CN113203967B - 一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，通过调节相邻的顶层导体和底层导体之间的交叠面积，调节柔性平面电容的容值，进而调节磁共振射频线圈的谐振频率，可以精确地调节磁共振射频线圈的谐振频率，而且不破坏柔性印刷电路板的机械结构，这种方法调节出来的电容，其耐压强度不受影响，完全可以在失谐电路和共模抑制巴伦等高耐压电路中使用。

Description

一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法

技术领域

本发明涉及一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，属于医疗器械磁共振成像技术领域。

背景技术

磁共振成像是一种先进的人体无损成像的技术，广泛应用于人体各个部位疾病的诊断。磁共振射频线圈是磁共振成像系统的重要组成部分，其性能直接决定着磁共振成像质量的好坏。

近来使用柔性印刷电路板制成的柔性平面电容代替传统的陶瓷电容是磁共振射频线圈技术的一大进展，使用这种技术可以显著降低线圈的厚度和重量，增强线圈的柔软度和舒适性。

这种柔性平面电容不仅可以用在线圈的谐振回路当中以调谐线圈的频率，还可以用在失谐电路甚至共模抑制巴伦当中。

请参阅图1，柔性磁共振射频线圈常用的双层柔性印刷电路板，除了顶层导体11、底层导体12和中间的绝缘介质层13外，顶层导体11外和底层导体12外分别有一层聚酰亚胺覆盖膜14、15，用于绝缘和防止氧化。默认情况下，聚酰亚胺覆盖膜是全部覆盖导体的，除非特殊指定，比如焊盘等地方覆铜层才会露出来。

如专利CN201810888994.3种公开了一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，使用柔性平面电容时候，调节频率最简单的方法是用剪刀直接裁剪形成电容的包括上下两层导体和中间绝缘介质的柔性印刷电路板的面积，这种方法非常简单，但却有两个问题：一个是由于中间的绝缘介质层通常都很薄，一般不超过0.1mm，所以裁剪的时候很容易造成上层导体和下层导体短路；另外一个问题是即使不短路，切口处的上层铜皮和下层铜皮的边缘直接暴露在空气中，而间隙只有通常不到0.1mm，所以不能承受比较高的电压。这对于线圈谐振回路中调谐线圈谐振回路频率的电容还问题不大，但对于失谐电路中的电容和共模抑制巴伦中的电容，这就构成了一个大问题。因为这些地方的电容两端在磁共振系统发射期间通常都会有很高的射频电压，可能高达上千伏特，所以切口边缘处很容易会电离击穿，从而造成非常大的安全隐患。

而其它传统的频率调试方法，比如并联小容值电容法，使用可调电容法，均需要焊接多余的元器件，这就完全破坏了柔性平面线圈的柔软性并增加厚度和重量，失去了柔性平面电容的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，可以精确地调节线圈的频率，而且不破坏柔性印刷电路板的机械结构，这种方法调节出来的电容，其耐压强度不受影响，完全可以在失谐电路和共模抑制巴伦等高耐压电路中使用。

实现上述目的的技术方案是：一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，所述磁共振射频线圈采用柔性印刷电路板制成，包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的若干段顶层导体和位于绝缘介质层的下表面的若干段底层导体，所述顶层导体和底层导体交错分布，相邻的顶层导体和底层导体之间交叠，交叠的顶、底层导体与中间的绝缘介质层一起形成柔性平面电容，所述顶层导体和底层导体均为覆铜层；其特征在于，所述化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，包括以下步骤：

S1，确定调节参数，磁共振射频线圈的谐振频率f的计算公式为：

式(1)中，L为电感值；C为柔性平面电容的容值，柔性平面电容的容值C的计算公式为：

C＝ε₀*ε_r*A/d(2)

式(2)中，ε₀为真空介电常数，ε_r为绝缘介质层的相对介电常数，A为顶层导体和底层导体的交叠面积，d为绝缘介质层的厚度；

通过改变交叠面积A可以调节柔性平面电容的容值；

S2，在磁共振射频线圈的柔性印刷电路板上，将需要调节容值的柔性平面电容的顶、底层导体的交叠面积A做的比实际需要的交叠面积A₀大，预留一部分可调交叠面积B，可调交叠面积B的顶层导体或底层导体的外部不覆盖聚酰亚胺保护膜，直接暴露在空气中，且A-B<A₀；

S3，在进行频率调试之前，先使用网路分析仪测试一下磁共振射频线圈的当前谐振频率f，柔性平面电容的交叠面积A大于实际需要的交叠面积A₀，则当前谐振频率f低于预期的谐振频率f₀；如果当前谐振频率f高于预期的谐振频率f₀，则需要重新设计生产磁共振射频线圈的柔性印刷电路板；

S4，在需要调试磁共振射频线圈频率的时候，先将柔性印刷线路板上的除待调试柔性平面电容外的暴露出来的覆铜层用薄聚酰亚胺胶带覆盖住，然后将待调试的柔性平面电容的可调交叠面积的覆铜层的一部分用薄聚酰亚胺胶带覆盖住，把可调交叠面积的覆铜层的另外一部分暴露出来，暴露出来的可调交叠面积的估算公式为：

式(3)中，ΔA为暴露出来的可调交叠面积的估算值，A为柔性平面电容的交叠面积，f为当前谐振频率；f₀为预期的谐振频率；

S5，然后将磁共振射频线圈放置在铜腐蚀液中进行腐蚀；待暴露出来的可调交叠面积上的覆铜层完全腐蚀掉后，从铜腐蚀液中取出磁共振射频线圈，测试磁共振射频线圈的当前振频频率；

S6，如果当前谐振频率与预期的谐振频率f₀相符，则腐蚀调节频率成功；如果磁共振射频线圈的当前谐振频率低于预期的磁共振系统频率f₀，则重复步骤S4和S5，将余下的可调交叠面积的一部分再暴露出来并继续腐蚀，直至磁共振射频线圈的谐振频率达到预期；如果磁共振射频线圈的当前谐振频率高于预期的磁共振系统频率f₀，则腐蚀调节频率失败。

上述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其中，步骤S4中，暴露出来的可调交叠面积小于可调交叠面积的估算值ΔA。

上述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其中，步骤S6中，当前谐振频率等于f₀±0.1MHz时，判定当前谐振频率与预期的谐振频率f₀相符；当前谐振频率小于f₀-0.1MHz时，判定当前谐振频率低于预期的谐振频率f₀；当前谐振频率大于f₀+0.1MHz时，判定当前谐振频率高于预期的谐振频率f₀。

上述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其中，磁共振射频线圈中有多个需要调节容值的柔性平面电容，针对每个需要调节容值的柔性平面电容，使用上述的方法，经过多轮的反复腐蚀，直到每一个柔性平面电容都调节成功。

本发明的化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，通过调节相邻的顶层导体和底层导体之间的交叠面积，调节柔性平面电容的容值，进而调节磁共振射频线圈的谐振频率，可以精确地调节线圈的频率，而且不破坏柔性印刷电路板的机械结构，这种方法调节出来的电容，其耐压强度不受影响，完全可以在失谐电路和共模抑制巴伦等高耐压电路中使用。

附图说明

图1为柔性磁共振射频线圈常用的双层柔性印刷电路板的叠层示意图；

图2为柔性磁共振射频线圈中使用的柔性传输线和柔性共模抑制巴伦的结构示意图；

图3为柔性平面电容的局部放大图；

图4为腐蚀前用薄聚酰亚胺胶带覆盖暴露的覆铜层的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

磁共振射频线圈采用柔性印刷电路板制成，包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的若干段顶层导体和位于绝缘介质层的下表面的若干段底层导体，顶层导体和底层导体交错分布，相邻的顶层导体和底层导体之间交叠，交叠的顶、底层导体与中间的绝缘介质层一起形成柔性平面电容，顶层导体和底层导体均为覆铜层。

请参阅图2，柔性磁共振射频线圈中使用的柔性传输线和柔性共模抑制巴伦的结构示意图，由双层柔性印刷电路板制成，绝缘介质层13为聚酰亚胺，顶层导体11和底层导体12可以形成传输射频信号的柔性传输线2，顶层导体11的宽度小于底层导体12的宽度，较细的顶层导体11作用类似于同轴线的芯线，较粗的底层导体12作用类似于同轴线的屏蔽线。在传输线的底层导体某一段的两端分别通过一段连接线5连接到一个柔性平面电容3(容值为C)，此柔性平面电容3也是由有一定相互交叠面积的顶、底层导体和两者之间的绝缘介质层制成。柔性传输线2的这段底层导体和连接线所形成一个电感(电感值为L)与柔性平面电容3并联，形成一个并联谐振电路，该并联谐振回路形成共模抑制巴伦4。

本发明的实施例，一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，包括以下步骤：

S1，确定调节参数，磁共振射频线圈的谐振频率f的计算公式为：

式(1)中，L为电感值；C为柔性平面电容的容值，柔性平面电容的容值C的计算公式为：

C＝ε₀*ε_r*A/d(2)

式(2)中，ε₀为真空介电常数，ε_r为绝缘介质层的相对介电常数，A为顶层导体和底层导体的交叠面积，d为绝缘介质层的厚度；

电感值L取决于柔性传输线的底层导体12和其两端的连接线5的宽度和形状，电路的设计一旦确定，L调节起来比较困难。所以，电路设计完成后，可以通过改变交叠面积A可以调节柔性平面电容的容值。

S2，请参阅图图3，在磁共振射频线圈的柔性印刷电路板上，将需要调节容值的柔性平面电容的顶、底层导体的交叠面积A做的比实际需要的交叠面积A₀大，预留一部分可调交叠面积B(见图3)，可调交叠面积B的顶层导体或底层导体的外部不覆盖聚酰亚胺保护膜，直接暴露在空气中，且A-B<A₀；

S3，在进行频率调试之前，先使用网路分析仪测试一下磁共振射频线圈的当前谐振频率f，柔性平面电容的交叠面积A大于实际需要的交叠面积A₀，则当前谐振频率f低于预期的谐振频率f₀；如果当前谐振频率f高于预期的谐振频率f₀，则则说明电路设计失败，这批柔性印刷电路板不能使用，需要重新设计生产磁共振射频线圈的柔性印刷电路板。

S4，请参阅图4，在需要调试磁共振射频线圈频率的时候，先将柔性印刷线路板上的除待调试柔性平面电容外的所有焊盘等暴露出来的覆铜层用薄聚酰亚胺胶带覆盖住，然后将待调试的柔性平面电容的可调交叠面积的覆铜层的一部分30也用薄聚酰亚胺胶带覆盖住(见图4)，把可调交叠面积的覆铜层的另外一部分暴露出来，暴露出来的可调交叠面积的估算公式为：

式(3)中，ΔA为暴露出来的可调交叠面积的估算值，A为柔性平面电容的交叠面积，f为当前谐振频率；f₀为预期的谐振频率；

由于存在绝缘介质厚度和介电常数等因素的不确定性，所以在实际过程中，一定要循序渐进，暴露出来的可调交叠面积需要适当地小于可调交叠面积的估算值ΔA，防止腐蚀掉太多调不回来。

S5，然后将磁共振射频线圈放置在铜腐蚀液中进行腐蚀；待暴露出来的可调交叠面积上的覆铜层完全腐蚀掉后，从铜腐蚀液中取出磁共振射频线圈，测试磁共振射频线圈的当前振频频率；腐蚀时间取决于所使用的腐蚀液的配方、覆铜层厚度和腐蚀液的温度。如果需要可以将腐蚀液适当地加温，这样会加速腐蚀的过程。腐蚀过程可以用肉眼观察，待前述暴露出来的可调交叠面积上的覆铜层完全腐蚀掉之后，取出柔性印刷线路板，适当清洗，再次测试其谐振频率，

S6，如果当前谐振频率等于f₀±0.1MHz时，判定当前谐振频率与预期的谐振频率f₀相符，腐蚀调节频率成功；如果当前谐振频率小于f₀-0.1MHz时，判定当前谐振频率低于预期的谐振频率f₀，则重复步骤S4和S5，将余下的可调交叠面积的一部分再暴露出来并继续腐蚀，直至磁共振射频线圈的谐振频率达到预期；如果当前谐振频率大于f₀+0.1MHz时，判定当前谐振频率高于预期的谐振频率f₀，则腐蚀调节频率失败，此片柔性印刷电路板作报废处理。

在步骤S4中，需要注意的是：由于整块柔性印刷电路板上可能有很多其它焊盘，此时需要将所有其它焊盘等暴露的覆铜层全部用聚酰亚胺胶带覆盖保护起来。如果同一片柔性印刷电路板上同时有多个需要调节容值的柔性平面电容，则可以根据上述方法，将多个柔性平面电容的可调交叠面积的一部分暴露面积遮盖起来，同时留下一部分暴露出来待腐蚀，经过多轮的反复腐蚀，直到每一个柔性平面的电容都调节成功。

在腐蚀前，需要检查整块柔性印刷电路板，确认所有需要保护的焊盘等覆铜层都保护完好，需要去掉的覆铜层已经暴露出来。

本发明的化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，在设计磁共振柔性线圈的柔性印刷电路板的时候，将需要调节容值的柔性平面电容的交叠面积故意做的比实际需要的面积大一些，预留一部分的可调交叠面积，可调交叠面积上面不覆盖聚酰亚胺保护膜，直接暴露出来；在调试频率的时候，将可调交叠面积的覆铜层的一部分使用薄聚酰亚胺胶带等覆盖住，把需要去掉的一部分可调交叠面积暴露出来，然后放置在铜腐蚀液中腐蚀一段时间，待这部分面积的覆铜完全腐蚀掉后，从腐蚀液中取出，测试其频率，如果频率仍然偏低，则再暴露出另外一部分的覆铜，继续腐蚀，直到频率正好为止。

综上所述，本发明的化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，可以精确地调节线圈的频率，而且不破坏柔性印刷电路板的机械结构，这种方法调节出来的电容，其耐压强度不受影响，完全可以在失谐电路和共模抑制巴伦等高耐压电路中使用。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，所述磁共振射频线圈采用柔性印刷电路板制成，包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的若干段顶层导体和位于绝缘介质层的下表面的若干段底层导体，所述顶层导体和底层导体交错分布，相邻的顶层导体和底层导体之间交叠，交叠的顶、底层导体与中间的绝缘介质层一起形成柔性平面电容，所述顶层导体和底层导体均为覆铜层；其特征在于，所述化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，包括以下步骤：

S1，确定调节参数，磁共振射频线圈的谐振频率f的计算公式为：

式(1)中，L为电感值；C为柔性平面电容的容值，柔性平面电容的容值C的计算公式为：

C＝ε₀*ε_r*A/d (2)

式(2)中，ε₀为真空介电常数，ε_r为绝缘介质层的相对介电常数，A为顶层导体和底层导体的交叠面积，d为绝缘介质层的厚度；

通过改变交叠面积A可以调节柔性平面电容的容值；

S2，在磁共振射频线圈的柔性印刷电路板上，将需要调节容值的柔性平面电容的顶、底层导体的交叠面积A做的比实际需要的交叠面积A₀大，预留一部分可调交叠面积B，可调交叠面积B的顶层导体或底层导体的外部不覆盖聚酰亚胺保护膜，直接暴露在空气中，且A-B<A₀；

S3，在进行频率调试之前，先使用网路分析仪测试一下磁共振射频线圈的当前谐振频率f，柔性平面电容的交叠面积A大于实际需要的交叠面积A₀，则当前谐振频率f低于预期的谐振频率f₀；如果当前谐振频率f高于预期的谐振频率f₀，则需要重新设计生产磁共振射频线圈的柔性印刷电路板；

S4，在需要调试磁共振射频线圈频率的时候，先将柔性印刷线路板上的除待调试柔性平面电容外的暴露出来的覆铜层用薄聚酰亚胺胶带覆盖住，然后将待调试的柔性平面电容的可调交叠面积的覆铜层的一部分用薄聚酰亚胺胶带覆盖住，把可调交叠面积的覆铜层的另外一部分暴露出来，暴露出来的可调交叠面积的估算公式为：

式(3)中，ΔA为暴露出来的可调交叠面积的估算值，A为柔性平面电容的交叠面积，f为当前谐振频率；f₀为预期的谐振频率；

S5，然后将磁共振射频线圈放置在铜腐蚀液中进行腐蚀；待暴露出来的可调交叠面积上的覆铜层完全腐蚀掉后，从铜腐蚀液中取出磁共振射频线圈，测试磁共振射频线圈的当前谐振频率；

S6，如果当前谐振频率与预期的谐振频率f₀相符，则腐蚀调节频率成功；如果磁共振射频线圈的当前谐振频率低于预期的磁共振系统频率f₀，则重复步骤S4和S5，将余下的可调交叠面积的一部分再暴露出来并继续腐蚀，直至磁共振射频线圈的谐振频率达到预期；如果磁共振射频线圈的当前谐振频率高于预期的磁共振系统频率f₀，则腐蚀调节频率失败。

2.根据权利要求1所述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其特征在于，步骤S4中，暴露出来的可调交叠面积小于可调交叠面积的估算值ΔA。

3.根据权利要求1所述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其特征在于，步骤S6中，当前谐振频率等于f₀±0.1MHz时，判定当前谐振频率与预期的谐振频率f₀相符；当前谐振频率小于f₀-0.1MHz时，判定当前谐振频率低于预期的谐振频率f₀；当前谐振频率大于f₀+0.1MHz时，判定当前谐振频率高于预期的谐振频率f₀。

4.根据权利要求1所述的一种化学腐蚀法调节磁共振射频线圈频率的方法，其特征在于，磁共振射频线圈中有多个需要调节容值的柔性平面电容，针对每个需要调节容值的柔性平面电容，使用如权利要求1所述的方法，经过多轮的反复腐蚀，直到每一个柔性平面电容都调节成功。