一種行列尋址的超聲面陣探頭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于超聲換能器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超聲面陣探頭的制備工藝和連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲換能器是實(shí)現(xiàn)聲信號(hào)和電信號(hào)轉(zhuǎn)換的器件。按照其結(jié)構(gòu)，可以劃分為一維、二維、環(huán)形陣列。其中，二維陣列結(jié)構(gòu)的超聲換能器(面陣探頭)可以實(shí)現(xiàn)三維超聲成像，在臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。目前，隨著對(duì)成像質(zhì)量和精度的不斷苛求，面陣探頭的制備也面臨挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn):(1)高頻化的發(fā)展需求，面陣探頭每一維陣元數(shù)目增加，其總陣元數(shù)目呈指數(shù)式增長(zhǎng)，而且，陣元間距與中心頻率成反比，達(dá)到了幾十個(gè)微米級(jí)別；(2)在臨床診斷中，要求超聲探頭盡可能小，便于實(shí)現(xiàn)超聲內(nèi)窺。綜合來(lái)看，面陣探頭所要滿足的高頻化、小型化需求，在具體的設(shè)計(jì)制備過(guò)程中，體現(xiàn)在陣元數(shù)目增多、陣元變小、間距變窄等方面，這已經(jīng)漸漸達(dá)到了現(xiàn)在工藝制備的物理極限。目前在制備高頻超聲探頭的研究還處于探索階段，提出一個(gè)簡(jiǎn)單有效的工藝流程是一件很有意義的工作。
[0003]行列尋址面陣通過(guò)行和列的索引來(lái)對(duì)每一個(gè)陣列尋址，從而達(dá)到控制每一個(gè)陣元的目的。經(jīng)各種理論研究和仿真結(jié)果表明，行列尋址面陣的性能幾乎可以與其規(guī)格相當(dāng)?shù)钠胀ǘS面陣的性能相比擬，并且將與外電路的通道(channel)個(gè)數(shù)從N2減小到2N，大大簡(jiǎn)化了制備的復(fù)雜度。目前看來(lái)，這是一種可行的解決方案，但在實(shí)際的制備過(guò)程中，還存在著諸多問(wèn)題。比如，相關(guān)研究人員設(shè)計(jì)制作了雙層相互垂直的的一維陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)行列尋址，但研究表明兩層之間的間距必須很小，如果在水中工作，會(huì)存在二者分離，進(jìn)而失效的隱串
■/Ql、Ο
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種行列尋址的超聲面陣探頭的制備方法，其工藝流程簡(jiǎn)單，連接可靠。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種行列尋址的超聲面陣探頭的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006]1)選取長(zhǎng)方體形狀的壓電片，其中，所述壓電片上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度均為U，其上平行于y軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)2，其上平行于ζ軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)3，并且200 < L3 < 400μm；
[0007]2)在壓電片的下表面鍍上一層長(zhǎng)方體形狀的底電極，再在壓電片的前側(cè)面和后側(cè)面分別鍍上一層長(zhǎng)方體形狀的側(cè)電極，其中每個(gè)側(cè)電極均與底電極接觸，所述底電極和兩側(cè)電極共同構(gòu)成一 U形結(jié)構(gòu)，并且此U形結(jié)構(gòu)覆蓋所述壓電片下表面、前側(cè)面和后側(cè)面的全部部位，再在壓電片上表面的前端和后端分別鍍一層長(zhǎng)方體形狀的端電極，其中每個(gè)端電極分別與對(duì)應(yīng)側(cè)的側(cè)電極接觸并且每個(gè)端電極上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度均為U，而且這兩個(gè)端電極相互平行，所述底電極、兩個(gè)側(cè)電極和兩個(gè)端電極共同構(gòu)成下電極；
[0008]3)將步驟1)的底電極的下表面粘貼在背襯上，然后在壓電片的上表面沿與側(cè)電極垂直的方向進(jìn)行第一次切割，其中每條切槽的長(zhǎng)度方向均平行于y軸并且長(zhǎng)度均為1^2、寬度均為40?60μπι，每條第一切槽均貫穿所述端電極和所述壓電片，相鄰兩條第一切槽之間形成第一陣元，并且每個(gè)第一陣元的寬度均為150?200μηι;
[0009]4)在每條第一切槽內(nèi)分別灌滿環(huán)氧樹(shù)脂膠，并將壓電片的上表面有環(huán)氧樹(shù)脂膠的部位磨平；
[0010]5)在壓電片的上表面鍍上一層長(zhǎng)方體形狀的中間電極以形成上電極，所述上電極與每條端電極均存在間距，并且其上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度L4 = U，其上平行于ζ軸的棱的長(zhǎng)度均為U;
[0011]6)在鋪有上電極的部位對(duì)上電極和壓電片進(jìn)行二次切割，從而切割出多條第二切槽，其中每條第二切槽的長(zhǎng)度方向均平行于x軸并且其長(zhǎng)度L6 = Ll、寬度均為40?60μπι，每條第二切槽的深度均為L(zhǎng)7并且L5<L7<L5+L3，相鄰兩條第二切槽之間形成第二陣元，并且每個(gè)第二陣元的寬度均為150?200μηι;
[0012]7)將第一柔性電路板粘貼在壓電片上，并使第一柔性電路板上的印刷電路通道與壓電片上的第一陣元對(duì)應(yīng)，再將第二柔性電路板粘貼在壓電片上，并使第二柔性電路板上的印刷電路通道與壓電片上的第二陣元對(duì)應(yīng)，從而形成超聲面陣探頭。
[0013]優(yōu)選地，其中，所述的壓電片采用鉛基壓電陶瓷材料制成。
[0014]優(yōu)選地，所述壓電片采用ΡΖΤ-5Η制成。
[0015]優(yōu)選地，步驟5)中所鍍的上電極的材料為金。
[0016]優(yōu)選地，步驟5)中采用濺射的方法將所述上電極鍍?cè)趬弘娖纳媳砻妗?br>[0017]優(yōu)選地，所述濺射方法為射頻濺射，所鍍的上電極的厚度為100?200nm。
[0018]優(yōu)選地，所述第二切槽的深度為0.6L3?0.8L3o
[0019]優(yōu)選地，步驟7)中，所述第一柔性電路板遠(yuǎn)離壓電片的一端的寬度大于其靠近壓電片的一端的寬度，以便其電連接外部設(shè)備;所述第二柔性電路板遠(yuǎn)離壓電片的一端的寬度大于其靠近壓電片的一端的寬度，以便其電連接外部設(shè)備。
[0020]優(yōu)選地，步驟7)中，所述第一柔性電路板和第二柔性電路板均通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼壓電片上。
[0021]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0022]本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了工藝流程，通過(guò)一系列設(shè)計(jì)和柔性電路板的使用，便于后續(xù)接線與封裝，制備的面陣探頭穩(wěn)定性好，在各種環(huán)境下都能保持很好的性能，而且造價(jià)低廉，極大地降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1(a)?圖1(f)分別是本發(fā)明中壓電片在初始時(shí)、鍍完下電極、切割、灌膠、鍍完上電極和二次切割后的結(jié)構(gòu)變化示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的柔性電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]參照?qǐng)D1(a)?圖1(f)、圖2，本發(fā)明提供了單層行列尋址的面陣探頭的制備的工藝流程。其工藝流程簡(jiǎn)單，不僅制備了行列尋址的面陣探頭，而且設(shè)計(jì)制備了與之配套的柔性電路板外接線，并通過(guò)阻抗分析和回波相應(yīng)等測(cè)試，證明這是一種行之有效的方案。
[0027]實(shí)施例1
[0028]1)選取長(zhǎng)方體形狀的壓電片，其中，所述壓電片上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度均為U，其上平行于y軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)2，其上平行于z軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)3，并且L3 = 250ym;其頻率為8MHz，優(yōu)選地，其中，所述的壓電片采用鉛基壓電陶瓷材料制成，更優(yōu)選地，所述壓電片采用PZT-5H制成。參照?qǐng)D1，其中，X軸沿左右方向延伸，y軸沿前后方向延伸，z軸沿上下方向延伸。
[0029]2)在壓電片的下表面鋪滿一層底電極，再在壓電片的前側(cè)面和后側(cè)面分別鋪滿一層側(cè)電極，其中每個(gè)側(cè)電極均與底電極接觸，所述底電極和兩側(cè)電極共同構(gòu)成一U形結(jié)構(gòu)，并且此U形結(jié)構(gòu)覆蓋所述壓電片下表面、前側(cè)面和后側(cè)面的全部部位，再在壓電片上表面的前端和后端分別鍍一層長(zhǎng)方體形狀的端電極，其中每個(gè)端電極分別與對(duì)應(yīng)側(cè)的側(cè)電極接觸并且每個(gè)端電極上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)i，而且這兩個(gè)端電極相互平行，所述底電極、兩個(gè)側(cè)電極和兩個(gè)端電極共同構(gòu)成下電極；
[0030]3)將步驟1)的底電極的下表面粘貼在背襯上，然后在壓電片的上表面切割出多條相互平行的第一切槽，其中每條第一切槽的長(zhǎng)度方向均平行于y軸并且長(zhǎng)度均為L(zhǎng)2、寬度均為50μπι，每條第一切槽均貫穿所述端電極和所述壓電片，相鄰兩條第一切槽之間形成第一陣元，并且每個(gè)第一陣元的寬度均為170μηι;
[0031 ] 4)在每條第一切槽內(nèi)分別灌滿環(huán)氧樹(shù)脂膠；
[0032]5)在壓電片的上表面鍍上一層長(zhǎng)方體形狀的中間電極以形成上電極，所述上電極與每條端電極均存在間距，并且其上平行于X軸的棱的長(zhǎng)度L4 = U，其上平行于ζ軸的棱的長(zhǎng)度均為U;優(yōu)選地，步驟5)中所鍍的上電極的材料為金，采用濺射的方法將所述上電極鍍?cè)趬弘娖纳媳砻?。?yōu)選地，所述濺射方法為射頻濺射，所鍍的上電極的厚度為6μπι。
[0033]6)在鋪有上電極的部位對(duì)上電極和壓電片進(jìn)行二次切割，從而切割出多條第二切槽，其中每條第二切槽的長(zhǎng)度方向均平行于X軸并且其長(zhǎng)度L6 = U、寬度均為50μπι，每條第二切槽的深度均為L(zhǎng)7并且L5<L7<L5+L3，相鄰兩條第二切槽之間形成第二陣元，并且每個(gè)第二陣元的寬度均為170μηι，所述第二切槽的深度為200μηι。
[0034]7)將第一柔性電路板粘貼在壓電片上，并使第一柔性電路板上的印刷電路通道與壓電片上的第一陣元對(duì)應(yīng)，再將第二柔性電路板粘貼在壓電片上，并使第二柔性電路板上的印刷電路通道與壓電片上的第二陣元對(duì)應(yīng)，從而形成超聲面陣探頭。優(yōu)選地，步驟7)中，所述第一柔性電路板遠(yuǎn)離壓電片的一端的寬度大于其靠近壓電片的一端的寬度，以便其電連接外部設(shè)備;所述第二柔性電路板遠(yuǎn)離壓電片的一端的寬度大于其靠近壓電片的一端的寬度，以便其電連接外部設(shè)備。另外，所述第一柔性電路板和第二柔性電路板均通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼壓電片上。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]1)選取長(zhǎng)方體形狀的壓電片，其中，所述壓電片上平行于x軸的棱的長(zhǎng)度均為U，其上平行于y軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)2，其上平行于z軸的棱的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)3，并且L3 = 200ym;其頻率為10MHz，優(yōu)選地，其中，所述的壓電片采用鉛基壓電陶瓷材料制成，更優(yōu)選地，所述壓電片采用PZT-5H制成。參照?qǐng)D1，其中，X軸沿左右方向延伸，y軸沿前后方向延伸，z軸沿上下方向延伸。
[0037]2)在壓電片的下表面鋪滿一層底電極，再在壓電片的前側(cè)面和后側(cè)面分別鋪滿一層側(cè)電極，其中每個(gè)側(cè)電極均與底電極接觸，所述