶瓷晶粒的晶界即可。该工件在超声清洗器中在该酸溶液中振动充分的时间以蚀刻陶瓷柱。优选的蚀刻时间约为30秒,尽管蚀刻时间将依赖于酸的浓度及所使用的酸。该时间必须足以蚀刻柱的晶界,以方便除去在研磨操作期间损伤的陶瓷材料。所有此处描述的超声清洗器工作于80KHz,尽管这些超声清洗器可以工作于不同频率,只要所要求的工艺步骤成功地达成即可。
在蚀刻之后,工件从清洗器移出,且酸被中和。用于中和该酸的优选方法为使用去离子水的多步冲洗。该工件首先使用去离子水漂洗约2分钟。随后,该工件置于具有去离子水的第二超声清洗器中约3-4分钟的预选定时间,随后通过例如氮气的非反应气体吹干,当然也可以采用惰性气体。在优选实施例中,干燥的过滤空气用于干燥该工件。
接着,环氧树脂24被择优除去,使得陶瓷柱12不再下沉低于环氧树脂24。环氧树脂12通过等离子体蚀刻择优地从工件表面被除去。环氧树脂24的等离子体蚀刻是通过高能量气流来达成的,该高能量气流从工件表面除去环氧树脂24,但是不对陶瓷柱12产生不利影响。氧气为优选的等离子体蚀刻气体。在等离子体蚀刻操作时,等离子体气流可以达到约250-290范围的温度。等离子体蚀刻是在约1500埃每分钟的速率下完成的,并持续足够长的时间以产生具有高于环氧树脂的所需高度的陶瓷柱12。等离子体蚀刻所需的时间长度将依据精细研磨或抛光后工件上环氧树脂的数量而变化,环氧树脂的数量越多,则所需要的时间越长。由于蚀刻表面以实现包括厚度为几个原子层的环氧树脂24和陶瓷柱12的平面是极难实现的,优选实施例充分地蚀刻该环氧树脂24,使得陶瓷柱12略微高于相邻的环氧树脂24,但是高于环氧树脂不超过约25000埃。具有突出高于环氧树脂的陶瓷柱的这种优选配置示于图6。工件两侧均按照这种方式被等离子体蚀刻。
紧接着该等离子体蚀刻工艺完成之后,该工件置于溅射腔体内,蚀刻的工件的两个对立面在约75℃(167)的最高温度下以及更优选地在约62℃(144)的最高温度下溅射镀覆。选定的温度与聚合物的膨胀有关。如果温度太高,聚合物的膨胀太大且溅射镀覆受到不利影响。对于环氧树脂,该温度为比tg(玻璃化转变温度)高约10℃至约15℃。明显地,该最高溅射温度将随聚合物成分不同而变化,因此聚合物的膨胀/收缩是影响该镀覆的决定因素。更低的原子溅射温度、陶瓷柱的蚀刻、以及陶瓷柱12高于环氧树脂或者与环氧树脂大约处于相同水平面的组合,提供了镀层与工件表面的更佳的附着。由于陶瓷柱、环氧树脂以及构成该镀层的金属材料之间热膨胀的差异,避免了现有技术工艺中提升的温度并将镀覆工艺维持在75℃以下,这降低了当工件冷却时在该非常薄镀层内的热致应力,由此提供具有更高可靠性的工件,因为由于镀层失效所致的失效可能性降低。该镀层优选地涂敷成钛、钯和银的三层。钛在约1.5mTorr的真空下涂敷成厚度约300至约600埃单位的第一层。钯层在约4mTorr的真空下涂敷在钛上至约2000至3000埃的厚度。银层在约4mTorr的真空下涂敷在钯层上至约9000至12000埃的厚度。为了维持温度在60℃以下,需要仔细地控制以约500毫安的电流进行溅射。初始电压为408伏特,但是该电势并非仔细控制且将随目标材料而变化。然而,为了避免超过最高温度,需要分多个阶段溅射银。在上述安培数和电压下,需要四个分隔的10分钟的镀覆阶段,这些镀覆阶段具有用于冷却的居间时间段。
在溅射镀覆之后,工件的镀覆侧在约60℃(140)的温度下被极化以激活压电陶瓷材料。优选地,镀覆温度维持在低于约60℃的温度。极化要求产生跨过陶瓷的高电压场。该陶瓷浸渍在介电流体中以防止电弧放电。本发明在低于约60℃的温度下实现极化,该温度低于由PZT制造者推荐的110℃的现有技术极化温度。本发明还在更高电压/单位厚度,高达约170伏特(V)/每0.001″下实现极化,该电压/单位厚度也高于由PZT制造者推荐的约150伏特每0.001″的电压。极化为各个单独的陶瓷柱提供了电势。极化温度更低的优点在于,环氧树脂膨胀减小,从而不对镀层产生不利影响。可以采用的极化温度将随着聚合物的不同,依据聚合物的热膨胀和达成极化所需温度而变化。柱被并联地电连接,使得来自电源的更短的电脉冲将导致各个柱同时振动并产生声学脉冲。反射脉冲导致陶瓷柱振动并产生电信号。来自不同陶瓷柱的反射脉冲与相应电信号之间的定时接收和幅值的略微差异可以由该换能器所连接到的超声设备来解决和调整,从而向受训练的技术人员提供有意义的信息。
可以对该工件执行随后的精整操作从而产生成品换能器,例如向换能器表面提供声学层。然而,这些工艺在本领域中是公知的,本发明未对这些公知实践提供贡献。
尽管本发明已经参考优选实施例得到描述,但是本领域技术人员应该理解,在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种改变且可以对其元件进行等效替换。此外,可以进行许多改进以将具体情形或材料适用于本发明的教导而不背离本发明的实质范围。因此本发明不限于披露为视为实施本发明的最佳模式的具体实施例,但是本发明包括落在所附权利要求的范围的所有实施例。

Claims (10)

1.一种制造用于超声换能器(10)的陶瓷元件(12)的方法,包括如下步骤:
提供具有第一侧和对立的第二侧的预选定尺寸的陶瓷材料(20),所述陶瓷(20)进一步特征为压电弹性材料;
将所述陶瓷材料(20)封装在不导电聚合物(14)内以形成复合物;
加工所述复合物第一侧以暴露所述陶瓷材料(20),所述第一面内的陶瓷材料(20)在所述复合物内定位为低于所述第一面内的聚合物(14);
加工所述复合物的第二侧以暴露所述陶瓷材料(20),所述第二面内的陶瓷材料(20)在所述复合物内定位为低于所述第二面内的聚合物(14);
酸蚀刻所述复合物的第一侧,所述酸选择为择优侵蚀所述陶瓷材料(20);
酸蚀刻所述复合物的第二侧,所述酸选择为择优侵蚀所述陶瓷材料(20);随后
等离子体蚀刻所述复合物的第一侧上的聚合物(14)足够长的时间以除去所述复合物(14),使得所述陶瓷材料(20)延伸高于所述复合物第一侧上的聚合物(14);
等离子体蚀刻所述复合物的第二侧上的聚合物(14)足够长的时间以除去所述复合物(14),使得所述陶瓷材料(20)延伸高于所述复合物第二侧上的聚合物(14);
使用导电材料在第一预选定温度下镀覆所述复合物的第一侧,其中所述第一预选定温度足够低,使得所述陶瓷(20)和所述聚合物(14)之间的膨胀差异不损伤所涂敷的镀层;
使用导电材料在所述足够低的第一预选定温度下镀覆所述复合物的第二侧,使得所述陶瓷(20)和所述聚合物(14)之间的膨胀差异不损伤所涂敷的镀层;随后
在第二预选定温度下去活化所述陶瓷(20)和极化所述陶瓷(20),其中所述第二预选定温度足够低,使得所述陶瓷(20)和所述聚合物(14)之间的膨胀差异不损伤所涂敷的镀层;随后
将触点结合到所述镀覆复合物的一侧;以及
将声学层涂敷到所述复合物以形成所述换能器(10)。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述镀覆的步骤包括在低于约75℃的第一预选定温度下溅射到所述复合物的第一侧。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述去活化和极化的步骤包括在不超过约60℃的温度极化所述陶瓷(20)。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述提供陶瓷材料(20)的步骤包括提供选自由PZT、PZN-PT和PMN-PT组成的组的陶瓷材料(20)。
5.如权利要求1所述的方法,其中将所述陶瓷(20)封装在不导电聚合物(14)内的步骤包括将所述陶瓷(20)封装在环氧树脂内。
6.如权利要求1所述的方法,其中加工所述复合物的第一侧和加工所述复合物的第二侧的步骤包括粗研磨所述复合物的第一侧和粗研磨所述复合物的第二侧。
7.如权利要求6所述的方法,其中加工所述复合物的第一侧和加工所述复合物的第二侧的步骤还包括在所述粗研磨之后精细研磨的附加步骤。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述精细研磨的附加步骤包括选自由线性研磨、抛光以及粗研磨组成的组的工艺。
9.如权利要求7所述的方法,其中所述陶瓷材料(20)在精细研磨之后下沉低于所述聚合物(14)约15,000-30,000埃之间。
10.如权利要求4所述的方法,其中所述酸选择为择优蚀刻所述陶瓷材料(20)的晶界。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883979A (zh) * 2012-12-26 2015-09-02 富士胶片株式会社 单层压电片型超声波探头及其制造方法
CN113265695A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 南京萨特科技发展有限公司 合金箔电阻器挂镀治具及方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7581296B2 (en) 2007-04-11 2009-09-01 Ge Inspection Technologies, Lp Acoustic stack for ultrasonic transducers and method for manufacturing same
WO2009055767A2 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Trs Technologies, Inc. Micromachined piezoelectric ultrasound transducer arrays
US8264129B2 (en) 2010-07-21 2012-09-11 General Electric Company Device and system for measuring material thickness
US8680745B2 (en) 2010-07-21 2014-03-25 General Electric Company Device for measuring material thickness
US8857261B2 (en) 2012-04-12 2014-10-14 General Electric Company Sensing device and method of attaching the same
JP5949599B2 (ja) 2013-03-05 2016-07-06 コニカミノルタ株式会社 複合圧電体の製造方法、超音波探触子の製造方法、複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置
JP6275018B2 (ja) * 2014-11-25 2018-02-07 公益財団法人鉄道総合技術研究所 圧電材とその製造方法、接触検出装置、荷重検出装置及び異常状態検出装置
EP4216294A1 (en) * 2022-01-25 2023-07-26 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method of molding a piezoelectric pillar device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85102335B (zh) * 1985-04-01 1988-07-20 株式会社日立医疗器械 复合式超声换能器及其制造方法
DE3678635D1 (de) * 1985-05-20 1991-05-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultraschallwandler.
CN86206715U (zh) * 1986-09-05 1987-06-03 李少夫 振子挠性封装超声波雾化换能器
US5744898A (en) * 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
CN1029511C (zh) * 1993-03-16 1995-08-16 咸寿荣 镍电极超声雾化压电换能器及其制造工艺
DE19820466C2 (de) * 1998-05-07 2002-06-13 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur gezielten Beaufschlagung einer biologischen Probe mit Schallwellen
JP2000307162A (ja) * 1999-04-20 2000-11-02 Olympus Optical Co Ltd 圧電構造体および複合圧電振動子の製造方法、複合圧電振動子
JP2001326999A (ja) * 2000-05-18 2001-11-22 Olympus Optical Co Ltd 圧電構造体の加工方法および複合圧電体の製造方法
US6441538B1 (en) * 2000-05-19 2002-08-27 Acuson Corporation Ultrasound stacked transducer and method for stacking
US6483225B1 (en) * 2000-07-05 2002-11-19 Acuson Corporation Ultrasound transducer and method of manufacture thereof
JP2002217461A (ja) * 2001-01-16 2002-08-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合圧電材料
JP3849976B2 (ja) * 2001-01-25 2006-11-22 松下電器産業株式会社 複合圧電体と超音波診断装置用超音波探触子と超音波診断装置および複合圧電体の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883979A (zh) * 2012-12-26 2015-09-02 富士胶片株式会社 单层压电片型超声波探头及其制造方法
CN113265695A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 南京萨特科技发展有限公司 合金箔电阻器挂镀治具及方法

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