專利名稱：包括復(fù)合導(dǎo)電鍍層的多元件聲探針及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別可用于醫(yī)學(xué)或水下成象或非破壞性測試的聲轉(zhuǎn)換器。
聲探針一般包括一個通過互連網(wǎng)絡(luò)與一電極控制裝置連接的壓電轉(zhuǎn)換器組件。
這些壓電轉(zhuǎn)換器傳輸在給定介質(zhì)中反射后的聲波，從而提供有關(guān)所述介質(zhì)的信息。
一般來說，在醫(yī)學(xué)成象領(lǐng)域中，聲探針由許多可獨立激發(fā)的壓電元件構(gòu)成。這類聲探針的制作方法見本申請人的若干專利，一維聲探針特別見歐洲專利0190948，兩維聲探針見法國專利93/02586。該方法在于切割由聲匹配片、一壓電陶瓷片、一包括金屬印制線的電路構(gòu)成的組件，該電路一般位于一稱為“基座”的聲支撐件上。通過該切割形成可獨立激發(fā)的基本轉(zhuǎn)換器。這是因為每一轉(zhuǎn)換器與電路(其上有金屬印制線或用一金屬箔切割成的印制線的聚酰亞胺薄膜)的一印制線連接，以便進行電激發(fā)。
為了防止發(fā)生不希望有的振動、特別是橫向振動，基本轉(zhuǎn)換器被細切割成若干壓電子元件，使它們在機械上分開，但連接到同一電接頭。如示出單向多元件聲探針的

圖1所示，細切割割穿該金屬印制線。按照這一結(jié)構(gòu)，一基座支撐其上有導(dǎo)電印制線pil的一電路2，基本轉(zhuǎn)換器本身til包括子元件tilk。印制線pil的寬度約為100μm，因此壓電子元件的數(shù)量受到限制。此外，受切割的印制線(track)易碎，經(jīng)受不了電應(yīng)力和機械應(yīng)力。
壓電元件還包括阻抗不同的聲匹配元件L1ilk和L2ilk，為了接地，元件L2ilk的底面上可鍍金屬。
為了接地，也可在片L2ilk與陶瓷之間插入金屬薄膜，或者，在單向聲探針的情況下，把片L1ilk和L2ilk的尺寸做得比陶瓷小，使接地電極可與陶瓷端部接觸。此時，通過把一金屬薄膜釬焊或粘合到陶瓷的“自由”端上實現(xiàn)接地。
為了克服上述缺點，本發(fā)明提供一種包括一復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜的聲探針。
確切說，本發(fā)明涉及一包括基本壓電轉(zhuǎn)換器和一包括金屬印制線的電路的聲探針，至少一個金屬印制線與至少一個基本轉(zhuǎn)換器連接，每一基本轉(zhuǎn)換器由機械上分開、連接到同一印制線的壓電子元件構(gòu)成，其特征在于，該聲探針還包括該電路與基本轉(zhuǎn)換器之間的一復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜，同一基本轉(zhuǎn)換器的壓電子元件在機械上由一直伸展到所述薄膜的間隙分開。
本發(fā)明聲探針的電路一般粘在一用作聲支撐件的阻抗匹配的基座上。
這種聲探針特別具有如下優(yōu)點-由于形成壓電子元件的間隙終止在導(dǎo)電材料薄膜中，因此電路的印制線不受“細切割”而變?nèi)酰?復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜使得壓電元件與電路進行電氣連接而無需經(jīng)過特別在法國專利93/02586中所述路徑；
-由于復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜的熱膨脹介于壓電材料的熱膨脹與“基座”材料的熱膨脹之間，因此通常在高溫下發(fā)生的來自組件的熱應(yīng)力造成的變形被吸收；-由于間隙終止在復(fù)合導(dǎo)電材料中，因此電路印制線的尺寸不再受壓電子元件的數(shù)量的限制。
最好是，復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜包括環(huán)氧樹脂類有機材料，其中特別摻雜由銀、銅或鎳之類金屬構(gòu)成的導(dǎo)電粒子。
本發(fā)明還涉及本發(fā)明聲探針的制作方法，包括下列步驟-組裝至少一層壓電材料、一層復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜和一包括金屬印制線的電路；-切割壓電材料層和復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜層，以便形成電氣上分開的基本壓電轉(zhuǎn)換器；-細切割(subcut)基本轉(zhuǎn)換器和一部分復(fù)合材料薄膜，形成機械上分開而電氣上連接的壓電子元件。
按照本發(fā)明方法一實施例，可用金剛石鋸?fù)瑫r進行切割和細切割。
從下面結(jié)合附圖對非限制性實施例的說明中可清楚理解本發(fā)明及其其他優(yōu)點，附圖中圖1為例示出現(xiàn)有單向聲探針的剖面圖；圖2示出本發(fā)明第一實施例的一維聲探針；圖3示出本發(fā)明第二實施例的雙向聲探針。
一般來說，本發(fā)明聲探針包括經(jīng)復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜與基座上一電路表面上的金屬印制線連接的基本壓電轉(zhuǎn)換器Tij。
一般來說，為生成這類聲探針，比方說1/4波型的一片或兩片聲匹配片固定在壓電轉(zhuǎn)換器的表面上以提高功率傳輸。
這些匹配片的材料可為摻雜礦物粒子的聚合物，為獲得所需聲學(xué)特性，可調(diào)節(jié)礦物粒子的比例。一般來說，匹配片模制或機加工而成，然后粘合到壓電轉(zhuǎn)換器的表面之一上。
確切說，當(dāng)聲探針包括一組基本轉(zhuǎn)換器時，應(yīng)在機械上分開這些壓電轉(zhuǎn)換器。為防止基本轉(zhuǎn)換器之間發(fā)生聲耦合，必需切割聲匹配片。
此外，在這類多元件聲探針中，基本壓電轉(zhuǎn)換器必需一面接地，另一面與正向接頭(也稱為火點)連接。地線一般朝向傳播介質(zhì)，即必需在聲匹配元件一邊上。接地電極一般為一金屬層，其位置決定于聲探針的性質(zhì)，即該聲探針是單向還是雙向聲探針。
單向聲探針的例子可如下生成這類聲探針在包括比方說用環(huán)氧樹脂類粘膠粘合在一基座上的印制線的電路表面上，壓電材料層經(jīng)導(dǎo)電薄膜3與所述基座連接，該導(dǎo)電薄膜的特性使得整個組件粘合在一起。該復(fù)合導(dǎo)電薄膜可由環(huán)氧樹脂和金屬粒子(銀、銅、鎳等)的混合物構(gòu)成，根據(jù)所需聲學(xué)特性，填充物含量的體積百分比為50％-80％。由于該薄膜的阻抗非常接近基座的阻抗、厚度(約20-100μm)比壓電材料生成的超聲波的波長小得多，因此對聲探針的聲學(xué)特性沒有影響。
然后比方說使用環(huán)氧樹脂類粘膠把聲匹配片粘合到壓電材料層表面上。
下一步，用一金剛石鋸切割預(yù)先生成的該組件，獲得寬度約為100-150μm的基本轉(zhuǎn)換器Til。在同一步驟中，進行細切割形成寬度約為40-70μm的壓電子元件Tilk。如圖2所示，切割終止在基座中，而細切割終止在復(fù)合材料薄膜的厚度中，因此其上有聲匹配元件的同一元件Til的壓電子元件Tilk之間保持電連接。
下部聲匹配片的底面上鍍金屬，以確保聲探針的周邊接地。
雙向聲探針的例子由包括電路的基座、復(fù)合導(dǎo)電薄膜和壓電材料層構(gòu)成的組件一般與單向聲探針?biāo)鱿嗤榱嗽谶@類聲探針中生成一接地平面，可使用本申請人法國專利申請No.2756447所述方法或在轉(zhuǎn)換器元件與聲匹配片之間結(jié)合一接地平面。
確切說，在本發(fā)明范圍內(nèi)，在制成基座/復(fù)合導(dǎo)電薄膜/壓電層組件后，使用一金剛石鋸沿互相垂直的兩軸線進行切割和細切割形成元件Tij和Tijk。如此形成的該組件被導(dǎo)電接地電極M所覆蓋，該電極被固定、粘結(jié)約束并一般地是作為金屬或金屬化聚合物薄膜。
然后粘合兩聲匹配材料片L1和L2；第一片為約5-12兆瑞利(megarayleigh)的高阻抗，第二片為約2-4兆瑞利的較低阻抗。然后切割聲匹配片但不切割接地電極M。
可用激光進行這一切割。所使用的激光比方說可為二氧化碳紅外激光或準分子型或三元或四元YAG型UV激光。從而形成圖3所示兩維聲探針。
權(quán)利要求
1.一種聲探針，包括基本壓電轉(zhuǎn)換器(Tij)和包含有金屬印制線(Pij)的電路，以便將至少一個金屬印制線連接到至少一個基本轉(zhuǎn)換器，每一基本轉(zhuǎn)換器由機械上分開、連接到同一印制線的壓電子元件(Tijk)構(gòu)成，其特征在于，該聲探針還包括位于該電路與基本轉(zhuǎn)換器之間的一復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜，同一基本轉(zhuǎn)換器(Tij)的壓電子元件(Tijk)在機械上由一直伸展到所述薄膜的間隙分開。
2.按權(quán)利要求1所述的聲探針，其特征在于，它包括一稱為“基座”的聲支撐件，復(fù)合材料薄膜的聲特性與該基座相同。
3.按權(quán)利要求1或2所述的聲探針，其特征在于，復(fù)合材料薄膜包括導(dǎo)電粒子，導(dǎo)電粒子的大小比該聲探針生成的超聲波的波長小得多。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的聲探針，其特征在于，該復(fù)合導(dǎo)電薄膜是一種由包括導(dǎo)電粒子的環(huán)氧樹脂型或聚酰亞胺型有機材料制成。
5.按權(quán)利要求4所述的聲探針，其特征在于，該導(dǎo)電粒子為銀、銅或鎳之類金屬的粒子。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的聲探針，其特征在于，復(fù)合材料薄膜的導(dǎo)電填充物含量的體積百分比約為50％-80％。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的聲探針，其特征在于，復(fù)合材料薄膜的厚度為幾十微米。
8.按權(quán)利要求1-7之一所述的聲探針，其特征在于，基本轉(zhuǎn)換器(Tij)被一直伸展到電路中的間隙電氣上隔開。
9.按權(quán)利要求1-7之一所述的聲探針的制作方法，其特征在于，該方法包括下列步驟-組裝至少一層壓電材料、一復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜和一包括金屬印制線的電路；-切割壓電材料層和復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜層，以便形成電氣上分開的基本壓電轉(zhuǎn)換器(Tij)；-細切割基本轉(zhuǎn)換器(Tij)和一部分復(fù)合材料薄膜，以便定義機械上分開而電氣上連接的壓電子元件(Tijk)。
10.按權(quán)利要求9所述的聲探針制作方法，其特征在于，用金剛石鋸進行切割和細切割。
11.按權(quán)利要求9或10所述的聲探針制作方法，其特征在于，切割和細切割同時進行。
12.按權(quán)利要求9或10所述的聲探針制作方法，其特征在于，該電路位于聲支撐件表面上，為形成基本壓電轉(zhuǎn)換器，該切割一直進行到所述聲支撐件中。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括聲支撐件和電路的多元件聲探針,電路的導(dǎo)電印制線與基本壓電轉(zhuǎn)換器連接,此外,該聲探針包括一位于壓電轉(zhuǎn)換器與該導(dǎo)電印制線之間的復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜,通常,對壓電轉(zhuǎn)換器進行細切割,以獲取聲學(xué)上不耦合而電氣上耦合的元件。由于有此復(fù)合導(dǎo)電材料薄膜,因此子元件的數(shù)量不再受印制線的尺寸的限制,而且該薄膜相對于熱膨脹差別而構(gòu)成聲支撐件與壓電轉(zhuǎn)換器之間的一中間元件。應(yīng)用:本發(fā)明應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和水下成象。
文檔編號B06B1/06GK1304340SQ9980700
公開日2001年7月18日 申請日期1999年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月5日
發(fā)明者努西－圖安·源, 尼古勞斯·謝賴什 申請人:湯姆森無線電報總公司