一种行列寻址的超声面阵探头的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于超声换能器领域，更具体地，涉及一种超声面阵探头的制备工艺和连接方法。
【背景技术】
[0002]超声换能器是实现声信号和电信号转换的器件。按照其结构，可以划分为一维、二维、环形阵列。其中，二维阵列结构的超声换能器(面阵探头)可以实现三维超声成像，在临床医学等领域有很好的应用前景。目前，随着对成像质量和精度的不断苛求，面阵探头的制备也面临挑战，主要体现在以下两点:(1)高频化的发展需求，面阵探头每一维阵元数目增加，其总阵元数目呈指数式增长，而且，阵元间距与中心频率成反比，达到了几十个微米级别；(2)在临床诊断中，要求超声探头尽可能小，便于实现超声内窥。综合来看，面阵探头所要满足的高频化、小型化需求，在具体的设计制备过程中，体现在阵元数目增多、阵元变小、间距变窄等方面，这已经渐渐达到了现在工艺制备的物理极限。目前在制备高频超声探头的研究还处于探索阶段，提出一个简单有效的工艺流程是一件很有意义的工作。
[0003]行列寻址面阵通过行和列的索引来对每一个阵列寻址，从而达到控制每一个阵元的目的。经各种理论研究和仿真结果表明，行列寻址面阵的性能几乎可以与其规格相当的普通二维面阵的性能相比拟，并且将与外电路的通道(channel)个数从N2减小到2N，大大简化了制备的复杂度。目前看来，这是一种可行的解决方案，但在实际的制备过程中，还存在着诸多问题。比如，相关研究人员设计制作了双层相互垂直的的一维阵列来实现行列寻址，但研究表明两层之间的间距必须很小，如果在水中工作，会存在二者分离，进而失效的隐串
■/Ql、Ο
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种行列寻址的超声面阵探头的制备方法，其工艺流程简单，连接可靠。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种行列寻址的超声面阵探头的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0006]1)选取长方体形状的压电片，其中，所述压电片上平行于X轴的棱的长度均为U，其上平行于y轴的棱的长度均为L2，其上平行于ζ轴的棱的长度均为L3，并且200 < L3 < 400μm；
[0007]2)在压电片的下表面镀上一层长方体形状的底电极，再在压电片的前侧面和后侧面分别镀上一层长方体形状的侧电极，其中每个侧电极均与底电极接触，所述底电极和两侧电极共同构成一 U形结构，并且此U形结构覆盖所述压电片下表面、前侧面和后侧面的全部部位，再在压电片上表面的前端和后端分别镀一层长方体形状的端电极，其中每个端电极分别与对应侧的侧电极接触并且每个端电极上平行于X轴的棱的长度均为U，而且这两个端电极相互平行，所述底电极、两个侧电极和两个端电极共同构成下电极；
[0008]3)将步骤1)的底电极的下表面粘贴在背衬上，然后在压电片的上表面沿与侧电极垂直的方向进行第一次切割，其中每条切槽的长度方向均平行于y轴并且长度均为1^2、宽度均为40?60μπι，每条第一切槽均贯穿所述端电极和所述压电片，相邻两条第一切槽之间形成第一阵元，并且每个第一阵元的宽度均为150?200μηι;
[0009]4)在每条第一切槽内分别灌满环氧树脂胶，并将压电片的上表面有环氧树脂胶的部位磨平；
[0010]5)在压电片的上表面镀上一层长方体形状的中间电极以形成上电极，所述上电极与每条端电极均存在间距，并且其上平行于X轴的棱的长度L4 = U，其上平行于ζ轴的棱的长度均为U;
[0011]6)在铺有上电极的部位对上电极和压电片进行二次切割，从而切割出多条第二切槽，其中每条第二切槽的长度方向均平行于x轴并且其长度L6 = Ll、宽度均为40?60μπι，每条第二切槽的深度均为L7并且L5<L7<L5+L3，相邻两条第二切槽之间形成第二阵元，并且每个第二阵元的宽度均为150?200μηι;
[0012]7)将第一柔性电路板粘贴在压电片上，并使第一柔性电路板上的印刷电路通道与压电片上的第一阵元对应，再将第二柔性电路板粘贴在压电片上，并使第二柔性电路板上的印刷电路通道与压电片上的第二阵元对应，从而形成超声面阵探头。
[0013]优选地，其中，所述的压电片采用铅基压电陶瓷材料制成。
[0014]优选地，所述压电片采用ΡΖΤ-5Η制成。
[0015]优选地，步骤5)中所镀的上电极的材料为金。
[0016]优选地，步骤5)中采用溅射的方法将所述上电极镀在压电片的上表面。
[0017]优选地，所述溅射方法为射频溅射，所镀的上电极的厚度为100?200nm。
[0018]优选地，所述第二切槽的深度为0.6L3?0.8L3o
[0019]优选地，步骤7)中，所述第一柔性电路板远离压电片的一端的宽度大于其靠近压电片的一端的宽度，以便其电连接外部设备;所述第二柔性电路板远离压电片的一端的宽度大于其靠近压电片的一端的宽度，以便其电连接外部设备。
[0020]优选地，步骤7)中，所述第一柔性电路板和第二柔性电路板均通过环氧树脂胶粘贴压电片上。
[0021]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0022]本发明大大简化了工艺流程，通过一系列设计和柔性电路板的使用，便于后续接线与封装，制备的面阵探头稳定性好，在各种环境下都能保持很好的性能，而且造价低廉，极大地降低了生产成本。
【附图说明】
[0023]图1(a)?图1(f)分别是本发明中压电片在初始时、镀完下电极、切割、灌胶、镀完上电极和二次切割后的结构变化示意图；
[0024]图2是本发明的柔性电路板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]参照图1(a)?图1(f)、图2，本发明提供了单层行列寻址的面阵探头的制备的工艺流程。其工艺流程简单，不仅制备了行列寻址的面阵探头，而且设计制备了与之配套的柔性电路板外接线，并通过阻抗分析和回波相应等测试，证明这是一种行之有效的方案。
[0027]实施例1
[0028]1)选取长方体形状的压电片，其中，所述压电片上平行于X轴的棱的长度均为U，其上平行于y轴的棱的长度均为L2，其上平行于z轴的棱的长度均为L3，并且L3 = 250ym;其频率为8MHz，优选地，其中，所述的压电片采用铅基压电陶瓷材料制成，更优选地，所述压电片采用PZT-5H制成。参照图1，其中，X轴沿左右方向延伸，y轴沿前后方向延伸，z轴沿上下方向延伸。
[0029]2)在压电片的下表面铺满一层底电极，再在压电片的前侧面和后侧面分别铺满一层侧电极，其中每个侧电极均与底电极接触，所述底电极和两侧电极共同构成一U形结构，并且此U形结构覆盖所述压电片下表面、前侧面和后侧面的全部部位，再在压电片上表面的前端和后端分别镀一层长方体形状的端电极，其中每个端电极分别与对应侧的侧电极接触并且每个端电极上平行于X轴的棱的长度均为Li，而且这两个端电极相互平行，所述底电极、两个侧电极和两个端电极共同构成下电极；
[0030]3)将步骤1)的底电极的下表面粘贴在背衬上，然后在压电片的上表面切割出多条相互平行的第一切槽，其中每条第一切槽的长度方向均平行于y轴并且长度均为L2、宽度均为50μπι，每条第一切槽均贯穿所述端电极和所述压电片，相邻两条第一切槽之间形成第一阵元，并且每个第一阵元的宽度均为170μηι;
[0031 ] 4)在每条第一切槽内分别灌满环氧树脂胶；
[0032]5)在压电片的上表面镀上一层长方体形状的中间电极以形成上电极，所述上电极与每条端电极均存在间距，并且其上平行于X轴的棱的长度L4 = U，其上平行于ζ轴的棱的长度均为U;优选地，步骤5)中所镀的上电极的材料为金，采用溅射的方法将所述上电极镀在压电片的上表面。优选地，所述溅射方法为射频溅射，所镀的上电极的厚度为6μπι。
[0033]6)在铺有上电极的部位对上电极和压电片进行二次切割，从而切割出多条第二切槽，其中每条第二切槽的长度方向均平行于X轴并且其长度L6 = U、宽度均为50μπι，每条第二切槽的深度均为L7并且L5<L7<L5+L3，相邻两条第二切槽之间形成第二阵元，并且每个第二阵元的宽度均为170μηι，所述第二切槽的深度为200μηι。
[0034]7)将第一柔性电路板粘贴在压电片上，并使第一柔性电路板上的印刷电路通道与压电片上的第一阵元对应，再将第二柔性电路板粘贴在压电片上，并使第二柔性电路板上的印刷电路通道与压电片上的第二阵元对应，从而形成超声面阵探头。优选地，步骤7)中，所述第一柔性电路板远离压电片的一端的宽度大于其靠近压电片的一端的宽度，以便其电连接外部设备;所述第二柔性电路板远离压电片的一端的宽度大于其靠近压电片的一端的宽度，以便其电连接外部设备。另外，所述第一柔性电路板和第二柔性电路板均通过环氧树脂胶粘贴压电片上。
[0035]实施例2:
[0036]1)选取长方体形状的压电片，其中，所述压电片上平行于x轴的棱的长度均为U，其上平行于y轴的棱的长度均为L2，其上平行于z轴的棱的长度均为L3，并且L3 = 200ym;其频率为10MHz，优选地，其中，所述的压电片采用铅基压电陶瓷材料制成，更优选地，所述压电片采用PZT-5H制成。参照图1，其中，X轴沿左右方向延伸，y轴沿前后方向延伸，z轴沿上下方向延伸。
[0037]2)在压电片的下表面铺满一层底电极，再在压电片的前侧面和后侧面分别铺满一层侧电极，其中每个侧电极均与底电极接触，所述