專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲陣列聲頭及其制備方法
超聲陣列聲頭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲陣列聲頭及其制備方法。背景技術(shù)：
因?yàn)獒t(yī)療用超聲陣列探頭的關(guān)鍵材料為壓電材料。壓電材料在工作時(shí)存在聲、電轉(zhuǎn)化不完全的情況，所以會(huì)有很大一部分能量被轉(zhuǎn)變成為熱能。熱能如果不盡快地、有效地被散掉將會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)不利的結(jié)果一方面引起探頭聲透鏡的表面溫度升高，讓患者感到不舒服甚至燙傷，另一方面，會(huì)引起內(nèi)部溫度急劇上升，輕則造成匹配層與背襯塊變形，重則造成匹配層與壓電材料間，背襯塊與壓電材料間脫膠，而使探頭性能下降，壽命縮短。醫(yī)療超聲線(xiàn)陣和凸陣列超聲探頭陣元同一時(shí)間只是部分陣元參與工作，它們的發(fā)熱現(xiàn)象還不明顯。然而，相控陣超聲探頭和聲輻射力超聲陣列探頭的每個(gè)陣元都要長(zhǎng)時(shí)間地同時(shí)參與發(fā)射與接收。因此它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)發(fā)熱非常嚴(yán)重。因此超聲探頭的生產(chǎn)廠家紛紛開(kāi)發(fā)出各種超聲陣列聲頭為的是把熱能散發(fā)掉，以保證探頭表面溫度在使用過(guò)程中不超過(guò)43°C，延長(zhǎng)聲頭使用壽命。傳統(tǒng)的超聲陣列聲頭的結(jié)構(gòu)包括設(shè)于壓電材料之上的背襯塊和散熱塊。散熱塊是金屬材料制成的，其具有良好導(dǎo)熱性。然而，背襯塊本身不是導(dǎo)熱材料，因而影響熱量的傳導(dǎo)速度和效率。另外，如果背襯塊與散熱塊之間只是單純的接觸的話(huà)，則將會(huì)有空氣存在與二者之間，二空氣是熱的不良導(dǎo)體，這也會(huì)影響背襯塊和散熱塊之間熱能的傳導(dǎo)效率。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種散熱效率較高的超聲陣列聲頭及其制備方法。一種超聲陣列聲頭，包括壓電片；散熱器，所述散熱器包括基體，所述基體的一端設(shè)有散熱片，所述基體的另一端設(shè)有與所述壓電片相鄰的傳熱片；及背襯塊，所述背襯塊設(shè)于所述壓電片和所述傳熱片之間，且所述傳熱片插入到所述背襯塊的內(nèi)部，所述背襯塊由絕緣導(dǎo)熱材料制成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述背襯塊包括環(huán)氧樹(shù)脂和均勻分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂中的非金屬粉末填料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為40% 80%。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述散熱片是柵格形狀。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述傳熱片的數(shù)量為二，所述二傳熱片相互平行。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述傳熱片末端與所述壓電片的距離大于3mm小于10mm。
一種超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟提供夾具，所述夾具包括底板、前擋板、后擋板、左擋板及右擋板，所述底板、前擋板、后擋板、左擋板及右擋板環(huán)繞形成一個(gè)收容腔；將所述壓電片放置在所述收容腔內(nèi)的底板上；將所述散熱器固定在所述夾具上，并使所述傳熱片跟所述壓電片相鄰；將背襯材料澆入所述收容腔中，并使所述背襯材料包裹所述傳熱片，固化所述背襯材料形成所述背襯塊；及拆卸所述夾具，得到所述超聲陣列聲頭。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述背襯材料由環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料均勻混合形成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述非金屬粉末填料占所述背襯材料的質(zhì)量百分比為40% 80%。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述背襯材料的制備方法包括如下步驟按照非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為 40% 80%的比例稱(chēng)取環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料；將所述非金屬粉末填料加入到上述環(huán)氧樹(shù)脂中，充分?jǐn)嚢杌旌?，使所述非金屬粉末填料均勻分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂中；將上述混合物倒入容器中，在放入真空箱中抽真空。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將所述壓電片通過(guò)蠟粘貼在所述收容腔內(nèi)的底板上。上述超聲陣列聲頭具有由絕緣導(dǎo)熱材料制成的背襯塊，因而它比一般不具導(dǎo)熱功能的背襯材料的導(dǎo)熱能力更為顯著。另外，上述位于散熱器一端的傳熱片深入到背襯塊的內(nèi)部，可以把聲頭中內(nèi)部的熱能直接傳遞到散熱器的散熱片上散掉。因而，此發(fā)明能有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中散熱效率不高，散熱速度不夠快的問(wèn)題。

通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為一實(shí)施方式的超聲陣列聲頭的立體示意圖；圖2為圖1中散熱器的立體示意圖；圖3為一實(shí)施方式的壓電片和底板的立體示意圖；圖4為一實(shí)施方式的夾具和散熱器的組裝時(shí)的示意圖；圖5為一實(shí)施方式的夾具和散熱器的組裝后示意圖；圖6為一實(shí)施方式的夾具和散熱器的組裝后倒入背襯材料時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的超聲陣列聲頭100包括散熱器10、壓電片及背襯塊30。請(qǐng)一并參閱圖2，散熱器10由金屬材料制成，其包括基體11、散熱片13和傳熱片 15?；w11大致為方形塊，柵格形狀的散熱片13設(shè)于基體11的一端；兩片傳熱片15 相互平行地設(shè)置于基體11的另一端?；w11靠近傳熱片15的位置還向外垂直延伸形成四個(gè)定位片111。散熱片13呈柵格形狀。柵格的布局可以是一排多列，可以是一列多排，也可以是多排多列。柵格的布局與聲頭手柄外殼的腔體尺寸相適配。柵格間的開(kāi)槽寬度可以相等也可以不等，開(kāi)槽深度可以相等也可以不等。傳熱片15可為一片或兩片。傳熱片15的長(zhǎng)度尺寸大于超聲聲頭有效陣元的最大尺寸，要小于背襯夾具內(nèi)腔的長(zhǎng)度尺寸。傳熱片15的厚度不大于有效陣元中最小尺寸的十分之一，以免影響聲頭的聲學(xué)性能。請(qǐng)一并參閱圖3，壓電片20大致為方形片，其由壓電材料制成。壓電片20與傳熱片15的末端的距離大于3mm且小于10mm。如果小于3mm，可能會(huì)存在電氣安全隱患。因?yàn)槌曁筋^的電極間加的電壓峰峰值會(huì)達(dá)到200伏，而陣元表面一般為導(dǎo)電電極，導(dǎo)熱片是由金屬鋁制成的也是導(dǎo)電的，為了防止電壓擊穿，要大于3mm。圖1中的背襯塊30設(shè)于壓電片20和傳熱片15之間，且兩片傳熱片15插入到背襯塊30的內(nèi)部。背襯塊30的縱截面大致呈梯形。背襯塊30由絕緣導(dǎo)熱材料制成。本實(shí)施例中，背襯塊30包括環(huán)氧樹(shù)脂和均勻分散于環(huán)氧樹(shù)脂中的非金屬粉末填料。環(huán)氧樹(shù)脂能夠起到絕緣的作用，非金屬粉末填料主要起到導(dǎo)熱的作用。所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。背襯塊30的配方選擇原則如下在流動(dòng)性允許的情況下，非金屬粉末填料所占的比例應(yīng)盡可能的大，使導(dǎo)熱粒子互相接觸而形成導(dǎo)熱鏈。如果加入的非金屬粉末填料的量太少，而非金屬粉末填料均勻地分布在環(huán)氧樹(shù)脂里彼此不接觸。就很難形成導(dǎo)熱鏈而起不了增加導(dǎo)熱的功效。當(dāng)不斷地加入粉末填料到某一個(gè)值時(shí)，填料之間相互作用，在體系中形成鏈狀和網(wǎng)狀形態(tài)，當(dāng)這些導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向方向與熱流方向平行時(shí)就大大提高體系的導(dǎo)熱性能。所以，在流動(dòng)性允許的情況下，盡可能地增加非金屬粉末填料的比例以形成導(dǎo)熱鏈， 進(jìn)而增加體系的導(dǎo)熱效果。優(yōu)選的，非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為 40% 80%。上述超聲陣列聲頭100具有由絕緣導(dǎo)熱材料制成的背襯塊30，因而它比一般不具導(dǎo)熱功能的背襯材料的導(dǎo)熱能力更為顯著。另外，上述位于散熱器10—端的傳熱片15深入到背襯塊30的內(nèi)部，可以把聲頭中內(nèi)部的熱能直接傳遞到散熱器10的散熱片13上散掉。 而本發(fā)明提出的柵格狀散熱片13比一般的散熱器的散熱面積會(huì)更大。因而，此發(fā)明能有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中散熱效率不高，散熱速度不夠快的問(wèn)題。本申請(qǐng)還提供一實(shí)施方式的超聲陣列聲頭100的制備方法，包括如下步驟。步驟S101、提供一個(gè)專(zhuān)用的夾具200。請(qǐng)參閱圖4，夾具200包括底板201、前擋板202、后擋板203、左擋板204及右擋板 205。底板201、前擋板202、后擋板203、左擋板204及右擋板205環(huán)繞形成一個(gè)收容腔206。請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D3，底板201大致為方形，其表面設(shè)有一個(gè)方形的固定塊211。固定塊211的大小與壓電片20相同。前擋板202、后擋板203、左擋板204及右擋板205四個(gè)擋板均通過(guò)螺釘(未標(biāo)示) 固定在底板201上。左擋板204和右擋板205還具有相對(duì)的傾斜面。夾具200還包括兩個(gè)壓板207。壓板207的作用是可將基體11的四個(gè)定位片111 通過(guò)螺釘固定在前擋板202和后擋板203上。步驟S102、將壓電片20放置在收容腔206內(nèi)的底板201上。本實(shí)施方式中，可通過(guò)蠟將壓電片20粘貼在底板201的固定塊211上。步驟S103、將散熱器10固定在夾具上，并使傳熱片15跟壓電片20相鄰。請(qǐng)參閱圖5，本實(shí)施方式中，通過(guò)兩個(gè)壓板207可以將散熱器10固定在前擋板202 和后擋板203上。此時(shí)，傳熱片15的末端與壓電片20的距離大于3mm且小于10mm。步驟S104、請(qǐng)參閱圖6，將背襯材料31澆入收容腔206中，并使背襯材料31包裹傳熱片15，然后固化背襯材料31形成背襯塊30。其中，呈粘液態(tài)的背襯材料31由環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料以非金屬粉末填料占背襯材料的質(zhì)量百分比為40% 80%的比例均勻混合形成。所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。具體的，背襯材料31的制備方法包括如下步驟步驟S1041、按照非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為40% 80%的比例稱(chēng)取環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料。步驟S1042、將所述非金屬粉末填料加入到環(huán)氧樹(shù)脂中，充分?jǐn)嚢杌旌?，使非金屬粉末填料均勻分散于環(huán)氧樹(shù)脂中。所述環(huán)氧樹(shù)脂可以是單組分環(huán)氧膠，也可以是雙組分環(huán)氧膠，其既可以是常溫固化的，也可以是高溫固化的環(huán)氧樹(shù)脂。如果是雙組份環(huán)氧膠，必須先混合后充分?jǐn)嚢?，使雙組份完全均勻混合。如果非金屬粉末填料是單一的話(huà)可以直接加入到上述的環(huán)氧樹(shù)脂里。如果非金屬粉末填料是由幾種不同的材料組成，則要按配方秤出來(lái)后充分混合在一起。然后再加入到環(huán)氧樹(shù)脂里，充分?jǐn)嚢?，使粉末填料均勻分散到環(huán)氧樹(shù)脂里。步驟S1043、將上述混合物倒入容器中，在放入真空箱中抽真空。把含有環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的均勻混合物倒進(jìn)一個(gè)開(kāi)口較大的干凈容器內(nèi)，放進(jìn)真空箱里抽真空。透過(guò)真空箱的玻璃望進(jìn)去可以看到混合料表面的氣泡很久才冒出時(shí)，冒出的數(shù)量較少時(shí)即可認(rèn)為混合物內(nèi)部幾近真空。
把抽完真空的環(huán)氧樹(shù)脂與非金屬粉末填料的混合物(即背襯材料31)緩緩地倒入夾具里，直到指定的位置。如圖6所示。然后放置在常溫下固化，固化時(shí)間要足夠長(zhǎng)，以使環(huán)氧樹(shù)脂完全固化，形成背襯塊30。固化過(guò)程中，背襯材料31能夠?qū)弘娖?0與傳熱片 15之間的間隙填滿(mǎn)，并且能使散熱器10、壓電片及背襯塊30形成不可分開(kāi)的一體狀態(tài)。步驟S105、拆卸夾具200，得到超聲陣列聲頭100。通過(guò)旋轉(zhuǎn)多個(gè)螺釘，使底板201、前擋板202、后擋板203、左擋板204及右擋板205 分離，從而得到如圖1所示的超聲陣列聲頭100。由于壓電片20是通過(guò)蠟粘貼在底板201 的固定塊211上的，因此可以采用加熱或其他方法使壓電片20與底板201分離。上述制備方法具有操作方便，成本較低等優(yōu)點(diǎn)?？梢岳斫?，散熱器10的周?chē)€可以設(shè)有熱管。熱管內(nèi)還可以通入循環(huán)冷卻水來(lái)加強(qiáng)散熱。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種超聲陣列聲頭，其特征在于，包括 壓電片；散熱器，所述散熱器包括基體，所述基體的一端設(shè)有散熱片，所述基體的另一端設(shè)有與所述壓電片相鄰的傳熱片；及背襯塊，所述背襯塊設(shè)于所述壓電片和所述傳熱片之間，且所述傳熱片插入到所述背襯塊的內(nèi)部，所述背襯塊由絕緣導(dǎo)熱材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲陣列聲頭，其特征在于所述背襯塊包括環(huán)氧樹(shù)脂和均勻分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂中的非金屬粉末填料。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲陣列聲頭，其特征在于所述非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為40% 80%。
4.如權(quán)利要求2所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于，所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲陣列聲頭，其特征在于，所述散熱片是柵格形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲陣列聲頭，其特征在于，所述傳熱片的數(shù)量為二，所述二傳熱片相互平行。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲陣列聲頭，其特征在于，所述傳熱片末端與所述壓電片的距離大于3mm且小于10mm。
8.—種如權(quán)利要求1所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 提供夾具，所述夾具包括底板、前擋板、后擋板、左擋板及右擋板，所述底板、前擋板、后擋板、左擋板及右擋板環(huán)繞形成一個(gè)收容腔； 將所述壓電片放置在所述收容腔內(nèi)的底板上； 將所述散熱器固定在所述夾具上，并使所述傳熱片跟所述壓電片相鄰； 將背襯材料澆入所述收容腔中，并使所述背襯材料包裹所述傳熱片，固化所述背襯材料形成所述背襯塊；及拆卸所述夾具，得到所述超聲陣列聲頭。
9.如權(quán)利要求8所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于所述背襯材料由環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料均勻混合形成。
10.如權(quán)利要求9所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于所述非金屬粉末填料占所述背襯材料的質(zhì)量百分比為40% 80%。
11.如權(quán)利要求9所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于所述非金屬粉末填料為氧化鋁粉、氮化鋁粉、氧化鈹粉、氮化硼粉、碳化硅粉、氧化鎂粉、氧化鋅粉、結(jié)晶型二氧化硅粉中的至少一種。
12.如權(quán)利要求8所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于所述背襯材料的制備方法包括如下步驟按照非金屬粉末填料占環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料的混合物的質(zhì)量百分比為40% 80%的比例稱(chēng)取環(huán)氧樹(shù)脂和非金屬粉末填料；將所述非金屬粉末填料加入到上述環(huán)氧樹(shù)脂中，充分?jǐn)嚢杌旌?，使所述非金屬粉末填料均勻分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂中；將上述混合物倒入容器中，在放入真空箱中抽真空。
13.如權(quán)利要求8所述的超聲陣列聲頭的制備方法，其特征在于將所述壓電片通過(guò)蠟粘貼在所述收容腔內(nèi)的底板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲陣列聲頭及其制備方法。一種超聲陣列聲頭，包括壓電片；散熱器，所述散熱器包括基體，所述基體的一端設(shè)有散熱片，所述基體的另一端設(shè)有與所述壓電片相鄰的傳熱片；及背襯塊，所述背襯塊設(shè)于所述壓電片和所述傳熱片之間，且所述傳熱片插入到所述背襯塊的內(nèi)部，所述背襯塊由絕緣導(dǎo)熱材料制成。上述超聲陣列聲頭具有散熱效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102283677SQ20111019400
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者凌濤, 曾成志, 李永川, 沈洋, 鄭海榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院