CN102151150A - 一种二维阵列三维成像换能器及其制造方法 - Google Patents

一种二维阵列三维成像换能器及其制造方法 Download PDF

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本发明公开了一种二维阵列三维成像换能器及其制造方法。所述的换能器包括：压电晶片（1）；依次粘接在所述压电晶片的地电极面上的第一匹配层（2）和第二匹配层（3）；在所述压电晶片上切割出的纵横正交的二维阵列；地电极连接导线（6）；FPC板（8）；和PCB板（9），所述的FPC板（8）逐层将压电晶片（1）的信号电极引线（7）与PCB板（9）的信号引线焊接点（16）焊接在一起，构成信号传输通路。本发明巧妙地引入FPC板，将阵列电极引线逐层焊接在PCB板上，待相关性能参数测试合格后灌注背衬材料与声透镜材料，极大地优化了工艺的可操作性，适合于批量生产作业。

Description

一种二维阵列三维成像换能器及其制造方法
技术领域
本发明涉及医疗诊断超声系统，特别涉及一种二维阵列三维成像换能器及
其制造方法。
背景技术
在超声成像中，曲面阵列换能器能发射扇状图像的分散波束，并且减小波束控制与聚焦所需的电子延迟。传统技术大致分为两派，日系技术与欧美技术，日系技术以硬背衬为主（背衬材料流动性差，需预先通过模具压制成型，然后再粘接使用），通过把压电晶片材料粘接到柔性基板上，再切割制造成平坦而柔软的线性阵列，切割的方向为由匹配层方向切向柔性基本材料方向。随后在一块基底（backing）材料上弯曲所述的柔性线性阵列，该块基底材料被加工成所期望的曲率并且提供声学阻尼以及保持新弯曲的阵列形状，因信号电极被背衬材料覆盖，地电极被匹配层覆盖，要先清理出电极引线后才能焊接电极引线，其通常利用柔性电路板连接到各换能器阵元的电极露出端。这种工艺要实现二维阵列引线，引线工艺非常复杂且极具挑战性，中国专利号CN101239747A，《弯曲的二维阵列换能器》提出了一种ASIC集成电路引线工艺，但该工艺可操作性非常差，不利于批量生产。欧美技术则以软背衬为主（背衬材料流动性强，可直接灌注成型），把压电晶片材料粘接在匹配层上，再切割制造成平坦而柔软的线性阵列，切割的方向为由压电晶片切向匹配材料层方向，在这一工艺技术中，采用的压电晶片材料为电极包边型，成型后，地电极引线区与信号电极引线区裸露在顶层，方便地电极引线焊接与信号电极引线的焊接，焊接完电极引线后再灌封背衬材料层与声透镜材料层。该工艺复杂，涉及ASIC集成电路引线工艺的外协定制，工艺难度与制造成本都极高。
发明内容
本发明的目的在于提供克服上述现有技术中存在的问题，提出一种二维阵
列三维成像换能器及其制造方法。
本发明提出的二维阵列三维成像换能器包括：压电晶片，该压电晶片采用地电极面包边型结构，正负电极之间设有一电极隔离槽；依次粘接在所述压电晶片的地电极面上的第一匹配层和第二匹配层；在所述压电晶片上切割出的纵横正交的二维阵列，其横向切割槽切透至第二匹配层，纵向切割槽未切透压电晶片，保证地电极面的横向连通；地电极连接导线，用于将地电极并联焊接在一起，作为公共地电极引线；利用FPC板逐层将压电晶片的信号电极引线与PCB板的信号引线焊接点焊接在一起，构成信号传输通路。；背衬材料层，在实现声学阻尼的同时，也将PCB板、FPC板与压电晶片灌注固定；声透镜材料层，在灌注好背衬材料层工件的第二匹配层外灌注声透镜层，实现声学透声与聚焦的功能。
本发明还提出一种二维阵列三维成像换能器的制造方法，包括下列步骤：
步骤1、将第一匹配层和第二匹配层依次粘接压电晶片的地电极面上；
步骤2、将步骤1粘接好的工件割成纵横正交的二维阵列，其横向切割槽
切透至第二匹配层，纵向切割槽未切透压电晶片，保证地电极面的横向连通；
步骤3、将切割好的工件放置在成型模具上成型成平面或曲面；
步骤4、将地电极连接导线并联焊接在一起作为公共电极引线；
步骤5、用FPC板逐层将压电晶片的信号电极引线与PCB板的信号引线焊
接点焊接在一起，构成信号传输通路；
步骤6、将焊接并测试合格的工件装入背衬灌注模具，将背衬材料灌注到
模具中，固化成型；
步骤7、将背衬固化成型的工件装入声透镜灌注模具中，将声透镜材料灌
注到模具中，固化成型。
与现有技术相比，本发明生产制造上，首先将压电晶片与匹配材料层粘接，再采用阵列切割工艺（纵向半切，横向透切），然后巧妙地引入FPC板阵列焊接工艺，将FPC板逐层将压电晶片的信号电极引线与PCB板的信号引线焊接点焊接在一起，待相关性能参数测试合格后灌注背衬材料层与声透镜层，极大地优化了工艺的可操作性，适合于批量生产作业。彻底解决因电极引线工艺缺陷而使得该产品无法批量使用的难题。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细的说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是匹配层与压电晶片的粘接示意图；
图3是粘接匹配层的压电晶片的切割示意图；
图4是本发明中压电晶片曲面成型示意图；
图5是本发明产品的立体示意图。
具体实施方式
如图1和图5所示，本发明提出一种二维阵列三维成像换能器，包括：压电晶片1，该压电晶片采用地电极面包边型结构，正负电极之间设有一电极隔离槽5，包边处作为地电极引线焊接区131，中间部分作为信号电极引线焊接区141；依次粘接在压电晶片1的地电极面13上的第一匹配层2和第二匹配层3；在压电晶片上切割出的纵横正交的二维阵列，其横向切割槽11切透至第二匹配层，纵向切割槽12未切透压电晶片，保证地电极面的横向连通；地电极连接导线6，用于将地电极并联焊接在一起，作为公共地电极引线；FPC板8，其上设有容纳信号电极引线7的镂空槽；PCB板9，该FPC板逐层将压电晶片1的信号电极引线7与PCB板9的信号引线焊接点16焊接在一起；背衬材料层15，用于将焊接完成的工件进行灌注固定并承担声学阻尼的功能；声透镜层4，在灌注好背衬材料层的工件的第二匹配层3外灌注一层声透镜层4，实现声学的透声与物理聚焦的功能。
本发明生产制造上，首先将压电晶片与匹配材料层粘接，再采用阵列切割工艺（纵向半切，横向透切）切割成二维阵列，然后巧妙地引入FPC板8阵列焊接工艺，将阵列电极引线逐层焊接在PCB板9上，待相关性能参数测试合格后灌注背衬材料与声透镜材料。
本发明提出的二维阵列三维成像换能器的制造方法，包括下列步骤：
步骤1、将第一匹配层2和第二匹配层3依次粘接压电晶片1的地电极面上，如图2所示；
步骤2、将步骤1粘接好的工件从压电晶片侧切割成纵横正交的二维阵列，其横向切割槽11切透至第二匹配层，纵向切割槽12未切透压电晶片，纵向要保证阵列地电极引线的导通，故不能将压电晶片的地电极面切断，如图3所示；
步骤3、将切割好的工件放置在成型模具17上成型，如图4所示，模具17可以是平面模具或曲面模具，不同的成型模具可加工不同曲面或平面的二维阵列。图4示出了在本发明的2D阵列的成型模具上的阵列弯曲；
步骤4、将地电极连接导线6并联焊接在一起作为公共电极引线，如图1所示；
步骤5、用FPC板8逐层将压电晶片1的信号电极引线7与PCB板9的信号引线焊接点16焊接在一起,如图1所示；
步骤6、将焊接并测试合格的工件装入背衬灌注模具，将背衬材料15灌注到模具中，固化成型；
步骤8、将背衬固化成型的工件装入声透镜灌注模具中，将声透镜材料4灌注到模具中，固化成型；
步骤9、将声透镜固化成型的工件插上探头连接，封装探头外壳，二维阵列三维成像换能器加工完成，如图5所示。
本发明在结构与制造方法上的创新，极大降低了工艺难度，降低了制造成本，适合于批量生产。

Claims (8)

1.一种二维阵列三维成像换能器，其特征在于包括：压电晶片（1），该压电晶片采用地电极面包边型结构，正负电极之间设有一电极隔离槽（5）；依次粘接在所述压电晶片的地电极面上的第一匹配层（2）和第二匹配层（3）；在所述压电晶片上切割出的纵横正交的二维阵列，其横向切割槽（11）切透至第二匹配层，纵向切割槽（12）未切透压电晶片，保证地电极面的横向连通；地电极连接导线（6），用于将地电极并联焊接在一起，作为公共地电极引线；FPC板（8），其上设有容纳信号电极引线（7）的镂空槽；PCB板（9），所述的FPC板(8)逐层将压电晶片的信号电极引线(7)与PCB板(9)的信号引线焊接点(16)焊接在一起；背衬材料层(15)，用于将焊接完成的工件进行灌注固定并承担声学阻尼的功能；声透镜层(4)，在灌注好背衬材料层的工件的第二匹配层(3)外灌注一层声透镜层(4)，实现声学的透声与物理聚焦的功能。
2.根据权利要求1所述的成像换能器，其特征在于：所述压电晶片（1）为平面。
3.根据权利要求1所述的成像换能器，其特征在于：所述压电晶片（1）为曲面。
4.一种二维阵列三维成像换能器的制造方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤1、将第一匹配层（2）和第二匹配层（2）依次粘接压电晶片（3）的
地电极面上；
步骤2、将步骤1粘接好的工件从压电晶片侧切割成纵横正交的二维阵列，
其横向切割槽（11）切透至第二匹配层，纵向切割槽（12）未切透压电晶片，保证地电极面的横向连通；
步骤3、将切割好的工件放置在成型模具上成型；
步骤4、将地电极连接导线（6）并联焊接在一起作为公共电极引线；
步骤5、用FPC板(8)逐层将压电晶片的信号电极引线(7)与PCB板(9)的信
号引线焊接点(16)焊接在一起；
步骤6、将焊接并测试合格的工件装入背衬灌注模具，将背衬材料灌注到
模具中，固化成型；
步骤7、将背衬固化成型的工件装入声透镜灌注模具中，将声透镜材料灌
注到模具中，固化成型。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤3中，切割好的工件放置在成型模具上成型成平面。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤3中，切割好的工件放置在成型模具上成型成曲面。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，将声透镜层固化成型的工件插上探头连接电缆线，封装探头外壳。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述的FPC板(8)逐层将压电晶片的信号电极引线(7)与PCB板(9)的信号引线焊接点(16)焊接在一起。
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