DE102016204031A1 - Method for producing an electret arrangement - Google Patents
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Abstract
Das Herstellungsverfahren weist folgende Verfahrensschritten auf: a.) Im ersten Verfahrensschritt wird ein amorphes Fluorpolymer in einem Lösemittel aufgelöst, wodurch eine Fluorpolymer-Lösung entsteht. b.) Darauf folgt das Drucken der Fluorpolymer-Lösung auf eine Trägerplatte. c.) Anschließend wird ein in der aufgedruckten Fluorpolymer-Lösung enthaltenes Lösemittel entfernt. Dadurch entsteht ein aufgedrucktes, amorphes Fluropolymer. d.) Im vierten Verfahrensschritt kommt es zu der elektrostatischen Aufladung des aufgedruckten, amorphen Fluorpolymers, wodurch eine Elektretstruktur erzeugt wird. e.) Im letzten Verfahrensschritt wird eine thermische Nachbehandlung der Elektretanordnung durchgeführt. Hierbei wird die Elektretanordnung, welche die Trägerplatte und die auf die Trägerplatte aufgedruckte Elektretstruktur umfasst, über eine definierte Zeit auf eine Temperatur oberhalb einer späteren Einsatztemperatur der Elektretanordnung erwärmt.The manufacturing process comprises the following process steps: a.) In the first process step, an amorphous fluoropolymer is dissolved in a solvent, whereby a fluoropolymer solution is formed. b.) This is followed by printing the fluoropolymer solution on a support plate. c.) Subsequently, a solvent contained in the printed fluoropolymer solution is removed. This creates a printed, amorphous Fluropolymer. d.) In the fourth process step, the electrostatic charging of the printed, amorphous fluoropolymer occurs, whereby an electret structure is produced. e.) In the last process step, a thermal aftertreatment of the electret arrangement is performed. In this case, the electret arrangement comprising the carrier plate and the electret structure printed on the carrier plate is heated for a defined time to a temperature above a later operating temperature of the electret arrangement.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektretanordnung, die Elekretanordnung als Produkt des Herstellungsverfahrens, sowie einen kapazitiven Schallwandler.The invention relates to a method for producing an electret arrangement, the Elekretanordnung as a product of the manufacturing process, and a capacitive transducer.
Das Dokument
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Den bekannten Elektretanordnungen ist jedoch gemeinsam, dass die Polarisationsstabilität des verwendeten Elektrets oft nicht hoch genug ist, um seine elektrische Ladung auch beispielsweise bei hohen Betriebstemperaturen über einen längeren Zeitraum zu behalten. Dies ist jedoch zwingend nötig, um den Ausfallfreien Einsatz von Elektretanordnungen in der Umfeldsensorik von beispielsweise Fahrzeugen zu garantieren.The known electret arrangements, however, have in common that the polarization stability of the electret used is often not high enough to maintain its electrical charge even at high operating temperatures over a longer period of time. However, this is absolutely necessary in order to guarantee the failure-free use of electret arrangements in the environment sensor system of, for example, vehicles.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Um diesem Problem zu begegnen, wird erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für eine Elektretanordnung, sowie die unmittelbar aus diesem Herstellungsprozess entstehende Elektretanordnung vorgeschlagen. Die Erfindung umfasst zudem einen kapazitiven Schallwandler, in dem die erfindungsgemäße Elektretanordnung Verwendung findet. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- a.) Im ersten Verfahrensschritt wird ein amorphes Fluorpolymer in einem Lösemittel aufgelöst, wodurch eine Fluorpolymer-Lösung entsteht.
- b.) Darauf folgend wird die Fluorpolymer-Lösung auf eine Trägerplatte aufgedruckt. Insbesondere ist dieser Druckschritt durch eine frei wählbare und durch die vewendete Druckfrom definierte Strukturierung gekennzeichnet.
- c.) Anschließend wird ein in der aufgedruckten Fluorpolymer-Lösung enthaltenes Lösemittel entfernt. Dadurch entsteht eine beliebig strukturierte, amorphe Fluropolymerbeschichtung.
- d.) Im vierten Verfahrensschritt kommt es zu der elektrostatischen Aufladung des aufgedruckten, amorphen Fluorpolymers, wodurch eine Elektretstruktur erzeugt wird.
- e.) Im letzten Verfahrensschritt wird eine thermische Nachbehandlung der Elektretanordnung durchgeführt. Hierbei wird die Elektretanordnung, welche die Trägerplatte und das auf die Trägerplatte aufgedruckte Elektret umfasst, über eine definierte Zeit auf eine Temperatur oberhalb einer späteren Einsatztemperatur der Elektretanordnung erwärmt.
- a.) In the first step, an amorphous fluoropolymer is dissolved in a solvent to form a fluoropolymer solution.
- b.) Subsequently, the fluoropolymer solution is printed on a carrier plate. In particular, this printing step is characterized by a freely selectable structuring defined by the used printfrom.
- c.) Subsequently, a solvent contained in the printed fluoropolymer solution is removed. This creates an arbitrarily structured, amorphous Fluropolymerbeschichtung.
- d.) In the fourth process step, the electrostatic charging of the printed, amorphous fluoropolymer occurs, whereby an electret structure is produced.
- e.) In the last method step, a thermal aftertreatment of the electret arrangement is carried out. In this case, the electret arrangement comprising the carrier plate and the electret printed on the carrier plate is heated for a defined time to a temperature above a later operating temperature of the electret arrangement.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass amorphe Fluorpolymere, welche in diesem Hersterstellungsverfahren als Elekretmaterial eingesetzt werden, aufgrund einer starken Verschlingung der Polymerketten untereinander sogenannte Fangstellen oder auch als Traps bezeichnet, besitzen. Da sich diese Fangstellen über das gesamte Volumen der Polymerschicht erstrecken, bezeichnet man sie auch als Volumentraps. In diesen Volumentraps platzierte Ladungsträger sind deutlich stabiler verankert als Oberflächenladungen. Amorphe Fluorpolymere, wie beispielsweise Poly[4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxole-co-tetrefluoroethylene], werden deshalb in dem beschriebenen Verfahren als Elektretmaterial eingesetzt, da sie sich im Gegensatz zu den üblicherweise teilkristallinen Fluorpolymeren wie PTFE, FEP oder PFA in einem geeigneten Lösemittel, wie z.B. Perfluortrialkylamin oder Perfluortributlyamin auflösen und somit verflüssigen lassen. In flüssiger Form lassen sich die Polymere als Elekretmaterial auf einfache Art und Weise zur Beschichtung von Oberflächen mittels der Drucktechnik einsetzten. Die Verwendung der Drucktechnik bietet wiederum den Vorteil, dass sich dadurch ein maximaler Gestaltungsspielraum für Elektretstrukturen mit einer Schichtdicke von 10–25 µm ergibt. Während handelsübliche folienbasierte Elektrete zunächst durch Stanz- oder Schneidetechnik ihre Geometrie erhalten müssen, kann eine Vielzahl von Elekretschichten über eine Polymerlösung in Drucktechnik durch entsprechende Anordnung in der Ebene in einem Prozessschritt hergestellt werden. Während des Trocknungsprozesses, also während des Entfernens des in der aufgedruckten Fluorpolymer-Lösung enthaltenen Lösemittels, sollte der Kristallisationsgrad der Fluorpolymere möglichst gering gehalten werden. Aus dem Grund, dass möglichst viele Volumentraps innerhalb der Polymerschicht entstehen, wenn der amorphe Anteil innerhalb des Polymers und damit ein möglichst großer Teil von Unregelmäßigkeiten innerhalb des Polymers in hohem Maße erhalten bleibt. Die Trocknungstemperatur und Trocknungsdauer sind hierbei ausschlaggebend, da über Temperatur und Zeit das Kristallwachstum und somit die Kristallinität beeinflusst werden. Bei der anschließenden Polarisation bzw. elektrostatischen Aufladung des aufgedruckten, amorphen Fluorpolymers werden nicht alle Ladungsträger in Volumentraps gefangen, sondern positionieren sich auch an der Oberfläche. Diese Oberflächenladungen sind deutlich schlechter im Elektret verankert und haben deshalb keine große Stabilität. Eine thermische Nachbehandlung der Elektretstruktur nach der elektrostatischen Aufladung bewirkt einerseits das teilweise Entfernen von Oberflächenladungen und andererseits die Diffusion von oberflächennahen Ladungsträgern in tiefere Volumentraps. Dadurch werden die Ladungsträger besser im Elektret verankert, was zu einer höheren Polarisationsstabilität der Elektretstruktur führt. Die Geschwindigkeit, mit der Oberflächenladungen entfernt werden, ist exponentiell abhängig von der zugeführten thermischen Aktivierungsenergie. Das Entfernen von weniger stabilen Ladungsträgern kann damit über die Parameter Temperatur und Einwirkdauer der thermischen Nachbehandlung eingestellt werden. Hierbei ist wichtig, dass das Temperaturniveau über der späteren Einsatztemperatur der Elekretanordnung liegt, um auch in der Anwendung die Stabilität der verbleibenden Polarisation zu gewährleisten.The invention is based on the finding that amorphous fluoropolymers, which are used in this Hersterstellungsverfahren as Elekretmaterial, due to a strong entanglement of the polymer chains with each other so-called traps or referred to as traps possess. Since these trapping sites extend over the entire volume of the polymer layer, they are also referred to as volume traps. Charge carriers placed in these volume traps are much more firmly anchored than surface charges. Amorphous fluoropolymers, such as poly [4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxole-co-tetrefluoroethylene], are therefore used as the electret material in the process described, since they are in contrast to the Usually semi-crystalline fluoropolymers such as PTFE, FEP or PFA in a suitable solvent, such as perfluorotrialkylamine or perfluortributlyamine dissolve and thus liquefy. In liquid form, the polymers can be used as Elekretmaterial in a simple manner for coating surfaces by means of printing technology. The use of printing technology in turn offers the advantage that this results in a maximum design freedom for electret structures with a layer thickness of 10-25 μm. While commercial film-based electrets must first obtain their geometry by punching or cutting technique, a plurality of Elekretschichten can be prepared via a polymer solution in printing technology by appropriate arrangement in the plane in one process step. During the drying process, ie during the removal of the solvent contained in the printed fluoropolymer solution, the degree of crystallinity of the fluoropolymers should be kept as low as possible. For the reason that as many volume rapps arise within the polymer layer, if the amorphous portion within the polymer and thus the largest possible amount of irregularities within the polymer is retained to a high degree. The drying temperature and drying time are crucial here because over Temperature and time the crystal growth and thus the crystallinity can be influenced. During the subsequent polarization or electrostatic charging of the printed, amorphous fluoropolymer, not all charge carriers are trapped in volume traps, but also position themselves on the surface. These surface charges are much worse anchored in the electret and therefore have no great stability. A thermal aftertreatment of the electret structure after the electrostatic charge causes on the one hand the partial removal of surface charges and on the other hand the diffusion of near-surface charge carriers into deeper volume rape. As a result, the charge carriers are better anchored in the electret, which leads to a higher polarization stability of the electret structure. The rate at which surface charges are removed is exponentially dependent on the thermal activation energy supplied. The removal of less stable charge carriers can thus be adjusted via the parameters temperature and exposure time of the thermal aftertreatment. It is important that the temperature level is above the later operating temperature of the Elekretanordnung to ensure the stability of the remaining polarization in the application.
Vorzugszweise erfolgt das Drucken der Fluorpolymer-Lösung durch ein Siebdruckverfahren. Damit lassen sich vergleichbare Schichtdicken erreichen, wie man sie bei handelsüblichen Elektretfolien wiederfindet. Diese entsprechen etwa 10–15 µm Schichtdicke. Das Siebdruckverfahren ermöglicht die einfache Herstellung von Mehrfachanordnungen von Schallwandlern, sogenannten Schallwandlerarrays, da in einem Fertigungsschritt eine Vielzahl von Elektretschichten in nahezu beliebiger Anzahl und Größe hergestellt werden können. Bezüglich der geforderten Schichtdicke ist das Siebdruckverfahren das vorteilhafteste Verfahren, es sind jedoch für das Drucken der Fluorpolymer-Lösung auch andere Druckverfahren, wie beispielsweise das Tiefdruck- oder das Inkjetdruckverfahren möglich.It is preferred to print the fluoropolymer solution by a screen printing process. This makes it possible to achieve comparable layer thicknesses, as found in commercial electret films. These correspond to about 10-15 μm layer thickness. The screen printing method allows the simple production of multiple arrangements of acoustic transducers, so-called transducer arrays, since in a manufacturing step, a plurality of electret layers in almost any number and size can be produced. With regard to the required layer thickness, the screen printing method is the most advantageous method, but other printing methods, such as gravure printing or inkjet printing, are also possible for printing the fluoropolymer solution.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die elektrostatische Aufladung des aufgedruckten, amorphen Fluorpolymers durch eine Koronabehandlung. Dadurch wird das Polymer polarisiert und es wird eine Elektretstruktur erzeugt, wodurch beispielsweise eine permanente Kondensatorspannung für einen kapazitiven Schallwandler geliefert werden kann. In a preferred embodiment of the invention, the electrostatic charging of the printed, amorphous fluoropolymer is carried out by a corona treatment. As a result, the polymer is polarized and an electret structure is produced, whereby, for example, a permanent capacitor voltage for a capacitive sound transducer can be supplied.
Bevorzugt entspricht die spätere maximale Einsatztemperatur, oberhalb der die Elektretanordnung während der thermischen Nachbehandlung erwärmt wird einem Temperaturbereich zwischen 90 und 100°C. Dies entspricht in etwa der maximalen Betriebstemperatur einer Kondensatorelektrode eines kapazitiven Schallwandlers zur Umfeldsensorik. Damit ist sichergestellt, dass die Polarisation des Elektrets auch bei einer Verwendung der Elektretstruktur in einem kapazitiven Schallwandler, wie er beispielsweise in der Umfeldsensorik eines Fahrzeugs verwendet wird, erhalten bleibt. The later maximum operating temperature, above which the electret arrangement is heated during the thermal after-treatment, preferably corresponds to a temperature range between 90 and 100 ° C. This corresponds approximately to the maximum operating temperature of a capacitor electrode of a capacitive sound transducer for environment sensors. This ensures that the polarization of the electret is also retained when using the electret structure in a capacitive sound transducer, as used for example in the environmental sensor system of a vehicle.
Soll die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelle Elektretanordnung in einem Schallwandler eingesetzt werden, so ist es gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung möglich beim Drucken der Fluorpolymer-Lösung auf die Trägerplatte vorzugsweise zumindest zwei separate Bereiche der Trägerplatte mit der Fluorpolymer-Lösung zu bedrucken. Diese zwei Bereiche können unterschiedlichste Formen besitzen und genauso können sie sich auch voneinander in der Form unterscheiden. Beispielsweise können beide Bereiche rechteckig geformt sein, in einer anderen Ausführungsform kann aber auch eine Form rechteckig und die andere kreisrund geformt sein. Diese zumindest zwei Bereiche besitzen einen horizontalen Abstand von weniger als die halbe Luftschallwellenlänge zu den am nächsten gelegenen Nachbarn. Bei einer Arbeitsfrequenz von 48 kHz wäre dies ein Abstand von 3,6 mm. Die Arbeitsfrequenz bezeichnet hierbei die Frequenz der empfangenen und von den Schallwandlern verarbeiteten Schallsignalen. Diese Anordnung, welche auch als Array-Anordnung bezeichnet wird, bietet später in der Anwendung der Elektretstruktur beispielsweise in Schallwandlern im Vergleich zu Einzelwandlern erweiterte Möglichkeiten der Signalverarbeitung.If the electret arrangement produced by the method according to the invention is intended to be used in a sound transducer, it is possible according to a preferred embodiment of the invention to print at least two separate regions of the support plate with the fluoropolymer solution when printing the fluoropolymer solution onto the support plate. These two areas can have many different shapes, and they can also differ in shape from one another. For example, both areas may be rectangular in shape, but in another embodiment may also be a shape rectangular and the other circular shaped. These at least two areas have a horizontal distance of less than half the airborne sound wavelength to the nearest neighbors. At a working frequency of 48 kHz, this would be a distance of 3.6 mm. The operating frequency refers to the frequency of the received and processed by the sound transducers sound signals. This arrangement, which is also referred to as array arrangement, offers later in the application of the electret structure, for example in transducers compared to individual transducers advanced possibilities of signal processing.
Das Entfernen des in der aufgedruckten Fluorpolymer-Lösung enthaltenen Lösemittels gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt mittels einer Wärmebehandlung der Trägerplatte und der auf der Trägerplatte aufgedruckten Fluorpolymerlösung. Durch die Wärmebehandlung wird das Polymer verfestigt und es wird eine amorphe Polymerstruktur erzeugt. Zusätzlich kommt es durch die Erwärmung zur Entstehung von sogenannten Beta-Umwandlungen. Beta-Umwandlungen können ein Verdrehen der Polymerketten oder eine Bewegung von Seitenketten zur Folge haben. Dadurch entstehen zusätzliche Volumentraps für die spätere Polarisation. Unter Beta-Umwandlung versteht man einerseits die Bewegungen von Seitengruppen einer Polymerkette, andererseits die Bewegung mehrerer Atome entlang der Polymerkette. Eine einfache Rotation entlang der Polymerkette kann in einem Polymer nicht stattfinden, da hierbei ein großer Kettenabschnitt als Ganzes bewegt werden müsste. Dies ist wegen der Behinderung durch benachbarte Moleküle nicht möglich. Es können jedoch mehrere Atome entlang der Kette gemeinsam bewegt werden. Erfolgt eine Deformation der Polymerkette durch Bewegung mehrerer Atome entlang der Kette, entsteht ein sogenannte Kurbelwellenrelaxation, da dadurch die Polymerkette in Form einer Kurbelwelle deformiert wird. Beta Umwandlungen finden stets unterhalb der Glastemperatur statt. (Umwandlungen bei Glastemperatur werden Alpha-Umwandlung genannt)The removal of the solvent contained in the printed fluoropolymer solution according to step b) of the method according to the invention is preferably carried out by means of a heat treatment of the carrier plate and the fluoropolymer solution printed on the carrier plate. The heat treatment solidifies the polymer and produces an amorphous polymer structure. In addition, the warming leads to the formation of so-called beta transformations. Beta transformations can result in twisting of the polymer chains or movement of side chains. This creates additional volume traps for later polarization. Beta-conversion means on the one hand the movements of side groups of a polymer chain, on the other hand the movement of several atoms along the polymer chain. A simple rotation along the polymer chain can not take place in a polymer, since in this case a large chain section would have to be moved as a whole. This is not possible because of obstruction by neighboring molecules. However, several atoms can be moved together along the chain. If a deformation of the polymer chain takes place by movement of several atoms along the chain, a so-called crankshaft relaxation occurs, because thereby the polymer chain is deformed in the form of a crankshaft. Beta conversions always find below the glass transition temperature. (Conversions at glass transition temperature are called alpha conversion)
Die zur Verfestigung des Polymers angewendete Wärmebehandlung beginnt vorzugsweise zunächst mit dem Erhitzen der Trägerplatte und der auf der Trägerplatte aufgedruckten Fluorpolymer-Lösung bei einer gleichbleibenden ersten Temperatur zwischen 50 und 100°C für einen Zeitraum zwischen 5 und 30 Minuten. Dadurch kann ein Großteil des Lösemittels verdampfen, die Polymerkonzentration innerhalb der Lösung verbleibt jedoch möglichst lange noch unterhalb der Kristallisationsgrenze. Bei Erreichen dieser kritischen Kristallisationsgrenze ist die Lösung übersättigt und das Kristallwachstum kann beginnen. Das Kristallwachstum des Polymers ist jedoch so gering wie möglich zu halten, da möglichst viele Volumentraps innerhalb der Polymerschicht entstehen, wenn der amorphe Anteil innerhalb des Polymers hoch ist und damit ein möglichst großer Teil von Unregelmäßigkeiten innerhalb des Polymers verbleibt. Wenn also schließlich die Kristallisationsgrenze durch das Verdampfen des Lösungsmittels erreicht ist, muss das Kristallwachstum hier möglichst schnell abgebrochen werden. Deshalb wird daraufhin in einem zweiten Schritt der Wärmebehandlung die Temperatur linear über einen Zeitraum zwischen 1 und 5 Minuten auf eine gleichbleibende zweite Temperatur zwischen 100 und 150°C erhöht. Durch Erhöhung der Temperatur kann wieder ein höherer Polymergehalt in der Lösung erreicht werden ohne dass die Lösung übersättigt und damit Kristallwachstum beginnt. Die Polymerkonzentration innerhalb der Lösung wird also immer noch unter der Kristallisationsgrenze gehalten. Die Trägerplatte und die auf der Trägerplatte aufgedruckte Fluorpolymer-Lösung wird nun auf der zweiten Temperatur für einen Zeitraum zwischen 5 und 15 Minuten erhitzt. Dadurch kann ein weiterer Teil des Lösemittels verdampfen und das Polymer verfestigen. Um bei Erreichen der Kristallisationsgrenze den Trocknungsprozess möglichst schnell abzuschließen und dadurch die Kristallbildung möglichst gering zu halten, wird anschließend die zweite Temperatur über einen Zeitraum zwischen 1 und 5 Minuten auf eine Maximaltemperatur zwischen 150 und 200°C linear erhöht. Auf dieser Maximaltemperatur wird die Trägerplatte und die auf der Trägerplatte aufgedruckte Fluorpolymer-Lösung gleichbleibend über einen Zeitraum zwischen 5 und 15 Minuten erwärmt, bis schließlich das restliche Lösemittel vollständig verdampft ist und das Polymer vollständig verfestigt ist. The heat treatment used to solidify the polymer preferably begins with the heating of the backing plate and the fluoropolymer solution printed on the backing plate at a constant first temperature of between 50 and 100 ° C for a period of between 5 and 30 minutes. As a result, a large part of the solvent can evaporate, but the polymer concentration within the solution remains as long as possible below the crystallization limit. Upon reaching this critical crystallization limit, the solution is supersaturated and crystal growth can begin. However, the crystal growth of the polymer should be kept as low as possible, since as many volume rape as possible are formed within the polymer layer, if the amorphous content within the polymer is high, leaving as much as possible irregularities within the polymer. So if finally the crystallization limit is reached by the evaporation of the solvent, the crystal growth must be stopped here as quickly as possible. Therefore, in a second step of the heat treatment, the temperature is then increased linearly over a period of between 1 and 5 minutes to a constant second temperature between 100 and 150 ° C. By increasing the temperature, a higher polymer content in the solution can again be achieved without the solution becoming supersaturated and thus crystal growth beginning. The polymer concentration within the solution is thus still kept below the crystallization limit. The carrier plate and the fluoropolymer solution printed on the carrier plate are then heated at the second temperature for a period of between 5 and 15 minutes. This allows another part of the solvent to evaporate and solidify the polymer. In order to complete the drying process as quickly as possible upon reaching the crystallization limit, thereby keeping the crystal formation as low as possible, the second temperature is then linearly increased over a period of between 1 and 5 minutes to a maximum temperature between 150 and 200 ° C. At this maximum temperature, the support plate and the fluoropolymer solution printed on the support plate are heated consistently for a period between 5 and 15 minutes, until finally the residual solvent is completely evaporated and the polymer is fully solidified.
Die Haftung des aufgedruckten, amorphen Fluorpolymers lässt sich vorzugsweise durch chemische Seitengruppen, insbesondere Carboxylgruppen (COOH) an die Trägerplatte erhöhen. Die Seitengruppen sind Bestandteil des Moleküls und entstehen bei der Polymersynthese. Dies bietet den Vorteil, dass die spätere Elektretstruktur nicht mehr leicht durch beispielsweise mechanische Einwirkungen entfernt werden kann.The adhesion of the printed, amorphous fluoropolymer can preferably be increased by chemical side groups, in particular carboxyl groups (COOH) on the support plate. The side groups are part of the molecule and arise in the polymer synthesis. This offers the advantage that the subsequent electret structure can no longer be easily removed by, for example, mechanical actions.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist als unmittelbares Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Elektretanordnung vorgesehen, die eine Trägerplatte und mindestens eine auf die Trägerplatte aufgedruckte Elektretstruktur umfasst. Die aufgedruckte Elektretstruktur weist eine signifikant höhere Polarisationsstabilität beim Einsatz unter erhöhter Temperatur als in der Industrie- und Automotiveanwendungen als zulässige Betriebstemperatur (z.B. bis +85°C) gefordert wird und im Vergleich zu handelsüblich folienbasierten Elektretschichten auf. So entlädt sich Fluor-Ethylen-Propylen (FEP), als eines der besten bisher bekannten semikristallinen folienbasierten Elektretmaterialien in Langzeitauslagerungen bei 95°C über 300 Tage um 12% (gemessen über das Oberflächenpotential). Die erfindungsgemäß hergestellte gedruckte Elektretstruktur hingegen entlädt sich im gleichen Zeitraum nur um 4%. Die Elektretstruktur weist also bei diesen Parametern mehr als die doppelte Polarisationsstabilität auf. According to a further aspect of the invention, an electret arrangement is provided as a direct product of the method according to the invention, which comprises a carrier plate and at least one electret structure printed on the carrier plate. The printed electret structure has significantly higher polarization stability when used at elevated temperature than is required in industrial and automotive applications as the allowable operating temperature (e.g., up to + 85 ° C) and compared to commercially available film-based electret layers. For example, fluorine-ethylene-propylene (FEP), one of the best known semicrystalline sheet-based electret materials in long-term deposition at 95 ° C, discharges by 12% over 300 days (measured by surface potential). By contrast, the printed electret structure produced according to the invention only discharges by 4% in the same period. The electret structure thus has more than twice the polarization stability for these parameters.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein kapazitiver Schallwandler vorgesehen, welcher einen Abstandshalter und eine schwingungsfähige Membran als erste Kondensatorelektrode umfasst. Der Abstandshalter kann ringförmig angeordet sein, er kann jedoch abhängig von der Elektretstruktur auch eine beliebige, der Elektretstruktur angepasste Form aufweisen. Außerdem umfasst der kapazitive Schallwandler die erfindungsgemäß hergestellte Elektretanordnung mit der Elektretstruktur und einer zusätzlich leitfähigen Schicht als zweite Kondensatorelektrode zwischen der Elektretstruktur und der Trägerplatte der Elektretanordnung. Die Elektretstruktur liefert hierbei die Spannung des kapazitiven Schallwandler. Die Membran des kapazitiven Schallwandlers ist an einem ersten der Umgebung hin offenen Ende des Abstandshalters und die Elektretanordnung an einem zweiten der Umgebung hin offenen Ende des Abstandshalters angeordnet. Die Membran ist hierbei so an dem ersten Ende des Abstandshalters angeordnet, dass sie die Elektretstruktur als Teil der Elektretanordnung von der Umgebung hin abschließt. Zwischen den beiden Kondensatorelektroden kann nun ein Dielektrikum zur Erzeugung eines elektrischen Feld eingebracht werden. Die Elektretanordnung kann hierbei Teil des Dielektrikums sein, da sich zwischen den beiden Kondensatorelektroden befindet. Dieser kapazitive Schallwandler hat den Vorteil, dass er einfach im Aufbau ist und zudem keine externe Spannungszufuhr benötigt. According to a further aspect of the invention, a capacitive sound transducer is provided which comprises a spacer and a vibratable membrane as the first capacitor electrode. The spacer may be annular, but depending on the electret structure, it may also have any shape adapted to the electret structure. In addition, the capacitive sound transducer comprises the electret structure according to the invention with the electret structure and an additional conductive layer as the second capacitor electrode between the electret structure and the support plate of the electret arrangement. The electret structure supplies the voltage of the capacitive transducer. The membrane of the capacitive transducer is disposed at a first end of the spacer open to the environment and the electret assembly is disposed at a second end of the spacer open towards the environment. In this case, the membrane is arranged at the first end of the spacer such that it terminates the electret structure as part of the electret arrangement from the surroundings. Between the two capacitor electrodes, a dielectric for generating an electric field can now be introduced. In this case, the electret arrangement can be part of the dielectric, since there is between the two capacitor electrodes. This capacitive transducer has the advantage that it is simple in construction and also requires no external power supply.
Desweiteren trägt die Trägerplatte des kapazitiven Schallwandler bevorzugt mindestens zwei auf die Trägerplatte aufgedruckte Elektretstrukturen. Diese mindestens zwei Elektretstrukturen sind durch zumindest eine Membran von der Umgebung abgeschlossen. Mit einer Mehrzahl von Schallwandlern ist es möglich das Umfeld genauer zu erfassen.Furthermore, the carrier plate of the capacitive transducer preferably carries at least two electret structures printed on the carrier plate. These at least two electret structures are through at least one membrane sealed from the environment. With a plurality of sound transducers it is possible to capture the environment more accurately.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispieleembodiments
Durch das Entfernen des in der aufgedruckten Fluorpolymerlösung enthaltenen Lösemittels, wird als nächstes in einem Verfahrensschritt
Um eine Elektretstruktur
In einem letzten Verfahrensschritt
Optional kann das Entfernen des in der aufgedruckten Fluorpolymerlösung enthaltenen Lösemittels in Schritt
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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