[发明专利]一种阵列超声换能器

说明书

本发明提出了一种阵列超声换能器，包括依次设置的吸声背衬层、压电层、声学匹配层和声透镜；压电层包括在一个平面上的阵元信号引线区域和压电阵元区域；还包括柔性电路板，柔性电路板电性连接阵元信号引线区域，从而使柔性电路板分布在压电层外围，不在压电阵元和吸声背衬层之间，消除了柔性电路板对阵列超声换能器性能的影响。此外，阵元信号引线区域和压电阵元区域在同一块压电材料上，避免增加工艺的难度和复杂性。进一步，柔性电路板的引线与每个压电阵元的信号电极一一对应，便于实现阵元信号引线区域与柔性线路板之间的电性连接。

技术领域

本发明涉及超声换能器技术领域，尤其涉及一种阵列超声换能器。

背景技术

超声成像广泛应用于医疗诊断和工业检测等领域，具有无损、无辐射、便捷以及成本低等优势。超声换能器是能将电激励信号转换成超声信号又能将反射回来的超声信号转换成电信号的器件，是超声成像设备的关键部件，超声换能器的性能直接决定了超声成像的质量。超声换能器主要分为单阵元超声换能器和阵列超声换能器。由于阵列超声换能器成像的方便性，目前医疗和工业领域的超声成像设备主要使用的是阵列超声换能器。

现有的超声换能器及制备方法都存在着不同的缺点影响超声换能器的性能：

超声换能器在工作时，压电片振动会同时向前和向后发出超声波。上述向前为向匹配层方向，向后为向背衬层方向。向前的超声波是超声成像所需要的，但是向后的超声波是不需要的。向后的超声波会反射之后对向前的超声波产生影响，从而影响超声成像的质量。柔性电路板可以简化阵列超声换能器的引线工艺，但是柔性电路板一般夹在压电阵元和背衬层之间，会降低换能器的性能。

而大部分超声换能器将柔性电路板设置在压电阵元和背衬层之间，虽然在制备上采用不同的方式减小柔性电路板在厚度方向上的尺寸以降低柔性电路板所造成的影响。但是，尺寸的减小是有限度的，采用现有技术将厚度减小后的柔性电路板依然对成像质量影响明显，从而降低换能器的性能。

为了消除柔性电路板的影响，部分阵列超声换能器采用将柔性电路板置于压电阵元两侧的设置方式，但是这种设置方式将柔性电路板与压电阵元连接的工艺复杂，成本高，例如：柔性电路板信号线路与压电阵元导电电极之间的连接需要通过涂覆二氧化硅填充的环氧树脂、激光烧蚀、镀金、涂覆抗蚀剂、湿法刻蚀、激光刻蚀以及最后化学溶解掉抗蚀剂等一系列工艺步骤实现。此外，高频超声换能器的阵元尺寸较小，柔性电路板与压电阵元的连接工艺难度大；低频超声换能器部分采用焊接或导电胶将单根同轴线与单个阵元连接的方式节约成本，但是超声换能器阵元数较多，一般为128阵元以上，每个阵元都要单独连接，工艺复杂费时，且良品率和可靠性不高。

综上所述，现有的超声换能器的制作方法大都是把柔性电路板直接插在压电阵元和背衬层之间，会降低换能器的性能。也有将柔性电路板置于压电阵元两侧，但是将柔性电路板线路与压电阵元实现电气连接的工艺非常复杂，成本较高。为了节约成本，也有超声换能器采用焊接或导电胶将单根同轴线与单个阵元连接，但是换能器阵元数较多，每个阵元都要单独连接，工艺复杂费时，而且良品率和可靠性不高。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种不增加工艺的复杂性和难度的阵列超声换能器。

具体地，所述阵列超声换能器，包括依次设置的吸声背衬层、压电层、声学匹配层和声透镜；所述压电层包括阵元信号引线区域和压电阵元区域；还包括柔性电路板，所述柔性电路板电性连接所述阵元信号引线区域。优选地，所述阵元信号引线区域与所述压电阵元区域设置在同一块压电材料上，可以一体成型，避免增加工艺的复杂性和难度。在一些实施例中，所述压电层包括一块压电材料，所述阵元信号引线区域和所述压电阵元区域分别设置在所述压电材料的不同区域上。