一种全接线式二维平面阵超声换能器及其制造方法与流程

本发明涉及超声三维成像技术领域，尤其涉及一种全接线式二维平面阵超声换能器及其制造方法。

背景技术：

当前，随着超声三维成像技术的不断发展，超声三维成像技术已经在医学等领域得到广泛的应用。而随着超声三维成像以及三维空间声刺激、声操控、声治疗的需求日益增大，当前对于二维平面阵超声换能器的性能可靠性要求也越来越高。当前，二维平面阵超声换能器的制造过程成为提高二维平面阵超声换能器的性能可靠性的一个重要因素。二维平面阵超声换能器的核心是面阵探头，面阵探头的接线方式有两种：全接线方式和阵列接线方式。

对于拥有M*N个阵元的面阵探头(即拥有M行N列个阵元的面阵探头)，全接线方式即每个阵元接入一根导线，需要M*N根导线，其优点在于，面阵探头能单独操作每一个阵元。然而，面阵探头导线的连接是超声换能器制备的难点，尤其是当二维面阵探头的阵元数较大时，例如256阵元、512阵元、1048阵元、甚至上万阵元时，采用超声焊接机焊接的方式接线，焊接工作将很难进行，且耗时较长，其次品率较高，接线的质量也无法保证。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种全接线式二维平面阵超声换能器及其制造方法，以解决当前采用超声焊接机焊接阵探头导线与各个阵元，焊接较为复杂，耗时较长，次品率较高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法，包括：

制备带有阵元电极和公共电极的压电体；所述压电体具有多个压电阵元，形成压电阵列层，所述阵元电极设置于所述压电阵列层上，所述公共电极位于所述压电阵列层的对面；

在压电体带有阵元电极的一面黏贴背衬网格；所述背衬网格上具有与各压电阵元一一对应的网孔；

在所述背衬网格的网孔中填入导电胶；

向所述背衬网格的各网孔中插入接插件的插入件部分的各导电针，使得所述各导电针通过导电胶与各压电阵元电连接；

在所述导电胶固化后，在所述插入件部分灌入背衬材料；

在所述公共电极上粘接或灌注匹配层，在所述匹配层上粘接或灌注声透镜，从而形成全接线式二维平面阵超声换能器。

具体的，所述网孔为圆孔，所述圆孔的直径小于单个压电阵元的宽度。

具体的，在所述背衬网格与所述压电体的粘贴面的对面设置有一层薄膜；在所述背衬网格的网孔中填入导电胶，包括：

将所述导电胶均匀涂抹在背衬网格设置有薄膜的一面；

将所述导电胶刮平，使得每个网孔填满所述导电胶；

将所述薄膜揭除，以去除网孔外多余的导电胶。

或者，在所述背衬网格与所述压电体的粘贴面的对面设置另一背衬网格；在所述背衬网格的网孔中填入导电胶，包括：

将所述导电胶均匀涂抹在背衬网格设置有另一背衬网格的一面；

将所述导电胶刮平，使得每个网孔填满所述导电胶；

将所述另一背衬网格揭除，以去除网孔外多余的导电胶。

具体的，所述接插件包括一至多个连接件部分和一至多个所述插入件部分；每个插入件部分包括各导电针以及用于支撑所述导电针的支撑结构；所述导电针的一端与所述连接件部分可拆卸连接；所述连接件部分还与外部线缆电连接；

向所述背衬网格的各网孔中插入接插件的插入件部分的各导电针，使得所述各导电针通过导电胶与各压电阵元电连接，包括：

在所述接插件包括多个插入件部分时，分多次向所述背衬网格的网孔中插入每个插入件部分的各导电针。

具体的，所述导电针为弹性导电针；向所述背衬网格的各网孔中插入接插件的插入件部分的各导电针，使得所述各导电针通过导电胶与各压电阵元电连接，还包括：

将所述弹性导电针与各压电阵元紧压连接。

此外，所述背衬网格为以背衬材料制备的薄片，所述薄片的厚度为0.1mm至2mm。

具体的，在所述导电胶固化后，在所述插入件部分灌入背衬材料，包括：

在所述导电胶固化后，在所述插入件部分和所述背衬网格之间灌入背衬材料。

或者，所述背衬网格的材料为石蜡或钠盐。

具体的，在所述导电胶固化后，在所述插入件部分灌入背衬材料，包括：

在所述导电胶固化后，将材料为石蜡的背衬网格融化去除，再在所述插入件部分灌入背衬材料；

或者，在所述导电胶固化后，将材料为钠盐的背衬网格通过溶剂溶解去除，再在所述插入件部分灌入背衬材料。

一种全接线式二维平面阵超声换能器，包括：带有阵元电极和公共电极的压电体；所述压电体具有多个压电阵元，形成压电阵列层，所述阵元电极设置于所述压电阵列层上，所述公共电极位于所述压电阵列层的对面；

在压电体带有阵元电极的一面黏贴有背衬网格；所述背衬网格上具有与各压电阵元一一对应的网孔；在所述背衬网格的网孔中设置有导电胶；

所述全接线式二维平面阵超声换能器还包括接插件，所述接插件包括一至多个插入件部分和一至多个连接件部分；所述插入件部分包括多个导电针；各导电针的一端与所述连接件部分可拆卸连接；所述连接件部分还与外部线缆电连接；各导电针的另一端插入所述背衬网格的各网孔中，并通过导电胶与各压电阵元电连接；所述插入件部分外侧还填充有背衬材料；在所述压电阵列层的对面的公共电极上设置有匹配层；在所述匹配层上设置有声透镜。

进一步的，所述插入件部分还包括用于支撑所述导电针的支撑结构。

具体的，所述导电针为弹性导电针；所述弹性导电针与各压电阵元紧压连接。

本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器及其制造方法，通过在带有阵元电极和公共电极的压电体上设置背衬网格，再在背衬网格的网孔中添加导电胶，将导电针插入背衬网格的网孔的导电胶中，从而可以使用导电针对二维平面阵进行全接线。之后进一步采用接插件的连接方式，使得本发明提供的全接线式二维平面阵超声换能器能够精确控制每一个阵元，并且连接方式简单可靠，避免了对每个阵元都进行多次焊接的复杂工艺。本发明可以解决当前采用超声焊接机焊接阵探头导线与各个阵元，焊接较为复杂，耗时较长，次品率较高的问题。

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为本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法的流程图一；

图2为本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法的流程图二；

图3为本发明实施例中的压电体的结构示意图；

图4为本发明实施例中的压电体和背衬网格的结构示意图；

图5为本发明实施例中的压电体、背衬网格、插入件部分、连接件部分和外部线缆的装配示意图；

图6为本发明实施例中的灌入背衬材料的示意图；

图7为本发明实施例中的全接线式二维平面阵超声换能器的结构示意图。

具体实施方式

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做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。

本发明实施例提供一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法，如图1所示，包括：

步骤101、制备带有阵元电极和公共电极的压电体。

其中，所述压电体具有多个压电阵元，形成压电阵列层，所述阵元电极设置于所述压电阵列层上，所述公共电极位于所述压电阵列层的对面。

步骤102、在所述压电体带有阵元电极的一面黏贴背衬网格；所述背衬网格上具有与各压电阵元一一对应的网孔。

步骤103、在所述背衬网格的网孔中填入导电胶。

步骤104、向所述背衬网格的各网孔中插入接插件的插入件部分的各导电针，使得所述各导电针通过导电胶与各压电阵元电连接。

步骤105、在所述导电胶固化后，在所述插入件部分灌入背衬材料。

步骤106、在所述公共电极上粘接或灌注匹配层，在所述匹配层上粘接或灌注声透镜，从而形成全接线式二维平面阵超声换能器。

本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法，通过在带有阵元电极和公共电极的压电体上设置背衬网格，再在背衬网格的网孔中添加导电胶，将导电针插入背衬网格的网孔的导电胶中，从而可以使用导电针对二维平面阵进行全接线。之后进一步采用接插件的连接方式，使得本发明提供的全接线式二维平面阵超声换能器能够精确控制每一个阵元，并且连接方式简单可靠，避免了对每个阵元都进行多次焊接的复杂工艺。本发明可以解决当前采用超声焊接机焊接阵探头导线与各个阵元，焊接较为复杂，耗时较长，次品率较高的问题。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面结合附图，列举一个更为详细的实施例，如图2所示，本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法，包括：

步骤201、对压电体进行垂直方向上一定厚度的二维分割，分割出多个压电阵元。

此处，可以是分割出M行N列的压电阵元，排布形成压电阵列层。另外，还可以是分割出M+1行N+1列的压电阵元，最外侧的一圈压电阵元可以作为公共电极。

步骤202、在压电体的割缝中填充去耦材料。

这样，当去耦材料固化后可对压电阵列层起支撑作用，且去耦材料可以减少各压电阵元的串声干扰。

步骤203、将未切割的压电体材料部分磨掉，并在压电体上下表面溅射电极，并对溅射电极后的压电体进行电极分割，得到预设尺寸的带有阵元电极和公共电极的压电体。

具体的，此处可以如图3所示，其中，压电体302可以具有多个压电阵元301，形成压电阵列层303，该阵元电极设置于所述压电阵列层303上，公共电极304位于压电阵列层的对面305。此处，最外侧的一圈压电阵元可以作为公共电极，在溅射时，压电体302的侧面同样会溅射到，则该最外侧的一圈压电阵元301可以与压电阵列层的对面305的公共电极304相连通。

值得说明的是，上述步骤201至步骤203形成的带电极的压电体仅用于解释本发明的压电体，其他带电极的压电体的制备方法也可以用于本发明，此处不再赘述。

步骤204、在压电体带有阵元电极的一面通过不导电胶黏贴背衬网格。

如图4所示，该背衬网格306上具有与各压电阵元301一一对应的网孔307。该网孔307可以为圆孔，所述圆孔的直径小于单个压电阵元301的宽度。

步骤205、在背衬网格的网孔中填入导电胶。

具体的，向背衬网格的网孔中填入导电胶的方式可以有多种，例如：

在所述背衬网格与所述压电体的粘贴面的对面可以设置有一层薄膜，则可以采用如下方式：将导电胶均匀涂抹在背衬网格设置有薄膜的一面；将导电胶刮平，使得每个网孔填满所述导电胶；将所述薄膜揭除，以去除网孔外多余的导电胶。

另外，在所述背衬网格与所述压电体的粘贴面的对面还可以设置另一背衬网格时，则可以采用如下方式：将所述导电胶均匀涂抹在背衬网格设置有另一背衬网格的一面；将所述导电胶刮平，使得每个网孔填满所述导电胶；将所述另一背衬网格揭除，以去除网孔外多余的导电胶。此处，多余的导电胶去除的原因在于，压电阵列层的对面为全部导通的公共电极，而压电阵列层上为分割好的阵元电极，若多余的导电胶不除去，将会把分割好的阵元电极一起连通。

步骤206、向所述背衬网格的各网孔中插入接插件的插入件部分的各导电针，使得所述各导电针通过导电胶与各压电阵元电连接。

此处，如图5所示，该接插件包括一至多个连接件部分308(此处仅给出了一个连接件部分的情况)和一至多个所述插入件部分309(此处仅给出了一个插入件部分的情况)；每个插入件部分309包括各导电针310以及用于支撑所述导电针310的支撑结构311；该导电针310的一端与连接件部分308可拆卸连接；该连接件部分308还与外部线缆312电连接。该导电针310的另一端需要插入背衬网格的网孔307，该导电针310的横截面小于该网孔307。

该步骤206可以通过如下过程实现：在接插件包括多个插入件部分时，分多次向背衬网格的网孔中插入每个插入件部分的各导电针。例如，N个插入件部分，每个插入件部分包括M*1的导电针，插入件可以分N次插入背衬网格，用以防止因导电针参差不平或者误差累计，导致部分导电针未插入到背衬网格中，使得该阵元与导电针不能电连通。

值得说明的是，本发明提供的接插件可以采用市面上提供的导电针的间距恰当的接插件，在图5中提供的接插件的结构仅供参考。采用市面上通用的接插件，减少了超声换能器的制作成本，无需特殊设计，且接插件以及背衬网格的使用，使得压电体的接线脱离了焊接的限制，解决了压电阵元接线焊接不可靠、耗时长、成本高的问题，当压电体阵元较多，甚至上万阵元时，采用本发明提供的制备方法，可一次性完成所有压电阵元的接线，进一步优化了传统的超声换能器的制备方法。

此外，该导电针310还可以为弹性导电针；则该步骤206可以将弹性导电针与各压电阵元紧压连接。导电胶作为电连接的二次保证，进一步确保了压电体接线的可靠性。

步骤207、在所述导电胶固化后，在所述插入件部分灌入背衬材料。

值得说明的是，上述的背衬网格306可以为以背衬材料制备的薄片，所述薄片的厚度为0.1mm至2mm，此处背衬网格306的厚度与该导电胶的流动性相关，该导电胶的流动性越好，则背衬网格的厚度可以越大，否则导电胶的流动性越差，则背衬网格的厚度可以越薄。则该步骤207可以是在所述导电胶固化后，在所述插入件部分和所述背衬网格之间灌入背衬材料。例如，图6所示，背衬材料313位于插入件部分309，以将导电针310封住。

另外，上述背衬网格306的材料还可以为易融化材料，如石蜡等；或者是易通过溶剂溶解的材料，如钠盐等。则该步骤207可以是在所述导电胶固化后，将材料为石蜡的背衬网格融化去除，再在所述插入件部分灌入背衬材料。或者，在所述导电胶固化后，将材料为钠盐的背衬网格通过溶剂溶解去除，再在所述插入件部分灌入背衬材料。

步骤208、在公共电极上粘接或灌注匹配层，在所述匹配层上粘接或灌注声透镜，从而形成全接线式二维平面阵超声换能器。

在公共电极上的匹配层314和在匹配层314上的声透镜315如图7所示。从图7可以看出，本发明实施例最终形成了全接线式二维平面阵超声换能器。

本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器的制造方法，通过在带有阵元电极和公共电极的压电体上设置背衬网格，再在背衬网格的网孔中添加导电胶，将导电针插入背衬网格的网孔的导电胶中，从而可以使用导电针对二维平面阵进行全接线。之后进一步采用接插件的连接方式，使得本发明提供的全接线式二维平面阵超声换能器能够精确控制每一个阵元，并且连接方式简单可靠，避免了对每个阵元都进行多次焊接的复杂工艺。本发明可以解决当前采用超声焊接机焊接阵探头导线与各个阵元，焊接较为复杂，耗时较长，次品率较高的问题。

对应于上述图1和图2所示的方法实施例，如图3至图7所示，本发明实施例还提供一种全接线式二维平面阵超声换能器，包括：带有阵元电极和公共电极的压电体302；所述压电体302具有多个压电阵元301，形成压电阵列层302，所述阵元电极设置于所述压电阵列层302上，公共电极304位于所述压电阵列层302的对面305。

在压电体带有阵元电极的一面黏贴有背衬网格306。所述背衬网格306上具有与各压电阵元301一一对应的网孔307；在所述背衬网格306的网孔307中设置有导电胶。

另外，该全接线式二维平面阵超声换能器还包括接插件，所述接插件包括一至多个插入件部分309(此处仅给出了一个插入件部分的情况)和一至多个连接件部分308(此处仅给出了一个连接件部分的情况)。该插入件部分309包括多个导电针310。各导电针310的一端与所述连接件部分308可拆卸连接。该连接件部分308还与外部线缆312电连接；各导电针310的另一端插入所述背衬网格306的各网孔307中，并通过导电胶与各压电阵元301电连接；所述插入件部分309外侧还填充有背衬材料313。在所述压电阵列层的对面305的公共电极304上设置有匹配层314；在所述匹配层313上设置有声透镜315。

进一步的，所述插入件部分309还包括用于支撑所述导电针310的支撑结构311。

具体的，所述导电针310为弹性导电针；所述弹性导电针与各压电阵元301紧压连接。

本发明实施例提供的一种全接线式二维平面阵超声换能器，其结构包括带有阵元电极和公共电极的压电体以及其上设置的背衬网格，在背衬网格的网孔中添加有导电胶，从而将导电针插入背衬网格的网孔的导电胶中，使用导电针对二维平面阵进行全接线。给换能器采用接插件的连接方式，使得本发明提供的全接线式二维平面阵超声换能器能够精确控制每一个阵元，并且连接方式简单可靠，避免了对每个阵元都进行多次焊接的复杂工艺。本发明可以解决当前采用超声焊接机焊接阵探头导线与各个阵元，焊接较为复杂，耗时较长，次品率较高的问题。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。