一种高频渐进声阻抗匹配层的制备方法与流程

本发明涉及一种高频渐进声阻抗匹配层的制备方法。

背景技术：

超声换能器因其具有压电效应，是一种能实现电信号和声信号相互转换的器件，是超声系统中最为核心的声学器件。

目前商用超声换能器大多数采用单层、双层或多层匹配层，其中单层匹配和双层匹配由于匹配层数有限，不能完全实现压电层和被检测对象之间的声阻抗匹配，多层匹配层方案虽然可以显著的改善声能向被检测对象的传输效率，但是随着匹配层数的增加，相应的粘接层数也依次增加，这无疑会增加探头制造工艺难度、不确定性及其复杂性。与此同时，超声波在粘接层中的多次反射会随之增强，进一步降低超声换能器的整体性能。如果匹配层的声阻抗不是逐层变化而是渐变变化，即渐变匹配声阻抗的大小由压电层一侧渐变过渡至接触层一侧，可以解决多层匹配方案中声能传输效率和制作工艺两者不可兼得的问题。

传统上用四分之一波长方法进行声阻抗匹配，这种方法只能在中心频率附件实现最佳匹配，阻抗渐进层则可以在更宽的频率范围内实现声阻抗匹配。

目前市面上也出现了声阻抗渐变式超声换能器，但是存在如下缺陷：

专利号为cn200810038902的中国专利提出了一种渐进声阻抗制备方法，这种方法无法实现对声阻抗渐进的精确控制。

专利号为cn200820151708.7的中国专利公开了一种声阻抗连续变化的超声换能器，主要采用由粒径相同、比重不同的多种声学材料颗粒与高分子偶联剂混合固化而成，在重力的作用下，颗粒按照比重大小由大至小依次纵向排列，固化后即可形成声阻抗连续变化的匹配层，该方案需要多种粉末，且粉末比重需连续变化，制作成本高，难度大。

专利号为cn201310296746.7的中国专利中，采用梯度温度固化法制造声阻抗渐变匹配层，具体实现方案为：设置多段固化温度使树脂的粘度由稠变稀，并在此过程中填充材料根据密度不同形成不同的沉积层，相对密度小的粉末往上浮，相对密度大的粉末往下沉，使得内部不同密度的粉末沿纵向形成声阻抗渐变的匹配层，但其制作过程复杂，需要多种不同比重的粉末且设置多段固化温度，该方法温度控制严格，固化时间较长。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高频渐进声阻抗匹配层的制备方法，其实现了微米尺寸精度的声学匹配材料，可用于高频超声期间的声学匹配，且制备精度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种高频渐进声阻抗匹配层的制备方法，包括如下步骤：

s1：使用互补结构的掩膜板，采用双面倾斜曝光法，通过光刻机精确对准曝光，得到光刻胶渐进结构；

s2：在所述光刻胶渐进结构中填充匹配材料，形成渐进声阻抗匹配层。

与现有技术相比，本发明公开的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法，其实现了微米尺寸精度的声学匹配材料，可用于高频超声期间的声学匹配，且制备精度高。

根据本发明另一具体实施方式，所述互补结构的掩膜板包括上掩膜板和下掩膜板；所述上掩膜板为矩形，其包括透光组和不透光组，所述上掩膜板的四角为不透光组，所述透光组与所述不透光组间隔设置；所述下掩膜板为矩形，其包括透光组和不透光组，所述下掩膜板的四角为透光组，所述透光组与所述不透光组间隔设置。

根据本发明另一具体实施方式，所述匹配材料包括有机硅。

根据本发明另一具体实施方式，所述步骤s1进一步包括步骤s11－s15：

s11：在石英晶片上溅射金属层；

s12：采用上掩膜板给所述金属层制版；

s13：在经所述上掩膜板制版的所述金属层上旋涂光刻胶，得到光刻胶层；

s14：将经涂胶的所述石英晶片进行曝光处理；

s15：显影所述光刻胶层，得到光刻胶渐进结构。

根据本发明另一具体实施方式，所述步骤s14进一步包括步骤s141－s142：

s141：从所述石英晶片底部紫外倾斜曝光；

s142：采用所述下掩膜板，从所述光刻胶层上面垂直曝光。

根据本发明另一具体实施方式，所述步骤s2进一步包括步骤s21－s22：

s21：将所述匹配材料缓慢注入所述光刻胶渐进结构中，并抽真空使所述匹配材料充分渗入所述光刻胶渐进结构中，得到匹配材料渐进结构；

s22：待所述匹配材料凝固后，将所述匹配材料渐进结构从所述光刻胶渐进结构中剥离。

根据本发明另一具体实施方式，在所述步骤s22后进一步包括步骤s23：

在所述匹配材料渐进结构中注入补充材料，形成渐进声阻抗微结构。

根据本发明另一具体实施方式，所述光刻胶为su－8光刻胶。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是实施例1提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法的流程图；

图2是实施例1提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法中步骤s1的流程图；

图3是实施例1提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法中步骤s2的流程图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，是本实施例提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法的流程图。该方法包括步骤s1－s2：

s1：使用互补结构的掩膜板，采用双面倾斜曝光法，通过光刻机精确对准曝光，得到光刻胶渐进结构。

该步骤用于得到光刻胶渐进结构。

具体的，在该步骤中，互补结构的掩膜板包括上掩膜板和下掩膜板；上掩膜板为矩形，其包括透光组和不透光组，上掩膜板的四角为不透光组，透光组与不透光组间隔设置；下掩膜板为矩形，其包括透光组和不透光组，下掩膜板的四角为透光组，透光组与不透光组间隔设置。上掩膜板与下掩膜板为互补结构即意思为：上掩膜板的透光组与下掩膜板中的不透光组对应设置，上掩膜板中的不透光组与下掩膜板中的透光组对应设置。

图2是本实施例提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法中步骤s1的流程图；步骤s1进一步包括步骤s11－s15：

s11：在石英晶片上溅射金属层。

该步骤用于溅射形成金属层。

s12：采用上掩膜板给金属层制版。

该步骤用于采用上掩膜板对金属层进行掩膜制版。

s13：在经上掩膜板制版的金属层上旋涂光刻胶，得到光刻胶层。

该步骤用于旋涂光刻胶，得到光刻胶层。在本实施例中，光刻胶采用su－8光刻胶。

s14：将经涂胶的石英晶片进行曝光处理。

该步骤用于进行曝光处理，进一步的，该步骤包括s141－s142：

s141：从石英晶片底部紫外倾斜曝光；

s142：采用下掩膜板，从光刻胶层上面垂直曝光。

s15：显影光刻胶层，得到光刻胶渐进结构。

该步骤用于显影处理，得到光刻胶渐进结构。

s2：在光刻胶渐进结构中填充匹配材料，形成渐进声阻抗匹配层。

该步骤用于填充，形成渐进声阻抗匹配层。

图3是本实施例提供的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法中步骤s2的流程图。具体的，步骤s2进一步包括步骤s21－s23：

s21：将匹配材料缓慢注入光刻胶渐进结构中，并抽真空使匹配材料充分渗入光刻胶渐进结构中，得到匹配材料渐进结构；

s22：待匹配材料凝固后，将匹配材料渐进结构从光刻胶渐进结构中剥离。

s23：在匹配材料渐进结构中注入补充材料，形成渐进声阻抗微结构。

在本实施例中，匹配材料包括pdms，即聚二甲基硅氧烷，简称为有机硅。

本实施例公开的高频渐进声阻抗匹配层的制备方法，其实现了微米尺寸精度的声学匹配材料，可用于高频超声期间的声学匹配，且制备精度高。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。