CN105170435B - 高频超声换能器及其制备方法 - Google Patents
高频超声换能器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105170435B CN105170435B CN201510611328.1A CN201510611328A CN105170435B CN 105170435 B CN105170435 B CN 105170435B CN 201510611328 A CN201510611328 A CN 201510611328A CN 105170435 B CN105170435 B CN 105170435B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- joint
- cutting
- piezoelectric patches
- back sheet
- electrode lay
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本申请公开了一种高频超声换能器及其制备方法，包括：在压电片的上表面设置第一电极层，在第一电极层上设置背衬层；从背衬层切入压电片形成切缝，往切缝内填充不导电的聚合物，使切缝贯穿压电片；在压电片的下表面设置第二电极层；在第二电极层的下表面设置匹配层，在被切缝分割开的各部分中选择两个，其中至少一个的第二电极层从一个侧面延伸至背衬层，分别在背衬面使用导线将正极和负极引出。本申请由于增加了导电背衬层，通过切缝分割为一定的形状，并在切缝内填充不导电的聚合物，使材料变得柔软，在加工过程中不易损坏；采用包边电极的方式，将正负电极置于背衬层表面，方便引线连接且不影响添加匹配层。
Description
技术领域
本申请涉及超声技术领域，尤其涉及一种高频超声换能器及其制备方法。
背景技术
高频球形自聚焦(或平面)超声换能器所需的压电片都很薄，并且几何尺寸也很小。由于压电片硬而脆的特性，所以在制备球形超声换能器的过程中，压电片很容易破损，导致成品率极低。因为压电片的尺寸很小，所以单面焊线的焊点很难控制的很小，焊点基本会覆盖在整个压电片的发射表面上，由于压电材料与焊锡的阻抗不匹配，发射声波在通过焊点时会损耗很大，严重影响到超声探头的声学性能。。
发明内容
本申请提供一种高频超声换能器及其制备方法。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种高频超声换能器制备方法，包括：
在压电片的上表面设置电极层，在所述电极层上设置背衬层，所述背衬层由导电材料制成；
从所述背衬层切入所述压电片形成切缝，所述切缝使切入部分至少分割为两个部分，往所述切缝内填充不导电的聚合物，对所述压电片进行磨削，磨削后所述切缝贯穿所述压电片；
在所述压电片的下表面设置第二电极层，所述第二电极层至少从一个侧面延伸至所述背衬层，且设置所述第二电极层后，被所述切缝分割开的各部分之间绝缘；
在所述第二电极层的下表面设置匹配层，制得半成品；
将所述半成品在被切缝分割开的各部分中选择两个，其中至少一个的所述第二电极层从一个侧面延伸至所述背衬层，分别在背衬面使用导线将正极和负极引出；
将所述半成品使用外壳进行封装，制得超声换能器。
上述方法，所述半成品为长方体形，且所述切缝平行于长边或宽边。
上述方法，所述切缝为井字型。
上述方法，所述第二电极层环绕半成品的四周。
上述方法，所述正极从井字型的中间部分引出，所述负极从井字型的四周部分择一引出；或者，所述负极从井字型的中间部分引出，所述正极从井字型的四周部分择一引出。
上述方法，所述压电片由压电陶陶瓷材料、压电陶陶瓷复合材料、单晶铁电材料或单晶铁电复合材料制成。
上述方法，所述在所述压电片的下表面的第二电极层上设置匹配层，制得半成品后，还包括：使用球面成型夹具将所述半成品整体压为球形。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种高频超声换能器，包括转接头、导线、外壳和设置在所述外壳内的超声换能器组件，所述转接头通过所述导线分别与所述超声换能器组件上的正极和负极连接，所述超声换能器组件包括由不导电的聚合物填充的切缝和由下往上依次排列的匹配层、第二电极层、电压片、第一电极层和背衬层，所述切缝贯穿所述背衬层的上表面和所述压电片的下表面，所述切缝将所述超声换能器组件至少分割为两个部分，所述第二电极层至少从一个侧面延伸至所述背衬层，且设置所述第二电极层后，被所述切缝分割开的各部分之间绝缘，在被切缝分割开的各部分中选择两个分别设置正极和负极。
上述高频超声换能器中，所述超声换能器为平面超声换能器，所述切缝为井字型，所述第二电极层环绕半成品的四周，所述正极设置在井字型的中间部分，所述负极设置在井字型的四周部分；或者，所述负极设置在井字型的中间部分，所述正极设置在井字型的四周部分。
上述高频超声换能器中，所述超声换能器为球形超声换能器。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的具体实施方式中，在压电片的上表面设置电极层，在电极层上设置背衬层，从背衬层切入压电片的切缝中填充不导电的聚合物，在压电片的下表面设置第二电极层，第二电极层至少从一个侧面延伸至所述背衬层，形成包边电极，在背衬面使用导线将正极和负极引出，本申请由于增加了导电背衬层，通过切缝分割为一定的形状，并在切缝内填充不导电的聚合物，使材料变得柔软，在加工过程中不易损坏；采用包边电极的方式，将正负电极置于背衬层表面，方便引线连接且不影响添加匹配层。
附图说明
图1为本申请的高频超声换能器制备方法在一种实施方式中的流程图；
图2为本申请的高频平面超声换能器在一种实施方式中的制备过程示意图；
图3为本申请的高频平面超声换能器在一种实施方式中的结构示意图；
图4为本申请的高频球形超声换能器在一种实施方式中的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一：
如图1、图2所示，本申请的高频超声换能器制备方法，其一种实施方式，包括以下步骤：
步骤102：在压电片11的上表面设置第一电极层12，在第一电极层12上设置背衬层13，背衬层13由导电材料制成。
压电片11由压电陶陶瓷材料、压电陶陶瓷复合材料、单晶铁电材料或单晶铁电复合材料制成。先将压电片11清洗干净，待其晾干。再将压电片11粘贴在特定的平台上，通过精磨磨床来精确的将其厚度磨削至t1（此厚度大于压电超声换能器声学性能要求的厚度）。
将以上制备的压电片11清洗干净，待其晾干。使用磁控溅射方法、沉积方法、电镀方法或是离心方法等，在压电片11的上表面制备一层薄的电极，即第一电极层12。第一电极层很薄12，厚度不超过1um，图2中为了可以便于显示，将第一电极层12的厚度放大。在制备电极的过程中，保证压电片11的平整度不受到影响。
在第一电极层12面上添加一层导电背衬材料，保证导电背衬材料具有很好均匀性和导电性，由于导电背衬本身具有很大的衰减，高频超声换能器声波传播过程中衰减也很大，所以导电背衬在满足超声换能器声学性能的要求下，做很薄的一层即可,将导电背衬层的厚度精磨至t2，并且保证其平面度要高。
步骤104：从背衬层13切入压电片11形成切缝，切缝14使切入部分至少分割为两个部分，往切缝14内填充不导电的聚合物，对压电片11进行磨削，磨削后切缝14贯穿压电片11。
将以上制备的压电片11和背衬层13表面清洗干净，待其晾干。使用划片机将背衬层14分割为所需要的形状和尺寸，切缝的深度为t3，（深度t3大于t2+t4的总厚度即可，其中t 4为超声换能器声学性能要求的压电片厚度），相当于切穿背衬层13的厚度，并切入一部分的压电片11，切入压电片11的厚度大于声学性能要求的压电片厚度t2即可。切缝14可以有一条也可以有多条。在一种实施方式中，切缝14为一条，且平行背衬层13的长或宽。其中，背衬层13的大小为声学性能要求的压电片长宽尺寸。在另一种实施方式中，切缝为多条，如四条，即切缝14为井字型。背衬层13分割为一个回型，井字型中间部分的背衬层的大小为声学性能要求的压电片长宽尺寸，井字型四围用于连接压电片前面的电极，预留四围宽度满足引线要求即可。
将以上制备的压电片11和背衬面13清洗干净，待其晾干。使用不导电的聚合物填充切缝14，不导电的聚合物包括环氧树脂或环氧树脂和氧化铝的混合物，待聚合物固化后，将切缝表面多余的聚合物磨掉并保证磨削后背衬层13的平整度要高。
将以上制备的压电片11和背衬层13清洗干净，待其晾干。以分割后的背衬层13为基准，将以上材料粘贴在特定的平台上，将厚度t1的压电片磨削至超声换能器声学性能要求的压电片厚度t4，磨削过程中保证压电片的平面度要高。
步骤106：在压电片11的下表面设置第二电极层15，第二电极层15至少从一个侧面延伸至背衬层13，且设置第二电极层15后，被切缝14分割开的各部分之间绝缘。
将以上制备压电片11和背衬层13清洗干净，待其晾干。使用磁控溅射方法、沉积方法、电镀方法或是离心方法等，在压电片11的下表面制备一层薄的电极即第二电极层。在制备电极的过程中，保证压电片11制备电极后的平整度，保证材料不至弯曲变形。制备的第二电极层至少有一边电极与四围的导电背衬连通，形成包边电极，第二电极层也很薄，不超过1um，图2中为了可以显示第二电极层15，在图中将其厚度放大。
步骤108：在第二电极层15的下表面设置匹配层16，制得半成品。
在一种实施方式中，半成品可以为长方体形，且切缝14平行于长边或宽边。在另一种实施方式中，所述第二电极层15可以环绕半成品的四周。
在第二电极层15的下表面添加一层均匀的匹配层材料，匹配层材料由环氧树脂与氧化铝以一定的比例混合而成，其中氧化铝在混合物中所占的比例为0～30%，将其厚度磨削至指定厚度t5，使其声阻抗和厚度均满足超声换能器声学性能的要求，并保证磨削后匹配层的平整度要高。
步骤110：将半成品在被切缝14分割开的各部分中选择两个，其中至少一个的第二电极层15从一个侧面延伸至背衬层13，分别在背衬面13使用导线将正极和负极引出。
在背衬层13将电极用导线22引出。正极23从井字型的中间部分引出，负极24从井字型的四周部分择一引出；或者，负极24从井字型的中间部分引出，正极23从井字型的四周部分择一引出。由于背衬层13上表面至压电片11下表面被分割并填充了不导电的聚合物，并且四围的背衬层已经与前面的电极面导通，所以井字型背衬层可以单面连接正极和负极两个引线端。
图2中的2（a）、2（b）、2（c）和2（d）为高频平面超声换能器的制备过程示意图。
步骤112：将所述半成品使用外壳进行封装，制得超声换能器。
引线完毕后，使用外壳21和转换头将制备的超声换能器封装，即制备出了高频平面超声换能器。
本申请的高频超声换能器制备方法，其另一种实施方式，在步骤108之后，步骤110之前，还包括以下步骤：
步骤109：使用球面成型夹具将半成品整体压为球形。
本申请在压电片的背面添加一层薄的导电背衬层，从而可以将压电材料磨到很薄，可以满足高频超声换能器的声学性能要求。
第二电极层采用包边电极的方式，可以将压电材料前面的电极端置于背衬层，方便引线连接。
在压电材料的背面添加一层薄的导电背衬，并且将其分割为井字型，可以通过包边电极将压电片前端电极置于井字型背衬层的边缘位置。背衬层可以直接作为两个电极引线端。
压电片硬而脆，在两面分别添加一层薄的导电背衬层和匹配层，成型时，将其加热到一定温度，缓慢压为球形，导电背衬和匹配层可以保护压电材料不被压破碎，并且可以获得球面曲率半径小的高频超声换能器。
高频超声换能器，频率越高，压电片越薄且越小，单面引线还可以避免匹配层面焊线，减少焊点对超声换能器性能的影响。
自聚焦超声换能器不用添加声透镜，减少声能量的损耗，并且不容易产生旁瓣。
本专利提供一种制备球形超声换能器的方法，前期的制备工艺与传统平面工艺主要区别在于使用了导电的背衬。导电背衬具有很大的衰减，可以制作很薄的一层背衬，有利于成型。并且将其分割为一定的形状，并采用包边电极的方式，将正负电极置于同一面，方便引线连接且不影响添加匹配层。本专利也有利于添加匹配层，匹配层可以提高前端发射的声能量，提升超声换能器的效率。并且有匹配层和背衬将压电材料夹在中间，相当于给压电材料一种保护，成型的时候，压电材料不易产生破裂，也有利于弯曲，获得更小的曲率半径。包边电极和回型背衬形成的单面引线，非常有易于引线连接，简单且易操作。
实施例二：
如图3、图4所示，本申请的高频超声换能器，其一种实施方式，包括转接头（图未示）、导线22、外壳21和超声换能器组件，超声换能器组件设置在外壳21内，转接头通过导线22分别与超声换能器组件上的正极23和负极24连接。超声换能器组件包括切缝14、匹配层16、第二电极层15、电压片11、第一电极层12和背衬层13，由不导电的聚合物填充的切缝14内，匹配层16、第二电极层15、电压片11、第一电极层12和背衬层13由下往上依次排列，切缝14贯穿背衬层13的上表面和压电片11的下表面，切缝14将超声换能器组件至少分割为两个部分，第二电极层15至少从一个侧面延伸至背衬层13，且设置第二电极层15后，被切缝14分割开的各部分之间绝缘，在被切缝14分割开的各部分中选择两个分别设置正极23和负极24。
在一种实施方式中，本申请的高频超声换能器可以为平面超声换能器，切缝14为井字型，第二电极层15环绕半成品的四周，正极23设置在井字型的中间部分，负极24设置在井字型的四周部分；或者，负极24设置在井字型的中间部分，正极23设置在井字型的四周部分。
在另一种实施方式中，本申请的高频超声换能器可以为球形超声换能器。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (9)
1.一种高频超声换能器制备方法，其特征在于，包括：
在压电片的上表面设置第一电极层，在所述第一电极层上设置背衬层，所述背衬层由导电材料制成；
从所述背衬层切入所述压电片形成切缝，所述切缝使切入部分至少分割为两个部分，往所述切缝内填充不导电的聚合物，对所述压电片进行磨削，磨削后所述切缝贯穿所述压电片；
在所述压电片的下表面设置第二电极层，所述第二电极层至少从一个侧面延伸至所述背衬层，且设置所述第二电极层后，被所述切缝分割开的各部分之间绝缘；
在所述第二电极层的下表面设置匹配层，制得半成品，所述第二电极层环绕半成品的四周；
将所述半成品在被切缝分割开的各部分中选择两个，其中至少一个的所述第二电极层从一个侧面延伸至所述背衬层，分别在背衬面使用导线将正极和负极引出；
将所述半成品使用外壳进行封装，制得超声换能器。
2.如权利要求1所述的高频超声换能器制备方法，其特征在于，所述半成品为长方体形，且所述切缝平行于长边或宽边。
3.如权利要求2所述的高频超声换能器制备方法，其特征在于，所述切缝为井字型。
4.如权利要求3所述的高频超声换能器制备方法，其特征在于，所述正极从井字型的中间部分引出，所述负极从井字型的四周部分择一引出；或者，所述负极从井字型的中间部分引出，所述正极从井字型的四周部分择一引出。
5.如权利要求1所述的高频超声换能器制备方法，其特征在于，所述压电片由压电陶陶瓷材料、压电陶陶瓷复合材料、单晶铁电材料或单晶铁电复合材料制成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的高频超声换能器制备方法，其特征在于，所述在所述压电片的下表面的第二电极层上设置匹配层，制得半成品后，还包括：
使用球面成型夹具将所述半成品整体压为球形。
7.一种高频超声换能器，包括转接头、导线、外壳和设置在所述外壳内的超声换能器组件，所述转接头通过所述导线分别与所述超声换能器组件上的正极和负极连接，其特征在于，所述超声换能器组件包括由不导电的聚合物填充的切缝和由下往上依次排列的匹配层、第二电极层、压电片、第一电极层和背衬层，所述切缝贯穿所述背衬层的上表面和所述压电片的下表面，所述切缝将所述超声换能器组件至少分割为两个部分，所述第二电极层至少从一个侧面延伸至所述背衬层，且设置所述第二电极层后，被所述切缝分割开的各部分之间绝缘，在被切缝分割开的各部分中选择两个分别设置正极和负极。
8.如权利要求7所述的高频超声换能器，其特征在于，所述超声换能器为平面超声换能器，所述切缝为井字型，所述第二电极层环绕半成品的四周，所述正极设置在井字型的中间部分，所述负极设置在井字型的四周部分；或者，所述负极设置在井字型的中间部分，所述正极设置在井字型的四周部分。
9.如权利要求7所述的高频超声换能器，其特征在于，所述超声换能器为球形超声换能器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510611328.1A CN105170435B (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 高频超声换能器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510611328.1A CN105170435B (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 高频超声换能器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105170435A CN105170435A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105170435B true CN105170435B (zh) | 2017-12-22 |
Family
ID=54893129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510611328.1A Active CN105170435B (zh) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 高频超声换能器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105170435B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017069701A1 (en) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | Agency For Science, Technology And Research | Ultrasound transducer and method of forming the same |
| CN107543864B (zh) * | 2016-09-14 | 2020-01-03 | 北京卫星环境工程研究所 | 航天器泄漏定位用声阵列传感器 |
| CN109926299B (zh) * | 2017-12-18 | 2021-04-20 | 深圳先进技术研究院 | 一种磁兼容式超声换能器及其制造方法 |
| CN109925615B (zh) * | 2017-12-18 | 2021-11-19 | 深圳先进技术研究院 | 一种磁兼容脑部超声刺激装置及其制造方法 |
| CN109926298B (zh) * | 2017-12-18 | 2021-01-05 | 深圳先进技术研究院 | 一种模式转换超声换能器及其制造方法 |
| WO2019119313A1 (zh) * | 2017-12-20 | 2019-06-27 | 深圳先进技术研究院 | 一种拼接式超声换能器及其制作方法 |
| CN108405292A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-17 | 西安电子科技大学 | 一种聚焦内窥超声换能器及其制造方法 |
| WO2020107283A1 (zh) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 深圳先进技术研究院 | 换能器组件及其制备方法 |
| CN109530196B (zh) * | 2018-11-28 | 2023-10-27 | 深圳先进技术研究院 | 换能器组件及其制备方法 |
| CN110828655B (zh) * | 2019-11-15 | 2021-11-30 | 飞依诺科技(苏州)有限公司 | 超声探头、压电复合材料晶片及其制备方法 |
| CN113042348B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-02-22 | 聚融医疗科技(杭州)有限公司 | 一种超声换能器及其制备方法 |
| CN115445896A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-09 | 南京航空航天大学 | 一种超声换能器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4725994A (en) * | 1984-06-14 | 1988-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic transducer with a multiple-folded piezoelectric polymer film |
| 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 |
| US5423220A (en) * | 1993-01-29 | 1995-06-13 | Parallel Design | Ultrasonic transducer array and manufacturing method thereof |
| FR2779575B1 (fr) * | 1998-06-05 | 2003-05-30 | Thomson Csf | Sonde acoustique multielements comprenant un film composite conducteur et procede de fabrication |
| CN203787081U (zh) * | 2014-04-15 | 2014-08-20 | 国家海洋技术中心 | 一种水声换能器 |
-
2015
- 2015-09-23 CN CN201510611328.1A patent/CN105170435B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105170435A (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105170435B (zh) | 高频超声换能器及其制备方法 | |
| CN105127082B (zh) | 超声换能器及其制作方法 | |
| CN105411623A (zh) | 一种二维面阵列超声换能器及其制备方法 | |
| US20140082907A1 (en) | Thick Film Transducer Arrays | |
| CN105490662B (zh) | 一种声表面波滤波器及其制造方法 | |
| CN105413998B (zh) | 线阵换能器及其制备方法 | |
| CN106859700A (zh) | 一种超声环形阵列换能器及其制作方法 | |
| KR102472295B1 (ko) | 초음파 변환기 | |
| CN102176508A (zh) | 一种高频宽波束球冠形发射换能器制备方法 | |
| US20130245450A1 (en) | Method of manufacturing an ultrasound transducer and devices including an ultrasound transducer | |
| CN103041978A (zh) | 聚焦型超声换能器及其制备方法 | |
| CN104907240A (zh) | 一种换能器的弧形阵及制作方法 | |
| WO2021093559A1 (zh) | 超声探头、压电复合材料晶片及其制备方法 | |
| CN104688267A (zh) | 超声波诊断仪器及其制造方法 | |
| CN102151150A (zh) | 一种二维阵列三维成像换能器及其制造方法 | |
| CN210778680U (zh) | 一种球形压电陶瓷复合材料结构及其换能器件 | |
| CN108417707A (zh) | 一种压电复合材料的制备方法及压电复合材料 | |
| CN106413563B (zh) | 超声换能器 | |
| CN110493698A (zh) | 一种高频宽带水声换能器及其制造方法 | |
| CN106823165A (zh) | 一种带立体成像探头的单曲面条状功率超声装置 | |
| CN104505075B (zh) | 一种高频宽带复合材料水声换能器及其制作方法 | |
| CN102594278A (zh) | 一种复合压电振子及其制备方法 | |
| CN208911313U (zh) | 超声换能器 | |
| CN109925615B (zh) | 一种磁兼容脑部超声刺激装置及其制造方法 | |
| CN106684238B (zh) | 一种二维阵列超声换能器的电极引线装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190311 Address after: 518052 Nanshan Medical Devices Industrial Park A411-2, 1019 Nanhai Avenue, Shekou Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Zhongke Green Valley (Shenzhen) Medical Technology Co., Ltd. Address before: 518055 No. 1068, Xue Yuan Avenue, Xili University Town, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen Advanced Technology Research Inst. |