[發明專利]一種陣列式超聲換能器及其制作方法

有效

• 申請號: 202011313542.6
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112657817B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 馬騰;張琪;黃繼卿;李永川;鄭海榮
• 申請（專利權）人: 深圳皓影醫療科技有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱宗力

本發明提供了一種陣列式超聲換能器及其制作方法，本發明提供的超聲換能單元能夠通過聲阻抗匹配層解決超聲換能單元與目標物體之間阻抗不匹配的問題，提高超聲換能單元的輸出帶寬和幅值響應，增大其成像分辨率和靈敏度。并且超聲換能單元能夠通過聲學超構表面實現對波束控制及偏轉、波束聚焦等調節時產生聲場畸變進行矯正，同時實現超聲換能單元成像分辨率及信噪比的進一步提升。以及通過將多個超聲換能單元呈陣列排布得到陣列式超聲換能器，進而提高陣列式超聲換能器的適用范圍和性能。同時，本發明采用正向生長工藝生長聲阻抗匹配層，進而能夠提高聲阻抗匹配層的厚度精準度，進一步提高陣列式超聲換能器的性能。

技術領域

本發明涉及超聲換能器技術領域，更為具體地說，涉及一種陣列式超聲換能器及其制作方法。

背景技術

近年來，利用聲子晶體和聲學超構材料表面的新奇物理特性和效應改善超聲換能器的聲學匹配性能被很多學者報道。作為人工合成的復合結構材料，聲學超構材料由亞波長尺度的結構單元(或稱人工“原子”)組成，能夠呈現出自然界中天然材料所不具備的等效材料參數，如負質量密度、負彈性模量、近零折射率和極端各向異性等。區別于聲子晶體等其他人工材料，聲學超構材料的宏觀物理特性主要取決于其結構單元自身的局域特性而非它們之間的長程相互作用。這使得我們能夠在“原子”尺度對宏觀材料參數進行按需設計，并更加容易地構造空間上的梯度分布，進而實現對聲波的反常操控。現有的超聲換能器設備的性能有待提高。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種陣列式超聲換能器及其制作方法，有效解決現有技術存在的技術問題，本發明提供的陣列式超聲換能器的性能高。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種陣列式超聲換能器，包括呈陣列排列的多個超聲換能單元，所述超聲換能單元包括：

背襯層，所述背襯層一側表面裸露線路層；

位于所述背襯層具有所述線路層一側的壓電層，所述壓電層包括壓電層本體，和位于所述壓電層本體朝向所述背襯層一側表面及背離所述背襯層一側表面的電極；

以及，位于所述壓電層背離所述背襯層一側的聲學人工結構，所述聲學人工結構包括：聲阻抗匹配層和聲學超構表面；其中，所述聲學超構表面位于所述聲阻抗匹配層與所述壓電層之間，或所述聲學超構表面位于所述聲阻抗匹配層背離所述背襯層一側。

可選的，所述聲阻抗匹配層包括沿所述背襯層至所述壓電層方向依次疊加的第一聲阻抗匹配子層至第N聲阻抗匹配子層，N為大于或等于1的整數。

可選的，所述聲學超構表面包括圓形中心部及第一圓環部至第M圓環部，M為大于或等于1的整數；所述第一圓環部環繞所述圓形中心部，第i+1圓環部環繞第i圓環部，所述第一圓環部與所述圓形中心部之間及所述第i+1圓環部與第i圓環部之間均呈環形凹槽狀，i為大于或等于1且小于M的整數；

或者，所述聲學超構表面包括并排設置多個條形部，在所述背襯層至所述壓電層方向上，至少一個條形部的高度與其余條形部的高度不同，和/或，在所述多個條形部排列方向上，至少一個條形部的寬度與其余條形部的寬度不同，和/或，所述條形部背離所述背襯層一側呈楔形，和/或，所述條形部為中空條形部，和/或，至少一個條形部的材質與其余條形部的材質不同；

或者，所述聲學超構表面背離所述背襯層一側為波浪形表面。

可選的，所述聲阻抗匹配層的材質為高分子材質或金屬材質。

可選的，所述聲學超構表面的材質為聚合物材質。

可選的，所述壓電層本體的為壓電陶瓷、壓電陶瓷復合材質、壓點單晶材質或壓電單晶復合材質。

可選的，所述背襯層的材質包括環氧樹脂，且所述背襯層的材質還包括鎢粉、氧化鋁粉中至少一種。

可選的，所述多個超聲換能單元呈矩陣排列。