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柔性超声贴片及其制备方法

申请号 CN202311864561.1 申请日 2023-12-29 公开(公告)号 CN117816522A 公开(公告)日 2024-04-05
申请人 深圳先进技术研究院; 发明人 马腾; 陈建中; 李永川;
摘要 本 发明 涉及柔性超声贴片及其制备方法。该柔性超声贴片包括:柔性基材层;插指 电极 层,设置在柔性基材层的一侧;压电层,设置在插指电极层的背离柔性基材层的一侧;网状电极层,设置在压电层的背离插指电极层的一侧。上述柔性超声贴片中,采用柔性基材层,在其一侧上设置插指电极层,并在插指电极层上设置压电层,且在压电层上设置网状电极层,声学上可以实现阵元间距小于一个 波长 ,利用阵列下层插指电极行 电路 寻址设计实现平面波复合成像,使得柔性超声贴片具有稳定的声学性能。
权利要求

1.一种柔性超声贴片,其特征在于,包括:
柔性基材层;
插指电极层,设置在柔性基材层的一侧;
压电层,设置在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧;
网状电极层,设置在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧。
2.根据权利要求1所述的柔性超声贴片,其特征在于,所述插指电极层包括N根具有相对的第一端和第二端的插指引线、2N个电路引脚,N根所述插指引线并列且间隔设置,各个所述插指引线的第一端相连接形成第一连接处,且各个所述插指引线的所述第二端相连接形成第二连接处,其中N个所述电路引脚并列且间隔设置且连接于所述第一连接处,余下N个所述电极引脚并排设置且连接于所述第二连接处。
3.根据权利要求2所述的柔性超声贴片,其特征在于,所述压电层覆盖在N根所述插指引线上,所述压电层包括多个呈N行和N列间隔矩阵排列的压电,每行所述压电块对应覆盖在一根所述插指引线上,且与对应所述插指引线连接。
4.根据权利要求3所述的柔性超声贴片,其特征在于,各行所述压电块均与所述网状电极层导电连接,以使各行所述压电块共用所述网状电极层。
5.根据权利要求3所述的柔性超声贴片,其特征在于,所述压电层的长度和宽度均为
20mm~25mm;所述压电层的厚度为290μm~300μm;每个所述压电块的长度和宽度均为
0.5mm;相邻四个所述压电块之间的间隔构成阵元间隔,所述阵元间隔的长度和宽度均为
0.25mm~0.3mm。
6.根据权利要求2所述的柔性超声贴片,其特征在于,所述柔性超声贴片还包括第一导电层,所述第一导电层设置在所述压电层和N个所述插指引线之间;
及/或,所述柔性超声贴片还包括第二导电层,所述第二导电层设置在所述压电层和所述网状电极层之间。
7.根据权利要求2所述的柔性超声贴片,其特征在于,N根所述插指引线相互平行,且相邻两根所述插指引线间隔设置;
进一步地,相邻两根所述插指引线之间的间隔距离为0.25mm~0.3mm,每根所述插指引线的长度为6.5mm~6.7mm,每根所述插指引线的宽度为0.5mm。
8.根据权利要求1‑7任一项所述的柔性超声贴片,其特征在于,所述柔性基材层为聚酰亚胺膜,所述插指电极层的材料为,所述网状电极层的材料为铜;
及/或,所述柔性基材层的厚度为55μm~60μm,所述插指电极层的厚度为15μm~25μm,所述网状电极层的厚度为10μm~15μm。
9.一种柔性超声贴片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
在柔性基材层的一侧上设置插指电极层;
在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧上设置压电层;
在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧设置网状电极层。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述在柔性基材层的一侧上设置插指电极层的步骤包括:
在所述柔性基材层上粘贴第一电极材料层;
采用激光直刻工艺在所述第一电极材料层上微加工形成所述插指电极层。
11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述采用激光直刻工艺在所述第一电极材料层上微加工形成所述插指电极层的步骤包括:采用激光直刻系统在所述第一电极材料层微加工,形成N根具有相对的第一端和第二端的插指引线、2N个电路引脚,N根所述插指引线并列且间隔设置,各个所述插指引线的第一端相连接形成第一连接处,且各个所述插指引线的所述第二端相连接形成第二连接处,其中N个所述电路引脚并列且间隔设置且连接于所述第一连接处,余下N个所述电极引脚并排设置且连接于所述第二连接处,得到所述插指电极层。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧上设置压电层的步骤包括:
将压电材料板粘贴在基膜上,采用划片机微刻系统对所述压电材料板上进行加工形成多个压电块;
采用导电材料将各个所述压电块粘合在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧,并使多个所述压电块呈N行和N列间隔矩阵排列,且使每行所述压电块对应覆盖在一根所述插指引线上,且与对应所述插指引线连接,以形成所述压电层。
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧设置网状电极层的步骤包括:
采用激光直刻工艺在第二电极材料层上微加工形成所述网状电极层;
采用导电材料将所述网状电极层粘合在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧,以使各行所述压电块共用所述网状电极层。

说明书全文

柔性超声贴片及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声技术领域,特别是涉及柔性超声贴片及其制备方法。

背景技术

[0002] 超声设备以无创方式连续监测人体生理指标和数据,无创超声成像为医生判断组织和器官的功能提供了一种强有的诊断方法,是精确医疗和数字医疗的一个关键趋势。传统的压电换能器利用压电层的纵向振动模型,实现了声场‑电场转换,这也决定了多形夹层结构的刚性探针设计。三维复杂表面难以被有效检测来传输生物颅骨和髌骨等病理信息,因此期望有一种适合未开发复杂表面的柔性传感器。现有的可穿戴设备可用于记录和分析人的分泌物、血流检测、桡动脉血流率等。然而,实现人体内脏器官的动态成像检测仍然是可穿戴设备面临的主要挑战。柔性超声设备有望在同步变形条件下实现内部器官和组织的连续成像。现有的可穿戴超声设备依靠机械设备在人体的指定部位安装大型超声探头,这些部位的大尺寸和非灵活性阻碍了患者的活动和体验。
[0003] 柔性超声贴片需要满足有效贴合人体曲面,并在人体皮肤张力同步形变条件下实现稳定声学功能,柔性超声贴片研制难点体现在以下几个方面:首先,柔性超声贴片具有优异机械性能如拉伸性、柔性高的特点以适应复杂曲面变形;其次,结构上满足尺寸小、重量轻以满足可穿戴需求;另外,柔性超声贴片需要具有稳定的声学功能,这意味着阵元设计要具有微米尺度的阵元中心距和满足要求的宽厚比等;最后,柔性超声贴片要具简洁的和可以同步形变的柔性电路设计,一方面可实现剧烈形变下稳定的电学性能,另一方面控制相控阵激活方式,实现多种模态超声电子扫描。常规的柔性超声贴片的声学性能稳定性较差,难以满足实际需求。

发明内容

[0004] 基于此,本申请提供一种声学性能稳定的柔性超声贴片及其制备方法。
[0005] 一种柔性超声贴片,包括:
[0006] 柔性基材层;
[0007] 插指电极层,设置在柔性基材层的一侧;
[0008] 压电层,设置在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧;
[0009] 网状电极层,设置在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧。
[0010] 上述柔性超声贴片中,采用柔性基材层,在其一侧上设置插指电极层,并在插指电极层上设置压电层,且在压电层上设置网状电极层,声学上可以实现阵元间距小于一个波长,利用阵列下层插指电极行电路寻址设计实现平面波复合成像,使得柔性超声贴片具有稳定的声学性能。
[0011] 在其中一个实施例中,所述插指电极层包括N根具有相对的第一端和第二端的插指引线、2N个电路引脚,N根所述插指引线并列且间隔设置,各个所述插指引线的第一端相连接形成第一连接处,且各个所述插指引线的所述第二端相连接形成第二连接处,其中N个所述电路引脚并列且间隔设置且连接于所述第一连接处,余下N个所述电极引脚并排设置且连接于所述第二连接处。
[0012] 在其中一个实施例中,所述压电层覆盖在N根所述插指引线上,所述压电层包括多个呈N行和N列间隔矩阵排列的压电,每行所述压电块对应覆盖在一根所述插指引线上,且与对应所述插指引线连接。
[0013] 在其中一个实施例中,各行所述压电块均与所述网状电极层导电连接,以使各行所述压电块共用所述网状电极层。
[0014] 在其中一个实施例中,所述压电层的长度和宽度均为20mm~25mm;所述压电层的厚度为290μm~300μm;每个所述压电块的长度和宽度均为0.5mm;相邻四个所述压电块之间的间隔构成阵元间隔,所述阵元间隔的长度和宽度均为0.25mm~0.3mm。
[0015] 在其中一个实施例中,所述柔性超声贴片还包括第一导电层,所述第一导电层设置在所述压电层和N个所述插指引线之间;
[0016] 及/或,所述柔性超声贴片还包括第二导电层,所述第二导电层设置在所述压电层和所述网状电极层之间。
[0017] 在其中一个实施例中,N根所述插指引线相互平行,且相邻两根所述插指引线间隔设置;
[0018] 进一步地,相邻两根所述插指引线之间的间隔距离为0.25mm~0.3mm,每根所述插指引线的长度为6.5mm~6.7mm,每根所述插指引线的宽度为0.5mm。
[0019] 在其中一个实施例中,所述柔性基材层为聚酰亚胺膜,所述插指电极层的材料为,所述网状电极层的材料为铜;
[0020] 及/或,所述柔性基材层的厚度为55μm~60μm,所述插指电极层的厚度为15μm~25μm,所述网状电极层的厚度为10μm~15μm。
[0021] 一种柔性超声贴片的制备方法,包括如下步骤:
[0022] 在柔性基材层的一侧上设置插指电极层;
[0023] 在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧上设置压电层;
[0024] 在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧设置网状电极层。
[0025] 在其中一个实施例中,所述在柔性基材层的一侧上设置插指电极层的步骤包括:
[0026] 在所述柔性基材层上粘贴第一电极材料层;
[0027] 采用激光直刻工艺在所述第一电极材料层上微加工形成所述插指电极层。
[0028] 在其中一个实施例中,,所述采用激光直刻工艺在所述第一电极材料层上微加工形成所述插指电极层的步骤包括:采用激光直刻系统在所述第一电极材料层微加工,形成N根具有相对的第一端和第二端的插指引线、2N个电路引脚,N根所述插指引线并列且间隔设置,各个所述插指引线的第一端相连接形成第一连接处,且各个所述插指引线的所述第二端相连接形成第二连接处,其中N个所述电路引脚并列且间隔设置且连接于所述第一连接处,余下N个所述电极引脚并排设置且连接于所述第二连接处,得到所述插指电极层。
[0029] 在其中一个实施例中,所述在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧上设置压电层的步骤包括:
[0030] 将压电材料板粘贴在基膜上,采用划片机微刻系统对所述压电材料板上进行加工形成多个压电块;
[0031] 采用导电材料将各个所述压电块粘合在所述插指电极层的背离所述柔性基材层的一侧,并使多个所述压电块呈N行和N列间隔矩阵排列,且使每行所述压电块对应覆盖在一根所述插指引线上,且与对应所述插指引线连接,以形成所述压电层。
[0032] 在其中一个实施例中,所述在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧设置网状电极层的步骤包括:
[0033] 采用激光直刻工艺在第二电极材料层上微加工形成所述网状电极层;
[0034] 采用导电材料将所述网状电极层粘合在所述压电层的背离所述插指电极层的一侧,以使各行所述压电块共用所述网状电极层。附图说明
[0035] 图1为柔性超声贴片中柔性基材层和第一电极材料层粘合后的层叠示意图;
[0036] 图2为将图1所示的第一电极材料层加工层插指电极层后的结构示意图;
[0037] 图3为在图2所示的插指电极层上设置压电层后的结构示意图;
[0038] 图4为图3中压电层后的结构示意图;
[0039] 图5为柔性超声贴片的结构示意图;
[0040] 图6为图5所示的柔性超声贴片的仰视度的结构示意图;
[0041] 图7为图5所示的柔性超声贴片的侧视角度的结构示意图;
[0042] 图8为图5所示的柔性超声贴片的结构爆炸图;
[0043] 图9为图5所示的柔性超声贴片的结构尺寸图;
[0044] 图10为柔性超声贴片的行电极寻址激励示意图;
[0045] 图11为柔性超声贴片的整体激励示意图。
[0046] 附图标记:
[0047] 100‑柔性基材层;
[0048] 200‑插指电极层;200’‑第一电极材料层;210‑插指引线;220‑电路引脚;211‑第一连接处;213‑第二连接处;
[0049] 300‑压电层;310‑压电块;
[0050] 400‑网状电极层;500‑第一导电层;600‑第二导电层。

具体实施方式

[0051] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例及附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0052] 如图6和图7所示,本研究一实施方式提供一种声学性能稳定的柔性超声贴片;该柔性超声贴片包括:柔性基材层100;插指电极层200,设置在柔性基材层100的一侧;压电层300,设置在插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧;网状电极层400,设置在压电层
300的背离插指电极层200的一侧。
[0053] 上述柔性超声贴片中,采用柔性基材层100,在其一侧上设置插指电极层200,并在插指电极层200上设置压电层300,且在压电层300上设置网状电极层400,声学上可以实现阵元间距小于一个波长,利用阵列下层插指电极行电路寻址设计实现平面波复合成像,使得柔性超声贴片具有稳定的声学性能。
[0054] 如图1所示,其中,柔性基材层100的厚度为55μm~60μm。在一个具体示例中,柔性基材层100的厚度为60μm。柔性基材层100为聚酰亚胺膜。需要说明的是,柔性基材层100不限于上述膜层,也可以为其他柔性材料,例如可以为弹性凝胶薄膜
[0055] 如图2所示,在其中一些实施例中,插指电极层200包括N根具有相对的第一端和第二端的插指引线210、2N个电路引脚220,N根插指引线210并列且间隔设置,各个插指引线210的第一端相连接形成第一连接处211,且各个插指引线210的第二端相连接形成第二连接处213,其中N个电路引脚220并列且间隔设置且连接于第一连接处211,余下N个电极引脚并排设置且连接于第二连接处213。
[0056] 在图示示例中,插指引线210有八根;电路引脚220有八个,其中四个电路引脚220并列且间隔设置且连接于第一连接处211,余下四个电极引脚并排设置且连接于第二连接处213。
[0057] 其中,插指电极层200的材料为铜。需要说明的是,插指电极层200的材料不限于为铜,也可以为其他电极材料,例如可以为或者金等导电材料。
[0058] 其中,N根插指引线210相互平行,且相邻两根插指引线210间隔设置。相邻两根插指引线210之间的间隔距离为0.3mm。每根插指引线210的长度为6.7mm。每根插指引线210的宽度为0.5mm。
[0059] 在其中一些实施例中,压电层300覆盖在N根插指引线210上,压电层300包括多个呈N行和N列间隔矩阵排列的压电块310,每行压电块310对应覆盖在一根插指引线210上,且与对应插指引线210连接。
[0060] 其中,压电层300的长度和宽度均为20mm;压电层300的厚度为290μm。每个压电块310的长度和宽度均为0.5mm。相邻四个压电块310之间的间隔构成阵元间隔320;阵元间隔
320的长度和宽度均为0.3mm。
[0061] 在其中一些实施例中,柔性超声贴片还包括第一导电层500,第一导电层500设置在压电层300和N个插指引线210之间。其中,第一导电层500为导电银浆层。第一导电层500的厚度为10μm~15μm。
[0062] 在其中一些实施例中,网状电极层400的厚度为10μm~15μm。在一个具体示例中,网状电极层400为网状铜膜层。网状电极层400的厚度为10μm。
[0063] 在其中一些实施例中,各行压电块310均与网状电极层400导电连接,以使各行压电块310共用网状电极层400。进一步地,柔性超声贴片还包括第二导电层600,第二导电层600设置在压电层300和网状电极层400之间。其中,第二导电层600为导电银浆层。第二导电层600的厚度为10μm~15μm。
[0064] 如图10和图11所示,上述柔性超声贴片的工作方式如下:
[0065] 每行压电阵元地线都与一条插指电极铜膜引线相连接,每一条插指电极外接一根引脚,所有阵元信号线共用同一网状铜膜上电极;
[0066] 激励一个插指电极下电极和激励一个网状铜膜上电极,即可激励该行插指电极对应的所有压电阵元使其工作;
[0067] 激励所有插指电极和网状铜膜上电极,即可激励所有压电阵元使它们工作。
[0068] 上述柔性超声贴片可以亚毫米尺度下实现致密的柔性超声相控阵阵列,这种柔性超声贴片可以满足人体胸腔等皮肤表面曲率变化,并且在微型化和轻量化上满足穿戴设备需求;声学上可以实现阵元间距小于一个波长,利用阵列下层插指电极行电路寻址设计实现平面波复合成像。
[0069] 如图6‑图9所示,本研究一实施方式还提供上述柔性超声贴片的制备方法,包括如下步骤S110‑S120:
[0070] S110、在柔性基材层100的一侧上设置插指电极层200;
[0071] S120、在插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧上设置压电层300;
[0072] S130、在压电层300的背离插指电极层200的一侧设置网状电极层400。
[0073] 上述柔性超声贴片制备方法得到的柔性超声贴片可以亚毫米尺度下实现致密的柔性超声相控阵阵列,这种柔性超声贴片可以满足人体胸腔等皮肤表面曲率变化,并且在微型化和轻量化上满足穿戴设备需求;声学上可以实现阵元间距小于一个波长,利用阵列下层插指电极行电路寻址设计实现平面波复合成像。
[0074] 如图1和图2所示,在其中一些实施例中,在柔性基材层100的一侧上设置插指电极层200的步骤包括S111‑S113:
[0075] S111、在柔性基材层100上粘贴第一电极材料层200'。
[0076] 其中,柔性基材层100的厚度为55μm‑60μm。第一电极材料层200'的厚度为10μm~11μm。在一个具体示例中,柔性基材层100的厚度为55μm~60μm。第一电极材料层200'的厚度为20μm。
[0077] 其中,柔性基材层100为聚酰亚胺膜。第一电极材料层200'为铜膜。需要说明的是,柔性基材层100不限于上述膜层,也可以为其他柔性材料,例如可以为弹性水凝胶薄膜。第一电极材料层200'不限于上述膜层,也可以是其他电极材料,例如可以为金或银等导电金属薄膜。
[0078] 具体地,S111的步骤包括:采用60μm的聚酰亚胺膜与20μm的铜膜粘合,粘合后裁剪成20×20mm的方块。
[0079] S113、采用激光直刻工艺在第一电极材料层200'上微加工形成插指电极层200。
[0080] 其中,采用激光直刻工艺在第一电极材料层200'上微加工形成插指电极层200的步骤包括:采用激光直刻系统在第一电极材料层200'微加工,形成N根具有相对的第一端和第二端的插指引线210、2N个电路引脚220,N根插指引线210并列且间隔设置,各个插指引线210的第一端相连接形成第一连接处211,且各个插指引线210的第二端相连接形成第二连接处213,其中N个电路引脚220并列且间隔设置且连接于第一连接处211,余下N个电极引脚并排设置且连接于第二连接处213,得到插指电极层200。
[0081] 插指电极层200的具体描述详见上文,此处不再赘述。
[0082] 在其中一些实施例中,每根插指引线210的长度为6.5mm‑6.7mm,每根插指引线210的宽度为0.5mm;相邻两根插指引线210之间的间隔距离为0.25mm‑0.3mm。
[0083] 在一个具体示例中,相邻两根插指引线210之间的间隔距离为0.3mm。每根插指引线210的长度为6.7mm。每根插指引线210的宽度为0.5mm。
[0084] 其中,激光直刻系统为激光直刻系统(ProtoLaser U3,LPKF)。
[0085] 如图3和图4所示,在其中一些实施例中,在插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧上设置压电层300的步骤包括S121‑S123:
[0086] S121、将压电材料板粘贴在基膜上,采用划片机微刻系统对压电材料板上进行加工形成多个压电块310。
[0087] 其中,基膜为UV膜。需要说明的是,基膜不限于为UV膜,也可以为其他膜材,例如可以为水溶胶带
[0088] 压电材料是一种硬脆性难加工材料,加工过程需要注意加工阵元尺寸、阵元间距尺寸及阵元完整度。具体地,S121的步骤包括:使用划片机(DAD323,DISCO Corporation)切割20×20mm的压电方块(即压电材料板,厚度为290μm),然后将压电方块粘贴在VU膜上(膜厚度为0.1mm);使用0.1㎜刀具并以划刻速度为1mm/s对压电方块进行切割,切割完成的压电块310尺寸为0.5×0.5mm(即长度和宽度),相邻四个压电块310之间的间隔构成阵元间隔320,阵元间距的尺寸为0.3×0.3mm(即长度和宽度);将所需压电块310连同VU裁剪插指电极尺寸相同大小。
[0089] S123、采用导电材料将各个压电块310粘合在插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧,并使多个压电块310呈N行和N列间隔矩阵排列,且使每行压电块310对应覆盖在一根插指引线210上,且与对应插指引线210连接,以形成压电层300。
[0090] 其中,压电层300的地线与插指引线210粘合。
[0091] 其中,导电材料为导电银浆。
[0092] 具体地,S123的步骤包括:插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧粘合导电银浆均匀层、去除掩膜、将压电块310阵列对齐及加热固化。具体操作如下:将上述激光制备后的插指电极层200平铺在干净玻璃片上,在聚酰亚胺面(即柔性基材层100的背离插指电极层200的一侧)粘贴热熔胶带;将插指电极铜膜面(即插指电极层200的背离柔性基材层100的一侧)向上,均匀涂抹导电银浆;将上述相同尺寸的压电块310根据插指电极对齐凹槽进行对齐,放置恒温加热台60℃加热30分钟固化,固化后除去聚酰亚胺面的热熔胶带,形成压电层300。
[0093] 如图4所示,在图示示例中,压电材料以8×8矩阵排布,每一行压电单元下方通过导电银浆分别接入对应的行插指电极,每个行电极都有一个独立的外接电极引脚用来外接引线,压电阵元上方通过导电银浆接入共用网状铜膜上电极。
[0094] 如图5‑图7所示,在其中一些实施例中,在压电层300的背离插指电极层200的一侧设置网状电极层400的步骤包括S131‑S133:
[0095] S131、采用激光直刻工艺在第二电极材料层上微加工形成网状电极层400。
[0096] 其中,第二电极材料层为铜膜层。第二电极材料层的厚度为10μm。
[0097] 具体地,S131包括:选用平整铜膜裁剪20×20mm方块粘贴在热熔胶带上,准备材料放置放入激光直刻系统(ProtoLaser U3,LPKF)操作平台进行打印加工,形成网状电极层400。
[0098] S133、采用导电材料将网状电极层400粘合在压电层300的背离插指电极层200的一侧,以使各行压电块310共用网状电极层400。
[0099] 其中,导电材料为导电银浆。
[0100] 具体地,S133包括:再加工完成后形成的铜膜上均匀涂抹导电银浆,然后放置离心机进行离心使银浆均匀化。将离心后的上层网状铜膜与胶带分离,将压电材料阵列(压电材料信号面)与铜膜网状上电极的凹槽进行对齐,采用导电材料粘贴后使用玻璃板压实放置恒温加热台,60℃加热30分钟即可。其中,离心机转速设置为将离心机转速设置为3000RPM(对应于向心加速度为17.5m/s2),离心时间为5分钟。
[0101] 上述柔性超声贴片的制备方法中,利用激光直刻系统(ProtoLaser U3,LPKF)和划片机微刻系统(DAD323,DISCO Corporation)制备的插指电极叠层柔性超声换能器贴片的方法。该柔性换能器贴片包含聚酰亚胺衬底、下层插指电极、导电银浆层、压电层300和网状铜膜共用上电极。激光直刻系统灵活制备亚微米尺度的插指电极和网状结构的上层铜膜电极,这种电路设计不仅可以实现小于0.1mm的阵元间距,还可以通过下层插指电极控制整列若干阵元激活,实现平面波复合超声成像声学功能。DISCO划片机微刻系统在微米尺度下有效加工硬脆性的压电材料,不仅可以提供小于0.1mm的阵元尺寸和阵元间距,还可以保证柔性超声阵列单元的均匀性和致密性。下层插指电极具有8个通道,加工后的若干压电块310以转印方式通过导电银浆与下层插指电极相粘合,上层使用导电银浆与网状柔性铜膜共用上电极相粘合。柔性超声贴片使用胶封装,满足下层插指电极及上层柔性铜膜电极同步形变适应复杂曲面。
[0102] 上述制备方法的工艺可以稳定、快捷、低成本的制备声学性能稳定的柔性超声贴片。
[0103] 以下为具体实施例。
[0104] 实施例中采用药物和仪器如非特别说明,均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,例如文献、书本中所述的条件或者试剂盒生产厂家推荐的方法实现。
[0105] 实施例1
[0106] 1、激光直刻系统制备的下层插指电极:采用60μm的聚酰亚胺膜与20μm的铜膜粘合,粘合后裁剪成20×20mm的方块,放入激光直刻系统z(ProtoLaser U3,LPKF)进行微加工下层插指电极,插指电极包含两个部分内容:其一是插指电极由8根插指引线和两侧各自分布4个电路引脚组成,每根引线间隔0.3mm,引线长6.7mm,引线宽度为0.5mm,8根引线按照平行排列。
[0107] 2、激光直刻系统制备的上层网状柔性铜膜电极:上层网状铜膜电极的材料选用10μm厚度的铜膜,选用平整铜膜裁剪20×20mm方块粘贴在热熔胶带上,准备材料放置放入激光直刻系统(ProtoLaser U3,LPKF)操作平台进行打印加工,加工完成后均匀涂抹导电银浆,然后放置离心机进行离心使银浆均匀化。离心完成后的压电材料阵列通过铜膜网状上电极的凹槽进行对齐,粘贴厚使用玻璃板压实放置恒温加热台,60℃加热30分钟即可。
[0108] 3、压电材料微刻划处理:压电材料是一种硬脆性难加工材料,加工过程需要注意加工阵元尺寸、阵元间距尺寸及阵元完整度。使用划片机(DAD323,DISCO Corporation)切割20×20mm的压电方块粘贴在VU膜上(膜厚度为0.1mm),使用0.1㎜刀具在刀具在划刻速度为1mm/s进行切割,切割完成的压电块尺寸为0.5×0.5mm,阵元间距为0.3×0.3mm,将所需压电块连同VU裁剪插指电极尺寸相同大小。
[0109] 4、掩膜粘合工艺:粘合工艺主要是使压电层粘合下层插指电极和上层铜膜网状电极,主要分为两部分,其一是压电层地线粘合下层插指电极;其二压电层信号线是粘合上层铜膜网状电极。具体操作如下:
[0110] 将上述激光制备后的插指电极平铺在干净玻璃片上,在插指电极聚酰亚胺面粘贴热熔胶带,将插指电极铜膜面向上,均匀涂抹导电银浆,将上述相同尺寸的压电块根据插指电极对齐凹槽进行对齐,放置恒温加热台60℃加热30分钟固化,固化后除去压电材料信号面热熔胶带;
[0111] 激光微加工后的网状铜膜上电极取出,将上电极粘贴在热熔胶带上,将导电银浆均匀涂抹后放入离心机,将离心机转速设置为3000RPM(对应于向心加速度为17.5m/s2),离心时间为5分钟。将离心后的上层网状铜膜与胶带分离,将网状铜膜电极与压电材料信号面对齐贴合,放置恒温加热台60℃加热30分钟固化,得到行寻址式柔性超声贴片。
[0112] 5、上述行寻址式柔性超声贴片工作方式如下所示:
[0113] 一个插指铜膜下电极插指铜膜下电极接地接地,网状铜膜上电极接线盘接信号线,即可激励该行插指电极上所有压电阵元,如图10所示;
[0114] 所有插指铜膜下电极接线盘接地,网状铜膜上电极接线盘接信号线,即可激励所有压电阵元,如图11所示。
[0115] 本申请的柔性超声贴片及其制备方法具有如下优点:基于激光直刻系统(ProtoLaser U3,LPKF)加工下层插指电极和上层网状铜膜电极,加工精度高,制备尺寸小,工艺简单稳定性高;声学上可以保证阵元中心距不超过亚μm尺度,甚至可以小于一个波长,满足声学成像需求;结构上可以实现两个自由度的大曲率弯曲,贴合人体复杂曲面实现可穿戴柔性;电学上寻址式插指电极不及具有柔性电路,还可以满足平面波复合成像等多重声学成像方式。
[0116] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
[0117] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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