DE102008011399A1 - Ultrasonic transducer has piezoelectric element with two electrodes, which has electrical contact with related electric connection of ultrasonic transducer, where electrode is formed by conductive film - Google Patents

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Abstract

The ultrasonic transducer (2) has a piezoelectric element with two electrodes, which has an electrical contact with a related electric connection of the ultrasonic transducer, where an electrode is formed by a conductive film, which is applied extensively on the piezoelectric element. A conductive film (5), which forms the electrode, and the related contact wire are formed in one-piece for contacting electrical connections (6). A conductive film is applied extensively on a sides (3,4) of a piezoelectric element (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Element, das zwei Elektroden aufweist, die jeweils mit einer zugehörigen elektrischen Schaltung des Ultraschallwandlers elektrisch verbunden sind, wobei mindestens eine Elektroden aus einer leitfähigen Folie gebildet ist, die großflächig auf dem piezoelektrischen Element aufgebracht ist.The The invention relates to an ultrasonic transducer with a piezoelectric Element having two electrodes, each with an associated electrical circuit of the ultrasonic transducer electrically connected are at least one electrode of a conductive Foil is formed, the large area on the piezoelectric Element is applied.

Zur Schallerzeugung und -sensierung werden in Ultraschallwandlern in der Regel piezoelektrische Keramiken bzw. piezoelektrische Elemente eingesetzt. Diese piezoelektrischen Elemente müssen einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, damit sie eine mechanische Bewegung erzeugen. Dazu werden typischerweise zwei gegenüberliegende Seiten mit Elektroden versehen. Diese Elektroden zur Erzeugung des elektrischen Felds werden meist direkt auf die piezoelektrischen Elemente aufgedruckt oder gesputtert. Danach werden die Elektroden dann elektrisch kontaktiert. Dies erfolgt in der Regel durch dünne Drähte, die an diese Elektroden angelötet werden. Dabei ist die Handhabung und die Lötung dieser dünnen Drähte, die meist einen Durchmesser von weniger als 50 μm haben, sehr schwierig. Erschwerend kommt hinzu, daß das Elektrodenmaterial selbst häufig nur schwer zu löten ist und die Keramik gut wärmeleitend ist, so daß auch die erforderlichen Temperaturen, die für die Lötung erforderlich sind, nur schwer aufgebaut werden können. Durch zu hohe Temperaturen kann auch eine teilweise Depolarisation der Keramik erfolgen, die die Leistungsfähigkeit der elektromechanischen Wandlung negativ beeinflußt.to Sound generation and sensing are used in ultrasonic transducers in usually piezoelectric ceramics or piezoelectric elements used. These piezoelectric elements must have one be exposed to electrical field, so that they have a mechanical Generate movement. These are typically two opposite ones Sides with electrodes. These electrodes for generating the electric field are usually directly on the piezoelectric Elements printed or sputtered. After that, the electrodes become then contacted electrically. This is usually done by thin Wires that are soldered to these electrodes. Here is the handling and soldering of these thin Wires, usually a diameter of less than 50 microns have, very difficult. To make matters worse, that the Electrode material itself often difficult to solder is and the ceramic is good heat conducting, so that too the required temperatures for the soldering are necessary, difficult to set up. Too high temperatures can also cause partial depolarization the ceramics that perform the performance of the electromechanical Change negatively affected.

Ein Ultraschallwandler der eingangs genannten Art ist in der DE 100 18 355 A1 vorgeschlagen worden. Dort ist zur einfacheren Herstellung eines Ultraschallwandlers die Verwendung einer Leiterbahnfolie mit einer geometrischen Struktur beschrieben, wobei die geometrische Verteilung der einzelnen Wandlerelemente des Ultraschallwandlers durch die geometrische Struktur bestimmt ist.An ultrasonic transducer of the type mentioned is in the DE 100 18 355 A1 been proposed. There, the use of a conductor foil with a geometric structure is described for the easier production of an ultrasound transducer, wherein the geometric distribution of the individual transducer elements of the ultrasound transducer is determined by the geometric structure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der das Aufbringen einer Elektrode und deren Kontaktierung besonders einfach durchführbar ist.Of the Invention is the object of a device of the initially mentioned type, with the application of an electrode and their contact is particularly easy to carry out.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Ultraschallwandler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The This problem is solved with an ultrasonic transducer with the features of claim 1. Advantageous developments are described in the subclaims.

Bei einem Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Element, das zwei Elektroden aufweist, die durch elektrische Kontakte mit einer zugehörigen Schaltung des Ultraschallsensors verbunden sind, wobei mindestens eine Elektrode aus einer leitfähigen Folie gebildet ist, die großflächig auf dem piezoelektrischen Element aufgebracht ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die leitfähige Folie, die die Elektrode ausbildet und deren zugehörige elektrische Verbindung einstückig aus einer leitfähigen Folie gebildet sind. Dadurch wird das Aufbringen der Elektrode und deren Kontaktierung zu einem Arbeitsschritt verbunden und vereinfacht. Durch die Kombination von Elektrode und Kontaktierung können zusätzliche Elemente für die Herstellung eines elektrischen Kontaktes entfallen. Da bei der Kontaktierung der Elektrode ein Lötvorgang vermieden werden kann, ist eine Schädigung der Piezokeramik oder des piezoelektrischen Elementes durch Wärme ausgeschlossen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Lage der Kontaktierung der Piezokeramik relativ frei gewählt werden.at an ultrasonic transducer having a piezoelectric element which having two electrodes, which by electrical contacts with a associated circuit associated with the ultrasonic sensor, wherein at least one electrode of a conductive foil is formed, the large area on the piezoelectric Element is applied, is provided according to the invention, that the conductive foil that forms the electrode and their associated electrical connection in one piece are formed from a conductive foil. This will the application of the electrode and its contacting to a working step connected and simplified. By the combination of electrode and Contacting can be additional elements for the production of an electrical contact omitted. Since at the Contacting the electrode a soldering process can be avoided can be, is a damage of piezoceramic or piezoelectric Element excluded by heat. By the invention Device can the position of contacting the piezoceramic relative be chosen freely.

Bevorzugt ist die leitfähige Folie eine Metallfolie. Hier bietet sich insbesondere Kupfer als Folienmaterial an. Aber auch andere Metalle oder leitfähige Kohlenstofffolien kommen in Betracht. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die leitfähige Folie vollflächig auf einer Seite des piezoelektrischen Elementes aufgebracht. Dadurch wird die gesamte Fläche des piezoelektrischen Elementes gleichmäßig und zuverlässig erfaßt und aufgrund der größeren Abmessung ist die Handhabung auch vergleichsweise vereinfacht. Die leitfähige Folie wird dabei bevorzugt mit dem piezoelektrischen Element verklebt. Die leitfähige Folie ist dabei bevorzugt als eine durchgehende Bahn ausgebildet, die sich in Richtung der Längsachse des piezoelektrischen Elementes, auf der die leitfähige Folie die Elektrode bildet, linear fortsetzt und dabei die elektrische Kontaktierung oder Kontaktleitung bildet, mit der ein entsprechender elektrischer Anschluß in dem Ultraschallwandler hergestellt wird. Alternativ ist die leitfähige Folie bevorzugt aus einer zugeschnitten Folie hergestellt. Eine solche zugeschnittene Folie kann die elektrische Kontaktierung an beliebiger Stelle des piezoelektrischen Elementes ausbilden, also auch in Winkeln von 90° zur Längsachse des piezoelektrischen Elementes. Die Breite der leitfähigen Folie ist dabei im Bereich der Elektrode bevorzugt identisch zu der Breite der leitfähigen Folie im Bereich des elektrischen Anschlusses, also des Bereichs, der über das piezoelektrische Element hinausgeht. Die leitfähige Folie wird dann bevorzugt mit einer Leiterplatte kontaktiert und kann dort geklebt oder gelötet werden.Prefers the conductive foil is a metal foil. Here offers in particular copper as a film material. But others too Metals or conductive carbon films may be considered. In a preferred embodiment of the invention, the conductive film over its entire surface on one side of the piezoelectric element applied. This will cause the entire area of the piezoelectric Element even and reliable detected and due to the larger size the handling is also comparatively simplified. The conductive Film is preferably glued to the piezoelectric element. The conductive film is preferred as a continuous Trajectory formed in the direction of the longitudinal axis of the piezoelectric element on which the conductive foil the electrode forms, linearly continued and thereby the electrical Contacting or contact line forms, with a corresponding electrical Connection is made in the ultrasonic transducer. alternative the conductive foil is preferably cut from one Foil made. Such a cut film can be the electrical contact form at any point of the piezoelectric element, So even at angles of 90 ° to the longitudinal axis of piezoelectric element. The width of the conductive Foil is preferably identical in the area of the electrode the width of the conductive foil in the electric field Terminal, so the area of the piezoelectric Element goes out. The conductive foil is then preferred contacted with a circuit board and can be glued or soldered there become.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden sich gegenüberliegenden Seiten des piezoelektrischen Elementes mit einer leitfähigen Folie als Elektrode ausgerüstet, wobei diese jeweils gleichzeitig auch die elektrische Verbindung zu einem Anschluß des Ultraschallwandlers ausbilden.In In another preferred embodiment, the two are opposite one another Sides of the piezoelectric element with a conductive foil equipped as an electrode, each at the same time also the electrical connection to a terminal of the ultrasonic transducer form.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert.following the invention with reference to an embodiment shown in the drawing further explained.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein piezoelektrisches Element und dessen Kontaktierung innerhalb eines Ultraschallwandlers.The single figure of the drawing shows a piezoelectric element and its contacting within an ultrasonic transducer.

Das piezoelektrische Element 1 ist in einem hier nicht im Detail dargestellten Ultraschallwandler 2 angeordnet. Zur Erzeugung eines elektrischen Felds sind die beiden gegenüberliegenden Seiten 3, 4 des piezoelektrischen Elementes elektrisch kontaktiert. Das piezoelektrische Element 1 ist innerhalb des Ultraschallwandlers so gehalten, daß es in Schwingungen versetzt werden kann. Typischerweise ist das piezoelektrisches Element 1 in einer Vergußmasse innerhalb des Ultraschallwandlers 2 gehalten. In der Figur ist dargestellt, daß die beiden leitfähigen Folien 5 und 7, die auch als Oberelektrode und Unterelektrode bezeichnet werden, jeweils etwas seitlich versetzt von dem piezoelektrisches Element 1 herausgeführt werden und dann mit nebeneinanderliegenden Kontaktpunkten 6 und 8 elektrisch verbunden sind. Erfindungsgemäß besteht mindestens eine der aufzubringenden Elektroden aus einer leitfähigen Folie 5, die sich über das piezoelektrische Element 1 hinaus erstreckt und gleichzeitig auch eine elektrische Verbindung oder eine Kontaktleitung zu einem elektrischen Anschluß bzw. zu einer elektrischen Schaltung innerhalb des Ultraschallwandlers 2 ausbildet. Hier ist ein Ausschnitt einer Leiterplatte dargestellt, mit der die leitfähige Folie 5 elektrisch kontaktiert, insbesondere verlötet ist. Auf der Seite 4 des piezoelektrischen Elementes 1 ist ebenfalls eine Elektrode vorgesehen, die entweder konventionell oder als leitfähige Folie 7 ausgebildet sein kann. Die leitfähige Folie 7 kann dann ebenso wie die auf der Oberseite 3 angeordnete leitfähige Folie 5 über das piezoelektrische Element 1 hinausragen und zur Kontaktierung an einem beabstandeten Kontaktpunkt 8 verwendet werden. Dabei erfolgt die Kontaktierung der beiden gegenüberliegenden Elektroden über derartige leitfähige Folien bevorzugt zu verschiedenen Seiten des piezoelektrischen Elementes, so daß ein ungewollter elektrischer Kontakt zwischen den leitfähigen Folien ausgeschlossen ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die Montage so zu gestalten, daß die Berührung der Folien 5 und 7 ausgeschlossen ist. Alternativ kann die leitfähige Folie auch in kritischen Abschnitten mit einem Isolator versehen seien.The piezoelectric element 1 is in an ultrasonic transducer not shown in detail here 2 arranged. To generate an electric field are the two opposite sides 3 . 4 electrically contacted the piezoelectric element. The piezoelectric element 1 is held within the ultrasonic transducer so that it can be vibrated. Typically, the piezoelectric element is 1 in a potting compound within the ultrasonic transducer 2 held. In the figure it is shown that the two conductive films 5 and 7 , which are also referred to as upper electrode and lower electrode, each slightly laterally offset from the piezoelectric element 1 be led out and then with adjacent contact points 6 and 8th are electrically connected. According to the invention, at least one of the electrodes to be applied consists of a conductive foil 5 extending across the piezoelectric element 1 also extends and at the same time an electrical connection or a contact line to an electrical connection or to an electrical circuit within the ultrasonic transducer 2 formed. Here is a section of a circuit board is shown, with the conductive film 5 electrically contacted, in particular soldered. On the website 4 of the piezoelectric element 1 An electrode is also provided which is either conventional or conductive 7 can be trained. The conductive foil 7 can then as well as those on the top 3 arranged conductive foil 5 over the piezoelectric element 1 protrude and for contacting at a spaced contact point 8th be used. In this case, the contacting of the two opposite electrodes via such conductive films preferably takes place on different sides of the piezoelectric element, so that an unwanted electrical contact between the conductive films is excluded. In the embodiment shown here, the assembly is to be designed so that the contact of the films 5 and 7 is excluded. Alternatively, the conductive film may also be provided in critical sections with an insulator.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10018355 A1 [0003] - DE 10018355 A1 [0003]

Claims (9)

Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Element, das zwei Elektroden aufweist, die jeweils eine elektrische Kontaktierung mit einem zugehörigen elektrischen Anschluß des Ultraschallwandlers (2) aufweisen, wobei mindestens eine Elektrode aus einer leitfähigen Folie gebildet ist, die großflächig auf dem piezoelektrischen Element aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5, 7), die die Elektrode ausbildet, und die zugehörige Kontaktleitung zur Kontaktierung des elektrischen Anschlusses (6, 8) einstückig ausgebildet sind.Ultrasonic transducer with a piezoelectric element having two electrodes, each of which makes electrical contact with an associated electrical connection of the ultrasonic transducer ( 2 ), wherein at least one electrode is formed from a conductive foil, which is applied over a large area on the piezoelectric element, characterized in that the conductive foil ( 5 . 7 ), which forms the electrode, and the associated contact line for contacting the electrical connection ( 6 . 8th ) are integrally formed. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5, 7) eine Metallfolie ist.Ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the conductive foil ( 5 . 7 ) is a metal foil. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5) vollflächig auf einer Seite (3, 4) des piezoelektrischen Elements (1) aufgebracht ist.Ultrasonic transducer according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the conductive foil ( 5 ) on one side ( 3 . 4 ) of the piezoelectric element ( 1 ) is applied. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5) mit dem piezoelektrischen Element (1) verklebt ist.Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive foil ( 5 ) with the piezoelectric element ( 1 ) is glued. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5, 7) als Bahn ausgebildet ist.Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive foil ( 5 . 7 ) is formed as a web. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5, 7) aus einer zugeschnitten Folie hergestellt ist.Ultrasonic transducer according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the conductive foil ( 5 . 7 ) is made from a cut film. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der leitfähigen Folie (5, 7) im Bereich der Elektrode (3, 4) identisch zur Breite der leitfähigen Folie (5, 7) im Bereich der Kontaktleitung ist.Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the conductive foil ( 5 . 7 ) in the region of the electrode ( 3 . 4 ) identical to the width of the conductive foil ( 5 . 7 ) is in the region of the contact line. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Folie (5, 7) mit einer Leiterplatte (6, 8) des Ultraschallwandlers (2) verbunden ist.Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive foil ( 5 . 7 ) with a printed circuit board ( 6 . 8th ) of the ultrasonic transducer ( 2 ) connected is. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (3, 4) des piezoelektrischen Elements von leitfähigen Folien (5, 7) kontaktiert sind.Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that both electrodes ( 3 . 4 ) of the piezoelectric element of conductive films ( 5 . 7 ) are contacted.
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