医用超声耦合贴片--克夫尼超声电极片

目前的超声耦合贴片多采用金属结构，金属电极和陶瓷片之间通过一个耦合孔连接。这个耦合孔与人体皮肤接触，会引起疼痛。为了避免产生痛感，郑州克夫尼公司都开始使用生物陶瓷作为超声波与人体皮肤的介质，但是生物陶瓷由于强度较低不能做很大面积的贴装。在研究了各种方案之后，本文采用了一种特殊的材料进行封装。这种材料由金属和陶瓷两部分组成，在金属上焊接一层陶瓷片并通过一个微小的缝隙将其与超声波耦合。陶瓷层不仅可以承受高频信号，而且可以承受较低的高频压力。另外一种封装方式是将这层陶瓷放入到硅芯片上形成两个金属电极的连接。该方法克服了之前使用金属电极所产生的各种缺点和弊端，在保证高强度的同时又具有高功率密度，能够实现超声波与人体皮肤接触而不会产生痛感。

1.材料的选择陶瓷层：由于陶瓷层的强度较低，所以在封装时需要在两个金属电极之间加一个支撑柱。金属：使用316 L不锈钢，通过热加工的方式进行焊接和切割。陶瓷片：使用高纯氧化铝作为材料，通过超声波烧结的方式进行加工。整个封装结构中，两个电极之间留有一层约1 mm厚的陶瓷片，由厚度为0.5 mm的氧化锆（ZrO2）薄片组成，氧化锆薄片通过在空气中加热和氧气反应产生ZrO2 (ZrO2）。在整个封装过程中，两个金属电极之间一直保持有一层约0.5 mm厚的陶瓷层作为支撑作用。其中有一层由硅和二氧化硅制成的硅垫作为导电材料，并添加其他绝缘材料。整个封装结构中使用到的陶瓷片在生产过程中是通过一个超声波高频烧结炉进行烧结和加工处理。

2.封装方法将封装好的芯片通过激光焊接在 PCB上，形成两个金属电极。这种封装方式是基于硅通孔技术，硅芯片上有一个金属电极。将陶瓷片放入通孔中，在陶瓷片上焊接一层不锈钢薄板，然后在不锈钢薄板的下面放置一层陶瓷片。两层金属电极之间留有0.1 mm的间隙，该间隙的大小决定了陶瓷片与超声波耦合的强度。通过在通孔中焊接一块厚度为1 mm、长度为100μ m、面积为1 mm的薄板，将其放在硅片上构成两个金属电极。该方法可以保证陶瓷片对超声波耦合效果的同时又具有高强度，是一种适合在硅芯片上进行封装使用的材料。

3.结论及展望超声耦合贴片是将陶瓷和金属片通过一定的方法组装在一起的贴片。它是利用高频电流将两个陶瓷片耦合成超声波的介质。但是由于高频电流需要一块电路板来驱动，所以这类器件通常使用小尺寸的芯片，其面积通常小于几个平方毫米。本文使用了一个小尺寸的硅芯片来驱动陶瓷，因此不需要在金属上焊接电极并直接与超声波耦合。本封装方法能够将超声作用强度提高2倍以上，同时保持较低的疼痛感。该封装方式已被应用到超声波耦合剂、超声治疗等领域。