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Die
Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit mindestens einem
monolithischen, stapelförmigen
Piezoelement, das in Stapelrichtung eine Elektrodenschicht, mindestens
eine weitere Elektrodenschicht und mindestens eine zwischen den
Elektrodenschichten angeordnete Piezokeramikschicht aufweist, wobei
sich die Elektrodenschicht bis an einen seitlichen Oberflächenabschnitt
des Piezoelements erstreckt und eine Außenelektrode derart am Oberflächenabschnitt
des Piezoelements angeordnet ist, dass die Außenelektrode am Oberflächenabschnitt
selektiv mit der Elektrodenschicht elektrisch leitend verbunden
und am Oberflächenabschnitt
selektiv von der weiteren Elektrodenschicht elektrisch isoliert
ist. Neben dem Ultraschallwandler mit dem monolithischen Piezoelement
werden ein Verfahren zum Herstellen des Ultraschallwandlers sowie
eine Verwendung des Ultraschallwandlers angegeben.
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Ein
Ultraschallwandler der genannten Art ist beispielsweise aus R. L.
Goldberg et al., IEEE Ultrasonic Symposium, 1993, S. 1103 bis 1106
bekannt. Der Ultraschallwandler ist ein sogenannter 2D-Ultraschallwander.
Bei dem bekannten 2D-Ultraschallwandler sind 3 × 43 einzelne Piezoelemente
zu einer Piezoelement-Matrix angeordnet. Die Piezoelemente dienen
dem Umwandeln von Schallwellen in ein elektrisches Signal. Jedes
der Piezoelemente weist eine Vielschicht-Kondensatorstruktur mit
einem Stapel aus übereinander
angeordneten, elektrisch parallel geschalteten Kondensatorelementen
auf. Jedes der Kondensatorelemente verfügt über eine piezoelektrische Schicht.
An einander abgekehrten Hauptflächen
der piezoelektrischen Schicht sind Elektrodenschichten angeordnet.
Im Stapel benachbarte Kondensatorelemente weisen jeweils eine gemeinsame Elektrodenschicht
auf. Ein piezoelektrisches Material der piezoelektrischen Schichten
ist Bleizirkonattitanat (PZT). Eine Stapelhöhe des Stapels beträgt beispielsweise
660 μm.
Eine Grundfläche
des Stapels beträgt
370 μm × 3.500 μm.
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Aus
der
US 5 329 496 A ist
ein Ultraschallwandler mit Piezoelementen in monolithischer Vielschichtbauweise
bekannt. Zum Herstellen der Piezoelemente werden beispielsweise
keramische Grünfolien
mit PZT, die in einem Siebdruckverfahren mit einer Silber-Palladium-Paste
bedruckt sind, übereinander
gestapelt, entbindert und gemeinsam gesintert. Es entsteht ein Stapel,
bei dem Elektrodenschichten (Innenelektroden) aus Silber-Palladium und piezoelektrische
Schichten aus PZT abwechselnd übereinander
zu einem monolithischen Stapel angeordnet sind. Eine Stapelhöhe beträgt dabei
500 μm bis
1000 μm.
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Aus
der
US 6 175 182 B1 ist
ein piezokeramischer Aktuator bekannt, der ein stapelförmig angeordnetes
Piezoelement, das in Stapelrichtung eine Elektrodenschicht und mindestens
eine weitere Elektrodenschicht und eine zwischen den Elektrodenschichten
angeordnete Piezokeramikschicht aufweist.
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Zur
elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschichten sind in Stapelrichtung
benachbarte Elektrodenschichten abwechselnd an zwei elektrisch voneinander
isolierte, seitliche Oberflächenabschnitte
des Stapels geführt,
an denen jeweils eine Außenmetallisierung
angebracht ist. Jede der Elektrodenschichten eines Kondensatorelements
erstreckt sich dabei nicht über
die gesamte Hauptfläche
der jeweiligen piezoelektrischen Schicht. Die Bereiche mit den beiden
Außenmetallisierungen
werden als Kontaktzonen des Piezoelements bezeichnet. Im Bereich dieser
Kontaktzonen sind die piezoelektrische Schicht und damit das Piezoelement
piezoelektrisch inaktiv. Durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten
wird in die piezoelektrische Schicht ein elektrisches Feld eingekoppelt,
das zur Auslenkung der piezoelektrischen Schicht führt. In
einen piezoelektrisch inaktiven Bereich der piezoelektrischen Schicht
wird dabei ein elektrisches Feld eingekoppelt, das sich deutlich
von dem elektrischen Feld unterscheidet, das in einen piezoelektrisch
aktiven Bereich der piezoelektrischen Schicht eingekoppelt wird.
Der piezoelektrisch aktive Bereich der piezoelektrischen Schicht
befindet sich direkt zwischen den benachbarten Elektrodenschichten.
Bei der elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten, also beim
Polarisieren und/oder im Betrieb des Piezoelements, kommt es aufgrund
der unterschiedlichen elektrischen Felder zu unterschiedlichen Auslenkungen
der piezoelektrischen Schicht im piezoelektrisch aktiven Bereich
und im piezoelektrisch inaktiven Bereich.
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Die
bekannten Ultraschallwandler werden in der medizinischen Diagnostik
eingesetzt. Dabei fungiert der Ultraschallwandler als Antenne, die
kurze Schallimpulse aussendet beziehungsweise empfängt. Eine
Dicke (Stapelhöhe)
der Piezoelemente bestimmt eine Arbeitsfrequenz der Antenne. Im
Fall der Piezoelemente in monolithischer Vielschichtbauweise beträgt die Arbeitsfrequenz
zwischen 1 MHz und 10 MHz. Eine laterale Abmessung der Piezoelemente
(Länge
und eine Breite) stellen ein Maß für eine laterale
Auflösung
der Antenne dar. Je kleiner eine Stapellänge und je kleiner eine Stapelbreite
der Piezoelemente sind, desto mehr Piezoelemente können pro
Flächeneinheit
in einem entsprechenden Sensor-Kopf platziert werden und desto höher ist
daher die Auflösung.
Eine hohe Auflösung
ist für
eine Erstellung von dreidimensionalen Abbildungen notwendig.
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Eine
kleine Dimensionierung der Piezoelemente bei gleichzeitig hoher
Effizienz ist mit einem Ultraschallwandler mit vollaktiven Piezoelementen möglich. Aus
der
WO 2005/075
113 A1 , ist ein derartiger Ultraschallwandler bekannt.
Eine laterale Stapel-Abmessung der Piezoelemente beträgt beispielsweise
250 μm.
Die Stapelhöhe
beläuft
sich beispielsweise auf 500 μm.
Im Piezoelement-Stapel bedecken die Elektrodenschichten die benachbarte
Piezokeramikschicht vollflächig.
Dadurch resultiert ein hohes piezoelektrisch aktives Volumen des
Piezoelements.
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Problematisch
bei diesem Ultraschallwandler ist allerdings die Notwendigkeit,
die Elektrodenschichten einzeln zu kontaktieren. Dies gelingt hier durch
elektrophoretische Abscheidung von Isolationsmaterial an einem Oberflächenabschnitt
des Piezoelements, an dem die Elektrodenschicht, die bei der Abscheidung
angesteuert wird, elektrisch isoliert werden soll. Dieses Verfahren
ist Zeit aufwändig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie eine einfache
Einzelkontaktierung der Elektrodenschichten eines Piezoelements
eines Ultraschallwandlers realisiert werden kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Ultraschallwandler mit mindestens einem monolithischen,
stapelförmigen
Piezoelement angegeben, das in Stapelrichtung eine Elektrodenschicht,
mindestens eine weitere Elektrodenschicht und mindestens eine zwischen
den Elektrodenschichten angeordnete Piezokeramikschicht aufweist,
wobei sich die Elektrodenschicht bis an einen seitlichen Oberflächenabschnitt des
Piezoelements erstreckt, eine Außenelektrode derart am Oberflächenabschnitt
des Piezoelements angeordnet ist, dass die Außenelektrode am Oberflächenabschnitt
selektiv mit der Elektrodenschicht elektrisch leitend verbunden
und am Oberflächenabschnitt
selektiv von der weiteren Elektrodenschicht elektrisch isoliert
ist. Der Ultraschallwandler ist dadurch gekennzeichnet, dass zur
selektiven elektrischen Kontaktierung der Außenelektrode und der Elektrodenschicht
miteinander und zur selektiven elektrischen Isolierung der Außenelektrode
und der weiteren Elektrodenschicht voneinander am Oberflächenabschnitt
eine auflaminierte und strukturierte elektrische Isolationsfolie
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist auch die weitere Elektrodenschicht entsprechend elektrisch kontaktiert
bzw. isoliert. Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung erstreckt sich die weitere Elektrodenschicht
bis an einen weiteren seitlichen Oberflächenabschnitt des Piezoelements.
Dabei ist eine von der Außenelektrode elektrisch
isolierte weitere Außenelektrode
derart am weiteren Oberflächenabschnitt
des Piezoelements angeordnet, dass die weitere Außenelektrode
am weiteren Oberflächenabschnitt
selektiv mit der weiteren Elektrodenschicht elektrisch leitend verbunden und
am weiteren Oberflächenabschnitt
selektiv von der Elektrodenschicht elektrisch isoliert ist. Zur
selektiven elektrischen Kontaktierung der weiteren Außenelektrode
und der weiteren Elektrodenschicht miteinander und zur selektiven
elektrischen Isolierung der weiteren Außenelektrode und der Elektrodenschicht voneinander
ist am weiteren Oberflächenabschnitt eine
auflaminierte und strukturierte weitere elektrische Isolationsfolie
angeordnet. Die verwendeten Isolationsfolien weisen beispielsweise
eine Schichtstärke
von 10 μm
bis 20 μm
auf. Höhere
Schichtstärken
bis 40 μm
sind ebenfalls denkbar.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen des Ultraschallwandlers
mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen eines
keramischen Grün-Riegels
mit abwechselnd übereinander
angeordneten piezokeramischen Grünfolien
und dazwischen angeordneten Metall-Schichten, b) Temperaturbehandeln
des Grün-Riegels,
wobei ein Keramik-Riegel
mit einer sich bis an einen Riegel-Oberflächenabschnitt erstreckenden
Riegel-Elektrodenschicht, mindestens einer weiteren sich bis an
einen weiteren Riegel-Oberflächenabschnitt
erstreckenden weiteren Riegel-Elektrodenschicht und einer zwischen
den Riegel-Elektrodenschichten angeordneten Riegel-Piezokeramikschicht
entsteht, c) Kontaktieren der Riegel-Elektrodenschicht durch Aufbringen
einer Riegel-Metallisierung am Riegel-Oberflächenabschnitt des Keramik-Riegels,
und d) Zerteilen des Keramik-Riegels in eine Mehrzahl von Piezoelementen.
Der Keramik-Riegel und der Keramik-Riegel sind quaderförmig. Sie
liegen als Quader vor.
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In
gleicher Weise wird bezüglich
der Kontaktierung der weiteren Riegel-Elektrodenschicht vorgegangen.
Vor dem Zerteilen des Keramik-Riegels wird folgender weitere Verfahrensschritt
durchgeführt:
e) Weiteres Kontaktieren der weiteren Riegel-Elektrodenschicht durch weiteres Aufbringen
einer weiteren Riegel-Metallisierung am weiteren Riegel-Oberflächenabschnitt
des Keramik-Riegels.
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Das
Aufbringen der Metallisierungen erfolgt beispielsweise durch Sputtern.
Die resultierenden Metallisierungsbahnen weisen beispielsweise eine Bahn-Stärke von
2 μm bis
5 μm auf.
Ein Sprühverfahren,
bei dem beispielsweise ein bei niedriger Temperatur sinterndes Metall
aufgebracht wird, ist ebenfalls denkbar. Ein derartiges Metall ist
beispielsweise Silber mit Nano-Partikeln. Dabei werden beispielsweise Bahnstärken der
Metallisierungsbahnen von 5 μm
bis 10 μm
erhalten.
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Die
resultierenden Keramik-Riegel können
in einzelne Piezoelemente zerteilt werden. Diese einzelnen Piezoelemente
werden anschließend
auf einem Träger
platziert und befestigt, beispielsweise durch Verkleben. Aufgrund
der geringen Abmessungen der Piezoelemente (unter 1 mm) ist es aber
vorteilhaft, zunächst
die Keramik-Riegel auf einem Träger,
beispielsweise auf einem Träger
eines Ultraschall-Sensorkopfs, zu platzieren und erst danach zu zerteilen.
Der Keramik-Riegel
kann im Vergleich zu den vereinzelten Piezoelementen wesentlich
einfacher ausgerichtet werden. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung
wird daher nach dem Kontaktieren und dem weiteren Kontaktieren und
vor dem Zerteilen ein Aufbringen des Keramik-Riegels auf einen Träger durchgeführt. Auch
hier bietet sich insbesondere ein Befestigen durch Kleben an.
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Zum
Zerteilen des Keramik-Riegels wird vorzugsweise gesägt. Durch
den Sägeverschnitt
entstehen Gräben.
Die Graben-Breite der Gräben
lässt sich durch
Variation des Sägespalts
einstellen. Damit ist es möglich,
eine gewünschte örtliche
Auflösung
des Ultraschallwandlers zu erzielen.
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Im
Hinblick auf die Kontaktierung werden gemäß einer besonderen Ausgestaltung
vor dem Aufbringen der Riegel-Metallisierung ein Erzeugen einer strukturierten
und auflaminierten Riegel-Isolationsfolie am Riegel-Oberflächenabschnitt
durchgeführt und/oder
vor dem weiteren Aufbringen der weiteren Riegel-Metallisierung ein
weiteres Erzeugen einer strukturierten und auflaminierten weiteren
Riegel-Isolationsfolie am weiteren Riegel-Oberflächenabschnitt durchgeführt. Insbesondere
werden zum Erzeugen der Riegel-Isolationsfolie am Riegel-Oberflächenabschnitt
und/oder zum Erzeugen der weiteren Riegel-Isolationsfolie am weiteren
Riegel-Oberflächenabschnitt
ein Auflaminieren einer im Wesentlichen unversehrten Riegel-Isolationsfolie
durchgeführt
und nach dem Auflaminieren in der Riegel-Isolationsfolie mindestens
eine Kontaktierungsöffnung
erzeugt. Zum Erzeugen der Kontaktierungsöffnung wird insbesondere ein
Laserablations-Verfahren durchgeführt wird. Alternative Verfahren,
beispielsweise ein Photolithographie-Verfahren, sind ebenfalls denkbar.
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Die
beschriebene Einzelkontaktierung eignet sich insbesondere für vollaktive
Piezoelemente. In einer besonderen Ausgestaltung begrenzen die Elektrodenschicht
und die weitere Elektrodenschicht die Piezokeramikschicht im Wesentlichen
vollflächig. Dies
führt zu
einem maximal möglichen
piezoelektrisch aktiven Volumen der Piezokeramikschicht.
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Insbesondere
weist das Piezoelement eine aus dem Bereich von 100 μm bis 500 μm ausgewählte laterale
Stapel-Abmessung auf. Die laterale Abmessung ist eine Länge oder
Breite des Piezoelements.
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Das
Piezoelement weist vorzugsweise eine Mehrzahl Elektrodenschichten,
eine Mehrzahl von weiteren Elektrodenschichten und eine Mehrzahl
von Piezokeramikschichten auf. Das Piezoelement liegt in Mehrschichtbauweise
vor. Die einzelnen Piezoelemente weisen dabei insbesondere eine
aus dem Bereich von 200 μm
bis 1000 μm
und vorzugsweise aus dem Bereich von 500 μm bis 1000 μm ausgewählte Stapel-Höhe auf.
Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn das Piezoelement in Mehrschichtbauweise eine
ungerade Anzahl an Innenelektroden (Elektrodenschichten und weitere
Elektrodenschichten) hat. Die Anzahl der Innenelektroden beträgt beispielsweise
fünf oder
sieben. In diesem Fall werden die oberste und die unterste Elektrodenschicht
(äußerste Elektrodenschichten)
mit dem gleichen elektrischen Potential angesteuert. Somit werden
aufwändige
Isolierungen zwischen einer obersten Lage als Anpassungs-Schicht
zur Ultraschall-Aussendung und dem Träger (Basisplatte) vermieden,
auf dem die Piezoelemente aufgeklebt sind.
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Im
Hinblick auf eine gute Auflösung,
die mit dem Ultraschallwandler erzielt werden soll, sind folgende
Merkmale besonders vorteilhaft: Eine Vielzahl von Piezoelementen
ist auf einem Träger
nebeneinander und durch Gräben
voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Piezoelementen
verlaufen Gräben.
Die Gräben
weisen insbesondere eine aus dem Bereich von 20 μm bis 60 μm ausgewählte Graben-Breite auf. Beispielsweise
beträgt
die Grabenbreite 40 μm.
Vorteilhaft weisen die Gräben
elektrisches Isolationsmaterial auf. Dadurch wird eine elektrische
Isolierung benachbarter Piezoelemente verbessert.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung ist Vielzahl der Piezoelemente als zweidimensionale Matrix
auf dem Träger
angeordnet. Mit dem beschriebenen Herstellverfahren ist eine derartige
Matrix besonders einfach herzustellen.
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Der
Ultraschallwandler wird insbesondere zur Aufnahme eines Ultraschallbildes
eingesetzt. Vorzugsweise wird Ultraschallwandler in der medizinischen
Diagnostik oder in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (Ultraschallprüfung) verwendet.
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Zusammenfassend
sind folgende Vorteile der Erfindung hervorzuheben:
- – Durch
die Erfindung sind vollaktive Piezoelemente für einen Ultraschallwandler
zugänglich. Vollaktive
Piezoelemente zeigen ein im Vergleich zu einem Piezoelement mit
piezoelektrisch aktiven und piezoelektrisch inaktiven Bereichen
verbessertes Frequenzverhalten.
- – Aufgrund
der vollflächig
auf eine Piezokeramikschicht aufgebrachten Elektrodenschichten resultiert
eine hohe Schichthomogenität.
- – Durch
die elektrische Kontaktierung auf der Stufe eines Keramik-Riegels
ist eine Nutzen-Verarbeitung möglich.
Die Kontaktierung ist nicht nur kostengünstig. Die Kontaktierung erfolg
insbesondere mit hoher Genauigkeit.
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Anhand
eines Ausführungsbeispiels
und der dazugehörigen
Figuren wird die Erfindung näher
erläutert.
Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen
Abbildungen dar.
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1A zeigt
ein Piezoelement des Ultraschallwandlers in einem seitlichen Querschnitt.
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1B zeigt
einen Ausschnitt des Piezoelements in einem seitlichen Querschnitt.
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2 zeigt
einen Ausschnitt eines Piezoelement-Arrays eines Ultraschallwandlers in
Aufsicht.
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3 zeigt
ein Verfahren zum Herstellen des Piezoelements.
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Der
Ultraschallwandler 1 ist eine 2D-Ultraschallantenne. Diese
2D-Ultraschallantenne besteht aus 64 × 64 einzelnen Piezoelementen 2.
Die Piezoelemente sind zu einer 64 × 64 Elemente enthaltenden
Piezoelement-Matrix 110 zusammengefasst (2).
Die Vielzahl der Piezoelemente ist auf einem gemeinsamen Träger 2 angeordnet.
Der Träger
dient unter anderem der elektrischen Ansteuerung der Piezoelemente.
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Jedes
der Piezoelemente ist ein monolithisches Piezoelement in Vielschichtbauweise,
das in Stapelrichtung 11 mindestens eine Elektrodenschicht 12,
mindestens eine weitere Elektrodenschicht 13 und mindestens
eine zwischen den Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische
Schicht in Form einer Piezokeramikschicht 14 aufweist.
In einer ersten Ausführungsform
sind fünf
Piezokeramikschichten und sechs Elektrodenschichten bzw. weitere
Elektrodenschichten übereinander
gestapelt (vgl. 3). In einer weiteren Ausführungsform
sind vier Piezokeramikschichten und fünf Innenelektrodenschichten übereinander
gestapelt (vgl. 1A). Den Abschluss des Stapels
bilden zwei piezoelektrisch inaktive Deckschichten 21 aus
einer Keramik.
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Die
Piezokeramikschichten sind aus einem Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Die
Elektrodenschichten sind aus einer Silber-Palladium-Legierung. Eine Grundfläche der
Piezokeramikschichten und eine Grundfläche der Elektrodenschichten
sind quadratisch und im Wesentlichen gleich. Dies bedeutet, dass
die Elektrodenschicht und die weitere Elektrodenschicht die dazwischen
angeordnete Piezokeramikschicht vollflächig begrenzen. Die Piezoelemente sind
vollaktiv.
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Eine
Kantenlänge
der Grundfläche
jedes der Piezoelemente und damit deren laterale Abmessung 101 beträgt etwa
100 μm.
Die Grundfläche
des Piezoelements beträgt
100 μm × 100 μm. Die Stapelhöhe 102 entlang
der Stapelrichtung 11 der Piezoelemente beträgt etwa
500 μm.
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Die
Elektrodenschicht 12 eines Piezoelements erstreckt sich
bis an den seitlichen Oberflächenabschnitt 15 des
Piezoelements. Die weitere Elektrodenschicht 13 ist ebenfalls
bis an diesen Oberflächenabschnitt
geführt.
An diesem Oberflächenabschnitt
ist die Elektrodenschicht mit der aufgebrachten Außenelektrode 17 elektrisch
kontaktiert. Die Außenelektrode
wird von einer am Oberflächenabschnitt
aufgebrachten Metallisierungsbahn gebildet.
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Die
Außenelektrode
ist an dem Oberflächenabschnitt
von der weiteren Elektrodenschicht 13 elektrisch isoliert.
Dazu ist am Oberflächenabschnitt eine
auflaminierte und strukturierte Isolationsfolie 19 angeordnet.
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Die
weitere Elektrodenschicht 13 eines Piezoelements erstreckt
sich bis an den weiteren seitlichen Oberflächenabschnitt 16 des
Piezoelements. Die Elektrodenschicht 12 ist ebenfalls bis
an diesen weiteren Oberflächenabschnitt
geführt.
An diesem weiteren Oberflächenabschnitt
ist die weitere Elektrodenschicht mit der aufgebrachten weiteren
Außenelektrode 18 elektrisch
kontaktiert. Die weitere Außenelektrode
wird von einer am weiteren Oberflächenabschnitt aufgebrachten
weiteren Metallisierungsbahn gebildet.
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Das
Herstellverfahren ist in 3 angedeutet. Der rechte Teil
der 3 stellt einen jeweiligen Schnitt entlang der
Verbindungslinie A-A dar. Zum Herstellen des Ultraschallwandlers
wird wie folgt vorgegangen: Ein keramischer Grünblock mit übereinander gestapelten und
laminierten Grünfolien
und dazwischen angeordneten Metallschichten wird in Grünriegel
zersägt.
Diese Grünriegel
werden entbindert und gesintert. Es entstehen entsprechende Keramik-Riegel 22.
Diese Keramik-Riegel
weisen jeweils mindestens eine sich bis an einen seitlichen Riegel-Oberflächenabschnitt 26 erstreckende
Riegel-Elektrodenschicht 23,
mindestens eine sich bis an den seitlichen Riegel-Oberflächenabschnitt
erstreckende weitere Riegel-Elektrodenschicht 24 und eine
zwischen den Riegel-Elektrodenschichten angeordnete Riegel-Piezokeramikschicht 25 auf.
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Die
Riegel-Elektrodenschichten werden elektrisch kontaktiert. Dazu wird
am Riegel-Oberflächenabschnitt
eine elektrische Isolationsfolie 27 auflaminiert und zur
Riegel-Elektrodenschicht hin geöffnet.
In der auflaminierten Isolationsfolie wird ein Kontaktierungsfenster 28 geöffnet. Das Öffnen erfolgt durch
Laserablation. Dazu wird der Keramik-Riegel vor dem Auflaminieren
der Isolationsfolie optisch vermessen. An der Stelle, an der die
Elektrodenschicht kontaktiert werden soll, wird das Kontaktierungsfenster
geöffnet.
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Nachfolgend
wird elektrisch leitendes Material abgeschieden, so dass das Kontaktierungsfenster mit
dem elektrisch leitenden Material befüllt wird. Es entsteht die Außenelektrode
mit der Kontaktierung zur Elektrodenschicht. Das Abscheiden des
elektrisch leitenden Materials erfolgt aus der Gasphase mittels
Sputtern. Alternativ dazu erfolgt das Sprühverfahren durchgeführt, bei
dem Nanopartikel aus Silber aufgetragen werden.
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In
gleicher Weise wird hinsichtlich der Kontaktierung der weiteren
Riegel-Elektrodenschicht am weiteren Riegel-Oberflächenabschnitt 30 vorgegangen.
Es wird eine weitere Metallisierungsbahn 31 zur Kontaktierung
der weiteren Riegel-Elektrodenschichten
aufgebracht.
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Die
resultierenden Keramik-Riegel werden im einem Abstand von ca. 40 μm parallel
zu einander auf dem Träger 2 aufgeklebt.
Nachfolgend werden die Keramik-Riegel quer zu deren paralleler Ausrichtung
zersägt.
In 3 ist dieses Zerteilen mit den Bezugszeichen 32 angedeutet.
Das Zersägen
erfolgt derart, dass Säge-Spalte
mit einer Spaltbreite von ca. 40 μm
entstehen. Es resultieren einzelne Piezoelemente, die auf dem gemeinsamen
Träger
nebeneinander angeordnet und durch Gräben mit einer Graben-Breite
von ca. 40 μm
voneinander getrennt sind. In einer ersten Ausführungsform sind die Gräben mit einem
Kunststoff befüllt.
In einer weiteren Ausführungsform
sind die Gräben
mit einer Keramik befüllt.
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Mit
dem beschriebenen Ultraschallwandler kann eine aktive Bauteilfläche (Fläche des
Piezoelement-Arrays auf dem Träger)
auf über
72% abgeschätzt
werden (mit 2 × Isolationsschichten
mit jeweils etwa 15 μm,
2 × Metallisierungsbahnen
mit jeweils etwa 5 μm
Bahndicke und einer Graben-Breite von 40 μm).
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Das
Ergebnis ist ein Ultraschallwandler mit dem Piezoelement-Array. Verwendung
findet das Piezoelement-Array in der Medizintechnik. Es kommt in einem
Sensorkopf eines Ultraschallwandler-Geräts zum Einsatz.
