本技術(shù)屬于超聲換能器，尤指一種高頻超聲換能器。

背景技術(shù)：

1、作為冠脈造影的重要補(bǔ)充手段，血管內(nèi)超聲(intravascular?ultrasound，ivus)提高了病變?cè)\斷的準(zhǔn)確性，對(duì)冠脈介入治療(percutaneous?coronary?intervention,pci)的策略、支架選擇和效果評(píng)價(jià)有著重要的指導(dǎo)意義。

2、ivus系統(tǒng)通常由超聲導(dǎo)管、近端驅(qū)動(dòng)模塊、超聲成像系統(tǒng)組成。其中，超聲導(dǎo)管主要由超聲換能器、鞘管和傳動(dòng)軸等部分組成，主要利用超聲換能器收發(fā)超聲信號(hào)采集血管內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。近端驅(qū)動(dòng)模塊主要負(fù)責(zé)超聲導(dǎo)管和成像系統(tǒng)之間的驅(qū)動(dòng)控制以及信號(hào)傳輸。超聲成像系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)處理及顯像。

3、安裝在ivus系統(tǒng)超聲導(dǎo)管遠(yuǎn)端的微型超聲換能器是ivus技術(shù)的核心部件。ivus系統(tǒng)利用超聲導(dǎo)管將超聲換能器置入血管內(nèi)部收發(fā)超聲信號(hào)，從而可以實(shí)時(shí)顯示血管截面圖像和血管壁結(jié)構(gòu)的厚度、管腔大小及形狀等，精確地測(cè)量血管腔徑及截面積，甚至可以辨認(rèn)鈣化、纖維化和脂質(zhì)池等病變，發(fā)現(xiàn)冠脈造影不能顯示的血管早期病變。

4、ivus超聲換能器通常由壓電材料、背襯、匹配層及電極引出結(jié)構(gòu)組成，有陣列式和單陣元兩種類型。陣列式換能器利用陣元呈圓柱形結(jié)構(gòu)排列，實(shí)現(xiàn)血管內(nèi)部的360度成像。單陣元換能器利用驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)換能器旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)血管內(nèi)部的360度成像。ivus超聲導(dǎo)管遠(yuǎn)端的微型超聲換能器尺寸越小，能檢測(cè)的血管越細(xì)，而單陣元換能器由于陣元數(shù)少可以將換能器的尺寸做的很小。通常，單陣元ivus超聲換能器為表面長(zhǎng)*寬小于等于1mm*1mm的矩形或者表面直徑小于等于1mm的圓形，其中心頻率大于等于20mhz。由于尺寸小、頻率高，因而ivus超聲換能器各層材料加工和電極引出的難度都很大。

5、目前的ivus單陣元超聲換能器，主要通過(guò)以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)：

6、步驟一、將壓電材料雙面研磨至設(shè)計(jì)頻率對(duì)應(yīng)的厚度，通常小于0.1mm；

7、步驟二、壓電材料雙面鍍上電極層；

8、步驟三、將導(dǎo)電背襯層澆注在壓電材料的一側(cè)；

9、步驟四、將鍍上電極層的壓電材料連同導(dǎo)電發(fā)射面背襯分割成最終的尺寸；

10、步驟五、引出電極。接地電極通過(guò)導(dǎo)電背襯引出，與同軸電纜線的接地線連通；信號(hào)電極的引出通常在壓電材料表面鍍層的邊沿點(diǎn)上導(dǎo)電材料引出，與同軸電纜線的信號(hào)線連通。

11、步驟六、在壓電材料發(fā)射面沉積上匹配層及保護(hù)層。

12、上述制作工藝主要存在以下兩個(gè)方面的缺陷：

13、1)信號(hào)極引出方式占用部分發(fā)射面，影響換能器的性能。

14、由于現(xiàn)有工藝制作換能器時(shí)是將壓電材料鍍上電極層后，再通過(guò)分切的形式將壓電材料分割成最終的尺寸。這樣最終尺寸的壓電材料形成了信號(hào)極鍍層面和接地鍍層面，且兩面不導(dǎo)通。引出電極工藝通常利用在壓電材料一面澆注導(dǎo)電背襯的方式引出接地極，在壓電材料另一面鍍層點(diǎn)上導(dǎo)電膠并將導(dǎo)電膠延伸到壓電材料外部引出信號(hào)極。由于導(dǎo)電膠材料與后續(xù)沉積的匹配層材料阻抗不同且點(diǎn)在信號(hào)極面上的導(dǎo)電膠材料厚度不易控制，從而影響到壓電材料的邊界條件，導(dǎo)致?lián)Q能器性能下降、產(chǎn)品間的性能一致性下降。

15、2)電極引出后再沉積匹配層和保護(hù)層的方式，匹配層數(shù)量受限。

16、壓電材料分割成小于1mm長(zhǎng)寬的矩形小塊并引出電極后，由于壓電材料尺寸太小且信號(hào)面上的導(dǎo)電銀膠點(diǎn)導(dǎo)致表面不平，不能通過(guò)粘接的方式在壓電材料的發(fā)射面貼敷匹配層。澆注匹配層的方式，匹配層材料在澆注過(guò)程中容易擴(kuò)散到壓電材料四周影響最終換能器的尺寸，而且澆注材料的厚度不易控制。當(dāng)前通常采用的沉積匹配層的方法雖然可以通過(guò)控制沉積設(shè)備的功率和沉積時(shí)間來(lái)控制沉積材料的厚度，但是可用于沉積的材料有限，限制了換能器匹配層的選擇，導(dǎo)致不易制作多匹配層的換能器。目前常用于沉積的是parylene-c材料(一種聚對(duì)二甲苯材料)，其聲阻抗小于3mrayl，與壓電材料，尤其是壓電陶瓷(通常聲阻抗大于30mrayl)的聲阻抗差異較大，因而ivus超聲換能器靈敏度和帶寬普遍不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種超聲換能器，在壓電層設(shè)置非壓電材料區(qū)域，并通過(guò)導(dǎo)電匹配層將電極引出至壓電陣元的非工作區(qū)域以外的位置，從而在保證壓電陣元有效尺寸不變的前提下，消除點(diǎn)涂導(dǎo)電銀漿帶來(lái)的聲性能影響。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種超聲換能器，包括：

4、發(fā)射面上鍍上電極的壓電層，所述壓電層上具有非壓電材料區(qū)域；

5、設(shè)于所述壓電層前表面的導(dǎo)電匹配層，所述導(dǎo)電匹配層上對(duì)應(yīng)所述非壓電材料區(qū)域引出信號(hào)極。

6、一些技術(shù)方案中，所述非壓電材料區(qū)域?yàn)樾纬捎谒鰤弘妼由系母魯嘟Y(jié)構(gòu)，所述隔斷結(jié)構(gòu)用于使信號(hào)極引出導(dǎo)電材料偏離聲波的發(fā)射區(qū)域。

7、一些技術(shù)方案中，所述隔斷結(jié)構(gòu)為設(shè)于所述壓電層上的切口，所述切口沿壓電層的寬度方向布設(shè)。

8、一些技術(shù)方案中，所述切口設(shè)于所述壓電層沿長(zhǎng)度方向的端部。

9、一些技術(shù)方案中，所述壓電層沿長(zhǎng)度方向的一端為壓電材料，另一端為填充的絕緣材料。

10、一些技術(shù)方案中，所述壓電材料與絕緣材料之間設(shè)有空氣間隔。

11、一些技術(shù)方案中，所述導(dǎo)電匹配層上具有沿長(zhǎng)度方向排布的一根或一根以上的導(dǎo)電條，或是沿長(zhǎng)度方向與直徑方向排布的各1根或1根以上相互交叉的導(dǎo)電條。

12、一些技術(shù)方案中，所述導(dǎo)電匹配層上沿直徑方向排布的導(dǎo)電條與所述壓電層上的非壓電材料區(qū)域的構(gòu)型重合。

13、一些技術(shù)方案中，所述導(dǎo)電匹配層為相疊合的多層，相鄰導(dǎo)電匹配層之間至少有一對(duì)導(dǎo)電條存在重合部分；

14、當(dāng)信號(hào)極最終由所述導(dǎo)電匹配層外表面引出，則最外層的導(dǎo)電匹配層對(duì)應(yīng)的非壓電材料區(qū)域存在導(dǎo)電材料；

15、當(dāng)信號(hào)極最終由壓電層遠(yuǎn)離導(dǎo)電匹配層一側(cè)的背襯層的外表面引出，則至少最內(nèi)層的導(dǎo)電匹配層對(duì)應(yīng)的非壓電材料區(qū)域存在導(dǎo)電材料。

16、一些技術(shù)方案中，所述導(dǎo)電匹配層為在匹配層兩面鍍上導(dǎo)電層制作而成；或者，

17、所述導(dǎo)電匹配層采用導(dǎo)電材料制作。

18、一些技術(shù)方案中，所述超聲換能器還包括背襯層和電極引出結(jié)構(gòu)，

19、所述背襯層設(shè)于所述壓電層遠(yuǎn)離導(dǎo)電匹配層的一側(cè)；

20、所述電極引出結(jié)構(gòu)包括信號(hào)極電纜與接地極電纜，所述信號(hào)極電纜由所述導(dǎo)電匹配層對(duì)應(yīng)的非壓電材料區(qū)域引出，所述接地極電纜由所述背襯層引出。

21、一些技術(shù)方案中，所述超聲換能器具有單個(gè)壓電陣元，所述壓電陣元的有效工作區(qū)域的面積小于1.0平方毫米，所述壓電陣元的有效工作區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)壓電層上排除非壓電材料區(qū)域的部分；和/或，

22、所述壓電層的壓電材料選擇壓電陶瓷、壓電單晶、壓電復(fù)合材料或者壓電薄膜。

23、本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案至少具有如下的有益效果：

24、1.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，通過(guò)增加壓電層的非壓電材料區(qū)域以通過(guò)導(dǎo)電匹配層將信號(hào)極引出至壓電陣元的非工作區(qū)域以外的位置，一方面，引出電極的導(dǎo)電材料設(shè)于非壓電材料區(qū)域，偏離聲波的發(fā)射區(qū)域，可避免與匹配層的阻抗差異影響到壓電材料的邊界條件，提升超聲換能器的成像分辨率和靈敏度，提高產(chǎn)品之間性能的一致性；另一方面，通過(guò)導(dǎo)電匹配層引出信號(hào)極，可保證壓電層前表面的平整性，利于導(dǎo)電匹配層的澆注與貼敷，且可適用更多匹配層材質(zhì)；

25、2.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，通過(guò)切割及填充絕緣材料的方式在壓電層上形成非壓電材料區(qū)域，且該非壓電材料區(qū)域優(yōu)選的位于壓電層的端部，如此設(shè)計(jì)，便于在長(zhǎng)度方向控制壓電陣元的有效長(zhǎng)度，進(jìn)而在保證壓電陣元有效尺寸不變的情況下，消除點(diǎn)涂導(dǎo)電銀漿帶來(lái)的聲性能影響；

26、3.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，在壓電材料與絕緣材料之間設(shè)有空氣間隔，加強(qiáng)壓電材料區(qū)域與非壓電材料區(qū)域的隔離效果，避免壓電材料振動(dòng)時(shí)帶動(dòng)絕緣材料橫向振動(dòng)，影響壓電性能；

27、4.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，在匹配層材質(zhì)本身不導(dǎo)電且兩面未鍍導(dǎo)電層情況下，提供匹配層上的導(dǎo)電條布置方案，具體可以是沿著壓電陣元長(zhǎng)度方向排布的一根或一根以上的導(dǎo)電條，也可以是沿著壓電陣元長(zhǎng)度方向與直徑方向排布的各1根或1根以上相互交叉的導(dǎo)電條；較優(yōu)的，在匹配層的上下表面再鍍上導(dǎo)電層；較優(yōu)的，粘接時(shí)，匹配層的導(dǎo)電條與壓電材料的絕緣條重合放置；

28、5.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，信號(hào)極和接地極可以在壓電材料的同一面或者不同面引出；對(duì)應(yīng)設(shè)置多層導(dǎo)電匹配層時(shí)，相鄰導(dǎo)電匹配層之間至少有一對(duì)導(dǎo)電條存在重合部分，當(dāng)信號(hào)極最終由所述導(dǎo)電匹配層外表面引出，則最外層的導(dǎo)電匹配層對(duì)應(yīng)的非壓電材料區(qū)域存在導(dǎo)電材料；當(dāng)信號(hào)極最終由背襯層的外表面引出，則至少最內(nèi)層的導(dǎo)電匹配層對(duì)應(yīng)的非壓電材料區(qū)域存在導(dǎo)電材料；

29、6.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，常規(guī)做法是信號(hào)極由導(dǎo)電匹配層外表面引出，接地極由導(dǎo)電背襯引出。也可以彼此交換引出，即信號(hào)極由導(dǎo)電背襯引出，接地極由導(dǎo)電匹配層外表面引出，不影響本實(shí)用新型專利權(quán)利要求所保護(hù)的內(nèi)容；

30、7.本實(shí)用新型提供的超聲換能器，制作的高頻超聲換能器，具有單個(gè)壓電陣元，壓電陣元的工作頻率大于等于20mhz，工作區(qū)域的面積小于等于1.0平方毫米。