[发明专利]一种寻址式超声换能器阵列及柔性矩阵的制备方法

说明书

本发明公开了一种寻址式超声换能器阵列及柔性矩阵的制备方法，该换能器阵列包括压电阵元、银浆涂层和柔性矩阵，压电阵元嵌入到柔性矩阵的方形槽中，银浆涂层涂覆于压电阵元与方形槽表面，并提供一种柔性矩阵的制备方法。本发明的阵列和方法基于激光精密加工系统，实现了柔性可拉伸超声换能器阵列方便、快捷、低成本的制备；用小于阵元数量的接线实现对每一个阵元进行激励，为柔性可拉伸超声换能器阵列提供了一种简便可行的电气连接方案。本发明得到的超声换能器阵列具有优异的柔性和拉伸性，能够保形贴附于多种复杂曲面。

技术领域

本发明涉及一种超声换能器阵列及柔性矩阵的制备方法，尤其涉及一种寻址式超声换能器阵列及柔性矩阵的制备方法。

背景技术

相比于扁平刚硬的传统型超声换能器阵列，柔性超声换能器阵列具有体积小、结构轻薄、适应性强等优点，能够稳定的贴附于曲面工作并保持良好的机电性能，拓展了超声阵列的应用场景。

柔性超声换能器阵列包括柔性可拉伸和柔性不可拉伸两种类型。柔性不可拉伸超声换能器阵列基于无延展性结构和不可拉伸的电气连接，仅可以贴附于规则的可展开曲面(柱面)，如圆柱容器侧壁、圆管侧壁，并且当器件受到拉伸力或弯曲变形过大时会导致结构损坏，性能降低。相比之下，柔性可拉伸超声换能器阵列能够沿双轴向拉伸，可以紧密贴附于多种复杂表面，如弧面、球面、管道弯头、头颅、人体皮肤等，具有更加优异的柔性。但是柔性可拉伸超声换能器阵列的设计与制备更为复杂，一方面，实现器件整体的可拉伸性是一个难点，包括结构设计和材料选择，在保障器件良好工作状态的情况下，能够使器件承受一定程度的拉伸、扭转变形以适应复杂多变的外部环境。另一方面，阵元的电气连接对于柔性和刚性阵列的制备都是一个难点，尤其是对具有相控阵配置的可拉伸阵列，需要在兼顾拉伸性的同时，保证阵元与阵元之间稳定的电气连接，用简单有效的方式实现对每个阵元的操控。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种方便、快捷、低成本的寻址式超声换能器阵列，本发明的第二目的为提供一种柔性矩阵的制备方法。

技术方案：本发明的寻址式超声换能器阵列，包括压电阵元、银浆涂层和柔性矩阵，压电阵元嵌入到柔性矩阵的方形槽中，银浆涂层涂覆于压电阵元与方形槽表面。

压电阵元嵌入到柔性矩阵的方形槽中，银浆涂层用于导通压电阵元与方形槽表面，以形成电气连接。

进一步地，柔性矩阵包括方形槽、铰链、铜箔和接线盘；方形槽按照行列排布，方形槽和行、列接线盘通过铰链连接；铜箔贴在铰链每行的上表面以及每列的下表面。

优选的，铰链的材料选用聚酰亚胺，压电阵元的材料选用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT-8)；铰链为蛇形平面结构。

方形槽和行、列接线盘以及聚酰亚胺蛇形铰链为一体成型，是一个整体；铜箔贴在聚酰亚胺蛇形铰链每行的上表面以及每列的下表面，用于在方形槽与行、列接线盘之间形成电学导通。

每一个压电阵元的上表面通过银浆涂层与方形槽上表面电气连接，再通过聚酰亚胺蛇形铰链上表面的铜箔与行接线盘形成电学导通；每一个压电阵元的下表面通过银浆涂层与方形槽下表面电气连接，再通过聚酰亚胺蛇形铰链下表面的铜箔与列接线盘形成电学导通；方形槽与聚酰亚胺蛇形铰链上下表面的铜箔电学绝缘。

接线盘包括行接线盘和列接线盘，行、列接线盘位于每一行、列的末端；接线盘数量小于阵元数量。

本发明的柔性矩阵的制备方法，包括以下步骤：使用环氧胶将铜箔贴在铰链的两面；使用激光精密加工系统将上述两面贴附铜箔的铰链雕刻成型，并用激光按照行扫描的方式烧蚀去除铰链每列上表面以及每行下表面的铜箔，得到柔性矩阵。

优选的，铰链为聚酰亚胺薄膜；铜箔通过环氧胶贴在铰链的两面；激光烧蚀采用行扫描方式去除铜箔。

寻址式柔性可拉伸超声换能器阵列工作方式如下：