一种换能器阵元以及换能器

技术领域

本申请涉及换能器技术领域，特别是涉及一种换能器阵元以及换能器。

背景技术

换能器是超声核心关键部件，引线是高频高密度阵列的难题。换能器阵列优化设计的目标是抑制旁瓣和消除栅瓣的同时获得尽量尖锐的主瓣。主瓣波束宽度与阵元数量是反比关系，即阵元数越多，得到的声波束主瓣宽度越窄，成像的分辨率越高。但阵元数量太大直接导致工艺和电路的复杂度,并且使得阵元间互辐射效应变得严重。阵列能够保证换能器阵列良好的指向性，而增加单元个数、减少阵元间距所引起的工艺难度增大。压电单晶或压电陶瓷材料脆而且硬，内应力大，划片槽更容易崩边内部产生裂纹，而高频探头的超小的间距和引线带来巨大的挑战，传统的机械切割工艺将难以实现，采用光刻和干法刻蚀等微加工技术，速度慢、耗时过长，对设备会造成损伤。为满足高密度阵元的有效连接，需要复杂的电子线路板。为了实现高密度超声阵列，通用、菲利浦、西门子、日立等公司十年微电容式超声换能器开发，butterfly和kolo已商业化需要引线,解决了引线难题。微电容式超声换能器由于受其物理局限，仍未取得大规模应用，存在集成工艺要求高，高密度引线需要复杂的硅穿孔等工艺的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本公开提供了一种换能器阵元以及换能器。

根据本申请的一个方面，提供了一种换能器阵元，包括：顶侧的双电极、底侧的底电极以及设置在顶电极和双电极之间的压电陶瓷，其中

双电极包括分立的第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极由第一引脚和第二引脚引出的导线连接，第一引脚和第二引脚分别提供正负激励电压，第一金属电极和第二金属电极在相反电压的作用下引起振动膜产生相反电场力。

可选地，第一金属电极和第二金属电极设置在同一个平面上。

可选地，双电极完全埋在底层的介质层中。

可选地，第一金属电极和第二金属电极的形状为圆形或方形或扇形。

根据本申请的另一个方面，提供了一种换能器，由预设阵列的上述任意一项所述的换能器阵元组成。

从而，本申请提供的一种换能器阵元，在底侧的底电极中设置分立的金属电极和金属电极，金属电极和金属电极在相反电压作用下引起振动膜相反电场力。这样正负电极共面，在相控阵中就不需要独立负电极从底部引线。避免了硅穿孔的复杂工艺。解决了现有技术中存在的集成工艺要求高，高密度引线需要复杂的硅穿孔等工艺的技术问题。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请背景技术中所述的换能器的阵元示意图；

图2是根据本申请实施例所述的换能器阵元的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图2是根据本申请实施例第一个方面所述的换能器阵元的结构示意图。参考图1所示，换能器阵元，包括：顶侧的双电极、底侧的底电极以及设置在所述顶电极和所述双电极之间的压电陶瓷，其中

双电极包括第一金属电极1和第二金属电极2，第一金属电极1和第二金属电极2由第一引脚3和第二引脚4引出的导线5连接，第一引脚3和第二引脚4分别提供正负激励电压，第一金属电极1和第二金属电极2在相反电压的作用下引起振动膜产生相反电场力。

可选地，双电极完全埋在底层的介质层中。

具体地，在底侧的底电极中设置分立的金属电极1和金属电极2，金属电极1和金属电极2在相反电压作用下引起振动膜相反电场力。其中双电极完整的埋在换能器阵元底层介质层中。这样正负电极共面，在相控阵中就不需要独立负电极从底部引线。避免了硅穿孔的复杂工艺。

可选地，第一金属电极1和第二金属电极2设置在同一个平面上。

可选地，第一金属电极1和第二金属电极2的形状为圆形或方形或扇形。

具体地，2个金属电极，即第一金属电极和第二金属电极，两个金属电极在同一平面，没有沟槽，而不是上、下电极一个在顶面，一个在背面，不需要腐蚀、切割、背部连线。提高了阵元的高密度，以及适用于高频应用。两个金属电极圆形、方形、扇形等不限。从而引线无需跨越沟槽，不需要导线跨越沟槽产生复杂的导线从绝缘体中穿出技术。

根据本申请实施例的第二个方面，图2示出了换能器的结构图。具体地，换能器，由预设阵列的换能器阵元组成。

具体地，换能器阵元的结构本申请实施例第一个方面已经描述此处不再赘述，预设阵列此处不做具体限定，由用户根据需求自行设定。

从而，本发明为了减少工艺复杂度，实现引线连接便捷，使加工具有可控性和重复性，减少间距，提出换能器阵元和换能器，换能器阵元在底侧的底电极中设置分立的金属电极1和金属电极2，金属电极1和金属电极2在相反电压作用下引起振动膜相反电场力。其中双电极完整的埋在换能器阵元底层介质层中。这样正负电极共面，在相控阵中就不需要独立负电极从底部引线。避免了硅穿孔的复杂工艺。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。