一种用于异形结构件探测的超声收发器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于异形结构件探测的超声收发器件，属于微机电技术领域，解决了现有技术中异形结构件探测的超声收发器件采用多层蛇形金属走线导致设计复杂、加工难度大的问题，本实用新型专利技术包括FPC柔性板，所述FPC柔性板上覆盖有芯片粘接薄膜，所述芯片粘接薄膜上安装有多个换能器单元，多个换能器单元组成阵列结构，所述换能器单元包括阵元，所述阵元分别连接有正电极和地电极，阵元由超声换能器组成。本发明专利技术基于压电微机械超声换能器及FPC柔性板，完成柔性PMUT阵列设计实现曲面结构件探测，具有操作简单、布线灵活、阵列规模可控和成本低的优点。控和成本低的优点。控和成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于异形结构件探测的超声收发器件


[0001]本技术属于微机电
，具体涉及一种用于异形结构件探测的超声收发器件。

技术介绍

[0002]超声成像是用于结构见和生物介质的无损检测的一种有力工具，目前的超声探头主要基于压电陶瓷块进行设计，体积较大、为刚性结构且较为笨重，难以对非平面三维表面成像。然而，由于曲面结构中应力集中不连续，导致复杂表面更易产生缺陷，因此设计一种用于异形结构件探测的超声收发器件对这些复杂表面成像是至关重要。基于微机电系统(MEMS)技术，微机械超声换能器具有重量轻、体积小且易于阵列化的特点，在柔性超声收发器件设计中具有显著优势。常见的柔性超声收发器件，压电材料嵌入聚合物衬底结构中采用薄而高性能的压电复合材料作为传感器，通过多层蛇形金属走线作为电气互连，柔性材料作为封装材料，实现异形结构件探测的超声收发器件设计。电容式微机械超声传感器(CMUT)，在分离的硅晶圆上制造的，并采购柔性材料填充元件间的沟槽使传感器具有柔性。
[0003]传统的压电陶瓷基超声换能器刚性较大，难以与不规则非平面表面的良好耦合，这些界面上的空气间隙会导致较大的声能量反射和波的畸变，造成测试结果不可靠。通常使用水和凝胶等超声波耦合剂来消除空气间隙，然而大量使用耦合剂将引起较小的回波信号相互抵消导致高通滤波器影响超声回波信号，同时耦合剂存在声阻抗不匹配的问题。另外，这些刚度较大换能器难以应用于难以触及的位置，如小腔和裂缝。
[0004]而目前所设计压电陶瓷嵌入聚合物衬底结构所采用压电材料厚度较大，采用多层蛇形金属走线的方式提升了器件设计的复杂性和加工难度。电容式微机械超声传感器(CMUT)采用聚合物填料降低了阵列在曲面上的一致性。此外，硅衬底可能是次级谐振器，产生不必要频率的纵波，最终导致图像中的伪影。由于排列元素间的不均匀性和寄生电容，CMUTs的机电效率通常低于压电陶瓷。基于MESM技术的压电微机械超声换能器(PMUT)具有体积小、重量轻、频率控制灵活、带宽大、灵敏度高的特点，在异形结构件探测中尚无应用。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于：
[0006]为解决现有技术中异形结构件探测的超声收发器件采用多层蛇形金属走线导致设计复杂、加工难度大的问题，提供一种用于异形结构件探测的超声收发器件。
[0007]本技术采用的技术方案如下：
[0008]一种用于异形结构件探测的超声收发器件，包括FPC柔性板，所述FPC柔性板上覆盖有芯片粘接薄膜，所述芯片粘接薄膜上安装有多个换能器单元，多个换能器单元组成阵列结构，所述换能器单元包括阵元，所述阵元分别连接有正电极和地电极，阵元由超声换能器组成。
[0009]进一步地，所述超声换能器包括由上至下依次连接的压电薄膜、顶硅层和底硅层，
所述底硅层内部设置有换能器空腔。
[0010]进一步地，所述换能器单元的阵列结构由8
×
8数量的换能器单元组成。
[0011]进一步地，所述换能器单元由2
×
2或3
×
3数量的超声换能器并联组成。
[0012]进一步地，所述芯片粘接薄膜为DAF膜、蓝膜或胶体薄膜，芯片粘接薄膜连接于FPC柔性板与换能器单元之间。
[0013]进一步地，所述多个换能器单元之间填充有柔性填充料，所述柔性填充料由环氧树脂或PDMS材料组成。
[0014]由于MEMS工艺制备的压电微机械超声换能器阵列结构尺寸很小，根据换能器频率的不同，单个阵元压电薄膜直径在几十～几百um范围内，相邻换能器元件之间的间距较小，可明显减小采集图像中的副瓣和光栅瓣伪影。为提升换能器柔性，基材可采用硅橡胶。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：
[0016]1、本技术通过FPC柔性板对超声收发器件阵列结构布线进行设计，设计更为灵活且成本低可靠性高；本技术基于MEMS技术设计压电微机械超声换能器，尺寸较小，可用于空间受限情况下的探测。两者优点综合，使曲面或异形结构的共形探测成为可能。
[0017]2、基于压电微机械超声换能器(PMUT)及FPC柔性板，完成柔性PMUT阵列设计实现曲面结构件探测，具有操作简单、布线灵活、阵列规模可控的优点。
附图说明
[0018]图1为本技术的超声收发器件示意图；
[0019]图2为图1中阵元的超声换能器侧面结构图；
[0020]图3为图1中换能器单元的结构物。
[0021]图中标记：101
‑
压电薄膜，102
‑
顶硅层，103
‑
底硅层，104
‑
换能器空腔；
[0022]201
‑
芯片粘接薄膜，202
‑
换能器单元，203
‑
FPC柔性板；
[0023]301
‑
阵元，302
‑
地电极，303
‑
正电极。
具体实施方式
[0024]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0025]实施例1
[0026]如图1所示的一种用于异形结构件探测的超声收发器件，包括FPC柔性板203，FPC柔性板203上覆盖有芯片粘接薄膜201，芯片粘接薄膜201上安装有多个换能器单元202，多个换能器单元202组成8
×
8数量的阵列结构，换能器单元202包括阵元301，阵元301分别连接有正电极303和地电极302，阵元301由超声换能器组成，超声换能器包括由上至下依次连接的压电薄膜101、顶硅层102和底硅层103，底硅层103内部设置有换能器空腔104。
[0027]优选地，换能器单元202由2
×
2数量的超声换能器并联组成，如图1中所示。
[0028]优选地，芯片粘接薄膜201为DAF膜，芯片粘接薄膜201连接于FPC柔性板203与换能器单元202之间。
[0029]优选地，多个换能器单元202之间填充有柔性填充料，柔性填充料由环氧树脂组
成。
[0030]实施例2
[0031]一种用于异形结构件探测的超声收发器件，包括FPC柔性板203，FPC柔性板203上覆盖有芯片粘接薄膜201，芯片粘接薄膜201上安装有多个换能器单元202，多个换能器单元202组成8
×
8数量的阵列结构，换能器单元202包括阵元301，阵元301分别连接有正电极303和地电极302，阵元301由超声换能器组成，超声换能器包括由上至下依次连接的压电薄膜101、顶硅层102和底硅层103，底硅层103内部设置有换能器空腔104。
[0032]优选地，换能器单元202由3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于异形结构件探测的超声收发器件，其特征在于，包括FPC柔性板(203)，所述FPC柔性板(203)上覆盖有芯片粘接薄膜(201)，所述芯片粘接薄膜(201)上安装有多个换能器单元(202)，多个换能器单元(202)组成阵列结构，所述换能器单元(202)包括阵元(301)，所述阵元(301)分别连接有正电极(303)和地电极(302)，阵元(301)由超声换能器组成。2.根据权利要求1所述的一种用于异形结构件探测的超声收发器件，其特征在于，所述超声换能器包括由上至下依次连接的压电薄膜(101)、顶硅层(102)和底硅层(103)，所述底硅层(103)内部设置有换能器空腔(104)。3.根据权利要求1所述的一种用于异形结构件探测的超声收发器件，其特征在于，所述换能...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦风，李慧，
申请(专利权)人：广州蜂鸟传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：