[發明專利]基于菲涅爾波帶式壓電復合材料的自聚焦式超聲換能器

有效

• 申請號: 201310698410.3
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103706551A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 簡小華;崔崤峣;李章劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

1.基于菲涅爾波帶式壓電復合材料的自聚焦式超聲換能器，包括菲涅爾波帶式壓電復合材料，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復合材料上方設置有匹配層（4），所述菲涅爾波帶式壓電復合材料下方設置有金屬導線（9），所述金屬導線（9）的下方為背襯（6），所述背襯（6）的下方的兩側為底部托盤（7），所述兩個底部托盤（7）為絕緣的環氧樹脂（8），且在所述菲涅爾波帶式壓電復合材料和所述背襯（6）的兩側也為所述絕緣的環氧樹脂（8），所述超聲換能器的外部為導電外殼（5）。

2.根據權利要求1所述的基于菲涅爾波帶式壓電復合材料的自聚焦式超聲換能器，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復合材料包括壓電陶瓷（1），環氧樹脂（2）和金屬導電電極（3），所述壓電陶瓷（1）和所述環氧樹脂（2）相鄰連接，且所述壓電陶瓷（1）和所述環氧樹脂（2）的上下兩面連接有所述金屬導電電極（3）。

3.根據權利要求1所述的基于菲涅爾波帶式壓電復合材料的自聚焦式超聲換能器，其特征在于，所述菲涅爾波帶式壓電復合材料的制作方法為：

步驟1）根據負式和正式菲涅爾波帶壓電復合材料的結構特點，分別利用如下公式（1）和（2）計算菲涅爾波帶壓電復合材料各個環尺寸和位置的關系：

負式菲涅爾波帶壓電復合材料：

????????????????????（1）

正式菲涅爾波帶壓電復合材料：

?????????????（2）

其中n=0，1，2，3….，F為聚焦換能器的焦距，λ為超聲波在傳播介質中的波長，修正因子；

步驟2）利用MEMS光刻技術計算將上訴的菲涅爾波帶結構圖形通過光刻膠附著到所述壓電陶瓷（1）或壓電單晶材料上表面上，所述壓電陶瓷（1）為PZT，BaTiO₃等，所述壓電單晶材料為PIN-PMN-PT，PMN-PT等；

步驟3）利用電鍍、濺射等方法在壓電材料表面制備好刻蝕用的金屬掩模如：鎳，鋁等；接著用丙酮、超聲清洗儀或等離子去膠機去除剩余的光刻膠；利然后用RIE、ICP等離子干法刻蝕或濕法刻蝕技術，按照掩模板的形狀刻蝕陶瓷至一定的深度；

步驟4）在刻蝕好的所述壓電陶瓷（1）當中灌注入啊啊環氧樹脂（2）如TEK?301-2等；等啊啊環氧樹脂（2）固化后，利用研磨拋光機將壓電復合材料的上下表面磨至所需的厚度；

步驟5）利用蒸鍍、E-beam或濺射等方法在加工好的壓電復合材料表面鍍上一層薄的所述金屬導電電極（3）如金，鎳，鋁，鉬等；如果一次在一大片壓電陶瓷材料上制作出多個菲涅爾波帶復合材料，可以用劃片機、切割機等將之切割分開；此外，為了更好的將超聲能量耦合入傳播介質中，可以在菲涅爾波帶復合材料的上表面鍍相應的所述匹配層（4）如Parylene等和在背后粘上所述背襯（6）如銀膠，環氧鎢粉等。