DE102010063050A1 - Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducer for vehicle, involves introducing solid materials having electrical insulating properties in gap between electrodes, when polarization voltage is applied in gap between electrodes - Google Patents
Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducer for vehicle, involves introducing solid materials having electrical insulating properties in gap between electrodes, when polarization voltage is applied in gap between electrodes Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010063050A1 DE102010063050A1 DE102010063050A DE102010063050A DE102010063050A1 DE 102010063050 A1 DE102010063050 A1 DE 102010063050A1 DE 102010063050 A DE102010063050 A DE 102010063050A DE 102010063050 A DE102010063050 A DE 102010063050A DE 102010063050 A1 DE102010063050 A1 DE 102010063050A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gap
- electrodes
- piezoelectric layer
- solid
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 239000011343 solid material Substances 0.000 title abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 81
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 44
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 19
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 17
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 12
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 10
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 2
- 238000013017 mechanical damping Methods 0.000 claims description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 70
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 1
- 229920002323 Silicone foam Polymers 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000013514 silicone foam Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/521—Constructional features
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
- H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Auf dem Gebiet der Erfindung, die das das Herstellen von piezoelektrischen akustischen Wandlern betrifft, sind Verfahren bekannt, bei denen eine unpolarisierte piezoelektrische Keramik durch Anlegen eines elektrischen Feldes polarisiert wird. Es werden Elektroden, die auch im üblichen Betrieb (d. h. nach der Herstellung) zur Anregung verwendet werden, während der Herstellung mit einer Polarisierungsspannung beaufschlagt. Hierdurch wird das Kristallgitter orientiert durch eine Polarisationsremanenz, die im späteren Betrieb die materialphysikalische Grundlage der Anregung bildet.In the field of the invention, which relates to the production of piezoelectric acoustic transducers, methods are known in which an unpolarized piezoelectric ceramic is polarized by applying an electric field. Electrodes which are also used for excitation during normal operation (that is to say after production) are subjected to a polarizing voltage during production. As a result, the crystal lattice is oriented by a polarization remanence, which forms the material-physical basis of the excitation in later operation.
Es ist ferner bekannt, piezoelektrischen akustische Wandler für Pulsechodetektionsverfahren zu verwenden, um Objekte im Umfeld eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu erfassen. Im Rahmen des Pulsechodetektionsverfahrens wird der Wandler angeregt, um akustische Impulse zu erzeugen. Die Reichweite des Verfahrens hängt ab von der Stärke des abzustrahlenden Impulses, die wiederum von der Höhe der Anregungsspannung und der Spannungsempfindlichkeit des Wandlers abhängt.It is also known to use piezoelectric acoustic transducers for Pulsechodetektionsverfahren to detect objects in the environment of a vehicle, in particular a motor vehicle. As part of the Pulsechodetektionsverfahrens the transducer is excited to produce acoustic pulses. The range of the method depends on the strength of the pulse to be radiated, which in turn depends on the magnitude of the excitation voltage and the voltage sensitivity of the transducer.
Die Anregungsspannung ist durch die Bordnetzspannung des Fahrzeugs begrenzt, üblicherweise 12 V, wobei grundsätzlich Spannungswandler zur Erhöhung der Spannung eingesetzt werden können, die jedoch aufwändig und kostenintensiv sind. Die Spannungsempfindlichkeit hängt von der Polarisationsremanenz ab, die sich (neben den Materialeigenschaften) aus der maximalen Polarisierungsspannung ergibt. Die maximale Polarisierungsspannung ist wiederum begrenzt durch auftretende Überschläge zwischen den Elektroden während der Polarisierung. Eine große Lücke zwischen den Elektroden, die eine hohe Polarisierungsspannung zulassen würde, ohne dass Überschläge auftreten, führt jedoch zu einem hohen Anteil an nicht anzuregendem Piezomaterial und führt vor allem zu einer großen Wandlerfläche. Die Wandlerfläche ist jedoch stark begrenzt durch den zur Verfügung stehenden Bauraum an der Karosserie des Fahrzeugs.The excitation voltage is limited by the vehicle electrical system voltage of the vehicle, usually 12 V, with voltage converters in principle can be used to increase the voltage, which, however, are complex and costly. The voltage sensitivity depends on the polarization remanence that results (in addition to the material properties) from the maximum polarization voltage. The maximum polarization voltage is in turn limited by flashovers between the electrodes during polarization. However, a large gap between the electrodes, which would allow a high polarizing voltage without flashovers, leads to a high proportion of piezo material which is not to be excited and, above all, leads to a large transducer area. However, the transducer surface is severely limited by the available space on the body of the vehicle.
Aus der Entgegenhaltung
Ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern vorzusehen, mit dem eine hohe Polarisationsremanenz erreicht werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a simplified method for the production of piezoelectric acoustic transducers, with which a high polarization remanence can be achieved.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren der unabhängigen Ansprüche.The object is achieved by the method of the independent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine hohe Polarisationsspannung bei geringer Lücke zwischen den Wandlerelektroden, wodurch sich elektroakustische Wandler mit hoher Materialeffizienz, geringer Betriebsspannung und hoher Abstrahlleistung bezogen auf die Baugröße erzeugen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keinen Reinigungsschritt, wie er bei der Verwendung von Isolationsflüssigkeiten notwendig ist, so dass Herstellungsschritte eingespart werden können und Wandler ohne beeinträchtigende Rückstände hergestellt werden können.The inventive method allows a high polarization voltage at a small gap between the transducer electrodes, which can be produced electroacoustic transducer with high material efficiency, low operating voltage and high radiation power based on the size. The inventive method does not require a cleaning step, as it is necessary in the use of insulating fluids, so that manufacturing steps can be saved and converters without interfering residues can be produced.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einfachen Mitteln ausführen und kann in kostengünstiger Massenfertigung automatisiert eingesetzt werden. Insbesondere ist keine Qualitätskontrolle erforderlich, bei der Wandler mit Isolationsmittelrückständen aussortiert werden, so dass auch die Ausschussquote signifikant verringert werden kann.The method according to the invention can be carried out with simple means and can be used automatically in cost-effective mass production. In particular, no quality control is required in which transducers are sorted with insulation residues, so that the reject rate can be significantly reduced.
Erfindungsgemäß werden Isolationsmaterialien verwendet, die keine Adhäsion wie Isolationsflüssigkeiten aufweisen, wodurch Verunreinigungen durch unerwünschte, anhaftende Rückstände von vorneherein vermieden werden. Es werden daher Isolationsmaterialien mit hoher Durchschlagsfestigkeit in einem nicht flüssigen Aggregatszustand verwendet, da nur im flüssigen Aggregatszustand sich Rückstände von Isolationsmaterial aufgrund der Adhäsion von Flüssigkeiten bilden. Erfindungsgemäß werden daher ein Gasstrom (oder Gasgemischstrom) oder ein Material (Materialmischung oder Reinstoff) im festen Aggregatszustand (im Folgenden: Feststoff) zur Isolation während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in der Lücke zwischen den Elektroden vorgesehen ist, um einen Überschlag zu verhindern. Ein Gasstrom und ein in der Lücke platzierter Feststoff haben vergleichbare elektrische Isolationseigenschaften, insbesondere eine ähnliche Durchschlagsfestigkeit, die mindestens einer Durchschlagsfestigkeit einer isolationsflüssigkeit wie Silikonöl entspricht. Die erfindungsgemäß erreichte Durchschlagsfestigkeit liegt über der Durchschlagsfestigkeit von Stoffen, die in vorbekannten Verfahren verwendet werden. Hinsichtlich der Mechanismen des Spannungsüberschlag (insbesondere die Ionisation) ist die erhöhte Dichte von unter Druck stehendem Gas mit der hohen Teilchendichte in einem Festkörper vergleichbar. Ferner kann strömendem Gas kann eine Ordnung (definiert durch die Strömungsrichtung) der Teilchen zugeordnet werden, die mit einer Kristallgitterordnung im Festkörper in Richtung des anliegenden elektrischen Feldes vergleichbar ist. Auf diese Weise werden isolierende Eigenschaften des Gases verstärkt, um eine sich fortsetzende Ionisierung (d. h. Stoßionisation) über die Lücke hinweg auf ähnliche Weise zu unterbinden, wie in isolierenden Festkörpern.According to the invention insulating materials are used which have no adhesion such as insulating fluids, whereby contamination by unwanted, adhering residues are avoided from the outset. Therefore, insulation materials with high dielectric strength in a non-liquid state of aggregation are used, since only in the liquid state of aggregate are residues of insulating material formed due to the adhesion of liquids. According to the invention, therefore, a gas stream (or gas mixture stream) or a material (material mixture or pure substance) in the solid state (hereinafter: solid) is provided for isolation during the application of the polarization voltage in the gap between the electrodes to prevent flashover. A gas stream and a solid placed in the gap have comparable electrical insulation properties, in particular a similar dielectric strength, which corresponds to at least one dielectric strength of an insulating fluid such as silicone oil. The dielectric strength achieved according to the invention is above the dielectric strength of substances used in previously known processes. With regard to the mechanisms of flashover (in particular ionization), the increased density of pressurized gas with the high particle density comparable in a solid state. Further, flowing gas may be assigned an order (defined by the flow direction) of the particles which is comparable to a crystal lattice order in the solid state in the direction of the applied electric field. In this way, insulating properties of the gas are enhanced to inhibit continuing ionization (ie, impact ionization) across the gap in a similar manner as in insulating solids.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Wandlern vorgesehen, die für akustische Zwecke geeignet sind. Insbesondere wird eine Druckwellenfortpflanzung in Luft oder einem vergleichbarem Gas unter Normalbedingungen als akustisch bezeichnet. Eine Druckwellenfortpflanzung in einem Feststoff oder in einer Flüssigkeit, etwa Wasser, soll im Kontext der Erfindung (trotz anderer möglicher Definitionen) nicht als akustisch betrachtet werden. Als piezoelektrischer akustischer Wandler wird erfindungsgemäß ein Wandler bezeichnet, dessen Größe, Bauform und elektroakustischen Eigenschaften für ein akustisches Abtastverfahren basierend auf einem Pulsechoverfahren geeignet sind. Der verfahrensgemäß hergestellte Wandler ist an einer Außenseite eines Fahrzeugs dauerhaft befestigbar, um eine Umgebung des Fahrzeugs akustische abzutasten.According to the invention, a method is provided for the production of piezoelectric transducers which are suitable for acoustic purposes. In particular, a pressure wave propagation in air or a comparable gas under normal conditions is referred to as acoustic. Pressure wave propagation in a solid or liquid, such as water, in the context of the invention should not be considered acoustical (despite other possible definitions). According to the invention, a piezoelectric acoustic transducer is a transducer whose size, design and electroacoustic properties are suitable for an acoustic scanning method based on a pulse echo method. The converter produced according to the method is permanently attachable to an outside of a vehicle to acoustically sense an environment of the vehicle.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst gemäß einem ersten Aspekt die Schritte: Vorsehen mindestens einer piezoelektrischen Schicht mit Elektroden, beispielsweise durch Auftragen der piezoelektrischen Schicht auf eine der Elektroden, und Befestigen der anderen Elektrode nach dem Auftragen. Alternativ werden die Elektroden zu beiden Seiten (oder auf der gleichen Seite) einer piezoelektrischen Schicht befestigt.According to a first aspect, the method according to the invention comprises the steps of providing at least one piezoelectric layer with electrodes, for example by applying the piezoelectric layer to one of the electrodes, and fastening the other electrode after application. Alternatively, the electrodes are attached to both sides (or on the same side) of a piezoelectric layer.
Nachdem die Elektroden an der piezoelektrischen Schicht vorgesehen sind, wird die piezoelektrische Schicht polarisiert. Es wird eine Polarisierungsspannung an die Elektroden angelegt. Dadurch wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt. Dieses wirkt sich auf das piezoelektrische Material zwischen den Elektroden aus und führt zu einer elektrischen Polarisierungsremanenz in der piezoelektrischen Schicht. Die Polarisierungsremanenz kann als verbleibende Polarisation des Materials angesehen und entspricht einem inneren elektrischen Feld. Wenn nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung keine Spannung an der piezoelektrischen Schicht anliegt, so verbleibt die Kristallstruktur der piezoelektrische Schicht in elektrostatischer Sicht geordnet. Eine elektrische Anregung nach dem Polarisieren (d. h. im üblichen Betrieb als akustischer Wandler) erzeugt dann eine Verformung gemäß der Ordnung bzw. Richtung, die von der Polarisierungsremanenz erzeugt wurde. Eine Anregung betrifft lediglich den späteren Betrieb als Wandler und erzeugt keine dauerhafte Veränderung der piezoelektrischen Schicht, während die Polarisierung einen Teil des Herstellungsprozesses darstellt und die piezoelektrische Schicht dauerhaft (durch Strukturierung) ändert. Eine Polarisierungsspannung wird nicht während dem üblichen Betrieb angelegt, vielmehr wird eine Anregungsspannung während dem üblichen Betrieb verwendet, die deutlich geringer als die Polarisierungsspannung ist.After the electrodes are provided on the piezoelectric layer, the piezoelectric layer is polarized. A polarizing voltage is applied to the electrodes. This creates an electric field between the electrodes. This has an effect on the piezoelectric material between the electrodes and leads to a polarization remanence in the piezoelectric layer. The polarization remanence may be considered as the remaining polarization of the material and corresponds to an internal electric field. If no voltage is applied to the piezoelectric layer after the application of the polarizing voltage, the crystal structure of the piezoelectric layer remains ordered in an electrostatic view. Electro-stimulation after polarization (i.e., in conventional operation as an acoustic transducer) then generates a deformation according to the order generated by the polarization remanence. Excitation concerns only the later operation as a transducer and does not produce a permanent change in the piezoelectric layer, while the polarization forms part of the manufacturing process and changes the piezoelectric layer permanently (by structuring). A polarizing voltage is not applied during normal operation, but rather an excitation voltage is used during normal operation, which is significantly less than the polarizing voltage.
Erfindungsgemäß ist während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in einer Lücke zwischen den elektrischen Elektroden ein Feststoff eingebracht, der elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Der Feststoff verhindert somit einen Spannungsüberschlag zwischen den Elektroden und ermöglicht eine höhere Polarisierungsspannung. Die Lücke erstreckt sich zwischen einander zugewandten Rändern der (flächigen) Elektroden. Die Lücke kann sich am Seitenrand der piezoelektrischen Schicht erstrecken, wenn beispielsweise die Elektroden von der piezoelektrischen Schicht getrennt sind, oder kann sich auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht erstrecken, wenn zumindest Abschnitte beider Elektroden auf der gleichen Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind. Der Feststoff erstreckt sich entlang des gesamten Längsverlaufs der Lücke bzw. erstreckt sich vollumfänglich, wenn die Lücke die Form einer geschlossenen Linie (bspw. ein Kreis) aufweist. Der Feststoff wird vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung in die Lücke gebracht. Der Feststoff schließt vorzugsweise vollumfänglich mit einer Bodenseite der Lücke ab, d. h. wird vollständig mit der piezoelektrischen Schicht in Kontakt gebracht. Während dem gesamten Anlegen der Polarisierungsspannung befindet sich der Feststoff in der Lücke.According to the invention, a solid is introduced during the application of the polarization voltage in a gap between the electrical electrodes, which has electrically insulating properties. The solid thus prevents a voltage flashover between the electrodes and allows a higher polarizing voltage. The gap extends between mutually facing edges of the (planar) electrodes. The gap may extend at the side edge of the piezoelectric layer, for example, when the electrodes are separated from the piezoelectric layer, or may extend at one side of the piezoelectric layer when at least portions of both electrodes are disposed on the same side of the piezoelectric layer. The solid extends along the entire longitudinal course of the gap or extends in full if the gap has the shape of a closed line (for example a circle). The solid is placed in the gap before applying the polarizing voltage. The solid preferably closes completely with a bottom side of the gap, i. H. is completely brought into contact with the piezoelectric layer. During the entire application of the polarizing voltage, the solid is in the gap.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante verbleibt der Feststoff auch nach dem Beenden der Herstellung in der Lücke. Der Feststoff wird somit während der Herstellung nicht aus der Lücke entfernt. Mit anderen Worten verbleibt der Feststoff während des Betriebs des Wandlers in der Lücke. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Feststoff als ein mechanisches bzw. akustisches Dämpfungselement ausgebildet, das während der Herstellung (und vor dem Polarisieren) auf der piezoelektrischen Schicht befestigt wird. Das Befestigen wird vorgesehen durch Kleben oder durch Verfestigen bzw. Aushärten von Materialien oder von Material, das den Feststoff (insbesondere das Dämpfungselement) bildet. Das Verfestigen wird bevorzugt unterstützt durch Wärme (beispielsweise Temperaturen von ca. 100°C) oder durch andere Energiezufuhr (bsp. UV-Licht). Das Verfestigen sieht vor, dass eine chemische Reaktion innerhalb des Materials oder zwischen den Materialien stattfindet, beispielsweise eine Polymerisation, wobei auch physikalische Effekte zur Verfestigung führen können, beispielsweise Aushärten durch Entzug von Lösungsmittel. Als Material wird vorzugsweise Fermasilschaum verwendet, der temperaturunterstützt verfestigt wird. Das verwendete Material (insbesondere Dämpfungsmaterial zur akustischen Dämpfung) wird hierbei verbacken, insbesondere mit einer Fläche innerhalb der Lücke oder auch zusätzlich mit den Elektroden, dem Piezoelement und/oder einer anderen Komponenten oder Fläche des Piezoelements oder einer Halterung hiervon. Daher wird das Polarisieren nach dem Kleben oder Schweißen ausgeführt, so dass Beeinträchtigungen des Materials der piezoelektrischen Schicht durch den Befestigungsschritt keinen Einfluss auf die Polarisierungsremanenz haben, da diese erst nach dem Befestigen erzeugt wird. Als Feststoff wird vorzugsweise elastischer Schaumstoff aufgebracht. Der Schaumstoff umfasst ein geschäumtes Elastomer, einen geschäumtes Kunststoff oder geschäumtes Silikon. Der Schaumstoff kann in Form einer Bahn auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht werden, vorzugsweise in einer vorgeschnittenen Form, die der Form des Wandlers (bzw. der Form der Elektroden und einem Innenraum der Halterung) entspricht.According to a first embodiment, the solid remains in the gap even after completion of the production. The solid is thus not removed from the gap during manufacture. In other words, the solid remains in the gap during operation of the transducer. According to this embodiment, the solid is formed as a mechanical damping element which is fixed on the piezoelectric layer during manufacture (and before polarization). The fastening is provided by gluing or by solidifying or hardening materials or material that forms the solid (in particular the damping element). The solidification is preferably assisted by heat (for example temperatures of about 100 ° C.) or by other energy input (for example UV light). The solidification provides that a chemical reaction takes place within the material or between the materials, for example a polymerization, wherein also physical effects can lead to solidification, for example hardening by removal of Solvent. The material used is preferably Fermasil foam, which is solidified with temperature support. The material used (in particular damping material for acoustic damping) is baked here, in particular with a surface within the gap or else additionally with the electrodes, the piezoelectric element and / or another component or surface of the piezoelectric element or a holder thereof. Therefore, the polarization is carried out after the bonding or welding, so that deterioration of the material of the piezoelectric layer by the attaching step has no influence on the polarization remanence since it is generated only after the fixing. As a solid elastic foam is preferably applied. The foam comprises a foamed elastomer, a foamed plastic or foamed silicone. The foam may be applied in the form of a sheet to the piezoelectric layer, preferably in a pre-cut shape corresponding to the shape of the transducer (or the shape of the electrodes and an interior of the support).
In einer speziellen Ausführungsform erstreckt sich der isolierende Feststoff nicht über die gesamte Länge (d. h. entlang der Elektrodenkanten) der Lücke, sondern nur abschnittsweise über die Lücke zwischen den Elektroden. Insbesondere erstreckt sich der Feststoff an Längsabschnitten der Lücke, an denen aufgrund der Geometrie der Elektroden an der Lücke eine höhere elektrische Feldstärke bei der Polarisierung herrscht, als in anderen Längsabschnitten der Lücke. Dies ist der Fall bei Elektrodenkonfigurationen, bei denen die Lücke Längsabschnitte aufweist, die enger sind als andere Längsabschnitte der Lücke. Ein Längsabschnitt der Lücke kann wegen Layoutvorgaben, beispielsweise aufgrund eines anzubringenden Anschlusses, gegenüber einem anderen Abschnitt mit geringerer Breite ausgestaltet sein. Die erfindungsmäßigen Vorzüge entfalten sich auch, wenn der isolierende Feststoff in den Abschnitten der Lücke aufgebracht werden, in denen besonders hohe Polarisierungsfeldstärken auftreten, d. h. elektrische Feldstärken, die um ein Mindestmass größer sind als elektrische Feldstärken an anderen Abschnitten der Lücke. Die erfindungsmäßigen Vorzüge entfalten sich ferner ebenso, wenn der isolierende Feststoff als sehr schmale Dichtlippe (d. h. schmaler als die Lücke) ausgeführt ist und aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften eine besonders hohe Dichtigkeit erzielt und so die Durchschlagsfeldstärke heraufsetzt. Insbesondere kann sich der Feststoff (d. h. die Dichtlippe) nur über einen Querabschnitt der Lücke erstrecken und nicht über die gesamte Breite der Lücke, da hierdurch ebenso eine Unterbrechung eines Überschlags bewirkt wird.In a specific embodiment, the insulating solid does not extend the entire length (i.e., along the electrode edges) of the gap, but only in sections across the gap between the electrodes. In particular, the solid extends along longitudinal portions of the gap where, due to the geometry of the electrodes at the gap, there is a higher electrical field strength in the polarization than in other longitudinal portions of the gap. This is the case with electrode configurations in which the gap has longitudinal sections that are narrower than other longitudinal sections of the gap. A longitudinal portion of the gap may be designed because of layout specifications, for example, due to a terminal to be attached to another section with a smaller width. The advantages according to the invention also develop when the insulating solid is applied in the sections of the gap in which particularly high polarization field strengths occur, ie. H. electric field strengths that are a minimum of greater than electric field strengths at other portions of the gap. Furthermore, the advantages according to the invention unfold as well when the insulating solid is designed as a very narrow sealing lip (ie narrower than the gap) and, due to its mechanical properties, achieves a particularly high density and thus increases the breakdown field strength. In particular, the solid (i.e., the sealing lip) can extend only over a transverse portion of the gap and not across the entire width of the gap, as this also causes an interruption of a flashover.
Vorzugsweise wird die piezoelektrische Schicht auf eine Membran aufgebracht. Der Feststoff wird nach dem Aufbringen der piezoelektrischen Schicht auf die Membran auf die Seite der piezoelektrischen Schicht aufgebracht, die der Membran entgegengesetzt ist.Preferably, the piezoelectric layer is applied to a membrane. The solid is applied after the application of the piezoelectric layer on the membrane on the side of the piezoelectric layer, which is opposite to the membrane.
Als Feststoff kann ein Abschnitt eines (Schaum-)Körpers in die Lücke eingebracht werden, indem der Körper zumindest auf einem Abschnitt der Elektroden sowie an der Lücke auf dem Wandler befestigt wird. Der Körper kann von einer flexiblen Schicht mit konstanter Dicke vorgesehen werden, deren Form der Form des Wandlers entspricht. Somit kann der Feststoff kann nicht nur in die Lücke eingebracht werden, sondern es kann auch zumindest ein Elektrodenabschnitt mit weiterem Feststoff bedeckt werden.As a solid, a portion of a (foam) body may be introduced into the gap by attaching the body to at least a portion of the electrodes as well as to the gap on the transducer. The body may be provided by a flexible layer of constant thickness, the shape of which corresponds to the shape of the transducer. Thus, not only can the solid be introduced into the gap, but at least one electrode portion can be covered with further solid.
Dadurch kann eine gezielte akustische Dämmungsschicht zur Reduktion von Nachschwingungen während des Betriebs eine weitere Funktion während der Herstellung ausführen, nämlich die Unterdrückung von Spannungsüberschlägen, um höhere Polarisationsspannungen zu ermöglichen. Dadurch wird eine höhere Empfindlichkeit des Wandlers erreicht und der erfindungsgemäß hergestellte Wandler kann mit einer geringeren Spannung betrieben werden. Außerdem wird durch das Aufbringen des Feststoffs vor dem Polarisieren ermöglicht, dass die Eigenschaften des angebrachten Feststoffs während dem Polarisieren berücksichtigt werden.As a result, a targeted acoustic insulation layer to reduce ringing during operation perform a further function during manufacture, namely the suppression of voltage flashovers to allow higher polarization voltages. As a result, a higher sensitivity of the transducer is achieved and the transducer produced according to the invention can be operated with a lower voltage. In addition, application of the solid prior to polarization allows the properties of the attached solid to be considered during polarization.
Vorzugsweise kann vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung die piezoelektrische Schicht (gegebenenfalls mit den daran angeordneten Elektroden) in einer Halterung des Wandlers dauerhaft befestigt werden. Die piezoelektrische Schicht kann auf einer Membran befestigt werden, bevor die piezoelektrische Schicht mittels der Membran an der Halterung befestigt wird. Die piezoelektrische Schicht kann ferner unmittelbar an der Halterung befestigt werden, wobei die piezoelektrische Schicht beim Befestigen an der Halterung bereits mit Elektroden ausgestattet ist. Insbesondere kann der Feststoff an der Halterung befestigt werden, bevor die piezoelektrische Schicht direkt oder indirekt mit der Halterung verbunden wird. Die Befestigung der piezoelektrische Schicht in der Halterung wird vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, beispielsweise durch Einschieben der der piezoelektrische Schicht in die Halterung oder durch eine Schnappverbindung der Halterung, in die die piezoelektrische Schicht eingebracht wird.Preferably, before applying the polarizing voltage, the piezoelectric layer (optionally with the electrodes arranged thereon) can be permanently fixed in a holder of the transducer. The piezoelectric layer may be mounted on a membrane before the piezoelectric layer is attached to the support by means of the membrane. The piezoelectric layer may further be attached directly to the holder, wherein the piezoelectric layer is already equipped with electrodes when attached to the holder. In particular, the solid may be attached to the fixture before the piezoelectric layer is directly or indirectly connected to the fixture. The attachment of the piezoelectric layer in the holder is preferably provided by a positive connection, for example by inserting the piezoelectric layer in the holder or by a snap connection of the holder, in which the piezoelectric layer is introduced.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante wird der Feststoff noch während der Herstellung aus der Lücke entfernt. Der Feststoff wird nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung entfernt, d. h. nachdem das Anlegen (und somit das Polarisieren) beendet ist. Der Feststoff trennt während dem Anlegen der Polarisierungsspannung die Elektroden elektrisch, d. h. verhindert einen Spannungsüberschlag durch die Durchschlagsfestigkeit des Feststoffs. Der in die Lücke eingebrachte und später entfernte Feststoff ist insbesondere ein elastischer und/oder plastischer Feststoff mit einer höheren Verformbarkeit als die piezoelektrische Schicht. Ferner kann die Verformbarkeit des Feststoffs höher als die der Membran sein, die die piezoelektrische Schicht trägt. Dadurch passt sich die Form des Feststoffs (bzw. eines Kontaktabschnitts des Feststoffs) an die Form des Wandlers in der Lücke an. Der Feststoff wird in die Lücke gedrückt, um dadurch durchgehend entlang der Lücke die beiden Elektroden für Spannungsdurchschläge zu trennen. In einer spezifischen Ausführungsform wird der Feststoff nur in die Abschnitte der Lücke gedrückt, an denen eine besonders hohe Feldstärke (aufgrund der Elektrodengeometrie an der Lücke) zu erwarten ist. Die Form des Feststoffs passt sich zumindest teilweise der Form der Elektroden und/oder der Form der Lücke.According to a second embodiment, the solid is removed during the production of the gap. The solid is removed after the application of the polarizing voltage, ie after the application (and thus the polarizing) has ended. The solid separates the electrodes during application of the polarizing voltage electrically, ie prevents a flashover by the dielectric strength of the solid. The solid introduced into the gap and later removed is in particular an elastic and / or plastic solid with a higher ductility than the piezoelectric layer. Further, the deformability of the solid may be higher than that of the membrane supporting the piezoelectric layer. As a result, the shape of the solid (or a contact portion of the solid) adapts to the shape of the transducer in the gap. The solid is forced into the gap thereby continuously separating the two electrodes for voltage breakdown along the gap. In a specific embodiment, the solid is pressed only into the sections of the gap at which a particularly high field strength (due to the electrode geometry at the gap) is to be expected. The shape of the solid at least partially conforms to the shape of the electrodes and / or the shape of the gap.
In einer spezifischen Ausführungsform der zweiten Ausführungsvariante wird ein Kontaktrahmen einer Druckglocke in die Lücke eingebracht, wobei der Kontaktrahmen den Feststoff bildet. Der Kontaktrahmen (und somit der Feststoff) wird auf die Lücke aufgepresst. Die Druckglocke wird mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt, insbesondere mit getrockneter Luft, während der Kontaktrahmen der Druckglocke auf die Lücke gepresst wird. Vorzugsweise wird hierbei ein Unterdruck des Gases in der Druckglocke erzeugt, um unter anderem einen Saugeffekt zwischen Glocke und Elektroden zu erreichen. Vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung wird das Gas mit Unterdruck der Druckglocke vorgesehen. Die Druckglocke wird nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung (d. h. nach dem Ende des Anlegens der Polarisationsspannung) entfernt.In a specific embodiment of the second embodiment, a contact frame of a pressure bell is introduced into the gap, wherein the contact frame forms the solid. The contact frame (and thus the solid) is pressed onto the gap. The pressure bell is filled with an electrically insulating gas, in particular with dried air, while the contact frame of the pressure bell is pressed onto the gap. Preferably, in this case, a negative pressure of the gas is generated in the bell jar to achieve, inter alia, a suction effect between the bell and the electrodes. Before applying the polarizing voltage, the gas is provided with negative pressure of the pressure bell. The bell jar is removed after the application of the polarizing voltage (i.e., after the end of the application of the polarization voltage).
In einer spezifischen Ausführungsform wird die Polarisierungsspannung angelegt über mindestens einen Leiter, der durch eine Wand der Druckglocke hindurch führt. Der mindestens eine Leiter wird in Kontakt mit mindestens einer der Elektroden gebracht, beispielsweise durch Andrücken eines Leiterkontakts mit der mindestens einen Elektrode, um die Polarisierungsspannung an die Elektroden anzulegen. Wenn beispielsweise nur ein einziger Leiter durch die Wand der Druckglocke hindurch führt, so wird ein Leiterkontakt am Ende des Leiters durch das Anpressen der Glocke (insbesondere aufgrund des Vakuumdrucks) in Kontakt mit einer der Elektroden gebracht. Die andere Elektrode lässt sich in diesem Fall von außen kontaktieren. Grundsätzlich kann die Druckglocke einen weiteren Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) aufweisen, der gleichzeitig mit dem erstgenannten Leiterkontakt beim Aufdrücken der Druckglocke mit der anderen Elektrode verbunden wird. Der weitere Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) kann sich innerhalb der Druckglocke befinden, wobei dann auch die weitere Elektrode durch die Druckglocke hindurch (d. h. durch die Wand der Druckglocke) mit Spannung versorgt wird. Der weitere Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) kann sich auch außerhalb der Druckglocke befinden, wobei dann die weitere Elektrode durch eine Verbindung außerhalb der Glocke mit Spannung versorgt wird. Wenn daher beide Leiterkontakte zweier Leiter an der Druckglocke befestigt sind, dann kann durch einen einzigen Schritt des Aufbringens der Druckglocke der Feststoff in die Lücke temporär eingebracht werden und beide Elektroden können mit einer Spannungsquelle zum Anlegen der Polarisierungsspannung verbunden werden. Hierbei wird an den Leiterkontakten die Polarisierungsspannung angelegt. Mindestens einer der Leiterkontakte ist in der Druckglocke angeordnet. Durch diese Vorgehensweise kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.In a specific embodiment, the polarization voltage is applied across at least one conductor passing through a wall of the bellmouth. The at least one conductor is brought into contact with at least one of the electrodes, for example by pressing a conductor contact with the at least one electrode in order to apply the polarization voltage to the electrodes. For example, if only a single conductor passes through the wall of the pressure bell, a conductor contact at the end of the conductor is brought into contact with one of the electrodes by the pressing of the bell (in particular due to the vacuum pressure). The other electrode can be contacted in this case from the outside. In principle, the pressure bell may have a further conductor contact (and associated conductor) which is connected to the other electrode simultaneously with the first-mentioned conductor contact when the pressure bell is pressed on. The further conductor contact (and associated conductor) may be within the bell jar, with the other electrode being then also supplied with voltage through the bell jar (i.e., through the wall of the bell jar). The additional conductor contact (and associated conductor) can also be located outside the pressure bell, in which case the further electrode is supplied with voltage by a connection outside the bell. Therefore, if both conductor contacts of two conductors are attached to the bell jar, then by a single step of applying the bell jar, the solid can be temporarily introduced into the gap and both electrodes can be connected to a voltage source for applying the polarization voltage. Here, the polarization voltage is applied to the conductor contacts. At least one of the conductor contacts is arranged in the pressure bell. By doing so, the manufacturing process can be simplified.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern umfasst gemäß einem zweiten Aspekt, dass mindestens eine piezoelektrische Schicht mit elektrischen Elektroden vorgesehen wird. Hierbei wird die piezoelektrische Schicht durch Anlegen einer Polarisierungsspannung an die elektrischen Elektroden polarisiert, um in der piezoelektrischen Schicht eine elektrische Polarisierungsremanenz zu erzeugen. Diese Schritte entsprechen dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt sieht ferner (abweichend von dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt) vor, dass während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in der Lücke zwischen den elektrischen Elektroden Gas eingebracht ist, dessen elektrisch isolierenden Eigenschaften verstärkt sind. Um die isolierenden Eigenschaften zu verstärken, wird als eine erste Maßnahme eine Strömung des Gases in der Lücke vorgesehen. Die Strömung des Gases (die die Orientierung vorsieht) in oder an der Lücke führt zu einer Orientierung der Teilchen. Diese Orientierung ist in ihrer Wirkung vergleichbar mit einer Orientierung, die durch ein Kristallgitter eines Feststoffs vorgesehen wird. Die Strömung verwirbelt die Ionen, welche sich aufgrund des elektrischen Feldes der der Polarisierungsspannung bilden, oder transportiert diese von der Lücke weg (oder beides). Durch den Strömungsimpuls der Gasteilchen ergibt sich ein zusätzlicher Effekt, mit dem sich eine selbstverstärkende Ionisierung (die zu einem Ionenkanal führen kann) unterdrücken lässt. Der Strömungsimpuls ist in seiner Wirkung vergleichbar mit innermolekularen Kräften innerhalb eines Feststoffs, die einer Ionisierung entgegenwirken. Als weitere Maßnahme (neben der Führung des Gases in einer Strömung) kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Gas mit Überdruck vorgesehen ist. Durch die höhere Teilchendichte bei Überdruck ergibt sich eine kürzere freie Weglänge ionisierter Teilchen, so dass nur eine geringe Energie beim Stoß übertragen werden kann. Dies ist in der Wirkung vergleichbar mit einer geringen elektrischen Feldstärke pro Teilchen in einem Kristallgitter, wenn das Kristallgitter eine hohe Dichte vorsieht. Beide Maßnahmen können kombiniert oder alternativ ausgeführt werden.According to a second aspect, the method according to the invention for producing piezoelectric acoustic transducers comprises providing at least one piezoelectric layer with electrical electrodes. Here, the piezoelectric layer is polarized by applying a polarizing voltage to the electric electrodes to generate an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer. These steps correspond to the method according to the first aspect. The method according to the second aspect further provides (deviating from the inventive method according to the first aspect), that during the application of the polarizing voltage in the gap between the electric electrodes gas is introduced, the electrical insulating properties are enhanced. In order to enhance the insulating properties, a flow of the gas in the gap is provided as a first measure. The flow of gas (which provides orientation) in or at the gap results in orientation of the particles. This orientation is comparable in effect to an orientation provided by a crystal lattice of a solid. The flow swirls the ions that form due to the electric field of the polarization voltage or transports them away from the gap (or both). The flow pulse of the gas particles results in an additional effect which suppresses self-energizing ionization (which can lead to an ion channel). The flow impulse is comparable in effect to internal molecular forces within a solid, which counteract ionization. As a further measure (in addition to the guidance of the gas in a flow) can be inventively provided that the gas is provided with overpressure. Due to the higher particle density at overpressure results in a shorter free path of ionized particles, so that only a small amount of energy can be transferred during impact. This is comparable in effect to a low electric field strength per particle in a crystal lattice when the crystal lattice provides a high density. Both measures can be combined or alternatively executed.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Strömung in der Lücke erzeugt wird, wobei die Strömung das Gas über die Lücke hinweg transportiert und von derjenigen Elektrode weg führt, die das positive Potential der Polarisierungsspannung darstellt. Auf diese Weise können negative Ionen, die bei Einwirkung eines elektrischen Feldes auf das Gas, beispielsweise auf Luftkomponenten (insbesondere O2, N2, CO2) entstehen können, davon abgehalten werden, auf direktem Weg zu der positiven Elektrode zu gelangen, wodurch ein Ionenstrom und damit auch ein Spannungsdurchbruch vermieden wird. Insbesondere wirkt die Strömung der Kraft des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden entgegen, die auf die negativen Ionen wirkt.An embodiment of the method according to the invention provides that the flow is generated in the gap, wherein the flow transports the gas across the gap and leads away from the electrode which represents the positive potential of the polarization voltage. In this way, negative ions, which may be produced by the action of an electric field on the gas, for example on air components (in particular O 2 , N 2 , CO 2 ), can be prevented from reaching the positive electrode in a direct way Ion current and thus a voltage breakdown is avoided. In particular, the flow counteracts the force of the electric field between the electrodes acting on the negative ions.
Als Gas, das mit Überdruck vorgesehen wird, oder das als Strömung vorgesehen wird, kann insbesondere ein getrocknetes Gas (bzw. eine Gasmischung) verwendet werden.As gas which is provided with overpressure, or which is provided as flow, in particular a dried gas (or a gas mixture) can be used.
Das Gas (bzw. die Gasmischung) kann (getrocknete) Luft, Kohlendioxid, Stickstoff oder eine Mischung hiervon umfassen, oder kann im Wesentlichen aus einer Komponenten oder einer Mischung von mindestens zwei Komponenten bestehen. Getrocknete Luft weist einen Wasseranteil von weniger als 10%, 1%, 0,1% oder 0,001% im Vergleich zu Luft unter Normalbedingungen auf.The gas (or gas mixture) may comprise (dried) air, carbon dioxide, nitrogen or a mixture thereof, or may consist essentially of one or a mixture of at least two components. Dried air has a water content of less than 10%, 1%, 0.1% or 0.001% compared to air under normal conditions.
Wenn das Gas mit Überdruck vorgesehen ist, dann beträgt der Überdruck vorzugsweise mehr als 2, 5, 10, 15 oder 20 bar, beispielsweise ca. 16 bar. Insbesondere bei 16 bar ergibt sich eine Durchschlagfestigkeit von 20 kV/mm, d. h. eine Durchschlagfestigkeit, die größer als die von bislang verwendetem Silikonöl und die auch diejenige zahlreicher elektrischer Isolatoren in Feststoffform übersteigt. Beispielsweise bei einem Druck von 3 bar liegt die Durchschlagfestigkeit von Druckluft (trocken) bereits über der von SF6, das jedoch bei weitem kostenaufwändiger zu beschaffen ist als Druckluft, und ferner zu zusätzlichen Kontaminations- und Resourcenproblemen führt. Das Verfahren kann ferner die Trocknung von Luft umfassen. Luft wird mittels Kondensation oder Absorption in einer hygroskopischen Flüssigkeit, mittels Absorption in einem porösen, hygroskopischen Feststoff oder mittels anderer bekannter Trocknungsverfahren getrocknet.If the gas is provided with overpressure, then the overpressure is preferably more than 2, 5, 10, 15 or 20 bar, for example about 16 bar. In particular, at 16 bar results in a dielectric strength of 20 kV / mm, ie a dielectric strength, which exceeds that of previously used silicone oil and which also exceeds that of numerous electrical insulators in solid form. For example, at a pressure of 3 bar, the dielectric strength of compressed air (dry) is already above that of SF 6 , which, however, is far more expensive to obtain than compressed air, and also leads to additional contamination and resource problems. The method may further comprise drying air. Air is dried by condensation or absorption in a hygroscopic liquid, by absorption in a porous hygroscopic solid, or by other known drying techniques.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern vorgesehen, die zur Verwendung als Wandler in Ultraschall-Abstandssensoren für Kraftfahrzeuge geeignet sind. Derartige Ultraschal-Abstandssensoren eignen sich aufgrund Ihrer Abstrahlfläche, Abstrahlleistung und Spannungsempfindlichkeit für die Anwendung beispielsweise in einem Einparkassistenzsystem oder einem anderen kraftfahrzeuggestützten Assistenzsystem mit einer Reichweite von mindestens einigen Metern.The method according to the invention is intended for the production of piezoelectric acoustic transducers suitable for use as transducers in ultrasonic distance sensors for motor vehicles. Such ultrasonic distance sensors are suitable for use, for example, in a parking assistance system or another motor vehicle-assisted assistance system with a range of at least a few meters due to their emission surface, radiation power and voltage sensitivity.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen piezoelektrischen akustischen Wandler hergestellt oder herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren. Da erfindungsgemäß ein Isolator verwendet, der am Ende des Verfahrens vollständig entfernt wird oder der als dort verbleibender Feststoff ausgebildet ist, weist der erfindungsgemäße piezoelektrische Wandler keine Flüssigkeitsverunreinigungen oder Reinigungsrückstände am Elektrodenbereich auf. Eine weitere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Wandler ist es, dass dieser eine höhere Empfindlichkeit aufgrund der höheren Polarisationsspannung (d. h. durch die höhere Polarisationsremamenz) aufweist.According to a further aspect, the invention relates to a piezoelectric acoustic transducer produced or producible by the method according to the invention. Since, according to the invention, an insulator is used which is completely removed at the end of the process or which is formed as a solid remaining there, the piezoelectric transducer according to the invention has no liquid contaminants or cleaning residues at the electrode region. Another feature of the inventive transducer is that it has a higher sensitivity due to the higher polarization voltage (i.e., higher polarization rate).
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die
In der
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Feststoff
Insbesondere erstreckt sich in der in
Der Trennkörper umfasst ferner zwei elektrische Zuführungen
Eine Alternative des in
In einer weiteren Alternative kann mittels Zuleitung
In der
Der Trennkörper umfasst eine (radial) nach innen gerichtete Ausstülpung
Der Trennkörper
Um die erste Elektrode
In der
Die in
In den
In der
Durch den Trennkörper
Erfindungsgemäß wird die unpolarisierte piezoelektrische Schicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3049193 A1 [0004] DE 3049193 A1 [0004]
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010063050.0A DE102010063050B4 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010063050.0A DE102010063050B4 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102010063050A1 true DE102010063050A1 (en) | 2012-06-14 |
| DE102010063050B4 DE102010063050B4 (en) | 2021-02-11 |
Family
ID=46144684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102010063050.0A Active DE102010063050B4 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102010063050B4 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3049193A1 (en) | 1979-12-26 | 1981-09-10 | Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd., Tokyo | CERAMIC MATERIAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION |
| DE19860001A1 (en) * | 1998-12-23 | 2000-07-06 | Siemens Ag | Piezoelectric component, especially for controlling an internal combustion engine injection valve, has electrically insulating material-containing interspaces between its piezoceramic layers |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19820208C2 (en) * | 1997-12-18 | 2003-08-28 | Fraunhofer Ges Forschung | Piezoelectric oscillator |
| DE502007001104D1 (en) * | 2006-10-09 | 2009-09-03 | Baumer Electric Ag | Ultrasonic transducer with acoustic impedance matching |
-
2010
- 2010-12-14 DE DE102010063050.0A patent/DE102010063050B4/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3049193A1 (en) | 1979-12-26 | 1981-09-10 | Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd., Tokyo | CERAMIC MATERIAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION |
| DE19860001A1 (en) * | 1998-12-23 | 2000-07-06 | Siemens Ag | Piezoelectric component, especially for controlling an internal combustion engine injection valve, has electrically insulating material-containing interspaces between its piezoceramic layers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102010063050B4 (en) | 2021-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102006062855B4 (en) | A dielectric isolation type semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| WO2019002057A1 (en) | Method and arrangement for electrically conductive connecting of conductors with a retaining device | |
| WO2007085560A2 (en) | Method for ultrasound welding and construction module, particularly door module of a motor vehicle | |
| DE1276834B (en) | Electromechanical device for changing the amplitude of an acoustic signal | |
| DE102007043479A1 (en) | Process for the surface treatment of aluminum and a layer structure of a component made of aluminum with an electrical contact | |
| WO2011073414A2 (en) | Oscillatory system for an ultrasonic transducer and method for producing the oscillatory system | |
| DE102019103049A1 (en) | Battery case and method of making a battery case | |
| EP2828681A1 (en) | Ultrasonic sensor and method for measuring an object distance | |
| DE102011052767B4 (en) | Ultrasonic transducer for a proximity sensor | |
| DE102010063050B4 (en) | Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers | |
| DE102017109159B4 (en) | Ultrasonic transducer device and contacting method | |
| EP2297797A1 (en) | Piezoelectric component and method for the manufacture of an electric contact | |
| EP2435274A1 (en) | Steering wheel with horn contacts attached by means of an adhesive connection | |
| DE3313887A1 (en) | Tone generator | |
| WO2015055359A1 (en) | Multi-layer component and method for producing a multi-layer component | |
| DE102018105502B4 (en) | An ultrasonic sensor assembly, a method of assembling an ultrasonic sensor assembly, and an ultrasonic sensor assembly having an ultrasonic sensor assembly | |
| EP3087561B1 (en) | Ultrasonic sensor | |
| DE102013021468A1 (en) | Vibration stimulation device for fuel cell, has radio frequency switch outputting output oscillation signal and transmitting output oscillation signal to component at fuel cell, and pulse generator coupled with radio frequency switch | |
| DE102009020163B4 (en) | Method for interlayer-free bonding of substrates, apparatus for carrying out a plasma treatment and their use | |
| EP2482353B1 (en) | Adhesive connection | |
| DE102019118190A1 (en) | PROCEDURE FOR THE SPECIFIED POLARIZATION OF A CONDENSER AND CAPACITOR WITH A SPECIFIED INSULATED POLARIZATION | |
| DE102018221889A1 (en) | Electronic device, process | |
| DE102016222088A1 (en) | Joining process for the production of a battery and battery | |
| DE102011051472A1 (en) | Electron-duplicating detector foil | |
| DE102016122218A1 (en) | Method for the electrically conductive and / or mechanical connection of an electrical conductor to a contact element and a contact element assembly |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0041220000 Ipc: H10N0030010000 |