基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲成像的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)時(shí)三維超聲成像技術(shù)是當(dāng)今醫(yī)療成像診斷重要的手段之一，這項(xiàng)技術(shù)能提高掃描幀頻及達(dá)到高品質(zhì)的成像要求，與傳統(tǒng)的單陣元和一維陣列超聲換能器相比，二維陣列相控陣系統(tǒng)是解決超聲實(shí)時(shí)三維成像的有效手段，它能在兩個(gè)方向上聚焦，檢測(cè)空間分辨率大大提高，而且數(shù)據(jù)采集過(guò)程迅速、穩(wěn)定，不需要移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)超聲換能器即可自由的偏轉(zhuǎn)和聚焦實(shí)現(xiàn)三維成像，如果時(shí)間被計(jì)算入另一個(gè)維度，則是生成四維影像。
[0003]由于基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器的陣元數(shù)目龐大，并且每個(gè)陣元需要獨(dú)立接線，才可以產(chǎn)生獨(dú)立脈沖信號(hào)，而其單陣元尺寸較小，因此，在實(shí)際制備過(guò)程中，二維陣列超聲換能器的陣元接線比較困難，其接線工藝復(fù)雜，導(dǎo)致制備費(fèi)用較高。
[0004]目前，只有少數(shù)的公司(如西門子、飛利浦)能夠生產(chǎn)二維陣列超聲換能器。另夕卜，隨著目前醫(yī)療的發(fā)展，對(duì)三維超聲成像技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，因此對(duì)二維陣列超聲換能器的需求會(huì)越來(lái)越大，目前的制備技術(shù)并不能滿足實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器的接線工藝較復(fù)雜，導(dǎo)致成本過(guò)高以及難以滿足實(shí)際需求的問題。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器，包括絕緣樹脂框架、導(dǎo)電背襯板、壓電片以及印刷電路板，所述絕緣樹脂框架中具有NxN個(gè)空心通道，所述空心通道中填充有導(dǎo)電膠；所述導(dǎo)電背襯板設(shè)于所述絕緣樹脂框架的上表面；所述壓電片置于所述導(dǎo)電背襯板的上表面，其中具有NxN個(gè)壓電陣元；所述印刷電路板設(shè)于所述絕緣樹脂框架的下方，其上設(shè)有NxN個(gè)陣列排針，NxN個(gè)所述陣列排針的上端分別對(duì)應(yīng)置于NxN個(gè)所述空心通道中。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的二維陣列超聲換能器，其通過(guò)絕緣樹脂框架中的NxN個(gè)空心通道中的導(dǎo)電膠，將壓電片的NxN個(gè)壓電陣元與印刷電路板101的NxN個(gè)陣列排針電性連接，從而可以完成壓電片的NxN個(gè)壓電陣元的信號(hào)傳輸，優(yōu)化二維陣列超聲換能器的陣元接線技術(shù)，解決了復(fù)雜的接線工藝，從而大大降低制備成本，使得二維陣列超聲換能器可以滿足現(xiàn)時(shí)需求，同時(shí)，在接線過(guò)程中，由于各壓電陣元之間間距過(guò)小，避免出現(xiàn)短路的問題；另外，導(dǎo)電背襯板可以吸收壓電片背面的無(wú)用聲波，大大提高二維陣列超聲換能器的品質(zhì)。
[0008]本發(fā)明還提供了基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)、制備具有NxN個(gè)空心通道的絕緣樹脂框架以及壓電片；
[0010]2)、將印刷電路板置于所述絕緣樹脂框架的下方，其上的NxN個(gè)陣列排針分別對(duì)應(yīng)置于NxN個(gè)空心通道中，且用導(dǎo)電膠分別填充NxN個(gè)空心通道；
[0011 ] 3)、于所述絕緣樹脂框架的上表面制備導(dǎo)電背襯板，將所述壓電片設(shè)于所述導(dǎo)電背襯板的上表面；
[0012]4)、于所述壓電片的上表面設(shè)置匹配層，且使所述壓電片中形成NxN個(gè)壓電陣元；
[0013]5)、于所述NxN個(gè)壓電陣元之間填充隔聲去耦材料；
[0014]6)、在所述匹配層上覆蓋聚焦聲透鏡。
[0015]通過(guò)上述的制備方法制造的二維陣列超聲換能器，其利用導(dǎo)電膠將印刷電路板的陣列排針與壓電片的壓電陣元電性連接，從而，大大簡(jiǎn)化其接線工藝，降低二維陣列超聲換能器的制備成本，并且，在制備的過(guò)程中，可以避免由于壓電陣元之間間距過(guò)小，而出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器的剖切示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維超聲成像的二維陣列超聲換能器的立體示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的印刷電路板與集成電路板連接的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]如圖1?3所示，為本發(fā)明提供的較佳實(shí)施例。
[0022]本實(shí)施例提供的二維陣列超聲換能器1，運(yùn)用在三維超聲成像技術(shù)中，其包括絕緣樹脂框架102、導(dǎo)電背襯板105、壓電片107以及印刷電路板101。
[0023]其中，絕緣樹脂框架102中設(shè)有NxN個(gè)空心通道，該空心通道呈豎直延伸布置，貫穿整個(gè)絕緣樹脂框架102的上端面及下端面，且在空心通道中填充有導(dǎo)電膠103，當(dāng)然，該導(dǎo)電膠103填充滿整個(gè)空心通道；導(dǎo)電背襯板105覆蓋在絕緣樹脂框架102的上表面，其用于吸收聲波；壓電片107覆蓋在背襯板的上表面上，其中切割有NxN個(gè)壓電陣元1071，該NxN個(gè)壓電陣元1071對(duì)絕緣樹脂框架102中的NxN空心通道相對(duì)應(yīng)對(duì)齊布置，并且在NxN個(gè)壓電陣元1071之間填充隔聲去耦材料106 ;印刷電路板101布置在絕緣樹脂框架102的下表面，其中設(shè)有NxN個(gè)陣列排針104，該NxN個(gè)陣列排針104與絕緣樹脂框架102的NxN個(gè)空心通道相對(duì)應(yīng)對(duì)齊布置，其下端連接在印刷電路板101上，其上端朝上延伸，且分別對(duì)應(yīng)置于NxN個(gè)空心通道中，與空心通道中的導(dǎo)電膠103電性連接。
[0024]上述提供的二維陣列超聲換能器1，其通過(guò)絕緣樹脂框架102中的NxN個(gè)空心通道中的導(dǎo)電膠103以及導(dǎo)電背襯板105，將壓電片107的NxN個(gè)壓電陣元1071與印刷電路板101的NxN個(gè)陣列排針104電性連接，從而可以完成壓電片107的NxN個(gè)壓電陣元1071的信號(hào)傳輸，優(yōu)化了二維陣列超聲換能器I的陣元接線技術(shù)，解決了復(fù)雜的接線工藝，從而大大降低制備成本，使得二維陣列超聲換能器I可以滿足現(xiàn)時(shí)需求，同時(shí)，也避免二維陣列超聲換能器I在接線過(guò)程中，由于各壓電陣元1071之間間距過(guò)小，而出現(xiàn)短路的問題；另外，在絕緣樹脂框架102的上表面覆蓋導(dǎo)電背襯板105，可以吸收壓電片107背面的無(wú)用聲波，大大提高二維陣列超聲換能器I的品質(zhì)。
[0025]本實(shí)施例中，絕緣樹脂框架102起到連接印刷電路板101及支撐導(dǎo)電背襯板105的作用，其優(yōu)先采用三維打印技術(shù)制備的ABS樹脂，當(dāng)然，作為其它實(shí)施例，其也可以采用現(xiàn)時(shí)常用成型方法或常見的其它材料。
[0026]壓電片107中的NxN個(gè)壓電陣元1071可以選用各種壓電陶瓷、壓電單晶或壓電復(fù)合材料制成，或者，其它符合要求的壓電材料等制成。
[0027]另外，絕緣樹脂框架102中的空心通道的尺寸以及壓電片107的壓電陣元1071的尺寸，取決于二維陣列超聲換能器I的頻率以及聲學(xué)參數(shù)。
[0028]導(dǎo)電背襯板105位于壓電片107與絕緣樹脂框架102之間，其為混有空心玻璃小球的導(dǎo)電膠層，在實(shí)際操作中，直接在絕緣樹脂框架102的上表面涂抹一層混有空心玻璃小球的導(dǎo)電膠層，則形成了本實(shí)施例中的導(dǎo)電背襯板105。
[0029]本實(shí)施例中，在壓電片107的上表面以及下表面分別蒸鍍電極，作為公用電極，并且，在壓電片107的各相鄰壓電陣元1071之間形成有第一縫隙，在該第一縫隙中填充有隔聲去耦材料106，用于減少相鄰之間的壓電陣元1071之間的干擾。
[0030]在壓電片107的上表面覆蓋有匹配層108，當(dāng)然，該匹配層108可以是單層，也可以是堆疊狀的多層。匹配層108的選擇性可以多樣化，具體如下:
[0031]第一種情況，匹配層108為導(dǎo)電匹配層108，則在切割壓電片107形成NxN個(gè)壓電陣元1071時(shí)，匹配層108放置在壓電片107上表面，導(dǎo)電背襯板105放置在壓電片107的下表面，對(duì)三者形成的整體一起切割并填充隔聲去耦材料106，這樣，可以減少壓電片107各壓電陣元1071之間的相互干擾；也就是說(shuō)，匹配層108以及導(dǎo)電背襯層中形成有與壓電陣元1071之間的第一縫隙相對(duì)應(yīng)的第二縫隙I這樣，隔聲去耦材料106則填充在第一縫隙及第二縫隙中，并且，導(dǎo)電匹配層108上表面蒸鍍電極作為公共電極；
[0032]第二種情況，匹配層108為非導(dǎo)電匹配層108，則在切割壓電片107形成NxN個(gè)壓電陣元1071時(shí)，導(dǎo)電背襯板105放置在壓電片107的下表面，對(duì)兩者形成的整體一起切割