CN102890273A - 用于检测和/或发送超声的超声传感器装置 - Google Patents

用于检测和/或发送超声的超声传感器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测和/或发送超声（2）的超声传感器装置（1）。为了改进物体探测的灵敏性，超声传感器装置（1）具有多个传输传感器元件（3a-f），其中超声传感器元件（3a，b）具有：基体（4），其具有开口（5a，b）；柔性的弯曲元件（6a，b），其端侧封闭开口（5a，b）的第一端部区域（A），其中柔性的弯曲元件（6a，b）具体聚合物，尤其液晶聚合物；压电元件（7a，b），其设置在开口（5a，b）并且与柔性的弯曲元件（6a，b）连接；以及阻尼元件（8a，b），其设置在开口（5a，b）中并且端侧封闭开口（5a，b）的第二端部区域（B）。

Description

用于检测和/或发送超声的超声传感器装置
技术领域
本发明涉及一种用于检测和/或发送超声的超声传感器元件、一种用于检测和/或发送超声的超声传感器装置以及一种用于制造用于检测和/或发送超声的超声传感器装置的方法。
背景技术
超声泊车装置用于借助于超声场检测车辆前面和/或后面的空间中的物体并且为此通常具有4至6个超声传感器装置，这些超声传感器装置分别设置在车辆的后保险杠和/或前保险杠中。超声传感器装置中的每一个在此分别具有超声传感器元件，其选择性地在检测运行中或者发送运行中工作。超声传感器装置如此相对彼此地设置在后保险杠和/或前保险杠中，使得超声传感器装置是水平取向的，从而既不检测超声的地面反射也不被超声的地面反射减弱。通常，超声泊车装置仅仅具有针对声场空间中的物体检测的警告功能。
US 2008/0060439A1描述了一种超声传感器元件，其可用于车辆中的距离测量。
发明内容
本发明的主题是一种用于检测和/或发送超声的超声传感器元件，其中超声传感器元件具有：基体，其具有开口；柔性的弯曲元件，其在端侧封闭开口的第一端部区域，其中柔性的弯曲元件具有聚合物、尤其是液晶聚合物；压电元件，其设置在开口中并且与柔性的弯曲元件连接；阻尼元件，其设置在开口中并且在端侧封闭开口的第二端部区域。
本发明的另一主题是用于检测和/或发送超声的超声传感器装置，其中超声传感器装置具有多个超声传感器元件，其中每个超声传感器元件具有：基体，其具有开口；柔性的弯曲元件，其在端侧封闭开口的第一端部区域；压电元件，其设置在开口中并且与柔性的弯曲元件连接；阻尼元件，其设置在开口中并且在端侧封闭开口的第二端部区域，其中多个超声传感器元件的超声传感器元件的基体是一体地构造的。
柔性的弯曲元件尤其可以理解为弯曲柔性的元件，其可以由可弯曲的、柔性的材料制成并且因此可以特别简单地在一个或多个方向上弯曲。尤其是，柔性的弯曲元件被设置用于执行振动。
压电元件尤其可以理解为被构造为压电陶瓷的元件，其例如可以基于锆钛酸铅（PZT）来构造。
阻尼元件尤其可以理解为如下元件，其可以减弱或者消除声学的（即声）和/或机械的振动。阻尼元件尤其是可以实现：减弱反向散射的声和/或改进超声传感器元件和超声传感器装置的特性，尤其是可以增大超声传感器元件和超声传感器装置的传播特性的带宽。
超声传感器元件和超声传感器装置在检测与超声传感器元件和/或与超声传感器装置相邻的空间区域中的物体时尤其是横向于超声传感器元件的纵向延伸——即例如关于地面在水平方向上和/或在垂直方向上具有高分辨率。此外，可以通过多个超声传感器元件来实现物体的三维检测。此外，可以基于可以借助多个超声传感器元件求得的信息来确定相对于物体的距离和/或角度。
基于聚合物的柔性的弯曲元件在此有助于超声传感器元件和超声传感器装置的周围环境的精确的、高分辨的扫描，因为这种超声传感器元件可以具有高灵敏度。
压电元件、尤其是压电元件的电极尤其可以与柔性的弯曲元件和基体导电地连接，并且超声传感器元件可以具有压电元件的相对置的电极与衬底的另外的电接通。
柔性的弯曲元件尤其可以被构造为导电的。
传感器元件的基体尤其可以被构造为空心圆柱体，在所述空心圆柱体中或者在所述空心圆柱体上可以设置有超声传感器元件的其他元件。尤其是在借助于压铸的工艺步骤中可以建立被构造为聚合物膜片的柔性的弯曲元件以及空心圆柱体的连接和剩余的壳体。空心圆柱体的横截面可以根据开口的横截面是圆形的或矩形的。
基体尤其也可以被构造为板。替代地或附加地，基体尤其可以具有金属（尤其是铝）、金属氧化物（尤其是氧化铝）和/或金属氧化物陶瓷（尤其是氧化铝陶瓷）。金属氧化物尤其可以在氧化铝的情况下相应于金属氧化物陶瓷。这能够实现超声传感器元件和超声传感器装置的特别简单且成本有利的制造，因为基体具有简单的形状和/或可以特别简单地加工基体的材料。
柔性的弯曲元件的外表面尤其可以与基体的外表面平齐地构造，使得超声传感器元件不具有暴露的棱边并且可以避免超声传感器元件的损坏。在本申请中，概念“外”上侧可以表示元件的朝向外部的上侧或表面。
在一个实施方式的范畴中，柔性的弯曲元件具有聚合物、尤其是液晶聚合物（英语：liquid crystal polymer）、更尤其是具有泰科纳（Tikona）的规格A950的聚合物。作为液晶聚合物的替代，可以构造具有类似的弹性模量、类似的化学稳定性等等的弹性体。作为泰科纳的聚合物材料A950的替代或补充，可以使用由住友化学工业（Sumitomo Chemical Industry）的Sumikasuper规格的液晶聚合物、泰科纳（Ticona）的Vectra规格的液晶聚合物、苏威（Solvay）的Xydar规格的液晶聚合物和泰科纳（Ticona）的Zenite规格的液晶聚合物组成的组中的至少一种液晶聚合物。具有聚合物的材料尤其可以具有以下特性中的至少一种：可以类似于橡胶的阻尼特性（并且例如具有大约0.6的阻尼常数）；可以特别小的弹性模量（例如具有≥7GPa和≤10GPa之间的值）；良好的可流动性；高热形状稳定性；可以类似于基体的材料的纵向膨胀系数的纵向膨胀系数，（并且例如可以在大约≥15×10-6/K和大约≤20×10-6/K之间）。
此外，基于聚合物的柔性的弯曲元件能够实现超声传感器装置的相邻的超声传感器元件之间的串扰阻尼，从而可以附加地改进超声装置的分辨率。此外，超声传感器元件可以具有高密封性，因为柔性的弯曲元件的基于聚合物的材料相对于周围环境影响、例如水可以是不可透过的。此外基于聚合物的柔性的弯曲材料尤其可以提供避免碎石的充分防护，从而可以避免在柔性的弯曲元件上对外施加附加的覆盖层，所述覆盖层可能降低超声传感器元件和超声传感器装置的灵敏度。此外，可以特别简单地加工聚合物，从而可以避免柔性的弯曲元件的表面波纹，并且柔性的弯曲元件的表面尤其可在（在线）等离子体处理和/或涂覆之后直接涂装。由此可以取消制造超声传感器元件和超声传感器装置时的其他工艺步骤。
柔性的弯曲元件的聚合物尤其可以是导电的，从而可以实现压电元件和基体通过柔性的弯曲元件的接通。
柔性的弯曲元件可以设置在开口的第一端部区域内，所述开口可以延伸穿透基体。因此，可以通过如下方式来实现通过柔性的弯曲元件在端侧封闭开口：柔性的弯曲元件可以靠触在基体的内侧壁的一个区段上。这实现了超声传感器元件的高密封性。超声传感器元件尤其可以在由形状稳定的材料（尤其是金属、金属氧化物或金属氧化物陶瓷）制造基体而由聚合物制造柔性的弯曲元件的情况下具有高密封性和/或经受蒸汽喷射试验（如为了超声泊车装置的超声传感器元件的测试目的而实施的蒸汽喷射试验那样），因为弯曲元件在横向于开口的纵向延伸的方向上看、尤其在开口的径向方向上看可以保持位置稳定。在基体具有金属、金属氧化物或金属氧化物陶瓷的情况下，在例如在热冲击试验中实施的多次温度变换期间，尤其通过如下方式实现高密封性：金属的导热性大于聚合物的导热性并且基体比柔性的弯曲元件冷却得更快。这可以实现：基体的材料（尽管相应的材料的纵向膨胀系数可能类似）比弯曲元件收缩得更快，由此基体的开口在冷却时与柔性的弯曲元件的伸展缩小相比变小得更快并且因此可以实现超声传感器元件的高密封性。此外，由于金属和聚合物的纵向膨胀系数类似，所以可以避免基体和柔性的弯曲元件的材料的由温度决定的长期变化。
在一个实施方式的范畴中，柔性的弯曲元件和基体是一体地构造的——即由相同的材料构造，其中柔性的弯曲元件和基体的材料尤其具有金属（尤其是铝）、金属氧化物（尤其是氧化铝）和/或金属氧化物陶瓷（尤其是氧化铝陶瓷）。开口在此可以不延伸穿透基体，即是盲孔。因此，可以成本有利地且简单地制造超声传感器元件。柔性的弯曲元件在此可以构造得足够薄，以便确保柔性的弯曲元件的可弯曲性。
压电元件可以在横向于、尤其是垂直于开口的纵向延伸的方向上、尤其是在开口的径向方向上是可变形的。变形可以造成压电元件中的电荷移动或由其引起。为此，尤其是压电元件的晶体结构可以具有引起变形或者电荷移动的相应极性。因此，可以例如通过粘合彼此机械牢固地连接的柔性的弯曲元件和压电元件可以在开口的纵向伸的方向上、即尤其沿着超声传感器元件的纵向延伸执行弯曲或机械振动，因为柔性的弯曲元件可以全面地与基体连接。在接收超声时，尤其是柔性的弯曲元件上的压力作用造成柔性的弯曲元件和压电元件的变形。以此方式可以产生压电元件的电荷移动，所述电荷移动可被检测为信号。在发出超声时，在压电元件上感应出的电荷可以引起压电元件和柔性的弯曲元件的变形，从而可以发出超声波。因此，所发出的超声可以沿着超声传感器元件的纵向延伸定向，并且超声传感器装置对所接收的沿着开口的纵向延伸传播的超声的灵敏度可以特别良好。
压电元件尤其可以（在开口的横向方向上、尤其是径向方向上看）与基体间隔开地设置，由此压电元件在开口的所述方向上的变形不会受到限制。压电元件可以盘状地构造。
在另一实施方式的范畴中，衬底例如仅仅沿着基体的与阻尼元件相邻地外表面设置。由此，基体可借助于超声传感器元件的背离弯曲元件的一侧固定在衬底上和/或压电元件可与衬底电接通，而不会损害超声传感器元件的灵敏度。
衬底可以柔性地（例如作为柔性的电路板）或者牢固地（例如作为牢固的、不可弯曲的电路板）构造。
尤其可以沿着柔性的弯曲元件的朝着压电元件的一侧、沿着基体的内侧壁以及沿着基体的与衬底相邻的外上侧设置导电的、尤其是具有金属的层。键合连接、例如键合线尤其可以设置在压电元件的朝着阻尼元件的一侧与衬底之间并且借助于键合或摩擦焊接来施加。这实现了压电元件与衬底的电接通，尤其是在基体不导电并且柔性的弯曲元件不导电的情况下。基体在此可以具有金属氧化物，并且柔性的弯曲元件可以具有不导电的聚合物。金属化可以形成压电元件的地接通，并且键合连接可以形成用于向压电元件输送信号或者从压电元件导出信号的信号线路。压电元件的相应的第一接触部和第二接触部可以施加在压电元件的相对置的表面上。
替代地，（尤其是在基体不导电的情况下）在压电元件的朝着阻尼元件的一侧与衬底之间例如可以以键合线的形式或者以借助于摩擦焊接连接的薄导体的形式设置尤其是两个键合连接。这实现了压电元件与衬底的电接通。
替代地，尤其是在基体导电而（具有聚合物的）柔性的弯曲元件导电的情况下，在压电元件的朝着阻尼元件的一侧与衬底之间可以例如以键合线的形式或者以借助于摩擦焊接连接的薄导体的形式设置键合连接。可以通过压电元件与柔性的弯曲元件之间（例如以粘合连接或金属化的形式）的导电连接以及柔性的弯曲元件与基体之间（例如以粘合连接或金属化的形式）的导电连接实现压电元件的地接通。
压电元件和柔性的弯曲元件尤其也可以借助于各向异性的和/或各向同性的导电粘合剂彼此粘合，以便实现两个元件的导电连接。各向异性的导电粘合剂可以具有基本物质（Basissubstanz），在所述基本物质中可以嵌入一些小银球，这些小银球具有大约≥5微米（μm）至大约≤10微米范围内的直径。各向异性的导电粘合剂当两个需彼此粘合的接触方经受压力和温度时才会变得导电，因为在没有施加压力的情况下当粘合剂由温度支持地硬化时小银球不会与两个接触方接触。各向异性的粘合剂可以实现对于超声传感器元件和超声传感器装置而言所需的、薄的、具有高弹性模量的粘合层厚度。各向同性的导电粘合剂可以具有基本物质，在所述基本物质中设置有一些银片，这些银片具有大约≥20μm至大约≤70μm范围内的尺寸，并且在没有压力作用于接触方的情况下在硬化期间实现电接触。
基体和衬底尤其可以借助于（各向同性的）导电粘合剂彼此粘合，以便实现两个元件的导电连接。
阻尼元件尤其可以构造为（尤其是聚合物的，例如聚氨酯的或聚丙烯的或硅酮的）泡沫，使得超声传感器元件可以特别简单并且成本有利地制造。此外，超声传感器元件也可以在阻尼元件的区域中已经具有相当高的密封性，因为泡沫可以在很大程度上相对于外部周围环境影响密封超声传感器元件。
此外，在另一实施方式的范畴中，超声传感器元件具有覆盖元件，所述覆盖元件沿着基体的与弯曲元件相邻的外上侧和弯曲元件的与压电元件背离的外上侧延伸。覆盖元件尤其可以被构造为覆盖层和/或借助于压铸技术制造。覆盖元件可以实现超声传感器元件的相对于周围环境影响的附加保护。
覆盖元件尤其可以具有聚合物，尤其是液晶聚合物，更尤其是泰科纳（Ticona）的A950规格的液晶聚合物，并且尤其是也是导电的。覆盖元件的材料和柔性的弯曲元件的材料尤其可以是相同的和/或可在一个共同的工艺步骤中例如借助于注塑包封制造。
在另一实施方式的范畴中，基体的与柔性的弯曲元件相邻的外上侧和/或柔性的弯曲元件的与压电元件背离的外上侧和/或覆盖元件的外上侧被构造为至少部分地弯曲的。基体的外上侧、柔性的弯曲元件的外上侧和/或覆盖元件的外上侧尤其可以被构造为相应元件的暴露的上侧。由此，超声传感器元件的表面轮廓可以与车辆的防撞架的保险杠的表面形状、尤其是半径相匹配。这在超声传感器装置集成到车辆的保险杠的外角部中时是尤其有利的。在借助于压铸技术制造柔性的弯曲元件、基体和/或弯曲元件时，基体、柔性的弯曲元件和/或覆盖元件的表面成型可以特别简单地实现在保险杠的表面轮廓上。尤其是，仅仅覆盖元件的上侧可以被构造为至少部分地弯曲的，从而不会损害位于其下方的弯曲元件的功能。
在另一实施方式的范畴中，多个超声传感器元件的超声传感器元件（在超声传感器装置的俯视图或仰视图中）设置成一维的或二维的图案。超声传感器元件设置成一维的图案例如可以线状地实现，即实现为一维的区域。超声传感器元件尤其可以设置成矩阵图案（例如在第一方向上具有六个元件而在第二方向上具有三个元件，所述第二方向可以横向于、尤其是垂直于第一方向）。二维的图案尤其可以具有圆形的面和/或超声传感器元件可以沿着圆形的面的周边设置。超声传感器元件的图案形布置可以实现超声传感器元件的空间节省的布置和/或能够实现超声传感器装置关于超声传感器元件的纵向延伸的垂直灵敏度或水平灵敏度并且由此能够实现物体的三维检测。
在另一实施方式的范畴中，多个传输传感器元件的超声传感器元件被设置用于发送和/或接收超声。在超声传感器元件的发送运行中，声波可基于弯曲元件的变形产生，所述变形可以通过压电元件的变形引起。压电元件的变形可以通过压电元件上的高电压引起。在超声传感器元件的接收运行中，（电）信号可通过电荷在压电元件中的移动产生，所述移动基于弯曲元件的变形。变形在此可以通过柔性的弯曲元件上的压力作用引起。超声传感器装置可以被设置用于仅仅发送或仅仅接收超声。此外，超声传感器装置可以被设置用于同时发送和接收超声，其方式是，例如超声传感器装置的超声传感器元件的一部分可以被设置用于发送超声而超声传感器装置的超声传感器元件的另一部分可以被设置用于接收超声。在存在一个超声传感器元件或者仅仅一种运行类型的超声传感器元件的情况下，超声传感器元件和这种运行类型的超声传感器元件被设置用于顺序地发送和接收超声。至少一个超声传感器元件的运行类型尤其在超声传感器装置运行期间可改变成其他运行类型。
尤其是在衬底的背离基体的上侧上可以设置有很多尤其是表面安装的（英语：surface mounted device（SMD））电容器，这些电容器可以与超声元件的压电元件并联。所述措施实现了超声传感器装置的灵敏度漂移补偿。此外，可以通过超声传感器元件的图案状布置实现电容器和超声传感器元件在空间上非常近的布置，因为超声传感器元件在衬底上的图案状布置可以具有小的空间需求。
在另一实施方式的范畴中，超声传感器装置容纳在车辆的泊车装置中或操纵辅助系统中。由此，可以借助于超声传感器装置检测车辆的后保险杠和/或前保险杠的周围环境中的物体，以及例如借助于所谓的Bartlett波束成形算法来确定所述物体相对于车辆的角度。在此可以由所发出的超声与所接收的超声之间的时间信息得出物体的距离，所接收的超声可以在物体上被反射。
基体尤其可以具有大约50毫米（mm）的长度和大约30mm的宽度。基体沿着开口的纵向延伸的厚度尤其可以在大约5mm与大约6mm之间。
在泰科纳（Tikona）的A950的情形中，柔性的弯曲元件的厚度尤其可以为最高大约≤1mm。在由金属构成的弯曲元件的情形中，弯曲元件的厚度尤其可以为大约0.3mm。具有圆形横截面的弯曲元件的直径尤其可以在大约≥4mm至大约≤5mm的范围中。在此情况下，超声传感器元件之间的串扰阻尼可以为大约20分贝（dB）。
柔性的弯曲元件的谐振频率尤其可以为大约50千赫兹（kHz）。柔性的弯曲元件的谐振频率可根据柔性的弯曲元件的形状、尤其是根据柔性的弯曲元件的厚度和柔性的弯曲元件的所使用的材料的直径以及弹性模量来调节。
覆盖元件的厚度尤其可以为大约0.4mm。这可以确保不会由于覆盖元件而降低超声传感器装置对超声的灵敏度。
具有圆形横截面的超声传感器元件的半径尤其可以为大约2.5mm，并且紧邻的超声传感器元件的距离可以在大约≥1mm至大约≤3mm之间。
超声传感器装置中的超声传感器元件的数量可以非常繁多。尤其是在经济方面，超声传感器装置可以具有直至20个超声传感器元件。
所检测的横向于超声传感器元件的纵向延伸和以超声传感器元件的纵向延伸为中心的角度范围尤其可以在大约≥70度至大约≤80度的范围中。所检测的横向于超声传感器装置的纵向延伸和以超声传感器装置的纵向延伸为中心的角度范围尤其可以在大约≥140度至大约≤160度的范围中。
超声传感器元件和/或超声传感器装置尤其可以通过以下描述的方法制造。
在根据本发明的装置的其他优点和特征方面，在此明确地参考结合根据本发明的方法和附图描述的阐述。
本发明的另一主题是一种用于制造用于检测和/或发送超声的超声传感器装置的方法，其中超声传感器装置具有多个超声传感器元件，其中超声传感器元件的制造包括：
提供基体，其具有开口，
通过柔性的弯曲元件在端侧封闭开口的第一端部区域，
在开口中设置压电元件，
将柔性的弯曲元件和压电元件彼此连接，
在开口中设置阻尼元件，以及
通过阻尼元件在端侧封闭开口的第二端部区域，
其中一体地构造多个超声传感器元件的超声传感器元件的基体。
对于所述方法的效果参考结合装置的阐述。此外，可以特别简单地执行所述方法，因为可以使用已知的措施，尤其是压铸技术、元件的注塑包封、挤压等等和商业上可获得的用于制造超声传感器元件和/或超声传感器装置的模具。这能够实现超声传感器元件的批量制造，从而超声传感器装置的制造成本可以特别低。
在一个实施方式的范畴中，提供基体包括：借助于钻孔、腐蚀或挤压——尤其是冷挤压在基体中开设开口。
在此，提供基体可以包括：在基体中开设孔，所述孔可以形成开口。由此，能够实现超声传感器装置的特别简单且成本有利的制造。开口可以是穿透基体的开口或不穿透的开口。
通过腐蚀开口能够实现超声传感器装置的特别简单且成本有利的制造。开口可以是穿透基体的开口或不穿透的开口。
可以借助于挤压来构造基体和/或柔性的弯曲元件。这能够实现基体和/或柔性的弯曲元件的成本特别有利的制造。在可以借助于挤压、尤其是借助于冷挤压来构造基体和/或柔性的弯曲元件的情况下，基体和/或柔性的弯曲元件可以是一体地构造的。在此，开口可以是不穿透基体的开口。在由金属、尤其铝制造柔性的弯曲元件和基体时可以使用挤压。在借助于挤压来构造基体的情况下，可以通过挤压同时在基体中开设开口。
基体尤其可以具有多个开口。
尤其可以同时制造基体的开口。
在另一实施方式的范畴中，注塑包封基体和设置在开口中的压电元件，以便在开口中形成柔性的弯曲元件。在此使用的材料可以具有聚合物、尤其是液晶聚合物。在同一工艺步骤或者随后的工艺步骤中，可以与弯曲元件和压电元件一起注塑包封基体，以便形成超声传感器装置的壳体。这能够实现超声传感器装置的特别简单且成本有利的制造。
在根据本发明的方法的其他优点和特征方面在此明确地参考结合根据本发明的装置和附图描述的阐述。
附图说明
通过附图示出并且在以下描述中阐述根据本发明的主题的其他优点和有利构型。在此要注意的是，附图仅仅具有描述性特点并且不能视为以任何形式限制本发明。附图示出：
图1：根据本发明的第一实施例的超声传感器装置的示意性横截面；
图2：图1的超声传感器装置的示意性俯视图；
图3：根据本发明的第二实施例的超声传感器装置的示意性横截面；
图4：图3的超声传感器装置的示意性俯视图；
图5：根据本发明的第三实施例的超声传感器装置的示意性横截面；
图6：图5的超声传感器装置的示意性横截面；
图7：根据本发明的第四实施例的超声传感器装置的示意性俯视图；
图8：图7中的超声传感器装置的示意性横截面；
图9：根据本发明的第五实施例的超声传感器装置的示意性俯视图；
图10：图9的超声传感器装置的示意性横截面。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施例的用于检测和/或发送超声2的超声传感器装置1。超声传感器装置1具有多个超声传感器元件，在此为两个超声传感器元件3a、3b。每个超声传感器元件3a、3b具有一个基体4，所述基体具有穿透基体4的开口5a、5b，所述开口具有圆形的横截面。超声传感器元件3a、3b的基体4是一体地构造的并且以下以附图标记4表示。此外，每个超声传感器元件3a、3b具有：柔性的弯曲元件6a、6b，其设置在开口5a、5b中并且是导电的；盘状的压电元件7a、7b，其设置在开口5a、5b中并且与柔性的弯曲元件6a、6b连接；阻尼元件8a、8b，其设置在开口5a、5b中并且覆盖压电元件7a、7b。柔性的弯曲元件5a、5b在端侧封闭在基体4中形成的开口5a、5b的第一端部区域A，并且阻尼元件8a、8b在端侧封闭开口5a、5b的第二端部区域B。基体4的表面9和柔性的弯曲元件6a、6b的表面10是平齐地并且平坦地构造的，使得弯曲元件6a、6b对外封闭超声传感器元件3a、3b。
柔性的衬底11（在此为柔性的电路板）沿着基体4的另一外表面12设置，所述外表面与阻尼元件8a、8b相邻。柔性的电路板11不沿着阻尼元件5a、5b延伸。表面金属化形式的导电层13a、13b沿着柔性的弯曲元件6a、6b的与压电元件7a、7b相邻的表面14a、14b、沿着基体4的内侧壁15a、15b以及沿着基体4的表面12延伸。键合线16a、16b与柔性的衬底11和压电元件7a、7b的与阻尼元件8a、8b相邻设置的表面连接。各向异性的导电粘合剂17a、17b容纳在柔性的弯曲元件6a、6b与压电元件7a、7b之间，而各向同性的导电粘合剂18a、18b容纳在基体4与柔性的衬底11之间。
超声传感器元件3如在图2中示出的那样具有圆形的横截面并且设置成二维矩阵。出于清楚原因，仅仅一个超声传感器元件设有附图标记3。矩阵具有三个彼此平行地设置的行20-22。矩阵的第一行20具有六个在x方向上沿着一条线设置的超声传感器元件3。在矩阵的第二行21中，沿着x方向设置有七个超声传感器元件3，并且矩阵的第三行22具有沿着x方向的六个超声传感器元件3。第二行21的超声传感器元件3相对于第一行20和第三行22的超声传感器元件3偏移一距离地设置，所述距离等于超声传感器元件3的圆形横截面的半径。因此，第一行20和第三行22的超声传感器元件3在y方向上沿着一个共同的线设置。表面安装的电容器设置在区域23a、23b中，所述区域与超声传感器元件的矩阵的第一行20和第三行22平行地延伸。电容器用于漂移补偿并且与超声传感器元件3并联，以及在图2的俯视图中通过虚线表示。
第一行20和第三行22的超声传感器元件3被设置用于发送超声，而第二行21的超声传感器元件被设置用于接收超声。因此，可以时间高效地借助于超声传感器装置1来检测超声传感器装置1的声空间中的物体。应注意的是，可以使用在数量和布置方面任意的传感器元件来发送和接收超声。
在超声传感器装置1的运行中，第一行20和第二行22的超声传感器元件3发出超声2，所述超声在超声传感器装置1的声空间中的待检测的物体上被反射。被反射的超声2由第二行21的超声传感器元件3接收。第二行21的超声传感器3基于所接收的超声2产生电信号，所述电信号分别对应于压电元件7a、7b中的一个的纵向伸展变化。压电元件7a、7b中的变形通过双侧箭头来表示并且在超声传感器元件3的接收运行中通过超声2对弯曲元件6a、6b的借助于单侧箭头表示的压力作用引起。所产生的电信号被传输给超声传感器装置1的分析单元，所述分析单元基于电信号检测物体在声空间中的定位。
以下描述用于制造根据本发明的第一实施例的超声传感器装置的方法，在所述方法中形成图1中的超声传感器装置1。在所述方法的第一步骤中，作为由氧化铝陶瓷构成的板来提供基体4，所述板设有一些孔，这些孔形成穿通的开口5a、5b。替代地，可以作为具有穿透的开口5a、5b的冷挤压件来制造基体4。随后，借助于塑料压铸方法借助于喷溅（Anspritzen）在开口5a、5b中设置柔性的弯曲元件6a、6b。为此首先实施基体4的在线等离子体处理，以及将基体4设置在压铸模具中。在压铸模具中部分地以Tikon的A950规格的液晶聚合物来注塑包封基体4的开口5a、5b。替代地，可以使用其他聚合物。由此，在开口5a、5b中形成柔性的弯曲元件6a、6b并且使所述柔性的弯曲元件6a、6b与基体4连接。
在所述方法的另一步骤中，提供压电元件7a、7b，其在上侧上和下侧上具有之前借助于表面金属化技术施加的金属层。在所述方法的另一步骤中，在基体4不导电的情况下在柔性的弯曲元件6a、6b的表面14上、在基体4的侧壁15上以及在基体4的表面12上作为表面金属化施加导电层13。可以在基体4由金属构成的情况下取消导电层13。随后，借助于导电的、各向异性的导电粘合剂17将压电元件7a、7b粘合在柔性的弯曲元件6a、6b的经涂覆的上侧14上。将压电元件7a、7b挤压到柔性的弯曲元件6a、6b上，以及使导电粘合剂17硬化。以此方式提供压电元件7a、7b与柔性的衬底11通过导电层13的接通。
在另一步骤中，在丝网印刷方法中在基体4的表面12上的导电层13上施加各向同性的导电粘合剂18，以及将柔性的衬底11挤压到基体4上以及使导电粘合剂在压力下硬化。也可以取消在柔性的衬底11和/或基体4上施加压力。
在另一步骤中，实现压电元件7a、7b与柔性的衬底11之间的电接通，其方式是，借助于键合在两个元件7a、b、11之间施加键合线16a、16b。同样可以借助于将导体摩擦焊接到压电元件7a、7b的下侧上和柔性的弯曲元件11上来实现压电元件7a、7b的下侧与柔性的衬底11的接通。
在另一步骤中，自动地以聚氨酯泡沫填充开口5a、5b。替代地，也可以使用硅酮泡沫。使所述泡沫硬化，由此形成阻尼元件8a、8b。这实现了开口5a、5b中的压电元件7a、7b和键合线16a、16b的浇注。随后，在柔性的衬底11上在区域23a、23b中施加电容器并且使所述电容器与超声传感器元件3a、3b电连接。
图3和图4示出根据本发明的第二实施例的另一传感器装置1。所述超声传感器装置1与图1和图2的超声传感器装置1类似地构造。然而，基体4和柔性的弯曲元件6a、6b一体地由铝制造为挤压件。基体4具有不穿透基体4的开口5a、5b，即盲孔。柔性的弯曲元件6a、6b设置在开口5a、5b外部并且封闭开口5a、5b的第一端部区域，其方式是，柔性的弯曲元件6a、6b覆盖开口5a、5b。弯曲元件5a、5b被构造为圆形膜片，其具有大约≥4mm至大约≤5mm的范围内的直径以及大约≥0.2mm至大约≤0.4mm的范围内的厚度。薄的弯曲膜片5a、5b在外周上与基体4连接并且具有极其牢固的外部区段。此外，与图1中的超声传感器元件3a、3b相比，超声传感器元件3a、3b沿着柔性的弯曲元件6a、6b的表面14a、14b、沿着基体4的内侧壁15a、15b以及沿着基体4的与阻尼元件8a、8b相邻的外表面12不具有导电层13a、13b，因为压电元件7a、7b通过各向异性的导电粘合剂17、17b直接接通导电的基板4而柔性的电路板11直接通过各向同性的导电粘合剂18a、18b接通基体4。超声传感器元件3a、3b的谐振频率为50kHz。
超声传感器装置1的运行与图1和图2中的超声传感器装置1的运行类似。
在用于制造根据本发明的第二实施例的传感器装置1的方法中，借助于挤压由铝板制造基体4连同柔性的弯曲元件6a、6b。在所述工艺步骤中，在基体4中开设不穿透的开口5a、5b。随后执行参考图1和图2的超声传感器装置1描述的、在由聚合物形成弯曲元件之后执行的方法步骤。
图5和图6示出根据本发明的第三实施例的超声传感器装置1。超声传感器装置1的超声传感器元件3与图1和图2中的超声传感器装置1的超声传感器元件3类似地构造，然而替代导电层13和一个键合线16a、16b而在压电元件与柔性的衬底之间具有两个键合线。此外，超声传感器装置1的超声传感器元件3设置在三个行20-22中，这些行分别具有六个超声传感器元件3，这些超声传感器元件沿着矩阵状布置的第一方向x和矩阵状布置的第二方向y彼此等距地设置，所述第二方向y垂直于第一方向x。所述布置是示例性的。超声传感器元件3在基体4的俯视图中看也可以布置成圆形。
超声传感器装置1的运行与图1和图2的超声传感器装置1的运行类似。
在用于制造根据本发明的第三实施例的超声传感器装置1的方法中，作为冷挤压件提供具有开口5的基体4。随后，将具有在两侧施加了表面金属化的压电元件7自动地置于压铸模具中并且随后将氧化铝陶瓷基体4容纳在压铸模具中。在此，压电元件7在其在超声传感器装置1的组装状态中朝着柔性的弯曲元件6的上侧上的表面金属化与在超声传感器装置1的组装状态中朝着阻尼元件8a的另一上侧上的表面金属化的侧向环绕接通。在柔性的弯曲元件5的区域中，将基体4与压电元件7一起注塑包封。因此，压电元件7不与柔性的弯曲元件6粘合。在相同的工艺步骤中，注射包围基体4的壳体。随后，借助于键合进行压电元件7的另一上侧与柔性的衬底11的电接通。在此，在压电元件7的其他表面中的每一个与柔性的衬底11之间形成两个键合线16。随后，在开口5中施加基于聚合物或硅酮的材料，由此在使相应材料硬化之后形成阻尼元件8。
图7和图8示出根据本发明的第四实施例的超声传感器装置1。超声传感器装置1的超声传感器元件3a-f与图5和6中的超声传感器装置1的超声传感器元件3a-f相同地构造。然而，超声传感器元件3的开口具有矩形的横截面而不是圆形的横截面。
超声传感器装置1的运行与图5和图6中的超声传感器装置1的运行类似。
用于制造根据本发明的第四实施例的超声传感器装置1的方法与用于制造图5和图6中的超声传感器装置1的方法类似。在此，可基于所使用的挤压技术和压铸技术特别简单地制造超声传感器装置3的横截面形状。
图9和图10示出根据本发明的第五实施例的超声传感器装置1。所述超声传感器装置1与图1和图2中的超声传感器装置1类似地构造，但具有附加的覆盖层25，所述覆盖层沿着基体4的表面和基于聚合物的柔性的弯曲元件5的表面延伸。覆盖层25的表面26弯曲地构造并且覆盖层25的厚度朝着其外部区域连续地减小。
超声传感器装置1的运行与图1和图2中的超声传感器装置1的运行类似。
在用于制造根据本发明的第五实施例的超声传感器装置1的方法中，执行参照图1和图2描述的方法的方法步骤。与柔性的弯曲元件6同时通过注塑包封来形成覆盖层25。

Claims (13)

1.用于检测和/或发送超声（2）的超声传感器元件（3a-f），其中，所述超声传感器元件（3a-f）具有：
基体（4），其具有开口（5a，b），
柔性的弯曲元件（6a，b），其在端侧封闭所述开口（5a，b）的第一端部区域（A），其中，所述柔性的弯曲元件（6a，b）具体聚合物、尤其液晶聚合物，
压电元件（7a，b），其设置在所述开口（5a，b）中并且与所述柔性的弯曲元件（6a，b）连接，以及
阻尼元件（8a，b），其设置在所述开口（5a，b）中并且在端侧封闭所述开口（5a，b）的第二端部区域（B）。
2.用于检测和/或发送超声（2）的超声传感器装置（1），其中，所述超声传感器装置（1）具有多个超声传感器元件（3a-f），其中，每个超声传感器元件（3a-f）具有：
基体（4），其具有开口（5a，b），
柔性的弯曲元件（6a，b），其在端侧封闭所述开口（5a，b）的第一端部区域（A），
压电元件（7a，b），其设置在所述开口（5a，b）中并且与所述柔性的弯曲元件（6a，b）连接，以及
阻尼元件（8a，b），其设置在所述开口（5a，b）中并且在端侧封闭所述开口（5a，b）的第二端部区域（B），
其中，所述多个超声传感器元件（3a-f）的超声传感器元件（3a-f）的基体（4）是一体地构造的。
3.根据权利要求2所述的超声传感器装置（1），其中，所述柔性的弯曲元件（6a，b）具有聚合物、尤其液晶聚合物。
4.根据权利要求2所述的超声传感器装置（1），其中，每个超声传感器元件（3a-f）的柔性的弯曲元件（6a，b）和基体（4）是一体地构造的，其中，所述柔性的弯曲元件（6a，b）和所述基体（4）的材料尤其具有金属、金属氧化物和/或金属氧化物陶瓷。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，沿着所述基体（4）的与所述阻尼元件（8a，b）相邻的外上侧（9）设置有衬底（11）。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，所述超声传感器元件（3a-f）还具有：
覆盖元件（25），其沿着所述基体（4）的与所述弯曲元件（6a，b）相邻的外上侧（9）和所述弯曲元件（6a，b）的背离所述压电元件（7a，b）的外上侧（10）延伸。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，所述基体（4）的与所述柔性的弯曲元件（6a，b）相邻的外上侧（9）、所述柔性的弯曲元件（6a，b）的背离所述压电元件（7a，b）的外上侧（10a、b）和/或所述覆盖元件（25）的外上侧（26）被构造成至少部分地弯曲的。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，所述多个超声传感器元件（3a-f）设置成一维的或二维的图案。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，所述多个超声传感器元件（3a-f）被设置用于发送和/或接收所述超声（2）。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的超声传感器装置（1），其中，所述超声传感器装置（1）容纳在车辆的泊车装置中或车辆的操纵辅助系统中。
11.用于制造用于检测和/或发送超声（2）的超声传感器装置（1）的方法，其中，所述超声传感器装置（1）具有多个超声传感器元件（3a-f），其中，制造超声传感器元件（3a-f）包括：
提供基体（4），其具有开口（5a，b），
通过柔性的弯曲元件（5a，b）在端侧封闭所述开口（5a，b）的第一端部区域，
在所述开口（5a，b）中设置压电元件（7a，b），
将所述柔性的弯曲元件（6a，b）与所述压电元件（7a，b）彼此连接，
在所述开口（5a，b）中设置阻尼元件（8a，b），以及
通过所述阻尼元件（8a，b）在端侧封闭所述开口（5a，b）的第二端部区域，
其中，一体地构造所述多个超声传感器元件（3a-f）的超声传感器元件（3a-f）的基体（4）。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述基体（4）包括：在所述基体（4）中开设所述开口，尤其是借助于钻孔、腐蚀或者挤压——尤其是冷挤压来开设所述开口。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，注塑包封所述基体（4）和设置在所述开口（5a，b）中的压电元件（7a，b）。
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