一种超声换能器

摘要

本申请公开了超声换能器，包括镂空型单面电路板和由下至上依次层叠的背衬层、压电层、匹配层，镂空型单面电路板位于背衬层和匹配层之间，且压电层位于镂空型单面电路板的镂空区域；镂空型单面电路板包括两个相对设置的信号线路区和两个相对设置的接地线路区，信号线路区位于背衬层的侧面及位于背衬层的上表面在宽度方向上未被压电层覆盖的区域，接地线路区位于背衬层的上表面在长度方向上未被压电层覆盖的区域，且由背衬层引出信号线路区的信号和接地线路区的信号。采用镂空型单面电路板，压电层位于镂空区域，电路板不在声波传导主通路上，不会对换能器声学性能产生影响；电路板与压电层处于同一水平基准，不会因厚度差异而导致换能器性能差异。

权利要求

1.一种超声换能器，其特征在于，包括：镂空型单面电路板和由下至上依次层叠的背衬层、压电层、匹配层，所述镂空型单面电路板位于所述背衬层和所述匹配层之间，且所述压电层位于所述镂空型单面电路板的镂空区域；

所述镂空型单面电路板包括两个相对设置的信号线路区和两个相对设置的接地线路区，所述信号线路区位于所述背衬层的侧面及位于所述背衬层的上表面在宽度方向上未被所述压电层覆盖的区域，所述接地线路区位于所述背衬层的上表面在长度方向上未被所述压电层覆盖的区域，且由所述背衬层引出所述信号线路区的信号和所述接地线路区的信号。

2.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述背衬层为导电背衬层。

3.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述背衬层包括基底层和位于所述基底层表面的金属层。

4.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述镂空型单面电路板与所述背衬层之间以胶粘或者焊接方式电连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的超声换能器，其特征在于，还包括：沿所述压电层的宽度方向分布的阵元分割槽，所述阵元分割槽由所述匹配层延伸至所述背衬层。

6.如权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，还包括：用于导通两个所述接地线路区的导电层。

7.如权利要求6所述的超声换能器，其特征在于，当所述导电层为溅射形成的导电层时，还包括：

位于所述阵元分割槽内的绝缘体。

8.如权利要求7所述的超声换能器，其特征在于，所述背衬层的表面、所述压电层的表面、所述匹配层的表面在超声换能器的横向视角下均具有预设曲率半径。

9.如权利要求8所述的超声换能器，其特征在于，所述镂空型单面电路板为柔性镂空型单面电路板。

说明书

一种超声换能器

技术领域

[0001] 本申请涉及超声设备技术领域，特别是涉及一种超声换能器。

背景技术

[0002] 医学超声诊断设备利用超声波在人体不同组织界面上的反射探查人体组织结构，通过图像处理获得目标组织的解剖结构图像和动态血流信息，为临床诊断提供形态学及功
能学的评价依据。超声换能器为医用超声设备的核心部件，可以实现电能与机械振动之间
的能量转换产生超声波，并且接收人体反射的声波将其转换成电信号继而成像。

[0003] 超声换能器由压电材料层、声学匹配层、背衬、声学聚焦透镜、声学匹配层、背衬和声学聚焦透镜，以及将电信号在压电材料层与超声成像系统间双向传递的电路板组成，电
路板叠放在压电材料的下表面或焊接在压电材料的表面。无论哪种形式，电路板均会接触
到压电材料层或者在声波传导通路上，影响压电材料层的振动，进而对超声换能器的声学
性能产生负面效应。

[0004] 因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

[0005] 本申请的目的是提供一种超声换能器，以提升超声换能器的性能，同时降低制作难度。

[0006] 为解决上述技术问题，本申请提供一种超声换能器，包括：

[0007] 镂空型单面电路板和由下至上依次层叠的背衬层、压电层、匹配层，所述镂空型单面电路板位于所述背衬层和所述匹配层之间，且所述压电层位于所述镂空型单面电路板的
镂空区域；

[0008] 所述镂空型单面电路板包括两个相对设置的信号线路区和两个相对设置的接地线路区，所述信号线路区位于所述背衬层的侧面及位于所述背衬层的上表面在宽度方向上
未被所述压电层覆盖的区域，所述接地线路区位于所述背衬层的上表面在长度方向上未被
所述压电层覆盖的区域，且由所述背衬层引出所述信号线路区的信号和所述接地线路区的
信号。

[0009] 可选的，所述背衬层为导电背衬层。

[0010] 可选的，所述背衬层包括基底层和位于所述基底层表面的金属层。

[0011] 可选的，所述镂空型单面电路板与所述背衬层之间以胶粘或者焊接方式电连接。

[0012] 可选的，还包括：

[0013] 沿所述压电层的宽度方向分布的阵元分割槽，所述阵元分割槽由所述匹配层延伸至所述背衬层。

[0014] 可选的，还包括：

[0015] 用于导通两个所述接地线路区的导电层。

[0016] 可选的，当所述导电层为溅射形成的导电层时，还包括：

[0017] 位于所述阵元分割槽内的绝缘体。

[0018] 可选的，所述背衬层的表面、所述压电层的表面、所述匹配层的表面在超声换能器的横向视角下均具有预设曲率半径。

[0019] 可选的，所述镂空型单面电路板为柔性镂空型单面电路板。

[0020] 本申请所提供的一种超声换能器，包括镂空型单面电路板和由下至上依次层叠的背衬层、压电层、匹配层，所述镂空型单面电路板位于所述背衬层和所述匹配层之间，且所
述压电层位于所述镂空型单面电路板的镂空区域；所述镂空型单面电路板包括两个相对设
置的信号线路区和两个相对设置的接地线路区，所述信号线路区位于所述背衬层的侧面及
位于所述背衬层的上表面在宽度方向上未被所述压电层覆盖的区域，所述接地线路区位于
所述背衬层的上表面在长度方向上未被所述压电层覆盖的区域，且由所述背衬层引出所述
信号线路区的信号和所述接地线路区的信号。

[0021] 可见，本申请的超声换能器中包括背衬层、压电层、匹配层和镂空型单面电路板，电路板为镂空型单面电路板，且压电层位于镂空型单面电路板的镂空区域，即镂空型单面
电路板与压电层没有任何接触，镂空型单面电路板也不在声波传导主通路上，因此不会对
超声换能器的声学性能产生负面影响；另外，镂空型单面电路板位于背衬层和匹配层之间，
即镂空型单面电路板与压电层处于同一水平基准，因此在超声波主要的传导通路上，不存
在因为粘接电路板所引起的粘接层厚度差异而导致的超声换能器性能差异。

附图说明

[0022] 为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申
请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本申请实施例所提供的一种超声换能器的正视图；

[0024] 图2为本申请实施例所提供的一种超声换能器的侧视图；

[0025] 图3为本申请实施例所提供的一种超声换能器的俯视图；

[0026] 图4为镂空型单面电路板的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0028] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0029] 正如背景技术部分所述，现有的超声换能器中电路板放置在压电材料的下表面或焊接在压电材料的表面，电路板会接触到压电材料层或者在声波传导通路上，影响压电材
料层的振动，进而对超声换能器的声学性能产生负面效应。

[0030] 有鉴于此，本申请提供了一种超声换能器，请参考图1至图3，图1为本申请实施例所提供的一种超声换能器的正视图(Lateral view，横向视角图)，图2为本申请实施例所提
供的一种超声换能器的侧视图(Elevation view，纵向视角图)，图3为本申请实施例所提供
的一种超声换能器的俯视图，超声换能器包括：

[0031] 镂空型单面电路板4和由下至上依次层叠的背衬层1、压电层2、匹配层3，所述镂空型单面电路板4位于所述背衬层1和所述匹配层3之间，且所述压电层2位于所述镂空型单面
电路板4的镂空区域；

[0032] 所述镂空型单面电路板4包括两个相对设置的信号线路区42和两个相对设置的接地线路区41，所述信号线路区42位于所述背衬层1的侧面及位于所述背衬层1的上表面在宽
度方向上未被所述压电层2覆盖的区域，所述接地线路区41位于所述背衬层1的上表面在长
度方向上未被所述压电层2覆盖的区域，且由所述背衬层1引出所述信号线路区42的信号和
所述接地线路区41的信号。

[0033] 本申请中对镂空型单面电路板4的厚度与压电层2的厚度关系不做具体限定，厚度既可以相等也可以不等。因此，本申请可以直接通过改变压电层2的厚度来获得不同频率的
超声换能器，制作工艺简单。

[0034] 镂空型单面电路板4的结构示意图如图4所示，其中，信号线路区42位于背衬层1侧面(既可以是一侧也可以是两侧)的目的是连接外部的电缆线，引出超声换能器的信号和接
地。

[0035] 本申请中电路板为镂空型单面电路板4，包括接地线路区41和信号线路区42，无需在在镂空型单面电路板4上设置通孔，由于镂空型单面电路板4与背衬层1连接，接地线路区
41和信号线路区42分别导出的信号均由背衬层1引出。

[0036] 本申请中信号线路区42位于压电层2在宽度方向上的两侧，即背衬层1的宽度大于压电层2的宽度，用于引出压电层2的正极(信号极)，并与镂空型单面电路板4的信号线路区
42相连；接地线路区41位于压电层2在长度方向上的两侧，即背衬层1的长度大于压电层2的
长度，多余的部分用于引出阵元负极(接地极)，并与镂空型单面电路板4的接地线路区41相
连。

[0037] 需要说明的是，本申请中对匹配层3的层数不做具体限定，既可以是一层，也可以是多层，可自行设置。进一步地，匹配层3既可以是导电的匹配层，也可以是不导电的匹配
层；当匹配层3为不导电的匹配层时，需要等压电层2(可能上表面已有导电的匹配层)的接
地极连通后再粘接在压电层2的上表面。

[0038] 优选地，超声换能器还包括位于匹配层3上表面的聚焦层，一方面起到聚焦声波的作用，另一方面由于压电层2的脆性大、易断裂，聚焦层还能起保护压电层2的作用。在图2所
示的纵向视角下聚焦层具有凸型曲率或者凹型曲率，以起到更佳的声波聚焦效果。

[0039] 压电层2包括但不限于压电陶瓷或者压电单晶。

[0040] 优选地，超声换能器还包括位于背衬层1下表面的支撑层5，支撑层5是与背衬层1具有同样声阻抗的材料层，起到机械支撑的作用。

[0041] 背衬层1的主要作用是增加阻尼，减小超声换能器振动时的震荡拖尾，以及衰减掉进入背衬层1的超声波。可选的，在一种实施方式中，所述背衬层1为导电背衬层1，导电背衬
层1可以为由环氧树脂加入各种金属或者金属氧化物填料，以及对于声波有较大衰减作用
的玻璃微珠组成的。可选的，在另一种实施方式中，所述背衬层1包括基底层和位于所述基
底层表面的金属层。其中，基底层可以为环氧树脂，金属层一般设置为两层，一层是与基底
层接触的打底层，打底层可以为镍镀层或者镍铬镀层，一层是叠加在打底层上表面的金镀
层或者银镀层。

[0042] 镂空型单面电路板4和背衬层1之间需要电连接，本申请中对镂空型单面电路板4和背衬层1之间的连接方式不做具体限定。例如，镂空型单面电路板4与所述背衬层1之间以
胶粘或者焊接等其他固定方式电连接。

[0043] 优选地，所述镂空型单面电路板4为柔性镂空型单面电路板4，以增强电路板的柔韧性，不易折断，柔性镂空型单面电路板4由若干层铜线与若干层聚酰亚胺(PI)组成。

[0044] 本申请的超声换能器中包括背衬层1、压电层2、匹配层3和镂空型单面电路板4，电路板为镂空型单面电路板4，且压电层2位于镂空型单面电路板4的镂空区域，即镂空型单面
电路板4与压电层2没有任何接触，镂空型单面电路板4也不在声波传导主通路上，因此不会
对超声换能器的声学性能产生负面影响；另外，镂空型单面电路板4位于背衬层1和匹配层3
之间，即镂空型单面电路板4与压电层2处于同一水平基准，因此在超声波主要的传导通路
上，不存在因为粘接电路板所引起的粘接层厚度差异而导致的超声换能器性能差异。另外，
本申请中的超声换能器适用于各频率的医用超声换能器，无论是低频(<15MHz)还是高频
(≥15MHz)。

[0045] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，超声换能器还包括：

[0046] 沿所述压电层2的宽度方向分布的阵元分割槽，所述阵元分割槽由所述匹配层3延伸至所述背衬层1。

[0047] 本申请中对阵元分割槽的数量不做具体限定，视情况而定，既可以是一个也可以是多个。阵元分割槽使得超声换能器具有多个阵元。

[0048] 需要说明的是，当背衬层1为为导电背衬层1时，阵元分割槽的贯穿背衬层1；当背衬层1包括基底层和位于所述基底层表面的金属层时，阵元分割槽只贯穿金属层即可。当匹
配层3为导电的匹配层时，可以在匹配层3和压电层2粘接后一起切割形成阵元分割槽。

[0049] 进一步地，超声换能器还包括用于导通两个所述接地线路区41的导电层。

[0050] 需要说明的是，当接地线路区41与背衬层1长出压电层2的部分刚好完全重叠时，导电层在长度方向的两端直接覆盖在镂空型单面电路板4的接地线路区41上表面；当背衬
层1长出压电层2的部分大于接地线路区41时，导电层在长度方向的两端覆盖背衬层1长出
压电层2的部分。无论导电层在长度方向的两端覆盖位置，由于镂空型单面电路板4与背衬
层1是电连接导通的，均能实现导电层与背衬层1、接地线路区41导通。

[0051] 阵元分割槽同时切穿了镂空型单面电路板4及背衬层1的导电部分，因此虽然背衬层1同时连接了镂空型单面电路板4的信号线路区42与接地线路区41，但由于阵元分割槽的
存在，使得阵元的信号线路与接地线路断开。为了保证超声换能器的正常工作，需要将各阵
元的接地极全部连通，并与镂空型单面电路板4的接地线路区41或者背衬层1的接地区域导
通。

[0052] 在一种可实施的方式中，导电层可以为导电薄膜，直接粘贴在压电层2的表面或者匹配层3的表面。

[0053] 在另一种可实施的方式中，导电层还可以利用磁控溅射法形成的导电层，相应的，当所述导电层为溅射形成的导电层时，还包括：

[0054] 位于所述阵元分割槽内的绝缘体。

[0055] 优选地，绝缘体选用质地软、对声波衰减作用较强的材料，例如环氧树脂中加入玻璃微珠、硅橡胶颗粒等填料。

[0056] 本实施例中的超声换能器，镂空型单面电路板4与压电层2处于同一水平基准，在切割形成阵元分割槽时，阵元分割槽在压电层2和镂空型单面电路板4部分的深度由原来的
压电层2与电路板的厚度之和降低为压电层2和镂空型单面电路板4两者厚度的较大值，几
乎降低为原来深度的一半，大大减小超声换能器制作工艺难度。

[0057] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述背衬层1的表面、所述压电层2的表面、所述匹配层3的表面在超声换能器的横向视角下均具有预设曲率半径，即在
图1所示的视角下背衬层1的表面、压电层2的表面、匹配层3的表面均向上凸起。

[0058] 背衬层1的表面、压电层2的表面、匹配层3的表面均具有预设曲率半径，即本申请中的超声换能器为凸阵超声换能器。本申请中对背衬层1的表面、压电层2的表面、匹配层3
的表面各自的预设曲率半径不做具体限定，视情况而定。

[0059] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装
置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分
说明即可。

[0060] 以上对本申请所提供的超声换能器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及
其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提
下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护
范围内。