本發(fā)明涉及超聲三維成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全接線式二維平面陣超聲換能器及其制造方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著超聲三維成像技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲三維成像技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而隨著超聲三維成像以及三維空間聲刺激、聲操控、聲治療的需求日益增大，當(dāng)前對于二維平面陣超聲換能器的性能可靠性要求也越來越高。當(dāng)前，二維平面陣超聲換能器的制造過程成為提高二維平面陣超聲換能器的性能可靠性的一個重要因素。二維平面陣超聲換能器的核心是面陣探頭，面陣探頭的接線方式有兩種：全接線方式和陣列接線方式。

對于擁有M*N個陣元的面陣探頭(即擁有M行N列個陣元的面陣探頭)，全接線方式即每個陣元接入一根導(dǎo)線，需要M*N根導(dǎo)線，其優(yōu)點(diǎn)在于，面陣探頭能單獨(dú)操作每一個陣元。然而，面陣探頭導(dǎo)線的連接是超聲換能器制備的難點(diǎn)，尤其是當(dāng)二維面陣探頭的陣元數(shù)較大時，例如256陣元、512陣元、1048陣元、甚至上萬陣元時，采用超聲焊接機(jī)焊接的方式接線，焊接工作將很難進(jìn)行，且耗時較長，其次品率較高，接線的質(zhì)量也無法保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種全接線式二維平面陣超聲換能器及其制造方法，以解決當(dāng)前采用超聲焊接機(jī)焊接陣探頭導(dǎo)線與各個陣元，焊接較為復(fù)雜，耗時較長，次品率較高的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法，包括：

制備帶有陣元電極和公共電極的壓電體；所述壓電體具有多個壓電陣元，形成壓電陣列層，所述陣元電極設(shè)置于所述壓電陣列層上，所述公共電極位于所述壓電陣列層的對面；

在壓電體帶有陣元電極的一面黏貼背襯網(wǎng)格；所述背襯網(wǎng)格上具有與各壓電陣元一一對應(yīng)的網(wǎng)孔；

在所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠；

向所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中插入接插件的插入件部分的各導(dǎo)電針，使得所述各導(dǎo)電針通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接；

在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分灌入背襯材料；

在所述公共電極上粘接或灌注匹配層，在所述匹配層上粘接或灌注聲透鏡，從而形成全接線式二維平面陣超聲換能器。

具體的，所述網(wǎng)孔為圓孔，所述圓孔的直徑小于單個壓電陣元的寬度。

具體的，在所述背襯網(wǎng)格與所述壓電體的粘貼面的對面設(shè)置有一層薄膜；在所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠，包括：

將所述導(dǎo)電膠均勻涂抹在背襯網(wǎng)格設(shè)置有薄膜的一面；

將所述導(dǎo)電膠刮平，使得每個網(wǎng)孔填滿所述導(dǎo)電膠；

將所述薄膜揭除，以去除網(wǎng)孔外多余的導(dǎo)電膠。

或者，在所述背襯網(wǎng)格與所述壓電體的粘貼面的對面設(shè)置另一背襯網(wǎng)格；在所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠，包括：

將所述導(dǎo)電膠均勻涂抹在背襯網(wǎng)格設(shè)置有另一背襯網(wǎng)格的一面；

將所述導(dǎo)電膠刮平，使得每個網(wǎng)孔填滿所述導(dǎo)電膠；

將所述另一背襯網(wǎng)格揭除，以去除網(wǎng)孔外多余的導(dǎo)電膠。

具體的，所述接插件包括一至多個連接件部分和一至多個所述插入件部分；每個插入件部分包括各導(dǎo)電針以及用于支撐所述導(dǎo)電針的支撐結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)電針的一端與所述連接件部分可拆卸連接；所述連接件部分還與外部線纜電連接；

向所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中插入接插件的插入件部分的各導(dǎo)電針，使得所述各導(dǎo)電針通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接，包括：

在所述接插件包括多個插入件部分時，分多次向所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中插入每個插入件部分的各導(dǎo)電針。

具體的，所述導(dǎo)電針為彈性導(dǎo)電針；向所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中插入接插件的插入件部分的各導(dǎo)電針，使得所述各導(dǎo)電針通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接，還包括：

將所述彈性導(dǎo)電針與各壓電陣元緊壓連接。

此外，所述背襯網(wǎng)格為以背襯材料制備的薄片，所述薄片的厚度為0.1mm至2mm。

具體的，在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分灌入背襯材料，包括：

在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分和所述背襯網(wǎng)格之間灌入背襯材料。

或者，所述背襯網(wǎng)格的材料為石蠟或鈉鹽。

具體的，在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分灌入背襯材料，包括：

在所述導(dǎo)電膠固化后，將材料為石蠟的背襯網(wǎng)格融化去除，再在所述插入件部分灌入背襯材料；

或者，在所述導(dǎo)電膠固化后，將材料為鈉鹽的背襯網(wǎng)格通過溶劑溶解去除，再在所述插入件部分灌入背襯材料。

一種全接線式二維平面陣超聲換能器，包括：帶有陣元電極和公共電極的壓電體；所述壓電體具有多個壓電陣元，形成壓電陣列層，所述陣元電極設(shè)置于所述壓電陣列層上，所述公共電極位于所述壓電陣列層的對面；

在壓電體帶有陣元電極的一面黏貼有背襯網(wǎng)格；所述背襯網(wǎng)格上具有與各壓電陣元一一對應(yīng)的網(wǎng)孔；在所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中設(shè)置有導(dǎo)電膠；

所述全接線式二維平面陣超聲換能器還包括接插件，所述接插件包括一至多個插入件部分和一至多個連接件部分；所述插入件部分包括多個導(dǎo)電針；各導(dǎo)電針的一端與所述連接件部分可拆卸連接；所述連接件部分還與外部線纜電連接；各導(dǎo)電針的另一端插入所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中，并通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接；所述插入件部分外側(cè)還填充有背襯材料；在所述壓電陣列層的對面的公共電極上設(shè)置有匹配層；在所述匹配層上設(shè)置有聲透鏡。

進(jìn)一步的，所述插入件部分還包括用于支撐所述導(dǎo)電針的支撐結(jié)構(gòu)。

具體的，所述導(dǎo)電針為彈性導(dǎo)電針；所述彈性導(dǎo)電針與各壓電陣元緊壓連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器及其制造方法，通過在帶有陣元電極和公共電極的壓電體上設(shè)置背襯網(wǎng)格，再在背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中添加導(dǎo)電膠，將導(dǎo)電針插入背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔的導(dǎo)電膠中，從而可以使用導(dǎo)電針對二維平面陣進(jìn)行全接線。之后進(jìn)一步采用接插件的連接方式，使得本發(fā)明提供的全接線式二維平面陣超聲換能器能夠精確控制每一個陣元，并且連接方式簡單可靠，避免了對每個陣元都進(jìn)行多次焊接的復(fù)雜工藝。本發(fā)明可以解決當(dāng)前采用超聲焊接機(jī)焊接陣探頭導(dǎo)線與各個陣元，焊接較為復(fù)雜，耗時較長，次品率較高的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法的流程圖一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法的流程圖二；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的壓電體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的壓電體和背襯網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的壓電體、背襯網(wǎng)格、插入件部分、連接件部分和外部線纜的裝配示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的灌入背襯材料的示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的全接線式二維平面陣超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法，如圖1所示，包括：

步驟101、制備帶有陣元電極和公共電極的壓電體。

其中，所述壓電體具有多個壓電陣元，形成壓電陣列層，所述陣元電極設(shè)置于所述壓電陣列層上，所述公共電極位于所述壓電陣列層的對面。

步驟102、在所述壓電體帶有陣元電極的一面黏貼背襯網(wǎng)格；所述背襯網(wǎng)格上具有與各壓電陣元一一對應(yīng)的網(wǎng)孔。

步驟103、在所述背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠。

步驟104、向所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中插入接插件的插入件部分的各導(dǎo)電針，使得所述各導(dǎo)電針通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接。

步驟105、在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分灌入背襯材料。

步驟106、在所述公共電極上粘接或灌注匹配層，在所述匹配層上粘接或灌注聲透鏡，從而形成全接線式二維平面陣超聲換能器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法，通過在帶有陣元電極和公共電極的壓電體上設(shè)置背襯網(wǎng)格，再在背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中添加導(dǎo)電膠，將導(dǎo)電針插入背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔的導(dǎo)電膠中，從而可以使用導(dǎo)電針對二維平面陣進(jìn)行全接線。之后進(jìn)一步采用接插件的連接方式，使得本發(fā)明提供的全接線式二維平面陣超聲換能器能夠精確控制每一個陣元，并且連接方式簡單可靠，避免了對每個陣元都進(jìn)行多次焊接的復(fù)雜工藝。本發(fā)明可以解決當(dāng)前采用超聲焊接機(jī)焊接陣探頭導(dǎo)線與各個陣元，焊接較為復(fù)雜，耗時較長，次品率較高的問題。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖，列舉一個更為詳細(xì)的實(shí)施例，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法，包括：

步驟201、對壓電體進(jìn)行垂直方向上一定厚度的二維分割，分割出多個壓電陣元。

此處，可以是分割出M行N列的壓電陣元，排布形成壓電陣列層。另外，還可以是分割出M+1行N+1列的壓電陣元，最外側(cè)的一圈壓電陣元可以作為公共電極。

步驟202、在壓電體的割縫中填充去耦材料。

這樣，當(dāng)去耦材料固化后可對壓電陣列層起支撐作用，且去耦材料可以減少各壓電陣元的串聲干擾。

步驟203、將未切割的壓電體材料部分磨掉，并在壓電體上下表面濺射電極，并對濺射電極后的壓電體進(jìn)行電極分割，得到預(yù)設(shè)尺寸的帶有陣元電極和公共電極的壓電體。

具體的，此處可以如圖3所示，其中，壓電體302可以具有多個壓電陣元301，形成壓電陣列層303，該陣元電極設(shè)置于所述壓電陣列層303上，公共電極304位于壓電陣列層的對面305。此處，最外側(cè)的一圈壓電陣元可以作為公共電極，在濺射時，壓電體302的側(cè)面同樣會濺射到，則該最外側(cè)的一圈壓電陣元301可以與壓電陣列層的對面305的公共電極304相連通。

值得說明的是，上述步驟201至步驟203形成的帶電極的壓電體僅用于解釋本發(fā)明的壓電體，其他帶電極的壓電體的制備方法也可以用于本發(fā)明，此處不再贅述。

步驟204、在壓電體帶有陣元電極的一面通過不導(dǎo)電膠黏貼背襯網(wǎng)格。

如圖4所示，該背襯網(wǎng)格306上具有與各壓電陣元301一一對應(yīng)的網(wǎng)孔307。該網(wǎng)孔307可以為圓孔，所述圓孔的直徑小于單個壓電陣元301的寬度。

步驟205、在背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠。

具體的，向背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中填入導(dǎo)電膠的方式可以有多種，例如：

在所述背襯網(wǎng)格與所述壓電體的粘貼面的對面可以設(shè)置有一層薄膜，則可以采用如下方式：將導(dǎo)電膠均勻涂抹在背襯網(wǎng)格設(shè)置有薄膜的一面；將導(dǎo)電膠刮平，使得每個網(wǎng)孔填滿所述導(dǎo)電膠；將所述薄膜揭除，以去除網(wǎng)孔外多余的導(dǎo)電膠。

另外，在所述背襯網(wǎng)格與所述壓電體的粘貼面的對面還可以設(shè)置另一背襯網(wǎng)格時，則可以采用如下方式：將所述導(dǎo)電膠均勻涂抹在背襯網(wǎng)格設(shè)置有另一背襯網(wǎng)格的一面；將所述導(dǎo)電膠刮平，使得每個網(wǎng)孔填滿所述導(dǎo)電膠；將所述另一背襯網(wǎng)格揭除，以去除網(wǎng)孔外多余的導(dǎo)電膠。此處，多余的導(dǎo)電膠去除的原因在于，壓電陣列層的對面為全部導(dǎo)通的公共電極，而壓電陣列層上為分割好的陣元電極，若多余的導(dǎo)電膠不除去，將會把分割好的陣元電極一起連通。

步驟206、向所述背襯網(wǎng)格的各網(wǎng)孔中插入接插件的插入件部分的各導(dǎo)電針，使得所述各導(dǎo)電針通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元電連接。

此處，如圖5所示，該接插件包括一至多個連接件部分308(此處僅給出了一個連接件部分的情況)和一至多個所述插入件部分309(此處僅給出了一個插入件部分的情況)；每個插入件部分309包括各導(dǎo)電針310以及用于支撐所述導(dǎo)電針310的支撐結(jié)構(gòu)311；該導(dǎo)電針310的一端與連接件部分308可拆卸連接；該連接件部分308還與外部線纜312電連接。該導(dǎo)電針310的另一端需要插入背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔307，該導(dǎo)電針310的橫截面小于該網(wǎng)孔307。

該步驟206可以通過如下過程實(shí)現(xiàn)：在接插件包括多個插入件部分時，分多次向背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中插入每個插入件部分的各導(dǎo)電針。例如，N個插入件部分，每個插入件部分包括M*1的導(dǎo)電針，插入件可以分N次插入背襯網(wǎng)格，用以防止因?qū)щ娽槄⒉畈黄交蛘哒`差累計，導(dǎo)致部分導(dǎo)電針未插入到背襯網(wǎng)格中，使得該陣元與導(dǎo)電針不能電連通。

值得說明的是，本發(fā)明提供的接插件可以采用市面上提供的導(dǎo)電針的間距恰當(dāng)?shù)慕硬寮趫D5中提供的接插件的結(jié)構(gòu)僅供參考。采用市面上通用的接插件，減少了超聲換能器的制作成本，無需特殊設(shè)計，且接插件以及背襯網(wǎng)格的使用，使得壓電體的接線脫離了焊接的限制，解決了壓電陣元接線焊接不可靠、耗時長、成本高的問題，當(dāng)壓電體陣元較多，甚至上萬陣元時，采用本發(fā)明提供的制備方法，可一次性完成所有壓電陣元的接線，進(jìn)一步優(yōu)化了傳統(tǒng)的超聲換能器的制備方法。

此外，該導(dǎo)電針310還可以為彈性導(dǎo)電針；則該步驟206可以將彈性導(dǎo)電針與各壓電陣元緊壓連接。導(dǎo)電膠作為電連接的二次保證，進(jìn)一步確保了壓電體接線的可靠性。

步驟207、在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分灌入背襯材料。

值得說明的是，上述的背襯網(wǎng)格306可以為以背襯材料制備的薄片，所述薄片的厚度為0.1mm至2mm，此處背襯網(wǎng)格306的厚度與該導(dǎo)電膠的流動性相關(guān)，該導(dǎo)電膠的流動性越好，則背襯網(wǎng)格的厚度可以越大，否則導(dǎo)電膠的流動性越差，則背襯網(wǎng)格的厚度可以越薄。則該步驟207可以是在所述導(dǎo)電膠固化后，在所述插入件部分和所述背襯網(wǎng)格之間灌入背襯材料。例如，圖6所示，背襯材料313位于插入件部分309，以將導(dǎo)電針310封住。

另外，上述背襯網(wǎng)格306的材料還可以為易融化材料，如石蠟等；或者是易通過溶劑溶解的材料，如鈉鹽等。則該步驟207可以是在所述導(dǎo)電膠固化后，將材料為石蠟的背襯網(wǎng)格融化去除，再在所述插入件部分灌入背襯材料?；蛘?，在所述導(dǎo)電膠固化后，將材料為鈉鹽的背襯網(wǎng)格通過溶劑溶解去除，再在所述插入件部分灌入背襯材料。

步驟208、在公共電極上粘接或灌注匹配層，在所述匹配層上粘接或灌注聲透鏡，從而形成全接線式二維平面陣超聲換能器。

在公共電極上的匹配層314和在匹配層314上的聲透鏡315如圖7所示。從圖7可以看出，本發(fā)明實(shí)施例最終形成了全接線式二維平面陣超聲換能器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器的制造方法，通過在帶有陣元電極和公共電極的壓電體上設(shè)置背襯網(wǎng)格，再在背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中添加導(dǎo)電膠，將導(dǎo)電針插入背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔的導(dǎo)電膠中，從而可以使用導(dǎo)電針對二維平面陣進(jìn)行全接線。之后進(jìn)一步采用接插件的連接方式，使得本發(fā)明提供的全接線式二維平面陣超聲換能器能夠精確控制每一個陣元，并且連接方式簡單可靠，避免了對每個陣元都進(jìn)行多次焊接的復(fù)雜工藝。本發(fā)明可以解決當(dāng)前采用超聲焊接機(jī)焊接陣探頭導(dǎo)線與各個陣元，焊接較為復(fù)雜，耗時較長，次品率較高的問題。

對應(yīng)于上述圖1和圖2所示的方法實(shí)施例，如圖3至圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種全接線式二維平面陣超聲換能器，包括：帶有陣元電極和公共電極的壓電體302；所述壓電體302具有多個壓電陣元301，形成壓電陣列層302，所述陣元電極設(shè)置于所述壓電陣列層302上，公共電極304位于所述壓電陣列層302的對面305。

在壓電體帶有陣元電極的一面黏貼有背襯網(wǎng)格306。所述背襯網(wǎng)格306上具有與各壓電陣元301一一對應(yīng)的網(wǎng)孔307；在所述背襯網(wǎng)格306的網(wǎng)孔307中設(shè)置有導(dǎo)電膠。

另外，該全接線式二維平面陣超聲換能器還包括接插件，所述接插件包括一至多個插入件部分309(此處僅給出了一個插入件部分的情況)和一至多個連接件部分308(此處僅給出了一個連接件部分的情況)。該插入件部分309包括多個導(dǎo)電針310。各導(dǎo)電針310的一端與所述連接件部分308可拆卸連接。該連接件部分308還與外部線纜312電連接；各導(dǎo)電針310的另一端插入所述背襯網(wǎng)格306的各網(wǎng)孔307中，并通過導(dǎo)電膠與各壓電陣元301電連接；所述插入件部分309外側(cè)還填充有背襯材料313。在所述壓電陣列層的對面305的公共電極304上設(shè)置有匹配層314；在所述匹配層313上設(shè)置有聲透鏡315。

進(jìn)一步的，所述插入件部分309還包括用于支撐所述導(dǎo)電針310的支撐結(jié)構(gòu)311。

具體的，所述導(dǎo)電針310為彈性導(dǎo)電針；所述彈性導(dǎo)電針與各壓電陣元301緊壓連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全接線式二維平面陣超聲換能器，其結(jié)構(gòu)包括帶有陣元電極和公共電極的壓電體以及其上設(shè)置的背襯網(wǎng)格，在背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔中添加有導(dǎo)電膠，從而將導(dǎo)電針插入背襯網(wǎng)格的網(wǎng)孔的導(dǎo)電膠中，使用導(dǎo)電針對二維平面陣進(jìn)行全接線。給換能器采用接插件的連接方式，使得本發(fā)明提供的全接線式二維平面陣超聲換能器能夠精確控制每一個陣元，并且連接方式簡單可靠，避免了對每個陣元都進(jìn)行多次焊接的復(fù)雜工藝。本發(fā)明可以解決當(dāng)前采用超聲焊接機(jī)焊接陣探頭導(dǎo)線與各個陣元，焊接較為復(fù)雜，耗時較長，次品率較高的問題。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。