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表 5、不同幾何特性的換能器之設計參數
4.2 1-3 壓電換能器之製作
壓電陶瓷換能器的製作方法有很多種，如切割-填充法、激光切割法、注 射成型法、脫模法等，本論文所選用的製作 1-3 壓電換能器的製作方式為切 割-填充法(dice and fill)。
以下是製作步驟的流程:
(1) 複合材料換能器的製作方法所使用的是 dice and fill 的方式進行切割以 及填入 Epoxy 如圖 16 所示。
圖 16、切割-填充法之示意圖
(2) 先將 PZT-4 陶瓷片用蠟黏著在玻璃片上，使用晶圓切割機依照所設計 的參數選用不同寬度的鑽石刀片切割出 X 與 Y 方向的切縫，而切縫底 部不可完全切斷必須要留 1mm 左右的厚度，以便後續步驟。
(3) 切完之後，先確認切縫中是否有異物，如果有，必須要小心地把異物 去除，必要時可以使用超音波振盪機將異物振出來。
(4) 在添入樹脂之前要先將陶瓷片的四周圍用膠帶封住，以防止樹脂在添
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入時從切縫邊緣漏出，因為樹脂有黏性，所以將樹脂添入之後為了要 確保陶瓷柱與樹脂之間或者樹脂內部不會有空氣，所以將添好樹脂的 PZT4-epoxy 複合材料放進真空機中將空氣抽出。
(5) 再來等 Epoxy 固化後，進行研磨，之後拿去顯微鏡下拍下晶格圖，以 利確保尺寸大小是否符合預先設定的尺寸並將其結果做為參考，在顯 微鏡下，其中綠色方塊為陶瓷柱，十字部分為樹脂，如圖 17 及表 6。
(6) 使用不同號數的砂紙將複合材料磨至設計參數的高度，之後在排氣櫃
中依序用三氯乙烯去除黏附在上面的臘、丙酮去除有機物質再用酒精 做清潔的動作，最後將製作好的壓電複合材料表面及背面鍍上一層電 極，並封裝，壓電複合材料平面換能器的製作完成，如圖 18 所示。
圖 17、不同特性換能器之晶格圖
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表 6、晶格實際與預設尺寸差異
壓電複材編號 實際尺寸(mm) 預設尺寸(mm) 誤差值(%) (a)F1-1 0.34×0.34×0.11 0.34×0.34×0.1 10
(b)F1-2 0.33×0.33×0.21 0.34×0.34×0.2 -1.1 (c)F1-3 0.31×0.31×0.32 0.34×0.34×0.3 -11.3 (d)F2-1 0.81×0.8×0.1 0.8×0.8×0.1 1.3 (e)F2-2 0.8×0.8×0.2 0.8×0.8×0.2 0 (f)F2-3 0.8×0.81×0.31 0.8×0.8×0.3 4.6
圖 18、不同幾何特性的換能器
4.2.1 阻抗分析量測
本實驗所使用的儀器為國衛院-醫工組的阻抗分析儀(6500B, Wayne Kerr Electronics, London, UK)，圖 19 為阻抗分析實驗儀器設備圖，實驗前的準備 工作是先將夾子連接到阻抗分析儀上做校正的動作，而每次做實驗前都必須 要再重新校正過，校正完成後再從分析儀上設定所要量測的項目以及量測的 範圍，我們所要量測的是阻抗以及相位，設定完成後將夾子連接在待測的換 能器上，再將換能器前面放置於水中，利用阻抗分析儀可以量測換能器的共
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振頻率 fs及反共振頻率 fp。
圖 19、阻抗分析實驗儀器設備圖 表 7、不同幾何特性的換能器之共振頻率
4.2.2 電聲轉換效率量測
本實驗所使用的儀器為國衛院射頻功率量測器(Model 4421 RF Power Meter, Bird) 、 功 率 放 大 器 (1040L, Electronics & Innovation) 跟 訊 號 產 生 器 (33250A, Agilent)，圖 20 為電聲轉換效率儀器設備流程圖，實驗儀器的架設，先將訊號產 生器的 output 連接到功率放大器的 input 上，因為訊號產生器最大的輸出電壓為 10V，而 HIFU 換能器在高功率的輸出時要很大的電壓，所以需要功率放大器來 放大電壓，再將功率放大器的 output 連接到射頻功率量測器的 input 上，接者將 要量測的換能器連接到射頻功率量測器的 output 上，再將內有吸收體(Absorber) 的器皿中裝入去氣水，裝入去氣水的用意是預防換能器在作動時會在表面產生氣 泡而影響波的傳遞，然後將所要量測的換能器固定在移動平台上，並移動到距離 吸收體上方 1cm 的位置，再使用訊號產生器輸入所要量測換能器的操作頻率以 及要輸入的電壓，然後功率放大器(此型號會放大 50db、大約 316 倍)會將設定的
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電壓放大之後再輸入，而此時射頻功率量測器(此型號可以量測到小數點後三位) 可以準確的量測到實際所輸入的電功率，經由換能器將電功率轉換成聲功率再由 吸收體吸收後傳遞在精密天秤上並顯示一個重量，將其重量紀錄，在經由公式換 算出實際的輸出聲功率，將以上得到的數據代入以下(4.1)公式即可求得電聲轉換 效率。
電聲轉換效率 = 輸出聲功率/輸入電功率 (4.1)
圖 20、電聲轉換效率儀器設備流程圖
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