一种超声相控阵换能器制造技术

本发明专利技术涉及换能器技术领域，更具体的是涉及一种超声相控阵换能器，包括壳体和设置于壳体内的多个换能器模块，多个换能器模块拼接排列形成换能器阵列，每个换能器模块包括顺次连接的背衬层、共地电极层、压电模块层、辐射电极层、匹配层；压电模块层包括基板和设置于基板一面上的晶体阵列，晶体阵列包括多个阵元，辐射电极层包括与阵元数量对应的多个辐射电极，每个辐射电极包括电极板和固定设置在电极板上的引脚，电极板固定覆盖在阵元顶面，引脚穿过基板和共地电极层与背衬层固定连接。本发明专利技术中的电极板与阵元连接，电极板上固定设置引脚引出，可与外部电源连接，不会出现虚焊或者损坏换能器的情况。坏换能器的情况。坏换能器的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种超声相控阵换能器


[0001]本专利技术涉及换能器
，更具体地是涉及一种超声相控阵换能器。

技术介绍

[0002]现有的HIFU换能器主要可以分为两种：一是由单个或数个较大单元换能器构成的碗状超声换能器，二是由多个较小单元换能器构成的碗状超声换能器。这些换能器由于具有碗状球心这一天然的聚焦点，其在超声聚焦焦点的空间范围调控上存在局限性，焦点调控范围受限。即使是由多个较小单元换能器构成的碗状超声换能器，在相位调控的条件下，其焦点可调范围也有限，且强制调大焦点范围容易产生旁瓣。所以，现有的大部分HIFU换能器在治疗时均需要结合机械移动来扩大治疗范围。为了解决上述限制，也出现了大规模的平面式阵列换能器，通过将小换能器拼装成换能器模块，然后再由这些模块换能器组装成大的平面阵列换能器，这样可以实现焦点的大范围空间调控。
[0003]如中国专利CN201810767230.9提供了一种超声波换能器阵列，包括：接收发射层，用于发射和接收超声波信号；正极层，设置在接收发射层的第一侧上；以及负极层，设置在接收发射层的与第一侧相对的第二侧上；接收发射层和正极层被分割成多个超声波换能器阵元，使得多个超声波换能器阵元中的每一个均具有自身的正极，并且多个超声波换能器阵元具有公共的负极。其在印刷电路板，正反两面均做好线路和焊盘，将超声波换能器阵列焊接在印刷电路板上，这样有可能会出现虚焊和损坏换能器的情况出现、工艺也较复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术中通过将换能器焊接在印刷电路板上易出现虚焊和损坏换能器的不足，提供了一种工艺简单、连接可靠、不需要焊接的超声相控阵换能器。
[0005]在本技术方案中，提供了一种超声相控阵换能器，包括壳体和设置于壳体内的多个换能器模块，多个换能器模块拼接排列形成换能器阵列，每个换能器模块包括顺次连接的背衬层、共地电极层、压电模块层、辐射电极层、匹配层；压电模块层包括基板和设置于基板一面上的晶体阵列，晶体阵列包括多个阵元，辐射电极层包括与阵元数量对应的多个辐射电极，每个辐射电极包括电极板和固定设置在电极板上的引脚，电极板固定覆盖在阵元顶面，引脚穿过基板和共地电极层与背衬层固定连接。
[0006]本专利技术中通过设置多个相互独立的辐射电极，每个独立辐射电极的电极板与每个阵元的一面连接作为正极，每个阵元另一面固定设置在基板的一面上，压电模块层的基板的另一面覆盖设置有共地电极层，作为负极，辐射电极的引脚穿过基板和共地电极层引出，与外部电源连接。这样的设置不用通过焊接的方式固定电极与换能器，不会出现虚焊或者损坏换能器的情况，同时结构、工艺都更加简单、成本更低。
[0007]作为进一步改进的结构形式，上述的基板上设置有与晶体阵列阵元数目相对应的第一通孔，共地电极层设置有与第一通孔位置、数量对应的第二通孔。这样设置是为了让电极板的引脚直接穿过第一通孔和第二通孔与背衬层固定连接，减少线材的使用，同时使得
换能器内部的排线更加有序，避免发生交错造成短路。
[0008]作为进一步改进的结构形式，上述的背衬层上设置有与第二通孔配合的凸起，凸起上设置有与引脚对应且贯穿背衬层的第三通孔。背衬层起到封装保护作用，另外凸起可以对共地电极层进行定位，保证第二通孔与第一通孔始终位置对应，确保引脚能从第二通孔中引出。
[0009]作为进一步改进的结构形式，上述的引脚的一端与电极板的侧壁固定连接，另一端穿过第一通孔、第二通孔、第三通孔，且与第三通孔紧密连接。引脚从电极板的侧壁开始，沿着阵元的侧壁贯穿基板、共地电极层、背衬层，同时引脚与第三通孔紧密连接，固定在背衬层上，防止引脚松动。
[0010]作为进一步改进的结构形式，上述的匹配层设置有与阵元数量对应的第一凹槽，第一凹槽的侧壁上设置有与引脚配合的第二凹槽。第一凹槽可容纳阵元，起到封装保护压电模块层的作用，同时实现换能器的声学匹配功能；第二凹槽的设置是为了组装时让引脚紧密贴合在第二凹槽内，进一步对引脚定位，防止其松动。
[0011]作为进一步改进的结构形式，上述的第一通孔位于每个阵元的同一侧方。使得整个换能器模块排线更加有序美观，同时避免穿过第一通孔的引脚距离过近，发生互相接触短路的情况，损坏换能器。
[0012]作为进一步改进的结构形式，上述的第二通孔的面积大于第一通孔的面积。这样设置是为了确保共地电极层不会覆盖到第一通孔，同时，第二通孔的侧壁远离第一通孔的侧壁，避免引脚穿过第一通孔和第二通孔时接触到第二通孔的侧壁造成短路，损坏换能器。
[0013]作为进一步改进的结构形式，上述的压电模块层的材料为压电陶瓷、压电晶体、复合压电物质等，其具有压电效应，在电压的作用下会产生形变或者在压力作用下产生电压，从而可将电信号转换成声信号，或将声信号转换成电信号；这样对压电材料施加高频电信号，则会产生高频机械振动，即产生超声波，实现扫描功能。
[0014]作为进一步改进的结构形式，上述的多个换能器模块排列的形式为平面阵列、球面阵列、曲面阵列、不规则阵列等，模块化的换能器，设计上较为灵活，可根据需要拼接组装成多种形态的换能器阵列，可适应于多种不同的场景。
[0015]作为进一步改进的结构形式，上述的每个阵元的形状为立方体、圆柱体、棱台等，方便压电材料模块的加工。
[0016]与现有技术相比，有益效果是：
[0017]本专利技术中通过设置多个相互独立的辐射电极，每个独立辐射电极的电极板与每个阵元的一面连接作为正极，每个阵元另一面固定设置在基板的一面上，压电模块层的基板的另一面覆盖设置有共地电极层，作为负极，辐射电极的引脚穿过基板的第一通孔、共地电极层的第二通孔和背衬层的第三通孔引出，可与外部电源连接，同时引脚与第三通孔、第二凹槽紧密连接进行定位。这样的设置不用通过焊接的方式固定电极与换能器，不会出现虚焊或者损坏换能器的情况，同时结构、工艺都更加简单、成本更低。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的整体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的换能器模块整体结构示意图；
[0020]图3为图2的分解示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的换能器模块内部结构示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的背衬层结构示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的共地电极层结构示意图；
[0024]图7为图4的A部局部放大图；
[0025]图8为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的辐射电极层结构示意图；
[0026]图9为本专利技术实施例1超声相控阵换能器的匹配层结构示意图；
[0027]图10为本专利技术实施例2超声相控换能器的整体结构示意图。
具体实施方式
[0028]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声相控阵换能器，其特征在于，包括壳体(1)和设置于壳体(1)内的多个换能器模块(2)，所述多个换能器模块(2)拼接排列形成换能器阵列，所述每个换能器模块(2)包括顺次连接的背衬层(3)、共地电极层(4)、压电模块层(5)、辐射电极层(6)、匹配层(7)；所述压电模块层(5)包括基板(51)和设置于基板(51)一面上的晶体阵列，晶体阵列包括多个阵元(52)，所述辐射电极层(6)包括与所述阵元(52)数量对应的多个辐射电极，所述每个辐射电极包括电极板(61)和固定设置在所述电极板(61)上的引脚(62)，所述电极板(61)固定覆盖在所述阵元(52)顶面，所述引脚(62)穿过所述基板(51)和共地电极层(4)与所述背衬层(3)固定连接。2.根据权利要求1所述一种超声相控阵换能器，其特征在于，所述基板(51)上设置有与所述阵元(52)数目相对应的第一通孔(53)，所述共地电极层(4)设置有与所述第一通孔(53)位置、数量对应的第二通孔(41)。3.根据权利要求2所述的一种超声相控阵换能器，其特征在于，所述背衬层(3)上设置有与所述第二通孔(41)配合的凸起(31)，所述凸起(31)上设置有与所述引脚(62)对应且贯穿所述背衬层(3)的第三通孔(32)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥达，朱波，何建方，滕世国，李建霖，郭甲，李萍，
申请(专利权)人：韶关东阳光自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：