一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器及其制备方法，包括由两层或多层压电层叠放形成的多层压电层并联结构、电路板、至少一层背衬层、一层或多层声匹配层和声聚焦层，所述多层压电层并联结构粘接在电路板上，所述电路板的底端粘接有至少一层背衬层，在多层压电层并连结构的顶侧粘接有至少一层声匹配层；所述声聚焦层粘贴在与多层压电层并连结构的声匹配层上。本发明专利技术将两层或多层压电材料并联叠合在一起，使得接地极把两片或多片压电材料包裹住，最大程度地将干扰信号从超声换能器的接地极传导至超声系统的接地极，以避免干扰信号进入信号极，大大降低超声图像出现干扰的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器及其制备方法
本专利技术属于诊断超声换能器领域，尤其是低频相控阵，涉及一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器及其制备方法。
技术介绍
医学超声诊断设备利用超声波在人体不同组织界面上的反射探查人体组织结构，通过图像处理获得目标组织的解剖结构图像和动态血流信息，为临床诊断提供形态学及功能学的评价依据。相比于数字化X射线(DR)、计算机断层扫描成像(CT)和磁共振(MRI)成像，超声是一种实时、低成本、使用方便、无电离辐射、应用广泛的医学影像诊断方式。超声换能器作为医用超声设备的核心部件，可以实现电能与机械振动之间的能量转换产生超声波，并且接收人体反射的声波将其转换成电信号继而成像。因此，换能器的质量直接决定了设备整体的功能和性能。除了换能器本身需要具备优异的声学和电学性能外，换能器和超声系统的电学匹配与否也会影响到换能器本身工作效率。因此，在换能器设计中，需要尽可能地通过电学设计来让其电学阻抗与超声检测系统的电学阻抗相匹配。为了能够增加小尺寸的低频超声相控阵换能器阵元的能量转换效率，需要在满足较小的压电材料面积S与较大的厚度D条件下，尽量增加其电容以减小压电振子的电阻抗，可通过设置多层压电材料结构来实现减小压电振子的电阻抗，多层压电材料结构，最常用也是最容易实现的方式是将单片压电材料在表面镀上金属电极，并在上下表面各切割出一条电极隔离槽将电极切断，或者在表面镀金属电极时，遮挡住和切割电极隔离槽同样大小的两块区域，从而区分出信号极和接地极；然后将两片压电材料使用环氧树脂或者导电胶水在一定压力下粘合在一起，实现两片压电材料电学并联。传统多层压电结构并联的方式，可以显著增大换能器单个压电振子的电容，降低电学阻抗，但该设计存在一个突出的问题：两片压电材料粘合在一起之后，信号极有很大一部分暴露在压电材料的上表面(发射接收超声信号面)和侧面，即使将信号极与接地极位置对换，依然存在信号极暴露在表面的问题。在超声换能器工作时，裸露的信号极会接收来自外界空间环境的辐射干扰和人体自身或者人体引入的干扰信号，导致超声图像出现干扰，影响医生做出临床诊断。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器及其制备方法，将两层压电材料并联叠合在一起，使得接地极把两片压电材料包裹住，最大程度地将干扰信号从超声换能器的接地极传导至超声系统的接地极，以避免干扰信号进入信号极，大大降低超声图像出现干扰的可能性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种双层压电层并联结构，包括第一压电层和第二压电层，在第一压电层的上表面开设一个切割槽，在切割槽内填入导电材料，且切割槽内的导电材料露出第一压电层的上表面和下表面，在第一压电层的上表面、下表面和侧面以及第二压电层的上、下表面和侧面均镀有电极层，所述的第二压电层的下表面粘接在第一压电层的上表面，在第一压电层的下表面的电极层上对应切割槽处切割有断口，用于将第一压电层的下表面的电极层与导电材料分隔开，第一压电层的上表面的电极层和第二压电层下表面的电极层极性相同，与切割槽内的导电材料共同作为信号极，第一压电层和第二压电层上的其余电极层作为接地极。进一步的，所述切割槽的宽度为0.01mm-1mm，切割槽的深度为0.1mm-1.0mm。进一步的，所述第一压电层和第二压电层之间通过粘合剂粘合，且粘合剂的层厚为小于等于1μm。进一步的，所述粘合剂为环氧树脂，所述导电材料为导电银环氧胶。进一步的，所述双层压电层并联结构设置多组叠堆成多层并联结构，且多组之间从下到上依次相互粘接，且每组双层压电层并联结构的切割槽均对应布置。一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器，包括上述的双层压电层并联结构、电路板和声聚焦层，所述双层压电层并联结构粘接在电路板上，所述电路板的底端粘接有至少一层背衬层，在双层压电层并联结构的顶侧粘接有至少一层声匹配层，所述声聚焦层粘贴在最外层声匹配层上。一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，将双层压电层并联结构与电路板通过粘合或者焊接方式，将双层压电层并联结构的接地极与电路板的接地极连通；步骤(2)，再将若干层声学匹配层和若干层背衬层分别与双层压电层并联结构和电路板(7)通过粘合的方式粘接在一起；步骤(3)，使用半导体切槽机将声学匹配层与双层压电层并联结构切割成规定数量的压电振子；步骤(4)，在声匹配层的上表面浇注或粘接声学聚焦层，最终形成具有电学并联结构多压电层的超声换能器。进一步的，步骤(1)中的双层压电层并联结构的制备方法，具体包括如下步骤：步骤(a)取一片未镀电极的压电材料作为第一压电层，然后切一个切割槽，切割槽的深度和宽度根据超声换能器的工作频率、结构大小决定；步骤(b)在第一压电层的切割槽内，填入导电材料，然后根据要求，固化导电材料；步骤(c)将第一压电层的上、下表面进行研磨，减薄第一压电层至规定厚度，同时使得填入的导电材料露出第一压电层的上、下表面；步骤(d)将第一压电层的上表面和第二压电层的下表面均镀上电极层，第一压电层的上表面的电极层和第二压电层的下表面的电极层均作为信号电极；步骤(e)将第一压电层的上表面和第二压电层的下表面使用粘合剂粘合在一起；步骤(f)将粘合在一起的两个压电层的上、下表面及所有侧面都镀上电极层，此步骤的电极层作为接地电极；步骤(g)最后，在第一压电层的下表面正对切割槽位置处切割断口，将信号极与接地极分割开，至此，双层压电层并联结构制作完成。进一步的，使用声学软性材料填入步骤(3)中半导体切槽机切出的切割缝中。进一步的，所述声学软性材料包括硅橡胶材料。相对于现有技术，本专利技术所述的一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器具有以下优势：1、通过本专利技术中设计的电学并联结构将两片或多片压电材料叠层并联，在不影响压电材料振动模式和有效发射接收面积的条件下使整个结构的电容大幅增加，达到降低电学阻抗，增强超声换能器与系统的的电学匹配度，进而增强换能器的超声波发射能力。2、本专利技术的电学并联结构中各层压电材料可以是同一种材料，也可以是不同种材料，厚度也不限于一致。根据需要，可通过不同层压电材料的厚度设计获得具有目标电阻抗的压电材料叠层结构。3、本专利技术的叠层式电学并联结构适合于各类压电材料，包括但不限于低介电系数压电材料，各类压电陶瓷、单晶、织构陶瓷以及各类无铅压电材料。4、本专利技术的叠层式电学并联结构将信号电极包裹在结构里面，相比于传统的多层压电材料的并联结构设计，本独特设计具有更好的抗干扰信号能力。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的内容限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的双层压电层并联结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的多层压电层并联结构的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层压电层并联结构，其特征在于：包括第一压电层(1)和第二压电层(2)，在第一压电层(1)的上表面开设一个切割槽(3)，在切割槽(3)内填入导电材料，且切割槽(3)内的导电材料露出第一压电层(1)的上表面和下表面，在第一压电层(1)的上表面、下表面和侧面以及第二压电层的上、下表面和侧面均镀有电极层，所述的第二压电层(2)的下表面粘接在第一压电层(1)的上表面，在第一压电层(1)的下表面的电极层上对应切割槽处切割有断口(4)，用于将第一压电层(1)的下表面的电极层与导电材料分隔开，第一压电层(1)的上表面的电极层和第二压电层(2)下表面的电极层极性相同，与切割槽(3)内的导电材料共同作为信号极(5)，第一压电层(1)和第二压电层(2)上的其余电极层作为接地极(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种双层压电层并联结构，其特征在于：包括第一压电层(1)和第二压电层(2)，在第一压电层(1)的上表面开设一个切割槽(3)，在切割槽(3)内填入导电材料，且切割槽(3)内的导电材料露出第一压电层(1)的上表面和下表面，在第一压电层(1)的上表面、下表面和侧面以及第二压电层的上、下表面和侧面均镀有电极层，所述的第二压电层(2)的下表面粘接在第一压电层(1)的上表面，在第一压电层(1)的下表面的电极层上对应切割槽处切割有断口(4)，用于将第一压电层(1)的下表面的电极层与导电材料分隔开，第一压电层(1)的上表面的电极层和第二压电层(2)下表面的电极层极性相同，与切割槽(3)内的导电材料共同作为信号极(5)，第一压电层(1)和第二压电层(2)上的其余电极层作为接地极(6)。


2.根据权利要求1所述的一种双层压电层并联结构，其特征在于：所述切割槽(3)的宽度为0.01mm-1mm，切割槽(3)的深度为0.1mm-1.0mm。


3.根据权利要求1所述的一种双层压电层并联结构，其特征在于：所述第一压电层(1)和第二压电层(2)之间通过粘合剂粘合，且粘合剂的层厚为小于等于1μm。


4.根据权利要求3所述的一种双层压电层并联结构，其特征在于：所述粘合剂为环氧树脂，所述导电材料为导电银环氧胶。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种双层压电层并联结构，其特征在于：所述双层压电层并联结构设置多组叠层，且多组之间从下到上依次相互粘接，且每组双层压电层并联结构的切割槽均对应布置。


6.一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器，其特征在于：包括如权利要求1所述的双层压电层并联结构，还包括电路板(7)和声聚焦层(8)，所述双层压电层并联结构粘接在电路板(7)上，所述电路板(7)的底端粘接有至少一层背衬层(9)，在双层压电层并联结构的顶侧粘接有至少一层声匹配层(10)，所述声聚焦层(8)粘贴在最外层声匹配层(10)上。


7.根据权利要求6所述的一种新型抗干扰并联式叠层医用超声换能器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓雯，曹文武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23