一种二维阵列超声换能器的电极引线装置及方法与流程

本发明涉及压电超声换能器，特别涉及一种二维阵列超声换能器的电极引线装置及方法。

背景技术：

二维阵列超声换能器目前有两种排列方式，一种是在压电晶片的同一面上纵横两个方向分割成M×N个电极，另一面作为公共电极，形成阵元总数量为M×N的二维阵列；另一种是在压电晶片一面纵向分割成M个电极，另一面横向分割成N个电极，再在压电晶片的每一面粘接虚拟公共电极，形成阵元总数量为M×N的二维阵列，此种方法相对于第一种方法的优点是把M×N个阵元的二维阵列引线从M×N个变为M+N个，大大减少了引线的数量,这是一种确实可行的解决方案，但现有电极引线方法一般为焊接或者粘接柔性线路板(FPC)，但两种方法都存在一定的问题。

1、焊接的方法不适用于频率较高的超声换能器，比如15MHz超声换能器，其压电晶片厚度只有0.1mm,在焊接过程中，压电晶片很容易去极化，产生失效。

2、焊接的方法不适于阵元间距小于0.3mm的超声换能器，比如长宽各为0.3mm的阵元，但较小的焊点直径都接近0.3mm,如果有如些大的焊点在压电晶片表面，其性能将急剧下降。

采用粘接FPC的方式虽然解决了焊接的问题，但对于高频探头来说，前端FPC的厚度要小于四分之一波长，比如15MHz超声换能器，超声波通过FPC，其四分之一波长约为0.05mm，而现有最薄的FPC厚度约为0.1mm，FPC的厚度也将影响超声换能器的性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种二维阵列超声换能器的电极引线装置及方法，保证了阵元的一致性，提高了二维阵列超声换能器的成品率和制作效率，适用于不同频率的超声换能器。

本发明中的一种二维阵列超声换能器的电极引线装置，包括电极本体、引线插针和背衬，所述电极本体包括第一公共电极隔离层、压电晶片和第二公共电极隔离层，所述第一公共电极隔离层的上层连接压电晶片的下层，所述压电晶片的上层连接第二公共电极隔离层的下层，所述电极本体上设有背衬，所述背衬内镶嵌有引线插针，所述引线插针设于第二公共电极隔离层的上层上。

上述方案中，所述引线插针包括第一引线插针、第二引线插针和第三引线插针，所述第一引线插针设于4个边角上，所述第二引线插针设于第二公共电极隔离层上层的前面和后面，所述第三引线插针设于第二公共电极隔离层上层的左面和右面。

上述方案中，所述电极本体中的第一公共电极隔离层、压电晶片和第二公共电极隔离层的材料为镍、镍铬合金、金中的其中一种。

一种二维阵列超声换能器的电极引线方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：准备长方体压电晶片，设压电晶片平行于X轴的棱的长度均为L+2c，平行于Y轴的棱的长度均为W，平行于Z轴的棱的长度均为T；

S2：在压电晶片上下表面、前后左右四个侧面都镀上一层电极，形成长方体压电晶片的六个面电极全部导通；

S3：沿Y轴方向切割已镀电极的压电晶片，去除两端沿X轴方向长度各为c，得到去除平行于Z-Y平面的两个侧面无电极的压电晶片，得到的压电晶片沿X轴的棱的长度为L，沿Y轴的棱的长度为W；

S4：分割压电晶片左右两个侧面电极，分割得到2M条第二电极，所述2M条第二电极相临电极中心间距为a，同时得到4条宽度为d的第一电极；

S5：分割压电晶片下表面电极，分割得到M条第四电极，所述M条第四电极相临电极中心间距为a，同时得到2条宽度为d的第三电极；

S6：分割压电晶片上表面电极，分割得到2M条第六电极，所述2M条第六电极相临电极中心间距为a，同时分割得到N条第七电极，所述N条第七电极相临电极中心间距为b，同时分割得到4条长宽为d的第五电极；

S7：准备与压电晶片同等长度宽度的第一公共电极隔离层及第二公共电极隔离层，在第一公共电极隔离层及第二公共电极隔离层的上下表面、前后左右四个侧面都镀上一层电极，形成六个面电极全部导通；

S8：分割第一公共电极隔离层前后左右四个侧面电极，分割得到8条长宽均为d的第八电极；同时得到4条宽度为T的第二无电极区域；

S9：分割第一公共电极隔离层下表面电极，分割得到4条长宽为d的第九电极；同时得到中央电极区域第十电极，所述第十电极与所述4条第九电极连通，同时得到边缘第三无电极区域；

S10：分割第一公共电极隔离层上表面电极，得到端角4条长宽为d的第十一电极，其它区域为第四无电极区域；

S11：分割第二公共电极隔离层前后左右四个侧面电极，分割得到8条长宽为d的第十二电极，同时得到2M条宽度为a的第十四电极，同时得到2N条宽度为b的第十三电极；

S12：分割第二公共电极隔离层下表面电极，分割得到4条第十五电极，所述4条第十五电极长宽均为d，同时得到2M条第十七电极，所述2M条第十七电极相临电极中心间距为a，宽度为d，同时得到2N条第十三电极，所述2N条第十三电极相临电极中心间距为b，宽度为d，同时得到中央第五无电极区域；

S13：分割第二公共电极隔离层上表面电极，分割得到4条电极，所述4条第十八电极长宽均为d，同时得到中央电极区域第二十一电极，所述中央电极区域第二十一电极与所述4条第十八电极连通，同时得到2M条第二十电极，所述2M条第二十电极相临电极中心间距为a，宽度为d，同时得到2N条第十九电极，所述2N条第十九电极相临电极中心间距为b，宽度为d；

S14：准备镶嵌有引线插针背衬，所述第二引线插针设有M条，所述第三引线插针设有N条；

S15：第一公共电极隔离层的上层连接压电晶片的下层，所述压电晶片的上层连接第二公共电极隔离层的下层，所述第二公共电极隔离层的上层连接背衬，完成M×N个阵元的二维阵列超声换能器的电极连接。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种二维阵列超声换能器的电极引线装置及方法，适用于不同频率的二维阵列超声换能器，保证了阵元的一致性，提高了二维阵列超声换能器的成品率和制作效率。而且换能器的稳定性好，适合批量化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为压电晶片的结构示意图；

图3为压电晶片的分割示意图；

图4为第一公共电极隔离层的分割示意图；

图5为第二公共电极隔离层的分割示意图；

图6为背衬的结构示意图。

图中：1、第一公共电极隔离层 101、第八电极 102、第二无电极区域 103、第九电极 104、第三无电极区域 105、第十电极 106、第十一电极 107、第四无电极区域

2、压电晶片 201、第一电极 202、第二电极 203、第一无电极区域 204、第三电极 205、第四电极 206、第五电极 207、第六电极 208、第七电极 209、第一分隔槽

3、第二公共电极隔离层 301、第十二电极 302、第十三电极 303、第十四电极 304、第十五电极 305、第十六电极 306、第十七电极 307、第五无电极区域 308、第十八电极 309、第十九电极 3010、第二十电极 3011、第二十一电极 3012、第二分隔槽

4、背衬 5、引线插针 501、第一引线插针 502、第二引线插针 503、第三引线插针

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明是一种二维阵列超声换能器的电极引线装置，包括电极本体、引线插针5和背衬4，电极本体包括第一公共电极隔离层1、压电晶片2和第二公共电极隔离层3，第一公共电极隔离层1的上层连接压电晶片2的下层，压电晶片2的上层连接第二公共电极隔离层3的下层，电极本体上设有背衬4，背衬4内镶嵌有引线插针5，引线插针5设于第二公共电极隔离层3的上层上。其中，引线插针5包括第一引线插针501、第二引线插针502和第三引线插针503，第一引线插针501设于4个边角上，第二引线插针502设于第二公共电极隔离层3上层的前面和后面，第三引线插针503设于第二公共电极隔离层3上层的左面和右面。优选的，电极本体中的第一公共电极隔离层1、压电晶片2和第二公共电极隔离层3的材料为镍、镍铬合金、金中的其中一种。

一种二维阵列超声换能器的电极引线方法，包括以下步骤：

S1：如附图2(1)所示，准备长方体压电晶片，设压电晶片2平行于X轴的棱的长度均为L+2c，L≥2.0mm，0.1mm≤c≤1.0mm，平行于Y轴的棱的长度均为W，W≥2.0mm，平行于Z轴的棱的长度均为T，T≥0.01mm。

S2：在压电晶片2上下表面、四个侧面都镀上一层电极，形成长方体压电晶片的六个面电极全部导通，其中电极材料为金，电极厚度为300nm至800nm。

S3：如附图2(2)所示，沿Y轴切割已镀电极的压电晶片，去除两端沿X轴长度各为c，得到如附图2(3)所示压电晶片，压电晶片沿X轴的棱的长度为L，沿Y轴的棱的长度为W。

S4：采用蚀刻或激光切割的方法按附图3(1)分割压电晶片左右两个侧面电极。第二电极202中相临电极中心间距为a，a≥0.05mm，第二电极202共有2M条所述M≥4，第一电极201宽度各为d，宽度0.3mm≤d≤1.0mm。第二电极202之相临电极间有第一分割槽209。第一分割槽209宽度为a的十分之一。压电晶片的前后两个侧面为第一无电极区域203。

S5：采用蚀刻或激光切割方法按附图3(2)分割压电晶片下表面电极。第三电极204中宽度为d，第四电极205中相临电极中心间距a，宽度a≥0.05mm，第四电极205共有M条，第四电极205之相临电极间有第一分割槽209。

S6：采用蚀刻或激光切割的方法按附图3(3)分割压电晶片上表面电极。第五电极206的长度宽度分别为d，第六电极207中相临电极中心间距为a，第六电极207共有2M条，第六电极207通过第二电极202与第四电极205连通。第七电极208中相临电极中心间距为b，b≥0.05mm，第七电极208有N条，N≥4。第七电极208之相临电极间有第一分割槽209。

S7：准备与压电晶片2同等长度宽度的第一公共电极隔离层1及第二公共电极隔离层2，在第一公共电极隔离层1及第二公共电极隔离层2的上下表面、四个侧面都镀上一层电极，形成六个面电极全部导通，其中电极材料为金，电极厚度为300nm至800nm。

S8：采用蚀刻的方法按附图4(1)分割第一公共电极隔离层前后左右四个侧面电极。第八电极101长宽均为d，旁边为第二无电极区域102。

S9：采用蚀刻的方法按附图4(2)分割第一公共电极隔离层下表面电极。第九电极103长宽各为d，第十电极105与第九电极103连通，并设有第三无电极区域104。

S10：采用蚀刻的方法按附图4(3)分割第一公共电极隔离层上表面电极。第十一电极106的长宽各为d，第十一电极106通过第八电极101与第九电极103、第十电极105连通。中间设有第四无电极区域107。

S11：采用蚀刻的方法按附图5(1)分割第二公共电极隔离层前后左右四个侧面电极，第十二电极301长宽均为d，第十三电极302中相临电极中心间距为b，第十三电极302共有2N条，第十四电极303中相临电极中心间距为a，第十四电极303共有2M条，第十四电极303间设有第二分割槽3012。

S12：采用蚀刻的方法按附图5(2)分割第二公共电极隔离层下表面电极，第十五电极304长宽均为d，第十六电极305中相临电极中心间距为b，第十三电极302共有2N条，第十七电极306中相临电极中心间距为a，第十七电极306共有2M条，第十七电极306间设有第二分割槽3012，中央设有第五无电极区域307。

S13：采用蚀刻的方法按附图5(3)分割第二公共电极隔离层上表面电极，第十八电极308长宽均为d，第二十一电极3011与第十八电极308连通。第十九电极309中相临电极中心间距为b，第十九电极309共有2N条，第二十电极3010中相临电极中心间距为a，第二十电极3010共有2M条，第二十电极3010间设有第二分割槽3012，第十九电极309通过第十三电极302与第十六电极305连通，第二十电极3010通过第十四电极303与第十七电极306连通。

S14：如附图6所示，背衬4中预先镶嵌引线插针，4条第一引线插针501为公共电极引线，M条引线插针为第二引线插针502，前后两个方向交错排列，N条引线插针为第三引线插针503，左右两个方向交错排列。

S15：如附图1所示，第一公共电极隔离层1上表面与压电晶片2下表面进行粘接，压电晶片2上表面与第二公共电极隔离层3下表面进行粘接，第二公共电极隔离层3上表面与背衬4进行粘接，完成M×N个阵元的二维阵列超声换能器的电极连接。

本发明所列的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定。为了便于描述本发明，对各部件的方位进行了约定，所述“上表面”为平行于X-Y轴所形成的平面，靠近Z轴正方向；所述“下表面”为平行于X-Y轴所形成的平面，靠近Z轴向方向；所述“前侧面”为平行于Z-Y轴所形成的平面，靠近X轴正方向；所述“后侧面”为平行于Z-Y轴所形成的平面，靠近X轴负方向；所述“左侧面”为平行于Z-X轴所形成的平面，靠近Y轴负方向；所述“右侧面”为平行于Z-X轴所形成的平面，靠近Y轴正方向。需要理解的是，“上表面”“下表面”“前侧面”“后侧面”“左侧面”“右侧面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。