一种超声换能器的制造方法与流程

1.本技术涉及超声换能器技术领域，具体来说，涉及一种超声换能器的制造方法。


背景技术：

2.超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声信号转换为电信号的能量转换器件。
3.超声换能器的的聚焦功能往往通过声透镜来实现，传统的声透镜常通过机械研磨或机械挤压的方式的制备声透镜的聚焦曲面，此制备过程也是相当复杂的。


技术实现要素：

4.针对相关技术中的问题，本技术提出一种超声换能器的制造方法，能够简化工艺步骤，节约生产成本。
5.本技术的技术方案是这样实现的：
6.根据本技术的一个方面，提供了一种超声换能器的制造方法，包括：
7.提供具有通孔的第一元件和完全封闭所述通孔的石蜡球、金属外壳、接口；
8.在所述石蜡球上方、所述第一元件的内部填充环氧导电胶，去除所述石蜡球后在所述环氧导电胶下方形成曲面；
9.在所述曲面和所述第一元件的表面上共形地形成第一电极层和压电层；
10.将具有所述第一电极层和所述压电层的第一元件经绝缘胶固定在所述金属外壳的一端；
11.使用第一导线将所述环氧导电胶连接至所述接口的中心端，从而将所述第一电极层电连接至所述接口的中心端，所述接口固定连接至所述金属外壳的另一端；
12.在所述金属外壳、所述绝缘胶和所述压电层所组成的表面上共形地形成第二电极层，从而将所述第二电极层经所述金属外壳电连接至所述接口的侧壁。
13.其中，在所述第二电极层的露出表面、所述金属外壳的表面形成匹配层。
14.其中，所述具有通孔的第一元件包括双面抛光的硅基板或金属柱。
15.其中，具有所述通孔的所述硅基板的形成方法包括：在干净的所述硅基板表面形成光刻胶后，采用深反应离子蚀刻法在所述硅基板上形成所述通孔，后去除所述光刻胶。
16.其中，多个通孔形成在所述硅基板上，之后切割所述硅基板形成单个所述通孔的所述第一元件。
17.其中，使用甲苯去除所述石蜡球；在形成所述曲面后，将所述曲面抛光打磨光滑；使用溅射法在所述曲面上形成所述第一电极层和所述压电层，所述压电层的厚度取决于所述超声换能器的目标频率。
18.其中，所述第二电极层包括形成在压电层下方的铬层和形成在铬层下方的金层。
19.其中，所述接口包括sma接口。
20.其中，所述接口的外螺纹与所述金属外壳的内螺纹固定连接。
21.本技术通过石蜡球在环氧导电胶下方形成曲面，并且使用硅基板形成通孔的阵列，从而利于实现批量生产，提高阵列一致性。而且，该曲面形成工艺简便，节约了生产成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1示出了根据一些实施例提供的超声换能器的制造方法的工艺步骤；
24.图2是图1所示的超声换能器的后续封装工艺步骤；
25.图3示出了根据另一些实施例提供的超声换能器的制造方法的工艺步骤；
26.图4是图3所示的超声换能器的后续封装工艺步骤。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.根据本技术的实施例，提供了一种超声换能器的制造方法，该方法较为简易，易于批量化生成。以下将详细介绍该超声换能器的形成步骤。
29.步骤s1，参见图1，提供具有通孔12的第一元件和完全封闭通孔12的石蜡球13、金属外壳40、接口50。
30.在一些实施例中，具有通孔12的第一元件包括如图1所示的双面抛光的硅基板10或如图3所示的金属柱80。金属柱包括铝柱。参见图1的第1、2、3、4步骤，具有通孔12的硅基板10的形成方法包括：在干净的硅基板10表面形成光刻胶11后，采用深反应离子蚀刻法在硅基板10上形成通孔12，后去除光刻胶11。
31.详细方法如下：1.取双面抛光的400um厚度的硅基板10，先进行清洗去除硅基板10表面的杂质离子；2.在icp(inductive coupled plasma，即感应耦合等离子刻蚀)、drie(deep reactive ion etching，即深反应离子刻蚀技术)中，12um-15um的光刻正胶11az6130，sf6作刻蚀气体，c4f8作为钝化气体，用适当的偏压在等离子腔室内生成适当的电场，对刻蚀槽底部的光刻胶11进行垂直的粒子撞击。通过调整sf6、c4f8流速、刻蚀、钝化周期等其他工艺参数，最终可以获得垂直侧壁的通孔12；3.使用丙酮、乙醇和去离子水逐次清洗硅片，去除硅基板10表面的光刻胶11，从而获得了直径为3mm的通孔12。
32.步骤s2，参见图1的第5、6步骤，在石蜡球13上方、第一元件的内部填充环氧导电胶14，之后静置于室温下24小时凝固，然后使用甲苯去除石蜡球13后在环氧导电胶14下方形成曲面。在形成曲面后，可以将曲面抛光打磨光滑。该环氧导电胶14为银胶，用于形成聚焦的曲面，并且用作背衬。
33.步骤s3，参见图2的a、b步骤，在曲面和第一元件的表面上共形地形成第一电极层
20和压电层21。可以使用溅射法在曲面上形成第一电极层20和压电层21，压电层21的厚度取决于超声换能器的目标频率。
34.步骤s4，在硅基板10上形成多个通孔12后，切割硅基板10形成具有单个通孔12的第一元件。在一些实施例中，采用激光划片技术将硅基板10切割成4
×
4mm2尺寸块分割开，其中直径3mm的通孔12位于每个分割方块的中心位置。
35.步骤s5，参见图2的c步骤，将具有第一电极层20和压电层21的第一元件经绝缘胶30固定在金属外壳40的一端。第一元件位于金属外壳40内。绝缘胶30除了固定第一元件和金属外壳40，还起到隔离第一电极层20和第二电极层60的作用。金属外壳40起电磁屏蔽的作用。
36.步骤s6，参见图2的d步骤，使用第一导线51将环氧导电胶14连接至接口50的中心端，从而将第一电极层20电连接至接口50的中心端，接口50固定连接至金属外壳40的另一端。在一些实施例中，接口50的外螺纹与金属外壳40的内螺纹固定连接。接口50包括sma(即sub-miniature a connector，即超小型连接器的简称)接口50。
37.步骤s7，参见图2的e步骤，在金属外壳40、绝缘胶30和压电层21所组成的表面上共形地形成第二电极层60，从而将第二电极层60经金属外壳40电连接至接口50的侧壁。在一些实施例中，第二电极层60包括形成在压电层21下方的50nm的铬层和形成在铬层下方的100的金层。铬层用作黏附层。第一电极层20的材料与第二电极层60的材料可以相同或不同。压电层21包括氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅(pzt)、或掺钪的氮化铝、聚氟乙烯聚合物(pvdf)或其他合适的材料。接口50的侧壁和中心端用于输入电信号。
38.步骤s8，参见图2的f步骤，在第二电极层60的露出表面、金属外壳40的表面形成匹配层70。匹配层70还形成在金属外壳40的侧壁上，且后期如果放入水中测试，可防止电路的导通。匹配层70的材料包括派若琳-c(即parylene-c)，用于降低压电层21和检测对象之间声阻抗差异，从而使得从压电层21产生的超声波的主要部分能够传送给检测对象。
39.至此，通过上述工艺制造获得了超声换能器。
40.参见图3和图4所示的超声换能器的制造方法的实施例，其与图1和图2所示的实施例的区别在于，图1和图2的实施例的通孔12是由硅基板10经过刻蚀后形成的，而图3和图4中的通孔12是由空心的金属柱80提供的。
41.综上，本技术所提供的超声换能器的压电层21在电信号的激励下产生超声波，并且经曲面聚焦到特定区域，从而检测特定区域的表面。环氧导电胶14吸收从压电层21向环氧导电胶14传播的超声信号，有效减小超声信号的反射，从而提高检测分辨率。本技术通过石蜡球13在环氧导电胶14下方形成曲面，并且使用硅基板10形成通孔12的阵列，从而利于实现批量生产，提高阵列一致性。而且，该曲面形成工艺简便，节约了生产成本。
42.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超声换能器的制造方法，其特征在于，包括：提供具有通孔的第一元件和完全封闭所述通孔的石蜡球、金属外壳、接口；在所述石蜡球上方、所述第一元件的内部填充环氧导电胶，去除所述石蜡球后在所述环氧导电胶下方形成曲面；在所述曲面和所述第一元件的表面上共形地形成第一电极层和压电层；将具有所述第一电极层和所述压电层的第一元件经绝缘胶固定在所述金属外壳的一端；使用第一导线将所述环氧导电胶连接至所述接口的中心端，从而将所述第一电极层电连接至所述接口的中心端，所述接口固定连接至所述金属外壳的另一端；在所述金属外壳、所述绝缘胶和所述压电层所组成的表面上共形地形成第二电极层，从而将所述第二电极层经所述金属外壳电连接至所述接口的侧壁。2.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，在所述第二电极层的露出表面、所述金属外壳的表面形成匹配层。3.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，所述具有通孔的第一元件包括双面抛光的硅基板或金属柱。4.根据权利要求3所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，具有所述通孔的所述硅基板的形成方法包括：在干净的所述硅基板表面形成光刻胶后，采用深反应离子蚀刻法在所述硅基板上形成所述通孔，后去除所述光刻胶。5.根据权利要求4所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，多个通孔形成在所述硅基板上，之后切割所述硅基板形成单个所述通孔的所述第一元件。6.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，使用甲苯去除所述石蜡球；在形成所述曲面后，将所述曲面抛光打磨光滑；使用溅射法在所述曲面上形成所述第一电极层和所述压电层，所述压电层的厚度取决于所述超声换能器的目标频率。7.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，所述第二电极层包括形成在压电层下方的铬层和形成在铬层下方的金层。8.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，所述接口包括sma接口。9.根据权利要求1所述的超声换能器的制造方法，其特征在于，所述接口的外螺纹与所述金属外壳的内螺纹固定连接。

技术总结
本申请公开了一种超声换能器的制造方法，包括：提供具有通孔的第一元件和完全封闭通孔的石蜡球、金属外壳、接口；在石蜡球上方、第一元件的内部填充环氧导电胶，去除石蜡球后在环氧导电胶下方形成曲面；在曲面和第一元件的表面上共形地形成第一电极层和压电层；将具有第一电极层和压电层的第一元件经绝缘胶固定在金属外壳的一端；使用第一导线将环氧导电胶连接至接口的中心端，从而将第一电极层电连接至接口的中心端，接口固定连接至金属外壳的另一端；在金属外壳、绝缘胶和压电层所组成的表面上共形地形成第二电极层，从而将第二电极层经金属外壳电连接至接口的侧壁。该方法利于实现批量生产，提高阵列一致性。提高阵列一致性。提高阵列一致性。


技术研发人员：刘端
受保护的技术使用者：安徽奥飞声学科技有限公司
技术研发日：2023.01.29
技术公布日：2023/8/4