CN209252920U - 一种超高密度阵列换能器 - Google Patents

Abstract

一种超高密度阵列换能器，柔性印刷电路板包括前表面、后表面；前表面上设前接地引线、前信号引线；后表面上设后接地引线、后信号引线；压电材料层包括左接地块、若干个压电振子、右接地块；每一个压电振子的顶面设振子地电极，底面设信号电极；匹配材料层的底面具有导电性，匹配材料层安装固定在左接地块、若干个压电振子、右接地块的顶面上；匹配材料层与左接地块的左侧地电极、右接地块的右侧地电极以及若干个压电振子顶面的振子地电极都实现电路连接；从左向右数的第奇数个信号电极与若干个后信号引线实现电路连接，从左向右数的第偶数个信号电极与若干个前信号引线实现电路连接。本实用新型不需要焊接引线和在振子地电极设置引线。

Description

一种超高密度阵列换能器

技术领域

本实用新型涉及一种医用领域的超声换能器，更具体地说，涉及一种超高密度医用超声换能器。

背景技术

在现代医疗实践中，超声图像诊断设备被广泛用于心脏、腹部、泌尿科和妇产科的医学诊断。超声探头是超声图像诊断设备的关键部件，它与人体接触，负责发射超声波并且接收从人体返回的带有人体组织信息的回波，并通过电缆传输回超声系统主机，在计算合成后形成可以直观观察的图像显示在屏幕终端。

一般来说，超声探头(Ultrasound probe)包括超声换能器(Ultrasoundtransduce)，外壳和电缆线。典型的超声换能器在材料组成上包括透镜材料层、匹配材料层、压电材料层和吸声材料层。其中压电材料层起着关键的电声转换作用，它将接收的电驱动信号转换为机械振动的超声波输出发射到人体，并能够逆向地把反射回来的超声波转换为可测量的电能量。

从声学设计的理论模型上，一片整体的压电材料在制造过程中需要分切为按一维阵列或两维阵列规则分布的压电振子，通过控制发送至阵列之中的一个或多个振子的驱动电信号，以获得在空间和时间上的理想声场。其中有一个设计标准是振子与振子的中心距离应等于或小于波长的一半，以避免出现不期望的声场栅瓣。因此，制作越高频率的换能器，其振子阵列的间距就越小，也就是说阵列密度越高。

任何种类的换能器，都存在电极如何引出的问题。阵列换能器的几百个振子，每一个振子的信号电极和地电极都需要可靠连接才能够正常工作，其中信号电极需要独立分开连接，不可以短接。密度越高，阵元数越多的阵列换能器，制作工艺技术的困难越大。因此，电极连接是高性能阵列换能器制造工艺中最为关键的一环。

在电极引出的各种方法中，焊接引线法是业界引用较为广泛的方法。采用这种方法，每一个振子都需要独立焊接电极引线，当振子数量多达几百个的时候，焊接极为耗时耗力。而当振子密度很高，振子宽度很小时，要在振子表面焊接引线变得非常困难。而且，焊接法存在一个弊端，焊接的高温容易造成压电材料的退极化，导致压电性能损失。这种方法已经无法满足换能器制造技术水平发展的需要。

例如，在本实用新型的一个实施例中，中心频率15MHz的一维阵列换能器，其振子分布间距为0.1mm，振子数量为256个。因为振子宽度极小，而且振子数量很多，因此采用传统的焊接引线的方法是无法实现的。

而如果FPC采用单侧引线，其引线中心间距等同于振子中心间距，即 0.1mm，这样的FPC将当前的FPC工艺技术加工能力的局限而无法生产。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于：克服现有的超高密度阵列换能器振子数量多时，焊接引线极为耗时耗力，在振子表面焊接引线非常困难的缺陷，提出一种超高密度阵列换能器，使用一片柔性印刷电路板(即FPC)就可以方便且可靠地导通全部压电振子的信号电极和振子地电极，不需要焊接引线，也不需要在振子地电极另外设置引线，从而可以实现高密度阵列换能器批量快速的工业化生产。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出下列技术方案：一种超高密度阵列换能器，包括有柔性印刷电路板、压电材料层、匹配材料层；

柔性印刷电路板包括有前表面、后表面；

前表面上的左、右两端部各至少设有一个前接地引线，前表面上位于左、右两端的前接地引线之间并排地设有若干个前信号引线；

后表面上的左、右两端部各至少设有一个后接地引线，后表面上位于左、右两端的后接地引线之间并排地设有若干个后信号引线；

前接地引线、前信号引线、后接地引线、后信号引线的顶端都设在柔性印刷电路板的顶面上；

压电材料层包括有左接地块、若干个压电振子、右接地块；

左接地块、若干个压电振子、右接地块从左向右沿直线排列并固定在柔性印刷电路板的顶面上；

左接地块和最左边的一个压电振子之间留有一定间隔；

左接地块的顶面和底面之间倒了圆角，左接地块的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边，导电包边作为左侧地电极；

相邻的两个压电振子之间留有一定间隔；

每一个压电振子的顶面设有振子地电极，底面设有信号电极；

右接地块和最右边的一个压电振子之间留有一定间隔；

右接地块的顶面和底面之间倒了圆角，右接地块的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边，导电包边作为右侧地电极；

匹配材料层的底面具有导电性，匹配材料层安装固定在左接地块、若干个压电振子、右接地块的顶面上；

匹配材料层与左接地块的左侧地电极、右接地块的右侧地电极以及若干个压电振子顶面的振子地电极都实现电路连接；

左接地块的左侧地电极与柔性印刷电路板位于左端的前接地引线和后接地引线实现电路连接；

右接地块的右侧地电极与柔性印刷电路板位于右端的前接地引线和后接地引线实现电路连接；

从左向右数的第奇数个信号电极与若干个后信号引线实现电路连接，从左向右数的第偶数个信号电极与若干个前信号引线实现电路连接；或者从左向右数的第偶数个信号电极与若干个后信号引线实现电路连接，从左向右数的第奇数个信号电极与若干个前信号引线实现电路连接。

上述技术方案的进一步限定在于，前表面上的左、右两端部各设有一个上述的前接地引线，后表面上的左、右两端部各设有一个上述的后接地引线。

与现有技术相比，本实用新型具有下列有益效果：本实用新型超高密度阵列换能器，使用一片柔性印刷电路板(即FPC)就可以方便且可靠地导通全部压电振子的信号电极和振子地电极，不需要焊接引线，也不需要在振子地电极另外设置引线，从而可以实现高密度阵列换能器批量快速的工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型超高密度阵列换能器(部分结构)的立体图。

图2是本实用新型单一片的压电振子的立体图。

图3是图1的局部放大图。

图4是图1的局部放大图(标示出电极)。

具体实施方式

请参阅图1至图4，一种超高密度阵列换能器，其包括有柔性印刷电路板 (FPC)1、压电材料层2、匹配材料层3。

柔性印刷电路板1包括有前表面12、后表面14。

前表面12上的左、右两端部各设有一个前接地引线121。

前表面12上位于两个前接地引线121之间并排地设有若干个前信号引线 123。

后表面14上的左、右两端部各设有一个后接地引线141。

后表面14上位于两个后接地引线141之间并排地设有若干个后信号引线 143。

前接地引线121、前信号引线123、后接地引线141、后信号引线143的顶端都设在柔性印刷电路板1的顶面上。

压电材料层2包括有左接地块22、若干个压电振子24、右接地块26。

左接地块22、若干个压电振子24、右接地块26从左向右沿直线排列并固定在柔性印刷电路板1的顶面上。

左接地块22和最左边的一个压电振子24之间留有一定间隔。

左接地块22的顶面和底面之间倒了圆角。

左接地块22的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边221，导电包边221作为左侧地电极223。

相邻的两个压电振子24之间留有一定间隔。

每一个压电振子24的顶面设有振子地电极241，底面设有信号电极243。

右接地块26和最右边的一个压电振子24之间留有一定间隔。

右接地块26的顶面和底面之间倒了圆角，右接地块26的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边261，导电包边261作为右侧地电极263。

匹配材料层3的底面具有导电性。

匹配材料层3安装固定在左接地块22、若干个压电振子24、右接地块26 的顶面上。

匹配材料层3与左接地块22的左侧地电极223、右接地块26的右侧地电极263以及若干个压电振子24顶面的振子地电极241都实现电路连接。

从左向右数的第奇数个信号电极243(即从左向右数第1个信号电极243、第3个信号电极243、第5个信号电极243……)与若干个后信号引线143实现电路连接。从左向右数的第偶数个信号电极243(即从左向右数第2个信号电极243、第4个信号电极243、第6个信号电极243……)与若干个前信号引线123实现电路连接。因此，柔性印刷电路板1的前表面12引出从左向右数所有的第奇数个信号电极243所对应的信号，柔性印刷电路板1的后表面 14引出从左向右数所有的第偶数个信号电极243所对应的信号。

左接地块22的左侧地电极223与柔性印刷电路板1位于左端的前接地引线121和后接地引线141实现电路连接。

右接地块26的右侧地电极263与柔性印刷电路板1位于右端的前接地引线121和后接地引线141实现电路连接。

因此，匹配材料层3、左侧地电极223、右侧地电极263以及若干个压电振子24顶面的振子地电极241与柔性印刷电路板1实现电路连接。

本实用新型具有下列有益效果：

1、柔性印刷电路板1的其中一侧用于引出第奇数个位置上的信号电极243 对应的信号，另一侧用于引出第偶数个位置上的信号电极243对应的信号。因为柔性印刷电路板1采用了两侧引线的方案，那么在柔性印刷电路板1上两个相邻的前信号引线123以及两个相邻的后信号引线143之间的间距是两个相邻的压电振子24的中心间距的两倍，因此可以制作超高密度的换能器阵列。例如：本实用新型中，中心频率15MHz的一维阵列换能器，其压电振子24的分布间距为0.1mm，那么其柔性印刷电路板1的前信号引线123的中心间距以及后信号引线143的中心间距都为0.2mm，这在FPC生产工艺技术上是容易实现的。

2、压电材料层2左、右两端的左接地块22、右接地块26都有倒圆角，左接地块22、右接地块26的表面都包覆有导电材料制成的导电包边221、261 作为左侧地电极223、右侧地电极263，能保证左接地块22、右接地块26的顶面和底面实现电导通，压电振子24的振子地电极241通过匹配材料层3和左接地块22、右接地块26的导电倒圆角连通至柔性印刷电路板1的前接地引线121和后接地引线141。

Claims (2)

1.一种超高密度阵列换能器，其特征在于，其包括有柔性印刷电路板、压电材料层、匹配材料层；

柔性印刷电路板包括有前表面、后表面；

前表面上的左、右两端部各至少设有一个前接地引线，前表面上位于左、右两端的前接地引线之间并排地设有若干个前信号引线；

后表面上的左、右两端部各至少设有一个后接地引线，后表面上位于左、右两端的后接地引线之间并排地设有若干个后信号引线；

前接地引线、前信号引线、后接地引线、后信号引线的顶端都设在柔性印刷电路板的顶面上；

压电材料层包括有左接地块、若干个压电振子、右接地块；

左接地块、若干个压电振子、右接地块从左向右沿直线排列并固定在柔性印刷电路板的顶面上；

左接地块和最左边的一个压电振子之间留有一定间隔；

左接地块的顶面和底面之间倒了圆角，左接地块的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边，导电包边作为左侧地电极；

相邻的两个压电振子之间留有一定间隔；

每一个压电振子的顶面设有振子地电极，底面设有信号电极；

右接地块和最右边的一个压电振子之间留有一定间隔；

右接地块的顶面和底面之间倒了圆角，右接地块的顶面、底面以及倒圆角处都包覆有导电材料制成的导电包边，导电包边作为右侧地电极；

匹配材料层的底面具有导电性，匹配材料层安装固定在左接地块、若干个压电振子、右接地块的顶面上；

匹配材料层与左接地块的左侧地电极、右接地块的右侧地电极以及若干个压电振子顶面的振子地电极都实现电路连接；

左接地块的左侧地电极与柔性印刷电路板位于左端的前接地引线和后接地引线实现电路连接；

右接地块的右侧地电极与柔性印刷电路板位于右端的前接地引线和后接地引线实现电路连接；

从左向右数的第奇数个信号电极与若干个后信号引线实现电路连接，从左向右数的第偶数个信号电极与若干个前信号引线实现电路连接；或者从左向右数的第偶数个信号电极与若干个后信号引线实现电路连接，从左向右数的第奇数个信号电极与若干个前信号引线实现电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种超高密度阵列换能器，其特征在于，前表面上的左、右两端部各设有一个上述的前接地引线，后表面上的左、右两端部各设有一个上述的后接地引线。