CN108290183A - 具有结构化的金属层的声换能器组件和用于制造具有结构化金属层的声换能器组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种声换能器组件(100)，包括孔板承载件(101)、多个压电元件(105)和封闭层(108)，该孔板承载件具有水平间隔开布置的第一空缺部(102)和水平间隔开布置的第二空缺部，其中，第一空缺部(102)和第二空缺部(103)分别相叠地邻接地布置，其中，第二空缺部(103)的水平延展尺度大于第一空缺部(102)的水平延展尺度，从而在孔板承载件(101)内部形成支承面(104)，其特征在于，每个第二空缺部(103)具有一个压电元件(105)，并且压电元件(105)部分地布置在支承面(104)上，其中，每个压电元件(105)具有这样的水平延展尺度，该水平延展尺度大于第一空缺部(102)的水平延展尺度并且小于第二空缺部(103)的水平延展尺度，从而沿水平方向在孔板承载件(101)与压电元件(105)之间形成空腔，并且封闭层(108)布置在孔板承载件(101)和压电元件(105)上，其中，封闭层(108)具有结构化的第一金属层(109)，该结构化的第一金属层布置在压电元件(105)上方并且起膜片作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有孔板承载件和多个压电元件的声换能器组件和一种用于制造这样的声换能器组件的方法。
背景技术
文件DE 39 20 872 A1公开一种用于制造超声层式换能器的方法，在所述超声层式换能器中，层式换能器的压电陶瓷和热塑性塑料材料通过热粘接相互连接。为了产生对于粘接而言必要的热量，在压电陶瓷中通过施加电信号产生损耗热量。
在文献DE 10 2004 047 814 A1中描述一种聚焦地微加工的超声换能器阵列，该超声换能器阵列可以被用作为聚焦的、可临床使用的超声探测器。使横向并排构造的换能器单元区域式地相互电接线，以便实现超声换能装置所力求达到的聚焦。
在这里不利的是，各个超声换能器暴露于机械类型的和电类型的外部影响。
发明内容
本发明的任务在于，保护各个层式换能器免受外部影响。
声换能器组件包括孔板承载件，该孔板承载件具有水平间隔开布置的第一空缺部和水平间隔开布置的第二空缺部。在此，第一空缺部和第二空缺部分别相叠地邻接地布置。第二空缺部的水平延展尺度大于第一空缺部的水平延展尺度，从而在孔板承载件内部形成支承面。此外，声换能器组件包括多个压电元件和封闭层。根据本发明，每个第二空缺部具有一个压电元件，其中，压电元件部分地布置在支承面上。概念“第二空缺部”在这里理解为一种确定类型的空缺部并且不理解为多个空缺部。每个压电元件具有这样的水平延展尺度，该水平延展尺度大于第一空缺部的水平延展尺度并且小于第二空缺部的水平延展尺度，从而沿水平方向在孔板承载件和压电元件之间形成空腔。封闭层布置在孔板承载件和压电元件上，其中，封闭层具有结构化的第一金属层，该结构化的第一金属层布置在压电元件上方并且起膜片作用。
在这里优点是，针对外部影响保护各个压电元件，因为所述压电元件被单个连续的封闭层遮盖或者说覆盖。
在扩展方案中，第一空缺部和第二空缺部分别对齐地布置。概念“对齐”在这里理解为，第一空缺部和第二空缺部具有共同的中轴线，所述第一空缺部和所述第二空缺部围绕该中轴线对称地布置。
在另一构型中，每个压电元件具有第一电极，其中，在支承面和第一电极之间布置第一连接层。该第一连接层是能导电的。该第一连接层尤其包括能导电的第一粘接层。
在这里优点是，能够以简单的方式与压电元件电接触。
在扩展方案中，每个压电元件具有一个第二电极，其中，第二电极与第一电极相对置，并且其中，在结构化的第一金属层与第二电极之间沿水平方向布置有第二连接层。该连接层也是能导电的。所述第二连接层尤其包括能导电的第二粘接层。
在另一构型中，在孔板承载件上布置有电绝缘层，其中，电绝缘层直接与封闭层连接。
在这里优点是，各个换能器的串扰是低的。
在扩展方案中，电绝缘层具有比第二连接层更大的厚度。
在这里有利的是，各个换能器在振动力学方面完全相互脱耦。
在另一构型中，封闭层具有连续的第二金属层，其中，连续的第二金属层与结构化的第一金属层相对置。
在这里优点是，压电元件不仅受到连续的EMV屏蔽而且被保护免受湿气、液体和紫外线的影响，因为封闭层由于连续的金属层是牢固的并且可以被涂漆。
在扩展方案中，第一空缺部至少部分地填充以阻尼材料。阻尼材料尤其具有硅树脂。
在这里有利的是，声换能器组件在背面被加以机械稳定。
在另一构型中，孔板承载件是能导电的。所述孔板承载件尤其具有金属或金属化陶瓷。
在这里优点是，以简单的方式为声换能器组件提供电接地，该电接地可以与放大器电子部件连接。
在扩展方案中，在封闭层内部布置有导体轨，所述导体轨与第二电极接触。
根据本发明的用于制造声换能器组件的方法包括：尤其借助于能导电的第一连接层连接多个压电元件与封闭层；连接孔板承载件与封闭层和压电元件，其中，孔板承载件具有水平间隔开布置的第一空缺部和水平间隔开布置的第二空缺部，其中，第一空缺部和第二空缺部分别相叠地邻接地布置，其中，第二空缺部的水平延展尺度大于第一空缺部的水平延展尺度，从而在孔板承载件内部形成支承面，使得孔板承载件借助于电绝缘的粘接层与封闭层连接，并且支承面与压电元件借助于能导电的第二连接层连接；并且以阻尼材料至少部分地填充孔板承载件的第一空缺部。
由接下来对实施例的描述或由从属权利要求得出其他优点。
附图说明
下面根据优选的实施方式和附图详细阐释本发明。附图示出：
图1：具有孔板承载件、多个压电元件和封闭层的声换能器组件，和
图2：用于制造根据本发明的声换能器组件的方法。
具体实施方式
图1示出声换能器组件100，该声换能器组件具有孔板承载件101、多个压电元件105和封闭层108。孔板承载件101具有相叠地布置的第一空缺部102和第二空缺部103。第一空缺部102的水平延展尺度大于第二空缺部103的水平延展尺度，从而在孔板承载件内部形成支承面104。在此，每个第二空缺部103接收单个压电元件105，从而每个压电元件105至少部分地布置在支承面104上。压电元件105分别具有第一电极106和第二电极107，其中，第一电极106与第二电极107相对置。第二电极107在边缘处与孔板承载件101能导电地连接。在此，在支承面104上布置有第二连接层112，该第二连接层与第二电极107接触。第二连接层112尤其是能导电的粘接层。因此，孔板承载件101承载压电元件105并且确定所述压电元件的振动边缘夹紧，从而压电元件105可以实施弯曲振动。封闭层108布置在孔板承载件101和压电元件105的第二电极107上。在此，带有封闭层108的孔板承载件101具有电绝缘的粘接连接部115。换言之，孔板承载件101水平地在压电元件105之间与封闭层108不能导电地连接。绝缘的粘接连接部或者说粘接层115具有10-80μm的厚度并且例如包括基于硅树脂或基于环氧树脂的粘接剂。这种绝缘的粘接连接部115同时也起到在封闭层108和压电元件105之间的公差补偿的作用，使得由压电元件105产生的振动不被干扰或改变。第一电极106借助于能导电的第一连接层111、尤其是粘接层与封闭层108连接。第一空缺部102至少部分地填充以阻尼材料114。阻尼材料114包括硅树脂、例如Fermasil。压电元件105具有150-750μm、优选200-500μm的厚度。封闭层108例如包括柔性薄膜，该柔性薄膜具有聚合物。换言之，封闭层108包括柔性材料，从而在压电元件105上方的封闭层108起膜片作用。封闭层108具有50-750μm的厚度。在封闭层108内部布置有导体轨113，所述导体轨使压电元件105的第二电极107与放大器电子部件电连接。孔板承载件101是机械刚性的并且包括能导电的材料，例如铝或金属化陶瓷。孔板承载件101具有1-10mm的厚度并且与放大器电子部件的电接地可电连接或已电连接。孔板承载件101附加地负责压电元件105的机械脱耦。
在实施例中，各个压电元件105的中点具有这样的横向间距，该横向间距小于声换能器组件的运行频率的空气声波长度的一半。在这里运行频率处于20kHz-150kHz的范围内、优选为50kHz。声换能器组件包括两个与五十个之间的、优选两个至十二个压电元件105。在此，压电元件105以阵列的形式布置。所述阵列可以线形、矩阵形、椭圆形或圆形地构型。
声换能器组件可以使用在机动车、运动的或静止的机器例如机器人、无人驾驶运输系统、仓库中的物流系统、吸尘器或割草机、电动自行车、电动轮椅中，或者使用在用于支持身体残障人员的辅助器件中。
图2示出用于制造声换能器组件的方法200。所述方法200以连接210多个压电元件和封闭层开始。为此，能导电的第一连接层、尤其是粘接层借助于滴涂或丝网印刷施加到压电元件上并且紧接着通过第一连接层施加封闭层。在随后的步骤220中使孔板承载件与封闭层机械连接。附加地或同时地，使孔板承载件与压电元件电连接。为了连接封闭层区域式地将电绝缘的粘接层施加到孔板承载件上，并且为了连接压电元件将能导电的第二连接层、同样优选粘接层施加到支承面上。在随后的步骤230中，以阻尼材料至少部分地填充孔板承载件的第一空缺部。
Claims (11)
1.声换能器组件(100)，包括：
·孔板承载件(101)，该孔板承载件具有水平间隔开布置的第一空缺部(102)和水平间隔开布置的第二空缺部，其中，第一空缺部(102)和第二空缺部(103)分别相叠地邻接地布置，其中，所述第二空缺部(103)的水平延展尺度大于所述第一空缺部(102)的水平延展尺度，从而在所述孔板承载件(101)内部形成支承面(104)，
·多个压电元件(105)，和
·封闭层(108)，
其特征在于，
·每个第二空缺部(103)具有一个压电元件(105)，并且所述压电元件(105)部分地布置在所述支承面(104)上，其中，每个压电元件(105)具有这样的水平延展尺度，该水平延展尺度大于所述第一空缺部(102)的水平延展尺度并且小于所述第二空缺部(103)的水平延展尺度，从而沿水平方向在所述孔板承载件(101)与所述压电元件(105)之间形成空腔，并且
·所述封闭层(108)布置在所述孔板承载件(101)和所述压电元件(105)上，其中，所述封闭层(108)具有结构化的第一金属层(109)，该结构化的第一金属层布置在所述压电元件(105)上方并且起膜片作用。
2.根据权利要求1所述的声换能器组件(100)，其特征在于，第一空缺部(102)和第二空缺部(103)分别对齐地布置。
3.根据权利要求1或2所述的声换能器组件(100)，其特征在于，每个压电元件(105)具有一个第一电极(106)并且在所述支承面(104)与所述第一电极(106)之间布置第一连接层(111)、尤其是能导电的粘接层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，每个压电元件(105)具有一个第二电极(107)，该第二电极与所述第一电极(106)相对置，并且在所述结构化的第一金属层(109)与所述第二电极(107)之间布置有第二连接层(112)、尤其是能导电的粘接层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，在所述孔板承载件(101)上布置有电绝缘层(115)，该电绝缘层直接与所述封闭层(108)连接。
6.根据权利要求5所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述电绝缘层(115)具有比所述第二连接层(112)大的厚度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述封闭层(108)具有连续的第二金属层(110)，所述连续的第二金属层与所述结构化的第一金属层(109)相对置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述第一空缺部(102)至少部分地填充以阻尼材料(114)，其中，所述阻尼材料(114)尤其具有硅树脂。
9.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述孔板承载件(101)是能导电的，其中，所述孔板承载件(101)尤其具有金属或金属化陶瓷。
10.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，在所述封闭层(108)内部布置导体轨(113)，所述导体轨与所述第二电极(107)接触。
11.用于制造声换能器组件的方法(200)，所述方法具有以下步骤：
·尤其借助于能导电的第一连接层使多个压电元件与封闭层连接(210)，
·使孔板承载件与所述封闭层和所述压电元件连接(220)，其中，所述孔板承载件具有水平间隔开布置的第一空缺部和水平间隔开布置的第二空缺部，其中，每一个第一空缺部和第二空缺部分别相叠地邻接地布置，其中，所述第二空缺部的水平延展尺度大于所述第一空缺部的水平延展尺度，从而在所述孔板承载件内部形成支承面，使得所述孔板承载件借助于电绝缘的粘接层与所述封闭层连接，并且所述支承面与所述压电元件借助于能导电的第二连接层连接，并且
·以阻尼材料至少部分地填充(230)所述孔板承载件的所述第一空缺部。
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