DE10018355A1 - Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers - Google Patents

Abstract

Um bei einem Ultraschallwandler (2) mit mehreren Wandlerelementen (30) hohe Prüffrequenzen zu erzielen und gleichzeitig eine einfache Herstellbarkeit zu gewährleisten, ist vorgesehen, auf eine piezoelektrische Komponente, insbesondere eine Piezokeramik (6), eine insbesondere als Leiterbahnfolie (8) ausgebildete zweite Komponente mit einer geometrischen Struktur (24, 36) aufzubringen, wobei die geometrische Verteilung der einzelnen Wandlerelemente (30) im Wesentlichen durch die geometrische Struktur (24, 36) bestimmt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallwandler mit einer Anzahl von Wandlerelementen, der eine piezoelektrische Komponente zur Erzeugung des Ultraschalls aufweist. Die Er­ findung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Ultraschallwandlers mit einer Anzahl von Wandlerelemen­ ten.

Ein derartiger Ultraschallwandler mit einer Anzahl von Wand­ lerelementen wird auch als Gruppenstrahler oder Gruppenstrah­ lersensor bezeichnet. Ein Ultraschallwandler mit mehreren Wandlerelementen ist aus der EP 0 796 669 A2 bekannt. Der be­ kannte Ultraschallwandler weist einen piezoelektrischen Kör­ per auf, auf dessen Oberseite und Unterseite senkrecht zuein­ ander ausgerichtete Nuten eingebracht sind. Durch die Ein­ bringung von Nuten werden in etwa quaderförmige Wandlerele­ mente gebildet. Die zwischen den Nuten verbleibenden Stege sind jeweils über eine Elektrode mit einer elektrischen Lei­ tung kontaktiert, über die die einzelnen Stege ansteuerbar sind. Die einzelnen Wandlerelemente bilden demnach ein Ultra­ schallwandler-Array, wie es für einen Gruppenstrahler in der Regel vorgesehen ist.

Mit einem solchen Gruppenstrahler lassen sich durch phasen­ verzögerte Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente Ultra­ schallsignale in unterschiedliche Richtungen in ein zu unter­ suchendes Werkstück einkoppeln und auch aus unterschiedlichen Richtungen empfangen. Durch Änderung der Phasenbeziehung bei der Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente ist bei ortsfe­ ster Positionierung des Ultraschallwandlers ein Schwenk durch das zu prüfende Werkstück möglich.

Um mit dem Ultraschallwandler eine hohe Ortsauflösung zu er­ zielen, werden immer höhere Prüffrequenzen, insbesondere über 10 MHz, angestrebt. Die höheren Prüffrequenzen erfordern eine vergleichsweise dünne piezoelektrische Komponente. Im Falle einer Piezokeramik und für Prüffrequenzen größer als 10 MHz liegt die Dicke der Piezokeramik im Bereich unter 0,1 mm. Gleichzeitig müssen in diese dünne Piezokeramik zur Erzeugung der einzelnen Wandlerelemente Einkerbungen und Vertiefungen, beispielsweise die aus der EP 0 796 669 A2 bekannten Nuten, eingebracht werden. Dies wird in der Regel durch einen Säge­ schnitt erzielt. Um eine ausreichend hohe Ortsauflösung zu erzielen, muss eine vergleichsweise feine geometrische Struk­ tur mittels den Vertiefungen in die Piezokeramik eingebracht werden. Beispielsweise sollten hierbei die einzelnen Wandler­ elemente bei einer Prüffrequenz von größer als 10 MHz eine Breite von etwa kleiner 0,3 mm aufweisen.

Die Ausbildung dieser feinen geometrischen Struktur in einer Piezokeramik ist jedoch nur sehr schwer und auch wenig gut reproduzierbar mit dem Sägeschnitt anzufertigen. Ein wesent­ liches Problem hierbei ist die Sprödigkeit der Piezokeramik, so dass diese bei der Bearbeitung, also beim Einbringen der Vertiefungen, sehr leicht bricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach her­ stellbaren Ultraschallwandler sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe weist gemäß der Erfindung der Ultra­ schallwandler eine Anzahl von Wandlerelementen sowie eine piezoelektrische Komponente zur Erzeugung des Ultraschalls auf, wobei auf der piezoelektrischen Komponente eine zweite Komponente mit einer geometrischen Struktur aufgebracht ist, welche Struktur im Wesentlichen die geometrische Verteilung der einzelnen Wandlerelemente bestimmt.

Der wesentliche Vorteil dieses Ultraschallwandlers ist darin zu sehen, dass die geometrische Verteilung der Wandlerele­ mente im Wesentlichen durch ein geometrisches Muster der zweiten Komponente festgelegt ist. Die Wandlerelemente sind dadurch durch das Zusammenwirken der piezoelektrischen Kompo­ nente mit der zweiten Komponente gebildet. Die Erfindung geht nämlich von der wichtigen Erkenntnis aus, dass die Einarbei­ tung von Vertiefungen in die piezoelektrische Komponente als bestimmende Maßnahme für die Festlegung der einzelnen Wand­ lerelemente nicht erforderlich ist. Die mit dem Einbringen der Vertiefung in die piezoelektrische Komponente verbundenen fertigungstechnischen Probleme treten daher nicht auf.

Als piezoelektrische Komponente ist hierbei insbesondere ein handelsüblicher piezokeramischer Körper vorgesehen. Alterna­ tiv hierzu kann auch ein Piezo-Komposite als piezoelektrische Komponente herangezogen werden. Als Piezo-Komposite wird im Allgemeinen ein Bauteil bezeichnet, bei dem piezoelektrische, insbesondere piezokeramische Stäbchen, in einer passiven Pha­ se, insbesondere Kunststoff, eingebettet sind. Ein Piezo- Komposite ist weniger spröde als eine Vollkeramik und insbe­ sondere in gewissem Maße biegbar. Ein weiterer Vorteil ist seine gute Dämpfungseigenschaft, die im Wesentlichen durch die elastischen Eigenschaften der Kunststoffmatrix bestimmt wird.

Vorzugsweise ist die zweite Komponente ein separates Bauteil, so dass die Herstellung des Ultraschallwandlers besonders einfach ist. Denn die Ausbildung der zweiten Komponente mit der speziellen geometrischen Struktur zur Bestimmung der ein­ zelnen Wandlerelemente kann in einem speziellen Verfahrens­ prozess für die zweite Komponente verwirklicht werden, ohne die materialspezifischen Bedingungen der piezoelektrischen Komponente berücksichtigen zu müssen.

Für eine besonders einfache und damit auch kostengünstige Ausbildung weist die piezoelektrische Komponente eine einfache geometrische Form ohne spezielle Strukturierung auf. Sie ist beispielsweise als flacher, quaderförmiger Körper ausge­ bildet. Solche quaderförmigen piezokeramischen Komponenten sind in einfacher Weise herstellbar.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Komponente als Leiterbahnfolie ausgebildet, deren Lei­ terbahnmuster die geometrische Verteilung der Wandlerelemente bestimmt. Die Verwendung der Leiterbahnfolie als zweite Kom­ ponente ermöglicht die Verwirklichung sowohl einfacher als auch komplexer Geometrien. Neben einfachen geradlinigen Lei­ terbahnen sind auch komplexe Muster durch verwinkelte oder gekrümmte Leiterbahnen möglich. Hierbei besteht insbesondere die Möglichkeit, ein Array von Wandlerelementen mit bei­ spielsweise quadratischer Grundfläche auszubilden und anzu­ steuern.

Vorzugsweise weist die zweite Komponente, insbesondere die Leiterbahnfolie, Kontaktelektroden für die piezoelektrische Komponente auf. Über diese Kontaktelektroden wird die piezo­ elektrische Komponente durch unmittelbaren Kontakt und Beauf­ schlagung mit einem Spannungsimpuls angeregt und dadurch wer­ den die einzelnen Wandlerelemente in geeigneter Weise ange­ steuert. Diese Kontaktelektroden sind bei der Verwendung ei­ ner Leiterbahnfolie durch die einzelnen Leiterbahnen oder zu­ mindest durch Teilbereiche der einzelnen Leiterbahnen gebil­ det. Die Leiterbahnen bzw. Teilbereiche von ihnen stehen da­ mit in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit der piezo­ elektrischen Komponente. Die bisher üblichen, auf die Piezo­ keramik aufgedampften Elektroden sind nicht notwendig. Da­ durch entfällt ein Verfahrensschritt bei der Herstellung der piezoelektrischen Komponente, wodurch sich Kosteneinsparungen erzielen lassen.

Zweckdienlicherweise ist für eine gute Kontaktierung oder An­ kopplung zwischen den beiden Komponenten die zweite Komponente auf die piezoelektrische Komponente aufgeklebt oder durch mechanische Anpressung mit dieser fest verbunden.

Die Verwendung einer zweiten Komponente zur Ausbildung des Ultraschallwandlers hat einen weiteren wesentlich vorteilhaf­ ten Effekt. Denn die zweite Komponente eignet sich zum An­ schließen von Steuerleitungen, die zum Ansteuern der einzel­ nen Wandlerelemente vorgesehen sind. Insbesondere bei der Verwendung einer Leiterbahnfolie ist die Kontaktierung der notwendigen Steuerleitungen an der Leiterbahnfolie mit den einzelnen Leiterbahnen in einfacher Weise möglich. Bei her­ kömmlichen Ultraschallwandlern sind auf die Piezokeramik die einzelnen Elektroden aufgedampft, an denen unmittelbar die dem jeweiligen Wandlerelement zugeordnete Steuerleitungen kontaktiert sind. Die Kontaktierung erfolgt dabei in der Re­ gel durch Löten oder Leitkleben. Der Anschluss der Steu­ erleitungen wirft jedoch bei zunehmend feineren geometrischen Strukturen Probleme auf. Die Verwendung einer Leiterbahnfolie hat hier den entscheidenden Vorteil, dass die das geometri­ sche Muster der Wandlerelemente bestimmenden Leiterbahnen beispielsweise über die piezoelektrische Komponente hinaus in einen Kontaktbereich geführt werden. Im Kontaktbereich enden die schmalen Leiterbahnen bevorzugt in ausreichend großen Kontaktflächen zum Kontaktieren der einzelnen Steuerleitun­ gen.

Für eine einfache Herstellung des Ultraschallwandlers ist auf der Rückseite der piezoelektrischen Komponente, wobei diese Rückseite der zweiten Komponente abgewandt ist, eine einzige Masseelektrode vorgesehen. Die geometrische Verteilung oder das geometrische Muster der Wandlerelemente wird also einzig und allein durch die zweite Komponente bestimmt. Dabei trägt die zweite Komponente vorzugsweise die einzelnen Kontaktelek­ troden für die einzelnen Wandlerelemente.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist die piezoelektrische Komponente gekrümmt ausgebildet. Aufgrund der zweiteiligen Ausgestaltung des Ultraschallwandlers ist dies herstellungs­ technisch ohne großen Aufwand zu verwirklichen, da in die ge­ krümmte piezoelektrische Komponente, insbesondere Piezokera­ mik, keine Einkerbungen eingebracht werden müssen. Vielmehr schmiegt sich insbesondere die elastische Leiterbahnfolie an die gekrümmte piezoelektrische Komponente an.

In einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist die piezoelek­ trische Komponente zwischen den einzelnen Wandlerelementen Einschnitte auf. Zwar wirft dies insbesondere bei sehr feinen geometrischen Strukturen und bei der Verwendung einer Piezo­ keramik herstellungstechnische Probleme auf, wie sie eingangs erwähnt wurden. Jedoch wird durch die Einschnitte eine ver­ besserte akustische Entkopplung zwischen den einzelnen Wand­ lerelementen erzielt. Dadurch wird die Qualität des Ultra­ schallwandlers verbessert. Auch wenn die herstellungstechni­ schen Probleme beim Erzeugen der geometrischen Struktur in der Piezokeramik bestehen bleiben, hat die Verwendung der zweiten Komponente dennoch den entscheidenden Vorteil der einfachen Kontaktierung der Steuerleitungen an den einzelnen Wandlerelementen. In diesem Fall der Einbringung von Unter­ brechungen oder Materialausnehmungen in die Piezokeramik ist die Verteilung der einzelnen Wandlerelemente auch durch die in die Piezokeramik eingebrachte Struktur neben dem durch die zweite Komponente bereitgestellten Muster mitbestimmt.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der auf ein Verfahren zur Her­ stellung eines Ultraschallwandlers mit einer Anzahl von Wand­ lerelementen bezogenen Aufgabe ist es vorgesehen, dass auf eine piezoelektrische Komponente eine zweite Komponente mit einer geometrischen Struktur aufgebracht wird, welche Struk­ tur im Wesentlichen die geometrische Verteilung der einzelnen Wandlerelemente bestimmt.

Dieses Verfahren ermöglicht ein besonders einfaches und ko­ stengünstiges Herstellen des Ultraschallwandlers.

Die im Hinblick auf den Ultraschallwandler erwähnten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen sind sinngemäß auch auf das Verfahren anwendbar. Weitere vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schemati­ schen Darstellungen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Ultraschallwandler längs der Leiterbahnen einer auf einer Piezokeramik aufgebrachten Leiterbahnfolie,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Leiterbahnen durch eine alternative Ausgestaltung eines Ultraschallwand­ lers,

Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zu den Leiterbahnen durch einen Ultraschallwandler

Fig. 4 eine Querschnitt senkrecht zu den Leiterbahnen durch eine alternative Ausbildung des Ultraschall­ wandlers,

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Leiterbahnfolie, und

Fig. 6 eine Aufsicht auf eine alternative Leiterbahnfolie.

Gleichwirkende Teile sind in den einzelnen Figuren mit den­ selben Bezugszeichen versehen.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Ultraschallwandler 2 ein Ge­ häuse 4 auf, welches durch eine punktierte Linie angedeutet ist. Im Gehäuse 4 des Ultraschallwandlers 2 ist eine piezo­ elektrische Komponente, insbesondere eine plattenförmige Pie­ zokeramik 6, eine Leiterbahnfolie 8 als zweite Komponente so­ wie ein Dämpfungskörper 10 angeordnet. Die Leiterbahnfolie 8 ist auf der Piezokeramik 6 aufgebracht.

Die beiden Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2 unter­ scheiden sich im Wesentlichen dahingehend, dass gemäß Fig. 1 die Piezokeramik 6 zwischen der Leiterbahnfolie 8 und dem Dämpfungskörper 10 angeordnet ist, und dass gemäß Fig. 2 die Leiterbahnfolie 8 zwischen der Piezokeramik 6 und dem Dämp­ fungskörper 10 angeordnet ist. Die Leiterbahnfolie 8 ist auf der Piezokeramik 6 beispielsweise durch Kleben oder durch me­ chanisches Anpressen aufgebracht. Das mechanische Anpressen erfolgt gemäß Fig. 2 dadurch, dass die Leiterbahnfolie 8 sand­ wichartig zwischen dem Dämpfungskörper 10 und der Piezokera­ mik 6 eingeklemmt wird.

Die Piezokeramik 6 ist insbesondere als quaderförmiger Körper einfacher Geometrie ausgebildet mit einer ersten Flachsei­ te 12, auf der die Leiterbahnfolie 8 angebracht ist. Der Flachseite 12 gegenüber weist die Piezokeramik 6 eine Rück­ seite 14 auf. An dieser ist auf der Piezokeramik 6 eine Mas­ seelektrode 16, beispielsweise durch Bedampfen, aufgebracht. Diese Masseelektrode 16 erstreckt sich über die gesamte Rück­ seite 14 der Piezokeramik 6. Über einen seitlich an der Pie­ zokeramik angeordneten Kontaktpunkt 18 ist eine Masselei­ tung 20 mit der Masseelektrode 16 kontaktiert.

Gemäß Fig. 1 weist die Piezokeramik auch auf ihrer ersten Flachseite 12 eine weitere Elektrode 21 auf. Derartige Piezo­ keramiken 6 mit beidseitig aufgedampften Elektroden 21, 16 sind standardmäßig erhältlich. Die unmittelbar auf die Piezo­ keramik 6 aufgedampfte weitere Elektrode 21 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Vielmehr ist es von Vorteil, anstatt der weiteren Elektrode 21 Kontaktelektroden 22 vorzusehen, die von den Leiterbahnen 24 der Leiterbahnfolie 8 gebildet sind. Die Leiterbahnen 24 legen eine geometrische Struktur oder ein geometrisches Muster der Leiterbahnfolie 8 fest (vgl. zur Ausbildung der Leiterbahnfolie 8 insbesondere Fig. 5 und Fig. 6). Eine derartige Ausbildung ohne weitere Elektrode 21 ist in Fig. 2 dargestellt, gemäß der die Leiterbahnfolie 8 unmittelbar ohne Zwischenfügen einer aufgedampften Elek­ trode 21 auf der Piezokeramik 6 angeordnet ist. Im Fall der Fig. 1 ist es erforderlich, dass die aufgedampfte weitere E­ lektrode 21 zwischen den einzelnen Leiterbahnen 24 des Leiterbahnmusters elektrisch unterbrochen ist, um einen flächi­ gen Kontakt über die gesamte Piezokeramik 6 zwischen den ein­ zelnen Leiterbahnen 24 zu vermeiden.

Zu jeder Leiterbahn 24 der Leiterbahnfolie 8 ist ein Kontakt­ punkt 18 vorgesehen, an den eine Steuerleitung 26 angeschlos­ sen ist. Über die Steuerleitung 26 wird der Ultraschallwand­ ler 2 mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt, so dass die Piezokeramik 6 zum Schwingen angeregt wird. Die Schwingungs­ frequenz der Piezokeramik 6 und damit die Prüffrequenz des Ultraschallwandlers 2 wird im Wesentlichen durch die Dicke D der Piezokeramik 6 bestimmt. Um Prüffrequenzen oberhalb von 10 MHz zu erreichen, ist es notwendig, dass die Dicke D etwa 0,1 mm und kleiner ist. Der vom Ultraschallwandler 2 erzeugte Schall wird in durch einen Pfeil dargestellte Signal- oder Abstrahlrichtung 28 abgestrahlt.

Der Ultraschallwandler 2 ist als Gruppenstrahler oder Grup­ penstrahlsensor ausgebildet und weist hierzu eine Anzahl von einzelnen Wandlerelementen 30 auf, die am besten in den Fig. 3 und 4 zu erkennen sind, wo sie schraffiert dargestellt sind. In Fig. 3 und Fig. 4 ist der Ultraschallwandler 2 nur teilweise ohne Gehäuse 4 und Dämpfungskörper 10 dargestellt.

Die geometrische Verteilung der einzelnen Wandlerelemente 30 ist gemäß Fig. 3 einzig durch die Leiterbahnen 24 der Leiter­ bahnfolie 8, also durch das Leiterbahnmuster, festgelegt. Da­ bei ist jedem Wandlerelement 30, beispielsweise dem Wandler­ element 30A, eine Leiterbahn 24, beispielsweise die Leiter­ bahn 24A, zugeordnet. Über die Leiterbahn 24A, welche als Kontaktelektrode 22 dient, kann das Wandlerelement 30A selek­ tiv und unabhängig von den anderen Wandlerelementen 30 ange­ steuert werden. Das Wandlerelement 30A ist durch das Zusam­ menwirken der Leiterbahn 24A mit der Piezokeramik 6 gebildet, da die Leiterbahn 24A die geometrische Abmessung des Wandler­ elements 30A bestimmt. Durch die geometrische Begrenzung der Leiterbahn 24A wird die Piezokeramik 6 selektiv, also nur in einem bestimmten Bereich angeregt und schwingt in diesem Be­ reich, welcher das schraffiert dargestellte Wandlerelement 30A bildet. Durch die selektive Anregung ist eine gewisse a­ kustische Entkopplung zu benachbarten Wandlerelementen 30 er­ zielt.

Um die akustische Entkopplung benachbarter Wandlerelemente 30 zu verbessern, ist gemäß Fig. 4 vorgesehen, in die Piezokera­ mik 6 Einschnitte 32 einzubringen. Im Querschnitt gesehen ist die Piezokeramik 6 also zinnenartig ausgebildet, wobei auf den Zinnen 34 die einzelnen als Kontaktelektroden 22 ausge­ bildeten Leiterbahnen 24 angebracht sind. Durch die bessere akustische Entkopplung benachbarter Wandlerelemente 30 ist der Ultraschallwandler gemäß Fig. 4 qualitativ höherwertiger als der gemäß Fig. 3. Dies ist insbesondere aufgrund der Pro­ blematik beim Einbringen der Einschnitte 32 in die Piezokera­ mik 6 allerdings mit einem sehr hohen Mehraufwand verbunden. Der Ultraschallwandler 2 gemäß Fig. 4 ist daher in seiner Her­ stellung deutlich kostenintensiver als der gemäß Fig. 3. Letz­ terer bietet sich also insbesondere für Einsatzzwecke an, in denen die Qualität eine untergeordnete Rolle spielt, dafür der Preis des Ultraschallwandlers maßgeblich ist.

Im Vergleich zu der herkömmlichen Ausbildung, bei der in eine Piezokeramik 6, die auf zwei Seiten bereits mittels Bedampfen aufgebrachte durchgehende Elektroden aufweist, zur Ausbildung der Wandlerelemente 30 Einschnitte 32 vorgenommen werden, weist die Ausführung gemäß Fig. 4 einen entscheidenden Vorteil auf. Nämlich ist über die Leiterbahnen 24 eine sehr einfache Kontaktierung der Steuerleitungen 26 ermöglicht. Bei den her­ kömmlichen Ultraschallwandlern ist demgegenüber die Kontak­ tierung der Steuerleitungen 26 unmittelbar an der aufgedampf­ ten Elektrode, nicht zuletzt aufgrund der feinen geometri­ schen Strukturen, sehr schwer. Um die durch die hohen Prüf­ frequenzen erreichbare Ortsauflösung voll ausschöpfen zu kön­ nen, weisen die einzelnen Wandlerelemente 30 vorzugsweise eine Breite B auf, die im Falle der Prüffrequenzen oberhalb von 10 MHz bei 0,3 mm und darunter liegen.

Gemäß Fig. 5 wird das Leiterbahnmuster der Leiterbahnfolie 8 durch parallel zueinander verlaufende Leiterbahnen 24 gebil­ det. Endseitig ist an jeder Leiterbahn 24 ein Kontaktpunkt 18 zum Anschluss einer Steuerleitung 26 vorgesehen. Die Leiter­ bahnen 24 stellen die für die Bestimmung der Wandlerelemente 30 wesentliche geometrische Struktur der Leiterbahnfolie 8 dar. Sie sind zugleich bevorzugt über ihre ganze Länge als Anschlusselektroden 21 ausgebildet und definieren damit im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 langgestreckte Wandlerelemen­ te 30.

Ein derartiger Ultraschallwandler 2 mit den parallel zueinan­ der über die gesamte Länge der Piezokeramik 6 verlaufenden Leiterbahnen 24 bildet ein sogenanntes lineares Ultraschall­ wandler-Array. Bei einem solchen Array ist es möglich, durch phasenverzögerte Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente 30 Ultraschallsignale in unterschiedliche Signal- oder Abschalt­ richtungen 28 abzugeben. Werden die Phasenbeziehungen verän­ dert, so kann die Signalrichtung des abgegebenen Ultraschall­ signals (und gleichermaßen eines empfangenen Reflexionssig­ nals) variiert werden. Bei einem linearen Array, wie es durch die Ausbildung gemäß Fig. 5 verwirklicht ist, lässt sich die Signalrichtung um eine Schwenkachse in einer Ebene schwenken.

Eine im Vergleich zur Leiterbahnfolie 8 der Fig. 5 komplexere Leiterbahngeometrie weist die Leiterbahnfolie 8 gemäß Fig. 6 auf. Bei dieser Ausführung ist das die geometrische Struktur der Wandlerelemente 30 bestimmende Leiterbahnmuster durch Leiterbahnteilstücke in Form von Leiterbahnpads 36 gebildet. Diese sind auf der Leiterbahnfolie 8 matrixförmig ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 bilden sie eine 3 × 3 Matrix. Jedes der Leiterbahnpads 36 ist über eine Verbindungslei­ tung 38 der jeweiligen Leiterbahn 24 mit einem Kontakt­ punkt 18 verbunden. Sämtliche Kontaktpunkte 18 der einzelnen Leiterpads 36 sind in einem Kontaktbereich 40 der Leiterbahn­ folie 8 angeordnet.

Die Leiterbahnpads 36 bilden die Elektroden 22 und stehen in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit der Piezokeramik 6 (vgl. hierzu Fig. 2). Um eine selektive, auf die Geometrie der Leiterbahnpads 36 begrenzte Anregung der Piezokeramik 6 zu gewährleisten, sind die Verbindungsleitungen 38 zur Piezoke­ ramik 6 hin isoliert. Gleiches gilt für die Kontaktpunkte 18.

Mit einem derartigen matrixförmigen Ultraschallwandler-Array ist durch eine geeignete phasenverzögerte Ansteuerung der einzelnen durch die Leiterbahnpads 36 bestimmten Wandlerele­ mente 30 ein Schwenk der Signal- oder Abstrahlrichtung 28 in beliebiger Raumrichtung ermöglicht.

Claims (14)

1. Ultraschallwandler (2) mit einer Anzahl von Wandlerele­ menten (30), der eine piezoelektrische Komponente (6) zur Er­ zeugung des Ultraschalls aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass auf der piezoelektrischen Komponente (6) eine zweite Komponente (8) mit einer geometri­ schen Struktur (24, 36) aufgebracht ist, und dass die geomet­ rische Struktur (24, 36) im Wesentlichen die Verteilung der einzelnen Wandlerelemente (30) bestimmt.

2. Ultraschallwandler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei­ te Komponente (8) ein separates Bauteil ist.

3. Ultraschallwandler (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pie­ zoelektrische Komponente (6) eine einfache geometrische Form ohne spezielle Strukturierung aufweist.

4. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente als Leiterbahnfolie (8) ausgebil­ det ist, deren Leiterbahnmuster als geometrische Struktur (24, 36) die geometrische Verteilung der Wandlerelemente (30) bestimmt.

5. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (8) Kontaktelektroden (22) für die piezoelektrische Komponente (6) aufweist.

6. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (8) auf die piezoelektrische Kom­ ponente(6) aufgeklebt oder durch mechanische Anpressung mit der piezoelektrischen Komponente (6) verbunden ist.

7. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern der einzelnen Wandlerelemente (30) Steuer­ leitungen (26) vorgesehen sind, die an der zweiten Komponente (8) kontaktiert sind.

8. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der zweiten Komponente (8) abgewandten Rückseite (14) der piezoelektrischen Komponente (6) eine einzige Masse­ elektrode (16) vorgesehen ist.

9. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Komponente (6) gekrümmt ausgebildet ist.

10. Ultraschallwandler (2) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Komponente (6) zwischen den einzel­ nen Wandlerelementen (30) Einschnitte (32) aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers (2) mit einer Anzahl von Wandlerelementen (30), dadurch gekennzeichnet, dass auf eine piezoelektrische Komponente (6) eine zweite Komponente (8) mit einer geometri­ schen Struktur (24) aufgebracht wird, und dass die geometri­ sche Struktur (24, 26) im Wesentlichen die geometrische Ver­ teilung der einzelnen Wandlerelemente (30) bestimmt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­ den Komponenten (6, 8) fertigungstechnisch unabhängig vonein­ ander hergestellt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als zwei­ te Komponente eine Leiterbahnfolie (8) auf die piezoelektri­ sche Komponente (6) aufgebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum An­ steuern der einzelnen Wandlerelemente (30) vorgesehene Steu­ erleitungen (26) an der zweiten Komponente (8) kontaktiert werden.