[發(fā)明專利]一種PVDF超聲換能器電極的制作方法及PVDF超聲換能器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610207534.0
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105772380A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王波;彭寬;肖嘉瑩;朱自強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B06B3/04;H01L41/047
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及換能壓電器件制作領(lǐng)域，尤其涉及一種PVDF超聲換能 器電極的制作方法及PVDF超聲換能器。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為光聲/超聲成像系統(tǒng)中重要元件之一， 聚焦式(點(diǎn)聚焦式)超聲換能器在生物醫(yī)學(xué)成像及檢測中發(fā)揮著越來 越大的作用。聚焦式超聲換能器主要分為三種：基于聲透鏡的聚焦超 聲換能器、自聚焦超聲換能器以及環(huán)形陣列聚焦超聲換能器。其中， 基于聲透鏡的聚焦超聲換能器以及自聚焦超聲換能器焦距都是固定 的，只有在有限的焦深區(qū)域內(nèi)才能得到高橫向分辨率的圖像。在聚焦 超聲換能器有限的孔徑和一定的中心頻率的條件下，若要提高其焦深， 則必然導(dǎo)致橫向分辨率的降低。而對于環(huán)形陣列聚焦超聲換能器來說， 它可以通過對電路信號的延遲，來實(shí)現(xiàn)超聲的動(dòng)態(tài)聚焦與探測，從而 可以實(shí)現(xiàn)大焦深的高分辨成像，因此廣泛應(yīng)用于需要高穿透深度的超 聲成像與檢測。

作為環(huán)形陣列聚焦超聲換能器的核心單元，環(huán)形陣列壓電元件可 以是基于壓電陶瓷或其它陶瓷類復(fù)合壓電材料的，也可以是基于PVDF 導(dǎo)電薄膜的。然而，基于壓電陶瓷或復(fù)合壓電材料的環(huán)形陣列在工作 時(shí)不僅有橫向振動(dòng)的干擾，而且其制作工藝復(fù)雜，成本高，目前僅有 少數(shù)研究機(jī)構(gòu)能進(jìn)行此類探頭的制作。尤其是在光聲成像中，常常需 要將聚焦超聲換能器做成中空的結(jié)構(gòu)，以方便入射光的導(dǎo)入。由于壓 電陶瓷或者復(fù)合壓電材料難于加工，所以非常難以做成此類的結(jié)構(gòu)， 因此只能向少數(shù)公司或研究機(jī)構(gòu)定制，費(fèi)用昂貴。

相比而言，PVDF壓電薄膜由于其具有成本低、聲阻抗和生物組織 相近、頻帶寬的特點(diǎn)，且其易于加工，能方便中空換能器的制作，使 得基于PVDF的環(huán)形陣列聚焦超聲換能器在生物醫(yī)學(xué)成像中應(yīng)用較廣。

然而，目前PVDF環(huán)形陣列聚焦超聲換能器的壓電單元大都是用 基于電路板的方法制作的。在這種方法中，首先是在電路板上制作環(huán) 形陣列電極，然后將擦去金屬電極的PVDF導(dǎo)電薄膜面通過非導(dǎo)電樹 脂膠緊壓在帶有環(huán)形電極陣列的電路板上。由于PVDF導(dǎo)電薄膜和環(huán) 形電極陣列之間非導(dǎo)電樹脂膠層的存在，此類PVDF環(huán)形陣列換能器 的靈敏度非常低。

具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中圖1a為帶有環(huán)形陣列電極的電路板， 圖1b為基于此電路板制作成的PVDF環(huán)形陣列聚焦超聲換能器的結(jié) 構(gòu)。圖1a所示的電路板和圖1b所示的聚焦超聲換能器上都在中心開 有一個(gè)孔，以方便光聲成像時(shí)激發(fā)光從中心穿過。圖1a中11為電路 板絕緣基層，12為環(huán)形陣列電極。將一片單面帶有金屬電極的PVDF 導(dǎo)電薄膜用非導(dǎo)電樹脂緊膠貼在圖1a所示的電路板上，接線并封裝后， 得到圖1b所示的PVDF環(huán)形陣列聚焦超聲換能器。圖1b中，13和16 分別為此聚焦超聲換能器的地線和信號線，19為PVDF導(dǎo)電薄膜，110 為PVDF導(dǎo)電薄膜的表面電極，14為封裝用的非導(dǎo)電樹脂膠，17為金 屬外殼屏蔽層。18為粘結(jié)電路板和PVDF導(dǎo)電薄膜19所需的非導(dǎo)電樹 脂膠，由于此膠層的存在，環(huán)形陣列電極12和PVDF導(dǎo)電薄膜19并 沒有直接連通，相當(dāng)于額外串聯(lián)了一個(gè)較大的電容，因此其探測靈敏 度非常低。

此外，也有研究者采用標(biāo)準(zhǔn)鉻光刻的方法來直接在PVDF導(dǎo)電薄 膜上制作PVDF環(huán)形電極陣列。然而目前已經(jīng)商業(yè)化的PVDF導(dǎo)電薄 膜大都兩面鍍銀或者鋁電極，此方法需要將原有的銀或鋁電極擦去， 另外鍍鉻電極，然后再進(jìn)行光刻。工藝復(fù)雜，加工周期長，價(jià)格高。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種PVDF超聲換能器電極的 制作方法及PVDF超聲換能器，已解決現(xiàn)有的超聲換能器制作方法工 藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種PVDF超聲換能器電極的制作方法， 包括：

獲取超聲換能器電極的圖案；

將所述圖案覆蓋在PVDF導(dǎo)電薄膜上，所述PVDF導(dǎo)電薄膜的上 下表面的電極為鋁電極，且其上表面涂有感光材料；

對覆蓋了圖案的PVDF導(dǎo)電薄膜進(jìn)行曝光、顯影、蝕刻及脫模處 理，得到超聲換能器電極。

可選地，所述將所述圖案覆蓋在PVDF導(dǎo)電薄膜上，具體包括：

在掩膜板上制作所述超聲換能器電極的圖案，將帶有所述圖案的 所述掩膜板覆蓋在所述PVDF導(dǎo)電薄膜上；或

將所述超聲換能器電極的圖案通過光學(xué)方法成像在所述PVDF導(dǎo) 電薄膜上。