[发明专利]多层叠片超声换能器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多层超声换能器及其制造方法，并且特别涉及具有改进振动特性的多层超声换能器及其制造方法。

背景技术

换能器是一种可以将电信号转换成机械信号的装置。例如，扬声器中的传感器可以将电信号转换成机械振动从而来产生声波。同样传感器也经常被用来生成高频率的超声波以供使用，例如医学成像、无损检测等。

用于医疗成像的超声换能器由许多元件组成，而且元件之间的距离随着用户要求的不断提升也在不断的变小。随着超声换能器中元件尺寸的减小，超声成像诊断系统中超声换能器和超声成像诊断系统之间的电阻抗失配正在成为亟待解决的严重问题。

一般而言，换能器中的压电元件的阻抗在100欧姆至1000欧姆的范围内变化，而用于在超声换能器同超声成像诊断系统之间的通信电缆的阻抗一般在50欧姆至75欧姆范围内，他们之间呈现出很大的差异。这种电阻抗失配会使得超声换能器的能量转换效率大大降低，反过来又会导致传感器的灵敏度下降和信噪比的上升，从而妨碍了对超声图像的信号的处理。

现有解决此问题的方法通常有两种：一种方法是通过外加并联电容的方式来相应的减小超声换能器的阻抗与成像系统间的阻抗失配问题，但是外加元件在某种程度上又提升了成本费用、制作的复杂程度等；另一种方法是相应的增大压电阵子与压电阵子之间的间距，但是由于阵子距离的增大又会出现旁瓣和栅瓣的问题，就会导致换能器的整体性能下降。

如果同样厚度的压电晶片彼此间相互并联连接，那么阻抗与压电晶片数量之间的关系可以表示为：Z(N)＝Z(1)/N2。其中N、Z分别表示压电晶片的数量、阻抗。也就是说，随着压电晶片数量的增加，阻抗会不断的降低。这样，基于此原理就可以降低传感器压电元件的高阻抗，可以解决上面提到的阻抗失配问题。

然而，上面提到的这种形式的多层超声换能器，由于在压电晶片同声学匹配层之间添加一层柔性电路板或者其他的耦合层使得压电阵子具有振动特性差的缺点。例如，某些专利为了连接压电组件的电极在前后表面都形成了柔性电路板；具体结构为：在压电晶片组件的前表面形成具有几十微米厚度的柔性电路板，从而导致组件的振动特性变差。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供一种多层叠片超声换能器及其制造方法，以在降低超声换能器中压电晶片的阻抗的同时，减小由于附加耦合层或者柔性电路板的引入而导致的抑制压电晶片振动的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种多层叠片超声换能器，所述多层叠片超声换能器包括：

压电晶片组件，所述压电晶片组件包含多个相互粘接的压电晶片；

其中，每个压电晶片的表面包含多个断口，所述多个断口将对应的压电晶片的电极层分隔为多个电极；

相互粘接的压电晶片的粘接面的电极的极性相同；

所述压电晶片组件的一侧还粘接有至少一层声学匹配层，

所述压电晶片组件的另一侧还粘接有至少一层背衬层；

其中，所述至少一层声学匹配层中最靠近所述压电晶片组件的声学匹配层包含一导电区域，或者所述至少一层背衬层中最靠近所述压电晶片组件的背衬层包含一导电区域。

第二方面，本发明实施例提供了一种制造多层叠片超声换能器的方法，所述多层叠片超声换能器包含多个压电晶片，所述方法包括：

在每个压电晶片的表面形成多个断口，以通过所述多个断口将对应的压电晶片的电极层分隔为多个电极；

将多个所述形成多个断口的压电晶片粘接在一起形成压电晶片组件，其中，相互粘接的压电晶片的粘接面的电极的极性相同；

在所述压电晶片组件的一侧粘接至少一层声学匹配层，并在所述压电晶片组件的另一侧粘接至少一层背衬层；

将所述至少一层声学匹配层中最靠近所述压电晶片组件的声学匹配层的一部分区域制作成一导电区域，或者将所述至少一层背衬层中最靠近所述压电晶片组件的背衬层的一部分区域制作成一导电区域。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例将多个包含多个断口的压电晶片相互粘接在一起形成压电晶片组件，相互粘接的压电晶片的粘接面的电极的极性相同，从而可有效降低压电晶片的阻抗。而且，通过将声学匹配层或者背衬层的的一部分区域制作成导电区域，从而不需要在压电晶片组件与声学匹配层或背衬层之间使用其他的附加耦合层或者柔性电路板就可以直接将压电晶片的电极引导出来，减小了由于附加耦合层或者柔性电路板的引入而导致的抑制压电晶片振动的问题，具有较强的易用性和实用性。

附图说明