CN115007430A - 球面超声换能器的制作方法及超声换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器，该方法包括：根据换能器的尺寸设计凹球面模型，在凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽；将阵元通过粘接剂粘贴到对应的第一凹槽内形成压电阵列，在剩余的第一凹槽内粘贴可导电单元；在凹球面模型内倒入填充胶，控制填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层。本申请提供的上述方案，将阵元放置到对应的第一凹槽内，通过填充胶使得各个阵元、可导电单元粘结在一起，最后设置共地导电层，整体方法制作简便，无需拼接，对制作工艺要求相对较低，有效提高了制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及超声医学治疗技术领域，特别是涉及一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器。
背景技术
随着超声换能器应用领域和作用位置的演变，人们对换能器本身的结构也提出不同的要求，其中一种就是大球冠或半球的超声换能器。这种换能器通常用于超声治疗领域，需要在换能器聚焦区域产生很大的声能量来用于治疗区域。此类换能器根据阵元(超声发射单元)数目可分为两种：单阵元球面换能器和阵列式球面换能器，其中，单阵元换能器的阵元为球面结构，阵列式换能器的阵元通常是由多个较小的平面阵元按一定顺序或无序排列在一个球面上。
目前，单阵元换能器的阵元只需要根据设计人员设计的几何结构、尺寸，找到专业制作压电材料的公司定制即可使用，而阵列式换能器的制作则相对复杂。
如图10所示，实线部分为一个球冠沿正中矢状面所截的轮廓示意图，对于阵列式换能器，根据实际的使用要求，压电阵列所组成的球冠高度H与球的曲率半径R的比值是不一样的，当H与R的比值等于1时，球冠为半球；在比值不同时其球面压电阵列的制作方法也不一样，现有可分为以下两种情况：当H与R的比值小于1/3时，即小球冠，此时，换能器的压电阵列可预先制备，通常方法是让压电阵列处于加热状态使得阵列变得柔软故而容易发生形变，形变完全后维持压制状态让压电阵列冷却定形，从而形成一个球面的压电阵列；当当H与R的比值大于1/3，即大球冠，此时，球面的压电阵列若采用上述方法进行成形，则会导致阵列出现破损、开裂的概率大大增加，阵列将无法成形或极难成形，此时通常采用拼接的形式来制作球面压电阵列，其方法是：预先设计压电阵列需要成形的球冠尺寸，将球冠的球面近似展开成平面，通常会分割成多个形状的平面；然后把多个平面的压电阵列进行形状改造，阵列表面的形状与前述中分割后的平面一样，再按照小球冠的方法进行球面压制成形，随后拼接成一个完整的球冠。
然而，由于大球冠球面的压电阵列在制作时需要分模块拼接，即需要对多个平面进行压电阵列，当多个平面完成压电阵列后，由于各平面压电阵列在压制成形时很难保证其边缘形变量一致，且拼接后各阵列的接缝较宽，降低了整体换能器的精确度，同时，该方法制作过程繁琐，严重影响了工作效率。
发明内容
基于此，有必要针对现有的大球冠的球面压电阵列制作过程复杂的问题，提供一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器。
本发明提供了一种球面超声换能器的制作方法，该方法包括：
根据换能器的尺寸设计凹球面模型，在所述凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽；
在每个所述第一凹槽内加入粘接剂；
将阵元通过粘接剂粘贴到对应的所述第一凹槽内形成压电阵列，其中所述阵元的粘贴面为正极面，同时，在剩余的第一凹槽内粘贴可导电单元；
在凹球面模型内倒入填充胶，控制所述填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；
在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层，以使得所有阵元、可导电单元的地电极实现电学共地。
上述球面超声换能器的制作方法，将阵元放置到对应的第一凹槽内形成压电阵列，通过填充胶使得各个阵元、可导电单元粘结在一起，最后设置共地导电层，整体方法制作简便，各个阵元能够一体成形而不用分模块制作再拼接形成，对制作工艺要求相对较低，有效提高了制作效率。
在其中一个实施例中，所述在凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽之后，该方法还包括：
在凹球面模型的开口端所在平面上设置多个第二凹槽，所述第二凹槽朝向所述凹球面模型空腔的一侧与所述凹球面模型的空腔连通。
在其中一个实施例中，所述在凹球面模型内倒入填充胶之后，该方法还包括：
在所述第二凹槽内设置填充物，且所述填充物位于所述第二凹槽内。
在其中一个实施例中，所述在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层之后，该方法还包括：将填充物从第二凹槽内取出；
将凹球面模型加热到预设温度使得粘接剂熔化；
通过工具插入到第二凹槽内后作用在压电阵列上，以使得压电阵列从凹球面模型内取出。
在其中一个实施例中，所述在凹球面模型内倒入填充胶，包括：将玻璃纤维、实心或空心玻璃微珠、金属氧化物微珠加入到环氧树脂中形成胶体；
将形成后的胶体倒入到凹球面模型内。
在其中一个实施例中，所述在将形成后的胶体倒入到凹球面模型内之前，该方法还包括：
在真空环境中除去胶体中的气体。
在其中一个实施例中，所述控制所述填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中，包括：
将倒入填充胶后的凹球面模型放置在预设转台的转盘上，所述转盘表面与水平面平行；
确保凹球面模型的中轴线与转盘的转轴位于同一直线上；
按照预设转速带动转盘转动，以使得凹球面模型内的填充胶在离心力的作用下流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；
当填充胶处于半固化状态失去流动性时，停止转动转盘，以使得填充胶静止固化，或者，当填充胶完全固化后，停止转动转盘。
在其中一个实施例中，所述在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层之后，该方法还包括：在共地导电层的表面设置匹配层。
在其中一个实施例中，所述在共地导电层的表面设置匹配层，包括：将预先设置的匹配层粘贴到所述共地导电层的表面。
在其中一个实施例中，所述在共地导电层的表面设置匹配层，包括：将预设量的匹配层用复合胶注入到凹球面模型内的共地导电层的表面；
在匹配层成形用凸球面模具的表面设置可熔化层，待可熔化层冷却后将凸球面模具放入到凹球面模型内，以使得复合胶在凸球面模具的压力作用下均匀分布在共地导电层的表面；
当复合胶固化后，将凹球面模型及凸球面模具整体加热到预设温度，待可熔化层熔化后，将凸球面模具从凹球面模型中取出；
将带匹配层的压电阵列从凹球面模型内取出。
在其中一个实施例中，所述凸球面模具朝向所述凹球面模型的一侧上设置有第三凹槽，当所述凸球面模具放入到凹球面模型内时，多余的复合胶能够从所述第三凹槽中流出。
在其中一个实施例中，所述在共地导电层的表面设置匹配层之后，该方法还包括：在所述阵元正极面的一侧灌注背衬胶。
本发明还提供了一种超声换能器，所述超声换能器根据本申请实施例描述中任一所述的球面超声换能器的制作方法制作而成。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的球面超声换能器的制作方法流程图；
图2为本发明一实施例提供的凹球面模型的结构示意图；
图3为将阵元粘贴到凹球面模型后的示意图；
图4为将填充物设置到凹球面模型上的第二凹槽后的示意图；
图5为在阵元间隙中填充填充胶后的示意图；
图6为在图5的凹型表面上设置共地导电层后的示意图；
图7为本发明一实施例提供的凸球面模具的结构示意图；
图8为将凸球面模具放入到凹球面模型时的示意图；
图9为凸球面模具位于凹球面模型后的示意图；
图10为现有的球冠沿正中矢状面所截的轮廓示意图。
图中标记如下：
10、凹球面模型；101、第一凹槽；102、第二凹槽；20、阵元；30、填充物；40、填充胶；50、共地导电层；60、凸球面模具；601、第三凹槽。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1并结合图2、图3、图4以及图5所示，本发明一实施例中，提供了一种球面超声换能器的制作方法，该方法包括：
步骤110：根据换能器的尺寸设计凹球面模型10，在凹球面模型10上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽101；
步骤120：在每个第一凹槽101内加入粘接剂；
步骤130：将阵元20通过粘接剂粘贴到对应的第一凹槽101内形成压电阵列，其中阵元20的粘贴面为正极面，同时，在剩余的第一凹槽101内粘贴可导电单元；
步骤140：在凹球面模型10内倒入填充胶40，控制填充胶40均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；
步骤150：如图6所示，在阵元20远离第一凹槽101的一侧设置共地导电层50，以使得所有阵元、可导电单元的地电极实现电学共地。
具体地，首先通过三维图形设计软件设计出所需的模具图纸，结合相应的机械加工机床制作出所需的凹球面模型10，该凹球面模型10的凹型表面上设置有多个第一凹槽101，本申请在凹型表面上设置有1032个第一凹槽101，每个第一凹槽101均成圆柱型结构，该圆柱型结构的第一凹槽101的直径为5.3mm，深度为0.25mm；
同时，多个第一凹槽101成圆环排列，本申请中的多个第一凹槽101共形成二十个圆环，每个圆环与凹球面模型10所在的圆为同心圆，每个圆环上第一凹槽101的个数不同，其中，第一个圆环上分布有六个第一凹槽101，第二个圆环上分布有十二个第一凹槽101，……，第二十个圆环上分布有八十个第一凹槽101，可以理解，在其他实施例中，本申请中的第一凹槽101的深度可以为零，此时，只需要在凹球面模型10上的凹型表面加工出与阵元正极面轮廓一致的图案即可，在阵元粘贴时可作为定位标记；同时，本申请中的阵元的分布方式与排列可以是任意的，只要凹球面模型的加工精度能达到即可，且该阵元的形状可以是任意结构，具体可以根据设计需求而定；
本申请中的凹球面模型10的材质只要能满足导热性较好、强度较高、热膨胀系数较低即可，如不锈钢、铝合金等金属，亦可选用氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等；
在设计好凹球面模型10后，将凹球面模型10放置于加热台上加热，待凹球面模型10的温度达到设置温度后，在凹球面模型10的凹型表面(包括第一凹槽101)上均匀涂抹粘接剂，该粘接剂可以选用低温石蜡，然后用无尘布擦拭凹型表面，避免涂抹的石蜡过厚。由于不同的石蜡熔点不一，本申请尽可能选择熔点较低的石蜡，在加热时，确保加热台的加热温度达到或略超过石蜡的熔点即可，加热温度过高可能会导致压电材料一定程度退极化，使得压电材料的性能降低。
当粘接剂抹完毕后，用残留在第一凹槽101中的石蜡将阵元20粘贴在第一凹槽101内(如图3所示)，其中，阵元20的粘贴面为正极面；本申请中的阵元20的厚度2.4mm，直径5.3mm，频率650KHz，共计1024个，可发射出超声波；同时，在最上沿的第二十个圆环上，任选四个第一凹槽101，粘贴与阵元尺寸一样的可导电单元，充当阵列地电极的接地点，后期可焊接地线；另有四个阵元作为接收阵元，其作用是通过接收到的超声波信号的强弱，实时监测换能器工作时声场强弱的变化情况，优选地，本申请实施例中的四个可导电单元和四个接收阵元均匀、间隔的分布在第二十个圆环上。可以理解的是，本申请实施例中的接地点和接收阵元的位置可以是任意的，但最好的位置在阵列的最边沿，这样方便对阵元进行位置编号，同时接收阵元也能更充分接收到声场中的声波信号。
当阵元20粘贴完毕后需要在在凹球面模型10内倒入填充胶40，该填充胶40宜采用流动性较好的可室温固化的胶水来配置，通常为环氧树脂材料。当填充胶40配置完毕后倒入到凹球面模型10内后，为了使得填充胶40能够均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中，此时，将凹球面模型10居中放置在一个转台的转盘上，该转盘的表面与水平面平行，确保凹球面模型10的中轴线与转盘的转轴位于同一直线上，转动转盘，并调节转盘的转速，以使得凹球面模型10内的填充胶40在离心力的作用下渗透到各个阵元之间，这样处于离心状态下的填充胶40就不会因重力的作用全部堆积在凹球面模型10的凹球面底部，此时还应当调整转盘的转速，确保填充胶40不会从凹球面模型10的上边沿进而甩出；等填充胶40处于半固化状态失去流动性时可停止离心，让填充胶40静止固化，或者，也可一直离心直至填充胶40完全固化(如图5所示)。
由于在步骤130记载有阵元20的粘贴面为正极面，则多个阵元20形成的阵列的凹面一侧的阵元表面为地电极，由于此时各个阵元20是一个独立的个体，所有阵元20的地电极并没有实现电学共地，因此需要在阵列的凹面实现共地，其方法可以是在该阵列的凹面上形成一层导电层，具体实现的手段可以是在该阵列的凹面刷一层导电胶黏剂，典型的如导电银胶，固化后可形成共地导电层50(如图6所示)，或者通过磁控溅射、真空沉积、化学电镀等方式在该阵列的凹面形成一层金属镀层，具体可以根据实际换能器的需要进行设计。
最后将该阵元形成的压电阵列连同压电阵列凹面上覆盖的共地导电层一起从凹球面模型101内取出即可形成超声换能器。
采用上述技术方案，将阵元20放置到对应的第一凹槽101内形成压电阵列，通过填充胶40使得各个阵元、可导电单元粘结在一起，最后设置共地导电层50，整体方法制作简便，各个阵元能够一体成形而不用分模块制作再拼接形成，对制作工艺要求相对较低，有效提高了制作效率。
在一些实施例中，为了方便将超声换能器从凹球面模型10中取出，如图2并结合图4所示，本申请在凹球面模型10上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽101之后，该方法还包括：在凹球面模型10的开口端所在平面上设置多个第二凹槽102，该第二凹槽102朝向凹球面模型空腔的一侧与凹球面模型10的空腔连通。
具体地，如图2所示，本申请在凹球面模型10的开口端所在平面上均匀分布有八个第二凹槽102，其作用是方便压电阵列成形完毕后容易从凹球面模型10中脱膜。可以理解的是，本申请实施例中第二凹槽102的位置可以是任意的，具体可以根据实际产品的需要进行设计。
进一步地，当在凹球面模型内倒入填充胶之后，如图4所示，该方法还包括：在第二凹槽102内设置填充物30，且该填充物30位于第二凹槽102内。本申请实施例中的填充物30可以选用热熔胶、PDMS(聚二甲基硅氧烷)等固化后易去除的胶，其目的是防止阵元间隙中的填充胶40流入到第二凹槽102中，从而造成填充胶40固化后增加压电阵列的脱膜难度。
在一些实施例中，当在阵元20远离第一凹槽101的一侧设置共地导电层50之后，该方法还包括：将填充物30从第二凹槽102内取出；将凹球面模型10加热到预设温度使得粘接剂熔化，此时，各个阵元能够从对应的第一凹槽101中取出；通过工具插入到第二凹槽102内后作用在压电阵列上，以使得压电阵列从凹球面模型10内取出。
在工作时，当需要将该阵元形成的压电阵列连同压电阵列凹面上覆盖的共地导电层一起从凹球面模型101内取出时，首先通过工具将填充物30从第二凹槽102，然后把凹球面模型10放到加热台上加热到预设温度使得粘接剂熔化，此时，各个阵元相对第一凹槽101处于分开状态，随后用对应的工具插入到对应的第二凹槽102后轻轻撬动或推动成形后的压电阵列，使得压电阵列从凹球面模型10上脱落。
在一些实施例中，本申请中在凹球面模型内倒入填充胶，包括：将玻璃纤维、实心或空心玻璃微珠、金属氧化物微珠加入到环氧树脂中形成胶体；将形成后的胶体倒入到凹球面模型内。
由于换能器在工作时会产生大量的热，而阵元和阵元之间间隙中的填充胶40的热膨胀系数通常相差较大，因此需要在填充胶40中加入一些添加剂来降低填充胶40固化后的热膨胀系数，使得换能器压电阵列不易因发热而开裂、变形，这些添加剂可以是玻璃纤维、实心或空心玻璃微珠、金属氧化物微珠等等；
同时，该填充胶40在倒入到凹球面模型10内前在真空环境中进行除气，以防填充胶40固化后产生气泡。
在一些实施例中，本申请中控制填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中，包括：首先将倒入填充胶40后的凹球面模型10放置在预设转台的转盘上，该转盘的表面与水平面平行；此时需要确保凹球面模型10的中轴线与转盘的转轴位于同一直线上；然后按照预设转速带动转盘转动，以使得凹球面模型10内的填充胶40在离心力的作用下流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；当填充胶40处于半固化状态失去流动性时，停止转动转盘，以使得填充胶静止固化，或者，当填充胶40完全固化后，停止转动转盘。
在一些实施例中，本申请在阵元20远离第一凹槽101的一侧设置共地导电层50之后，该方法还包括：在共地导电层50的表面设置匹配层。
由于人体软组织的声特性阻抗与压电晶片的声特性阻抗相差悬殊，由压电晶片受电信号激励直接向人体软组织辐射超声波时，大部分的声能进入不了人体软组织，而是在界面处被反射回压电晶片，这时就无法实现超声波的正常发射。要使得超声波高效发射和传输，可以在压电晶片和人体软组织之间插入一层或多层均匀的介质层，改善发射性能。本申请在共地导电层50的表面设置匹配层，从而可以有效改善压电阵列的发射性能。
进一步地，本申请实施例中在共地导电层的表面设置匹配层，包括：将预先设置的匹配层粘贴到共地导电层的表面。
具体地，该匹配层可以预先制作好，即制作出设计者所需声学性能、几何尺寸的匹配层，然后将匹配层粘贴到共地导电层表面上去即可。
在一些实施例中，本申请在共地导电层的表面设置匹配层，包括：
第一步：将预设量的匹配层用复合胶注入到凹球面模型10内的共地导电层50的表面；
第二步：如图7并结合图8、图9所示，在匹配层成形用凸球面模具60的表面设置可熔化层，待可熔化层冷却后将凸球面模具60放入到凹球面模型10内，以使得复合胶在凸球面模具60的压力作用下均匀分布在共地导电层50的表面；
第三步：当复合胶固化后，将凹球面模型10及凸球面模具60整体加热到预设温度，待可熔化层熔化后，将凸球面模具60从凹球面模型10中取出；
第四步：将带匹配层的压电阵列从凹球面模型10内取出。
具体地，本申请在共地导电层50的表面设置匹配层时，当该匹配层为现场制作时，此时，不去除第二凹槽102中的填充物30，不取出成形后的压电阵列，结合预先设计制作的匹配层成形用凸球面模具60(如图7所示)，首先在共地导电层50的表面灌注适量的匹配层用复合胶，该复合胶通常为环氧树脂材料或环氧树脂和其他材料粉末组成的复合材料，这些粉末的作用是用来改变匹配层的声学性能，该粉末材质可以是金属氧化物、金属氮化物的空心或实心微珠，非金属氧化物的空心或实心微珠，高分子有机聚合物的空心或实心微珠。同时，复合胶在灌注到共地导电层50的表面前应在真空环境中进行除气，以防止复合胶固化后或固化过程中产生气泡；
随后在凸球面模具60表面涂抹可熔化层，该可熔化层为石蜡薄层，待石蜡薄层冷却后将凸球面模具60放入到凹球面模型10内(如图8所示)，以使得复合胶在凸球面模具60的压力作用下均匀分布在共地导电层50的表面；如果复合胶较多，如图7所示，多余的复合胶就会从第三凹槽601中缓缓溢出。此时，凸球面模具60与共地导电层50之间的间距为匹配层成形的厚度，本申请的匹配层厚度为1mm。需要说明的是，本申请在凸球面模具60完全落入到凹球面模型10内之后，应确保凸球面模具60的中轴线和凹球面模型10的中轴线重合，否则会出现匹配层厚度不均匀的情况；
当下压完毕后，将凸球面模具60和凹球面模型10形成的整体置于室温环境进行复合胶固化，待复合胶固化完毕后将整体置于加热台上充分加热，待凸球面模具60上的可熔化层熔化后，将凸球面模具60从凹球面模型10中取出；
最后按照上述描述中的不带匹配层的压电阵列的取出方法，将带匹配层的压电阵列取出即可，此时取出的带匹配层的压电阵列即为换能器。
在一些实施例中，本申请在共地导电层的表面设置匹配层之后，该方法还包括：在阵元正极面的一侧灌注背衬胶。
当阵列成形完毕后，可将接收阵元、发射阵元的正极以及地电极接地点接入外部电路，通过主机的控制实现工作。值得说明的是：本申请中的匹配层和填充胶在改善换能器声学性能的同时，在本申请中也充当了加固压电阵列形状的作用，当需要进一步改变换能器压电性能且进一步加固压电阵列形状，那么可以在阵元正极面一侧灌注背衬胶，待其固化后可实现上述功能。
本发明还提供了一种超声换能器，该超声换能器根据本申请实施例描述中任一的球面超声换能器的制作方法制作而成。由于该超声换能器上的阵元分布精度高，因而有利于整个超声阵元模块的定位靶点对整个脑部任何位置的覆盖和治疗；还有利于治疗过程中对圆弧形换能器包容整个脑部后的充水密封，进而提升超声能量传导的效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种球面超声换能器的制作方法，其特征在于，该方法包括：
根据换能器的尺寸设计凹球面模型，在所述凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽；
在每个所述第一凹槽内加入粘接剂；
将阵元通过粘接剂粘贴到对应的所述第一凹槽内形成压电阵列，其中所述阵元的粘贴面为正极面，同时，在剩余的第一凹槽内粘贴可导电单元；
在凹球面模型内倒入填充胶，控制所述填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；
在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层，以使得所有阵元、可导电单元的地电极实现电学共地。
2.根据权利要求1所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽之后，该方法还包括：
在凹球面模型的开口端所在平面上设置多个第二凹槽，所述第二凹槽朝向所述凹球面模型空腔的一侧与所述凹球面模型的空腔连通。
3.根据权利要求2所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在凹球面模型内倒入填充胶之后，该方法还包括：
在所述第二凹槽内设置填充物，且所述填充物位于所述第二凹槽内。
4.根据权利要求3所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层之后，该方法还包括：
将填充物从第二凹槽内取出；
将凹球面模型加热到预设温度使得粘接剂熔化；
通过工具插入到第二凹槽内后作用在压电阵列上，以使得压电阵列从凹球面模型内取出。
5.根据权利要求1所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在凹球面模型内倒入填充胶，包括：
将玻璃纤维、实心或空心玻璃微珠、金属氧化物微珠加入到环氧树脂中形成胶体；
将形成后的胶体倒入到凹球面模型内。
6.根据权利要求5所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在将形成后的胶体倒入到凹球面模型内之前，该方法还包括：
在真空环境中除去胶体中的气体。
7.根据权利要求1所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述控制所述填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中，包括：
将倒入填充胶后的凹球面模型放置在预设转台的转盘上，所述转盘表面与水平面平行；
确保凹球面模型的中轴线与转盘的转轴位于同一直线上；
按照预设转速带动转盘转动，以使得凹球面模型内的填充胶在离心力的作用下流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；
当填充胶处于半固化状态失去流动性时，停止转动转盘，以使得填充胶静止固化，或者，当填充胶完全固化后，停止转动转盘。
8.根据权利要求1所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层之后，该方法还包括：
在共地导电层的表面设置匹配层。
9.根据权利要求8所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在共地导电层的表面设置匹配层，包括：
将预先设置的匹配层粘贴到所述共地导电层的表面。
10.根据权利要求8所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在共地导电层的表面设置匹配层，包括：
将预设量的匹配层用复合胶注入到凹球面模型内的共地导电层的表面；
在匹配层成形用凸球面模具的表面设置可熔化层，待可熔化层冷却后将凸球面模具放入到凹球面模型内，以使得复合胶在凸球面模具的压力作用下均匀分布在共地导电层的表面；
当复合胶固化后，将凹球面模型及凸球面模具整体加热到预设温度，待可熔化层熔化后，将凸球面模具从凹球面模型中取出；
将带匹配层的压电阵列从凹球面模型内取出。
11.根据权利要求10所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述凸球面模具朝向所述凹球面模型的一侧上设置有第三凹槽，当所述凸球面模具放入到凹球面模型内时，多余的复合胶能够从所述第三凹槽中流出。
12.根据权利要求8所述的球面超声换能器的制作方法，其特征在于，所述在共地导电层的表面设置匹配层之后，该方法还包括：
在所述阵元正极面的一侧灌注背衬胶。
13.一种超声换能器，其特征在于，所述超声换能器根据权利要求1-12中任一所述的球面超声换能器的制作方法制作而成。
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| CN117019608A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 中北大学 | 一种高性能空气耦合超声点聚焦换能器及其制备方法 |
Citations (3)
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| CN101190436A (zh) * | 2006-11-22 | 2008-06-04 | 中国科学院声学研究所 | 一种相控聚焦超声波波源装置 |
| CN102596432A (zh) * | 2009-11-09 | 2012-07-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有预成型的球面形匹配层的弯曲超声hifu换能器 |
| CN113171563A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-27 | 中科绿谷（深圳）医疗科技有限公司 | 超声换能器的制作工艺、超声换能器及核磁成像设备 |
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