CN115350893A - 一种超声阵列换能器及制造方法 - Google Patents

一种超声阵列换能器及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声阵列换能器，它包括衬底、声学匹配层以及连接在衬底和声学匹配层之间的压电晶片，压电晶片上开设有若干在厚度方向贯穿的第一切槽，至少有一层声学匹配层是完整的，且其余的声学匹配层上开设有若干在厚度方向延伸的第二切槽。还提供一种超声阵列换能器制造方法，其特征在于，它包括：S1、将至少一层压电晶片的一个电极面固连在衬底上，将至少一层声学匹配层固连在远离衬底的压电晶片的另一个电极面上；S2、在声学匹配层和压电晶片上沿着声学匹配层及压电晶片的厚度方向切割，在声学匹配层和压电晶片上分别形成第二切槽和第一切槽，且保留至少一层完整的声学匹配层。避免了由于声学匹配层的宽度过小而产生宽度方向的高频共振。

Description

一种超声阵列换能器及制造方法
技术领域
本发明涉及一种超声阵列换能器。
背景技术
在超声波换能器中，声学匹配层放置在压电晶片和传输介质之间用于增加声波透过率。声学匹配层设计有单层的和多层的，多层匹配主要是为了增加带宽。目前在超声波换能器阵列的制备过程中，会使用切割设备将所有的声学匹配层与压电晶片一起切穿形成多个独立的阵元，不同阵元的匹配层由窄深槽分割，槽内填充或不填充其他材料。这种声匹配层的结构容易降低超声波换能器的性能。
上述结构的声学匹配层被窄深槽分割成狭窄的条行体，条形体的宽度等同于单个阵元的宽度。当超声换能器工作时，压电晶片和声学匹配层都会发生机械振动，这种条状结构的声学匹配层在超声换能器的设计工作频率范围内往往会产生沿着阵列宽度方向的共振，产生杂波，降低超声波换能器的性能。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超声阵列换能器及制造方法，解决了由于声学匹配层的宽度过小而产生宽度方向的高频共振的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种超声阵列换能器，它包括衬底、至少一层声学匹配层以及连接在所述衬底和所述声学匹配层之间的至少一层压电晶片，所述压电晶片上开设有若干在厚度方向贯穿的第一切槽而将压电晶片分割成若干连接在衬底上的阵元，至少有一层所述声学匹配层是完整的，且其余的所述声学匹配层上开设有若干在厚度方向延伸的第二切槽。
优选地，所述第二切槽与所述第一切槽是连通的。
优选地，完整的所述声学匹配层是设置在远离所述压电晶片的最外层。
优选地，所述第一切槽和所述第二切槽内还可填充入软性材料或不填充。
还提供一种超声阵列换能器制造方法，其特征在于，它包括：
S1、将至少一层压电晶片的一个电极面固连在衬底上，将至少一层声学匹配层固连在远离衬底的压电晶片的另一个电极面上；
S2、在声学匹配层和压电晶片上沿着声学匹配层及压电晶片的厚度方向切割，在声学匹配层和压电晶片上分别形成第二切槽和第一切槽，且保留至少一层完整的声学匹配层。
优选地，保留的至少一层完整声学匹配层是在切割完成后粘结在声学匹配层的最外层。
优选地，第一切槽和第二切槽是连通的。
进一步地，第一切槽和第二切槽均延伸至两侧面形成多个长条形阵元。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的超声阵列换能器，由于保留了至少一层匹配层不被切割，因此避免了由于声学匹配层的宽度过小而产生宽度方向的高频共振而产生杂波信号。不被切割的匹配层若放在最外层，其声阻抗最小，材质的力学特性相对较软，不切割也不会造成阵元之间的串扰。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明超声阵列换能器优选实施例未粘贴最外层声学匹配层的结构；
图2是本发明超声阵列换能器优选实施例的立体示意图；
图3是本发明超声阵列换能器制造方法的步骤图；
其中，附图标记说明如下：
1、衬底；
2、压电晶片；
3、切槽；31、第一切槽；32、第二切槽；
4、声学匹配层；41、被分割的声学匹配层；42、未被分割的声学匹配层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示的超声阵列换能器，包括衬底1、压电晶片2和声学匹配层4。其中，压电晶片2和声学匹配层4中具有切槽3，形成分割的声学匹配层41。压电晶片2是方形的，压电晶片2的两个不相邻的面设有电极。在图1所示的结构中，于分割的声学匹配层41上粘贴如图2所示的未被分割的声学匹配层42，声学匹配层41和未被分割的声学匹配层42共同构成声学匹配层42。
先将部分声学匹配层4固连至压电晶片2的一电极面处形成组合体。压电晶片2具有未固连声学匹配层4的第一面和固连有声学匹配层的第二面。作为优选，第一面可固连至用于固定或者用于吸收振动的衬底1。声学匹配层4上位于第二面相反侧的面为第三面。然后使用包括划片机在内的切割设备对声学匹配层4和压电晶片2进行切割，形成具有多个阵元的一维阵列。在组合体内形成切槽3，而切槽3位于压电晶片2内的部分为第一切槽31，位于声学匹配层4内的为第二切槽32。第一切槽31和对应的第二切槽32是连通的。作为优选，此时可以在切槽3内填充或不填充入软性隔离材料。其次，将剩余声学匹配层4（未被分割的声学匹配层42）粘结至第三面，形成新的组合体。其中，被切割的声学匹配层4称为分割的声学匹配层41，分割的声学匹配层41和未被分割的声学匹配层42均可以为单层或两层以上。且压电晶片2也可以为单层或两层以上。如果用两层以上压电晶片2，其电学连接方式可以是串联或者并联，根据电学阻抗匹配来定。
本例中，未被分割的声学匹配层42（完整的声学匹配层4）是处于远离压电晶片2的最外层，这是优选的方案，未被分割的声学匹配层42可以是层叠的多层声学匹配层42中的任意一层或任意两层。
上述超声阵列换能器是按照如下超声阵列换能器制造方法制作的，包括：
S1、将至少一层压电晶片2的一个电极面固连在衬底1上，将至少一层声学匹配层4固连在远离衬底1的压电晶片2的另一个电极面上；
S2、在声学匹配层4和压电晶片2上沿着声学匹配层4及压电晶片2的厚度方向切割，在声学匹配层4和压电晶片2上分别形成第二切槽32和第一切槽31，且保留至少一层完整的声学匹配层4。
优选地，保留的至少一层完整声学匹配层4是在切割完成后粘结在声学匹配层4的最外层。
优选地，第一切槽31和第二切槽32是连通的。
进一步地，第一切槽31和第二切槽32均延伸至两侧面形成多个长条形阵元。
具体如图1所示，在此实施方式实例中，压电晶片2和声学匹配层4粘结，此时使用划片机等切割设备将压电晶片2连同声学匹配层4按一维阵列的阵元排布方式进行切割。在切槽3中此时可以填充或不填充软性声隔离材料，切槽3可以从声学匹配层4贯穿压电晶片2，在实际实施中极有可能部分切开衬底1。压电晶片2内的切槽3为第一切槽31，第一切槽31延伸至压电晶片2两侧面，声学匹配层4内的切槽3为第二切槽32，第二切槽32也延伸至声学匹配层4两侧面，第一切槽31与对应的第二切槽32连通。如图2所示，将不被切割的匹配层4粘结至声学匹配层4最外侧，也即将未被分割的声学匹配层42粘结至分割的声学匹配层41。
在实际制作中，超声探头的结构中还包含其他部件，比如柔性电路板、屏蔽层、声透镜、附加的电极层等，这些部件可能位于压电晶片2与声学匹配层4之间，也可以位于不同的声学匹配层4之间或在声学匹配层4以外。
本实施例所述的超声阵列换能器结构中，保留一个或数个声学匹配层4不被切割开，与现有技术的结构相比，此时，该声学匹配层4的宽度增加了一到二个数量级，避免了由于声学匹配层4的宽度过小而产生宽度方向的高频共振，从而减小了高频杂波，保证换能器的性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声阵列换能器，它包括衬底（1）、至少一层声学匹配层（4）以及连接在所述衬底（1）和所述声学匹配层（4）之间的至少一层压电晶片（2），所述压电晶片（2）上开设有若干在厚度方向贯穿的第一切槽（31）而将压电晶片（2）分割成若干连接在衬底（1）上的阵元，其特征在于：至少有一层所述声学匹配层（4）是完整的，且其余的所述声学匹配层（4）上开设有若干在厚度方向延伸的第二切槽（32）。
2.根据权利要求1所述的超声阵列换能器，其特征在于：所述第二切槽（32）与所述第一切槽（31）是连通的。
3.根据权利要求1所述的超声阵列换能器，其特征在于：完整的所述声学匹配层（4）是设置在远离所述压电晶片（2）的最外层。
4.根据权利要求1所述的超声阵列换能器，其特征在于：所述第一切槽（31）和所述第二切槽（32）内还可填充入软性材料或不填充。
5.一种超声阵列换能器制造方法，其特征在于，它包括：
S1、将至少一层压电晶片的一个电极面固连在衬底上，将至少一层声学匹配层固连在压电晶片的另一个电极面上；
S2、在声学匹配层和压电晶片上沿着声学匹配层及压电晶片的厚度方向切割，在声学匹配层和压电晶片上分别形成第二切槽和第一切槽，且保留至少一层完整的声学匹配层。
6.根据权利要求5所述的超声阵列换能器制造方法，其特征在于：保留的至少一层完整声学匹配层是在切割完成后粘结在声学匹配层的最外层。
7.根据权利要求5所述的超声阵列换能器制造方法，其特征在于：第一切槽和第二切槽是连通的。
8.根据权利要求7所述的超声阵列换能器制造方法，其特征在于：第一切槽和第二切槽均延伸至两侧面形成多个长条形阵元。
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