林锦豪 姚银波 汕头市超声仪器研究所股份有限公司 （广东 汕头 515041）

内容提要： 为了提升医用相控阵的图像性能，需要用高灵敏度、高带宽的相控阵换能器。通过双层PZT设计，降低换能器电阻抗，进而改进等效电阻抗匹配。在整体振元宽高比固定的情况下，测试不同厚度组合的静态电容和压电耦合系数，找出最佳的双层PZT厚度组合；制作出等厚度双层PZT相控阵换能器，该换能器比常规单层ZPT换能器在灵敏度提高4.56dB，带宽提高5.23%。等厚双层PZT工艺可有效改善小尺寸振元的电匹配，提升换能器整体性能。

传统的压电陶瓷材料由于介电常数不高（＜4000），在应用领域受到限制[1,2]。传统的单层晶片设计方案，受特定换能器规格和晶片介电常数不高的限制，振元的静态电容值较小，很难进行等效电阻抗匹配优化，制约着超声换能器与主机之间的阻抗匹配。近年来，随着压电换能器向着小型化、多振元化方向发展，需要压电陶瓷材料具有更高的介电常数、更高的机电耦合系数以及更好的机械强度等优良性能。高性能的超声换能器对等效电阻抗匹配效率有较高的要求，从而对换能器的振元的静态电容数提出了具体的要求，因此，本文设计了一种双层晶片振元的设计方法来实现高静态电容的晶片振元，制备高性能PZT相控阵换能器[3]。

1.基本原理

对于多振元的超声换能器，为了每个振元的振动模式更加单纯，一般需要每个振元分切成多个素子。振元的振动模式不是板的厚度振动模式，也不是电场平行于长度方向的长度伸缩振动模式，而是一种近似的宽度振动模式这种振动模式下的机电耦合系数见公式（1）～（3）。……