[发明专利]球面超声换能器的制作方法及超声换能器

说明书

本发明涉及一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器，该方法包括：根据换能器的尺寸设计凹球面模型，在凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽；将阵元通过粘接剂粘贴到对应的第一凹槽内形成压电阵列，在剩余的第一凹槽内粘贴可导电单元；在凹球面模型内倒入填充胶，控制填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层。本申请提供的上述方案，将阵元放置到对应的第一凹槽内，通过填充胶使得各个阵元、可导电单元粘结在一起，最后设置共地导电层，整体方法制作简便，无需拼接，对制作工艺要求相对较低，有效提高了制作效率。

技术领域

本发明涉及超声医学治疗技术领域，特别是涉及一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器。

背景技术

随着超声换能器应用领域和作用位置的演变，人们对换能器本身的结构也提出不同的要求，其中一种就是大球冠或半球的超声换能器。这种换能器通常用于超声治疗领域，需要在换能器聚焦区域产生很大的声能量来用于治疗区域。此类换能器根据阵元(超声发射单元)数目可分为两种：单阵元球面换能器和阵列式球面换能器，其中，单阵元换能器的阵元为球面结构，阵列式换能器的阵元通常是由多个较小的平面阵元按一定顺序或无序排列在一个球面上。

目前，单阵元换能器的阵元只需要根据设计人员设计的几何结构、尺寸，找到专业制作压电材料的公司定制即可使用，而阵列式换能器的制作则相对复杂。

如图10所示，实线部分为一个球冠沿正中矢状面所截的轮廓示意图，对于阵列式换能器，根据实际的使用要求，压电阵列所组成的球冠高度H与球的曲率半径R的比值是不一样的，当H与R的比值等于1时，球冠为半球；在比值不同时其球面压电阵列的制作方法也不一样，现有可分为以下两种情况：当H与R的比值小于1/3时，即小球冠，此时，换能器的压电阵列可预先制备，通常方法是让压电阵列处于加热状态使得阵列变得柔软故而容易发生形变，形变完全后维持压制状态让压电阵列冷却定形，从而形成一个球面的压电阵列；当当H与R的比值大于1/3，即大球冠，此时，球面的压电阵列若采用上述方法进行成形，则会导致阵列出现破损、开裂的概率大大增加，阵列将无法成形或极难成形，此时通常采用拼接的形式来制作球面压电阵列，其方法是：预先设计压电阵列需要成形的球冠尺寸，将球冠的球面近似展开成平面，通常会分割成多个形状的平面；然后把多个平面的压电阵列进行形状改造，阵列表面的形状与前述中分割后的平面一样，再按照小球冠的方法进行球面压制成形，随后拼接成一个完整的球冠。

然而，由于大球冠球面的压电阵列在制作时需要分模块拼接，即需要对多个平面进行压电阵列，当多个平面完成压电阵列后，由于各平面压电阵列在压制成形时很难保证其边缘形变量一致，且拼接后各阵列的接缝较宽，降低了整体换能器的精确度，同时，该方法制作过程繁琐，严重影响了工作效率。

发明内容

基于此，有必要针对现有的大球冠的球面压电阵列制作过程复杂的问题，提供一种球面超声换能器的制作方法及超声换能器。

本发明提供了一种球面超声换能器的制作方法，该方法包括：

根据换能器的尺寸设计凹球面模型，在所述凹球面模型上的凹型表面上均匀设置多个第一凹槽；

在每个所述第一凹槽内加入粘接剂；

将阵元通过粘接剂粘贴到对应的所述第一凹槽内形成压电阵列，其中所述阵元的粘贴面为正极面，同时，在剩余的第一凹槽内粘贴可导电单元；

在凹球面模型内倒入填充胶，控制所述填充胶均匀流动到各个阵元、可导电单元之间的间隙中；

在阵元远离第一凹槽的一侧设置共地导电层，以使得所有阵元、可导电单元的地电极实现电学共地。

上述球面超声换能器的制作方法，将阵元放置到对应的第一凹槽内形成压电阵列，通过填充胶使得各个阵元、可导电单元粘结在一起，最后设置共地导电层，整体方法制作简便，各个阵元能够一体成形而不用分模块制作再拼接形成，对制作工艺要求相对较低，有效提高了制作效率。