超声换能器及其制备方法

本技术涉及超声成像，尤其是涉及一种超声换能器及其制备方法。

背景技术：

1、随着超声波成像技术的不断发展，超声波成像系统在医疗诊断中的应用也越来越多。实时三维超声成像技术是当今医疗成像诊断重要的手段之一，这项技术能提高扫描帧频及达到高品质的成像要求，与传统的单阵元和一维阵列超声换能器相比，二维阵列相控阵系统是解决实时三维超声成像的有效手段，它能在两个方向上聚焦，检测空间分辨率大大提高。

2、三维超声成像的超声成像设备的关键部件是二维阵列超声换能器，这是由于二维阵列超声换能器(即二维阵列的相控阵系统)能在两个方向上聚焦，检测空间解析度较高，而且获取资料过程迅速、稳定，不需要移动及旋转即可自由地偏转和聚焦实现三维成像，如果时间被计算入另一个维度，则可生成四维影像。

3、二维阵列超声换能器包括行列式分布的大量阵元，每个阵元尺寸较小并且每个阵元需要独立接线，同时，阵元的两侧分别设置声学匹配的衬底层和声匹配层。然而，现有的超声换能器中，阵元与衬底层、声匹配层的声学匹配效果有待提高。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种超声换能器及其制备方法，旨在解决现有的超声换能器的声学匹配效果有待提高的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种超声换能器，所述超声换能器包括沿厚度方向依次层叠的衬底层、压电层和声匹配层；所述压电层包括基板，所述基板包括接线区和沿行方向及列方向呈行列式间隔分布的多个压电阵元，相邻两个所述压电阵元之间通过绝缘粘接剂粘结，所述接线区连接于多个所述压电阵元的外侧；所述基板靠近所述衬底层的一侧设置沿所述行方向间隔分布的多个第一电极层，每一所述第一电极层覆盖一列所述压电阵元，所述基板靠近所述声匹配层的一侧设置沿所述列方向间隔分布的多个第二电极层，每一所述第二电极层覆盖一行所述压电阵元；所述厚度方向分别垂直于所述行方向、所述列方向；

3、所述第一电极层在所述列方向上的至少一端延伸至所述接线区，并在所述接线区电连接第一导电件；所述第二电极层在所述行方向上的至少一端延伸至所述接线区，并在所述接线区电连接第二导电件。

4、在其中一个实施例中，所述第一电极层在所述列方向上的两端均延伸至所述接线区、且交替连接有所述第一导电件。

5、在其中一个实施例中，所述第二电极层在所述行方向上的两端均延伸至所述接线区、且交替连接有所述第二导电件。

6、在其中一个实施例中，所述第一电极层延伸至所述接线区的长度为1mm～3mm。

7、在其中一个实施例中，所述第二电极层延伸至所述接线区的长度为1mm～3mm。

8、在其中一个实施例中，所述第一电极层和/或所述第二电极层包括沿所述厚度方向依次层叠于所述基板的增粘层、主导电层和抗氧化层。

9、在其中一个实施例中，所述增粘层的材料为铬、钛、铝、镍和锡中的至少一种。

10、在其中一个实施例中，所述主导电层的材料为铜、银和铂中的至少一种。

11、在其中一个实施例中，所述抗氧化层的材料包括金、铝、铁、铌、锆和不锈钢中的至少一种。

12、在其中一个实施例中，所述增粘层的厚度为20nm～30nm。

13、在其中一个实施例中，所述主导电层的厚度为500nm～3000nm。

14、在其中一个实施例中，所述抗氧化层的厚度为50nm～100nm。

15、在其中一个实施例中，所述第一电极层的厚度小于或等于10μm。

16、在其中一个实施例中，所述第二电极层的厚度小于或等于10μm。

17、在其中一个实施例中，所述压电阵元的材料为铌镁钛酸铅单晶、钛酸钡钡钇齐纳酸铅单晶、钛酸锆铍单晶、磷酸铌钠单晶或铌酸锂单晶，所述绝缘粘接剂的材料为环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺和聚砜中的至少一种。

18、在其中一个实施例中，所述基板在所述列方向上的两端均露出于所述压电层。

19、在其中一个实施例中，所述基板在所述行方向上的两端均露出于所述声匹配层。

20、在其中一个实施例中，所述基板的厚度为50μm～1500μm。

21、在其中一个实施例中，所述声匹配层包括沿所述厚度方向依次设置于所述压电层的第一匹配层和第二匹配层，所述压电阵元的声阻抗为25mrayl～35mrayl，所述第一匹配层的声阻抗小于20mrayl且大于所述第二匹配层的声阻抗，所述第二匹配层的声阻抗大于2mrayl。

22、在其中一个实施例中，所述第一匹配层的材质为氧化铝粉末和环氧树脂的混合物。

23、在其中一个实施例中，所述第二匹配层的材质为环氧树脂。

24、在其中一个实施例中，所述第一匹配层的厚度为90μm～110μm。

25、在其中一个实施例中，所述第二匹配层的厚度为50μm～70μm。

26、在其中一个实施例中，所述超声换能器的中心频率为1mhz-30 mhz。

27、在其中一个实施例中，所述衬底层的厚度为3mm～6mm。

28、第二方面，本技术提供了一种超声换能器的制备方法，所述方法包括以下步骤：

29、s100：分别沿行方向和列方向将基板切割成呈行列式分布的多个压电阵元，并在相邻两个所述压电阵元之间的间隔中填充绝缘粘接剂，并在多个所述压电阵元的外侧连接接线区；

30、s200：沿厚度方向在所述基板的两侧分别镀多个第一电极层和多个第二电极层，每一所述第一电极层覆盖一列所述压电阵元，每一所述第二电极层覆盖一行所述压电阵元；

31、s300：将第一导电件电连接于所述第一电极层延伸至所述接线区的至少一端，将衬底层覆盖所述第一电极层；

32、s400：将第二导电件电连接于所述第二电极层延伸至所述接线区的至少一端，将声匹配层覆盖所述第二电极层，所述第二导电件和所述声匹配层在所述第二电极层的所在平面上相错开。

33、在其中一个实施例中，步骤s100包括以下步骤：

34、s101：将所述基板进行打磨处理；

35、s102：将完成打磨的所述基板进行抛光处理；

36、s103：沿所述行方向切割所述基板；

37、s104：使用粘度为80cps-100cps的绝缘粘接剂填充沿所述行方向切割所述基板形成的切口，并固化所述绝缘粘接剂；

38、s105：沿所述列方向切割所述基板；

39、s106：使用粘度为80cps-100cps的所述绝缘粘接剂填充沿所述列方向切割所述基板形成的切口，并固化所述绝缘粘接剂；

40、s107：研磨所述基板，去除多余的所述绝缘粘接剂。

41、在其中一个实施例中，步骤s200包括以下步骤：

42、s201：在所述基板的两侧分别依次溅射沉积增粘层、主导电层和抗氧化层，使得所述基板的两侧分别形成所述第一电极层和所述第二电极层；

43、s202：将位于所述第一电极层沿所述行方向切割，并采用所述绝缘粘接剂填充形成的切口；

44、s203：将位于所述第二电极层沿所述列方向切割，并采用所述绝缘粘接剂填充形成的切口。

45、在其中一个实施例中，所述将第一导电件电连接于所述第一电极层的至少一端的步骤具体包括：

46、s301：所述第一导电件交替地连接于所述第一电极层的两端；

47、s302：采用所述绝缘粘接剂将所述第一导电件的端部固定于所述第一电极层；

48、s303：压缩所述第一导电件的焊盘，将所述第一导电件的焊盘与所述第一电极层的端部连接。

49、本技术提供的超声换能器及其制备方法的有益效果是：第一电极层的至少一端露出于压电阵元的区域，并用于与第一导电件电连接，第一导电件不设置在压电阵元的区域，使得压电层和衬底层能够直接接触进行声学匹配；第二电极层的至少一端露出于压电阵元的区域，并用于与第二导电件电连接，第二导电件不设置在第二电极层和声匹配层之间，使得压电层和声匹配层能够直接接触进行声学匹配，因此，提高了压电阵元与衬底层、声匹配层的声学匹配效果。