为什么超声波阵列的箔层压工艺需要精密实验室液压机？

精密实验室液压机对于超声波阵列的箔层压工艺是不可或缺的，因为它提供了将压电聚合物薄膜与基板熔合所需的严格控制的机械压力。该设备是实现紧密、无气泡粘合的唯一可靠方法，通过消除会阻碍超声波能量传输的气隙来确保设备的正常运行。

压机的核心价值在于其能够创建机械均匀的界面。通过消除空隙并确保一致的接触，它保证了高效信号传输和设备长期耐用性所需的声阻抗匹配。

粘合的物理学

层压工艺的主要目标是在层之间建立牢固的界面连接，例如压电聚合物和聚酰亚胺基板。

精密压机可消除这些层之间自然产生的所有微小气隙。由于空气的声学特性与器件材料的声学特性差异巨大，即使是微小的空隙也会产生显著的阻抗失配，从而反射超声波而不是传输它们。

为了使超声波阵列有效运行，振动能量必须无缝地跨越层压界面进行传输。

精密压机施加恒定的夹紧力——通常在几千牛顿的范围内——以确保最大化这种能量传输。没有这种持续且特定的力，振动能量会在边界处消散，导致信号微弱或失真。

超声波阵列通常是柔性器件，会承受重复的机械应力。

压机可将样品固化，形成高强度的层间粘合。这种结构完整性可防止器件在运行过程中发生分层，确保柔性器件在其使用寿命内保持耐用。

成功的层压需要在施加足够的压力以粘合材料与避免施加过多可能损坏材料的压力之间取得微妙的平衡。

精确的压力控制可管理材料的塑性变形与粘合强度之间的关系。如果压力过低，会发生界面滑动；如果压力过高，功能性箔（如镍）可能会过度变薄，从而影响其性能。

在制造大尺寸阵列（如 64x64 像素阵列）时，必须在整个表面区域均匀施加压力。

实验室压机旨在提供高度一致的压力分布。这种均匀性可防止阵列内出现局部接触故障或“坏点”，从而确保矩阵中每个元件的稳定低阻抗电气连接。

层压中最常见的失效模式是由于压力不均或不足而导致气泡的产生。

气泡充当声学绝缘体，有效地在超声波阵列中形成盲点。精密压机通过均匀施加力来缓解这种情况，通常在粘合最终确定之前让空气逸出。

虽然紧密粘合是必要的，但过大的力会改变活性材料的物理特性。

过度压缩可能会导致压电薄膜变形或压碎各向异性导电膜 (ACF) 等精细互连。精密设备允许操作员精确设置粘合层所需的力，而不会改变其厚度或机电性能。

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P.L.M.J. van Neer, Gerwin H. Gelinck. Flexible large-area ultrasound arrays for medical applications made using embossed polymer structures. DOI: 10.1038/s41467-024-47074-1

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .