[发明专利]一种基于PMUT的图像声呐接收阵及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于PMUT的图像声呐接收阵及其制造方法。所述的图像声呐接收阵包括承压壳体、PMUT模块、PCB转接板和电子仓；所述的PMUT模块在PCB转接板上均匀分布组成阵列，通过引脚焊盘和PCB转接板进行连接，所述的PCB转接板和电子仓通过信号传输接口进行连接，所述的承压壳体覆盖在PMUT模块上，并与PCB转接板粘接；所述PMUT模块包括管壳和封装于管壳中的PMUT芯片，PMUT芯片表面形成空腔，PMUT阵元裸露，空腔内填充耦合剂。本发明可实现图像声呐接收阵阵元高一致性制造以及阵元的全连接。

技术领域

本发明属于水声成像技术领域，涉及一种图像声呐接收阵，具体涉及一种基于压电微机械超声换能器(PMUT，Piezoelectric micromachined ultrasound transducer)的图像声呐接收阵及其制造方法。

背景技术

图像声呐是一种能够直观获取水下目标区域图像的一种探测成像设备。图像声呐通常由发射换能器阵、接收换能器阵以及信号采集处理与控制系统组成。

接收换能器阵作为图像声呐电声转换元件，其性能将直接影响成像质量。图像声呐接收阵通常由几百至数千个接收阵元组成，而阵元的接收灵敏度、带宽以及一致性等参数将最终决定图像声呐接收阵的性能。

常规接收换能器阵通常是将块体的压电陶瓷通过机械刻槽的方式形成接收阵阵元，然后再对各阵元正负电极进行引线。图像声呐接收阵对阵元的灵敏度、带宽，尤其是一致性有着较高的要求，因而传统制造工艺对高一致性制造，以及数千个阵元实现全连接的引线显得尤为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的图像声呐接收阵及其制造方法，以解决现有图像声呐接收阵阵元高一致性制造以及阵元的全连接上存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于PMUT的图像声呐接收阵，其特征在于，包括承压壳体、PMUT模块、PCB转接板和电子仓；所述的PMUT模块在PCB转接板上均匀分布组成阵列，且通过其引脚焊盘和PCB转接板进行连接，所述的PCB转接板和电子仓通过信号传输接口进行连接，所述的承压壳体覆盖在所述PMUT模块上，承压壳体通过灌封胶与PCB转接板粘接；所述PMUT模块包括管壳和封装于管壳中的PMUT芯片，所述的PMUT芯片包含均匀分布的PMUT阵元，封装后的PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔区域，PMUT阵元裸露，以实现声波信号的接收；所述PMUT模块与承压壳体之间的空腔由耦合剂填充。

进一步地，所述图像声呐接收阵中，PCB转接板上包含m×n个均匀分布的PMUT模块组成的阵列，即由m行n列个PMUT模块组成，其中m、n为正整数。所述PMUT芯片通常包含均匀分布的i×j PMUT阵元，即i行j列个阵元组成的阵列，其中i、j为正整数。每个阵元由一个或多个PMUT微元组成。因此，所述图像声呐接收阵中，包含m·i×n·j个PMUT阵元组成的PMUT接收阵列(其中m、n、i、j为正整数)。

具体地，若m·i和n·j均大于1，则组成的PMUT接收阵列为二维面阵，可用于3D图像声呐；若m·i和n·j其中之一等于1，另一个大于1，则组成的PMUT接收阵列为一维线阵，可用于2D图像声呐接收阵。

所述PMUT阵元尺寸是由图像声呐对单阵元在水平和竖直方向上的指向性要求所决定的，所述PMUT阵元间距通常由波束形成后的波束图决定。

特殊地，若i、j均等于1，即每一个PMUT模块仅包含一个PMUT阵元，则组成的PMUT接收阵列为均匀阵，其中所有阵元间距相等，此接收阵在成像时适用直接波形束形成算法，也可以将所有阵元进行子阵划分后再用于成像；若i、j不同时等于1，则该PMUT接收阵列为非均匀阵，使用波束形成算法成像时则需将该接收阵列进行子阵划分，子阵的最小单元为一个PMUT模块。