DE3019420A1

DE3019420A1 - Verfahren zum herstellen einer ultraschallwandleranordnung

Info

Publication number: DE3019420A1
Application number: DE19803019420
Authority: DE
Inventors: Erich 8520 Erlangen Kämpf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4411052A; CA1165470A

Description

-Si-

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 80 P 5065 DE

Verfahren zum Herstellen einer Ultraschallwandleranordnung

Zusatz zum Patent ... (Patentanmeldung P . *V.v J. ft.f..', (j VPA 80 P 7527 DE) .

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung

P ) ist ein Verfahren zum Herstellen einer

Ultraschallwandleranordnung mit Wandlerelementen, die mit Kontaktfahnen einer Kontaktfolie versehen sind. Nach diesem Verfahren wird wenigstens eine Flachseite einer als Kontaktfolie dienenden Kunststoffolie mit einer Metallauflage versehen, die mit einer Flachseite eines streifenförmigen Piezokörpers unlösbar verbunden wird. Die andere Flachseixe der Kontaktfolie wird auf einem Dämpfungskörper befestigt und dann wird die Unterteilung des Piezokörpers vorgenommen. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann eine geteilte Kontaktfolie verwendet werden, deren Metallauflage dann lediglich im Randbereich mit jeweils einem Randbereich des Piezokörpers verbunden wird. Der Piezokörper ist auf seinen Flachseiten ebenfalls mit einer Metallisierung versehen. In der herzustellenden Ultraschallwandleranordnung sollen jeweils mehrere einander benachbarte Wandlerelemente eine Wandlergruppe von akustisch getrennten und elektrisch gemeinsam gesteuerten Wandlerelementen bilden.

Die Kontaktfolie bildet jeweils eine gemeinsame Zuleitung für die elektrisch parallelgeschalteten Wandlerelemente einer Wandlergruppe. Aus akustischen Gründen wird eine sehr dünne Kontaktfolie gewählt, deren Dicke im allgemeinen 10 /um nicht wesentlich überschreitet

Kin 2 Koe / 30.4.19HO

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VPA 80 P 5065 DE und vorzugsweise wesentlich geringer als 10 /um ist. Die Dicke der Metallauflage ist noch wesentlich geringer als die Dicke der Kontaktfolie. Sie muß jeweils mit einer Schmalseite der Wandlerelemente unlösbar verbunden werden, deren Breite in einem Ultraschallwandler-Array mit mehreren 100 Wandlerelementen für hohe Frequenzen von beispielsweise 5 MHz und mehr unter Umständen wesentlich weniger als 100 /um betragen kann. Die Kontaktfolie muß somit mit einem entsprechend schmalen Oberflächenteil der Wandlerelemente verbunden werden. Falls in diesem geringen Oberflächenbereich eine ausreichende Kontaktierung während des Lötvorganges nicht zustande kommt oder sich die Lotverbindung während der anschließenden, im allgemeinen mechanischen Unterteilung des Piezokörpers wieder löst, ist die Stromzuführung zu diesem Wandlerelement unterbrochen und dieses Element fällt somit für den Betrieb der Ultraschallwandleranordnung aus. Bei der anschließenden Unterteilung des Piezokörpers zur Herstellung der einzelnen Wandlerelemente werden die Schnitte senkrecht zu den Flachselten des Piezokörpers so tief geführt, daß auch noch wenigstens die elektrisch leitende Oberflächenschicht der Kontaktfolie zwischen den einzelnen Wandlerelementen mechanisch getrennt wird. Die an den Enden der Wandlerelemente verbleibenden und jeweils als Stromzuführung für eines der Wandlerelemente dienenden Teile der Kontaktfolie sind somit nicht breiter als die entstehenden Wandlerelemente und ihre mechanische Festigkeit ist entsprechend gering. Bei der später herzustellenden elektrischen Verbindung der Kontaktfahne mit einem elektrischen Steuerleiter, der sich im allgemeinen auf einer Steuerplatte befindet, kann die Zuleitung zu einem der Wandlerelemente durch mechanische Beschädigung unterbrochen werden. Die elektrische Zuleitung kann außerdem schon durch Rißbildung in der Metallauflage in

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-/-""^ ** VPA 80 P 5065 DE der Nähe der Stirnflächen der Wandlerelemente gestört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit einer Ultraschallwandleranordnung nach dem Hauptpatent zu erhöhen, insbesondere zu verhindern, daß die elektrische Zuleitung zu den einzelnen Wandlerelementen durch mechanische Beschädigung unterbrochen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandlerelemente jeweils einer der Wandlergruppen mit dem metallischen Teil einer Kontaktfolie verbunden werden, deren an beiden Enden der Wandlerelemente überstehende Teile jeweils in Kontaktfahnen aufgetrennt werden, von denen eine mit einem Steuerleiter verbunden wird, und von denen die andere elektrisch leitende Brücken für die Wandlerelemente der Wandlergruppe bildet. Mit diesen Gestaltungsmerkmalen wird sichergestellt, daß jedes Wandlerelement an seinen beiden Enden eine elektrische Zuleitung erhält. Falls die elektrische Zuleitung an einem Ende unterbrochen wird, so erhält dieses Element eine Stromversorgung über die leitenden Brücken mindestens eines der benachbarten Wandlereleraente und die Betriebssicherheit der Gesamtanordnung wird somit entsprechend erhöht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwandleranordnung nach der Erfindung als Querschnitt schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Kontaktfolie in einem Schnitt der Figur 1.

In der Ausführungsform nach Figur 1 enthält eine Ultraschallwandleranordnung eine lineare Anordnung von Wand-

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-/- "" VPA 80 P 5065 DE lerelementen 2, die zwischen einem Dämpfungskörper 4 und einem AnpassungiJkörper 5 in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene hintereinander angeordnet sein sollen. Die Wandlerelemente 2 können durch sogenannte Feinteilung eines streifen- oder quaderförmigen Piezokörpers hergestellt sein. An den beiden Seitenflächen des Dämpfungskörpers 4 ist jeweils eine Leiterplatte 12 bzw. 13 befestigt, deren Oberfläche mit elektrischen Leitern versehen ist, von denen in der Figur lediglich einer mit 14 bezeichnet ist. Diese Leiter dienen als Steuerleitungen für die Wandlerelemente 2 und sind jeweils mit einer Kontaktfahne ?.k verbunden, die aus einem an den Stirnflächen der Wandlerelemente 2 aus der Anordnung herausragenden Teil einer geteilten Kontaktfolie hergestellt sind, deren ^fJ?eile in der Figur mit 20 und 22 bezeichnet sind. Daß Teil 22 der Kontaktfolie ist ebenfalls mit einem am Ende der Wandlerelemente 2 überstehenden Teil versehen, der mit 25 bezeichnet ist. Eine gemeinsame elektrische Rückleitung für die Stromversorgung der Wandlerelemente 2 bildet ein Leiter 30 aus elektrisch leitendem Material, von dem in der Figur nur die Stirnfläche sichtbar ist und der über einen in der Figur nicht dargestellten Leiter einer der Leiterplatten 12 und 13 mit dem Gegenpol der Stromversorgung verbunden ist.

Die Kontaktfolienteile 20 und 22 sind jeweils mit einer Metallauflage 21 bzw. 23 versehen, die mit einer Metallisierungsschicht 18 unlösbar verbunden, beispielsweise verlötet, sind. Der gemeinsame elektrische Rückleiter 30 für die Wandlerelemente 2 ist ebenfalls mit einer Metallisierungsschicht 19 an der oberen Schmalseite der Wandlerelemente 2 verbunden. Die Wandlerelemente 2 sind durch Unterteilung eines Piezokörpers dadurch hergestellt, daß jeweils ein Schnitt durch den

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-/- VPA 80 P 5065 DE Piezokörper mit der Metallisierung seiner Flachseiten so tief geführt ist, daß auch noch wenigstens die Metallisierung der Kontaktfolienteile 20 und 22 aufgetrennt wird, wie es in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Damit sind die einzelnen Wandlerelemente 2 mit ihrer Metallisierung 18 und 19 sowohl akustisch als auch mechanisch voneinander getrennt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Wandlerelementen 2 können unter Umständen nach der akustischen Trennung mit einem Füllstoff gefüllt werden, dessen akustische Impedanz wesentlich verschieden ist von der akustischen Impedanz des Piezomaterials der Wandlerelemente 2.

In der Ausführungsform der Kontaktfolienteile 20 und 22 nach Figur 2 bildet der an dem rechten Ende der in der Figur nicht näher bezeichneten Wandlerelemente überstehende Teil der Folie die Kontaktfahne 24, die mit einem in der Figur nicht dargestellten elektrischen Steuerleiter verbunden ist und die elektrische Zuleitung für Jeweils eine Wandlergruppe bildet, die in der Figur mit 6 bezeichnet ist. Die Schnitte der Unterteilung können zweckmäßig so geführt werden, daß die Kontaktfahnen zwischen den benachbarten Wandlergruppen 6 und 7 durch einen der Schnitte getrennt werden. Am anderen Ende der Wandlerelemente bildet die Kontaktfahne 25 Jeweils elektrisch leitende Brücken zwischen den Wandlerelementen der Wandlergruppe 6. Falls beispielsweise die Stromzuführung von der Kontaktfahne 24 zu einem in der Figur nicht näher bezeichneten Wandlerelement der Wandlergruppe 6 durch einen Riß unterbrochen ist, so wird dieses Wandlerelement über die Kontaktierung des Teils 20 der Kontaktfolie an den beiden benachbarten Wandlerelementen sowie die Metallisierung 18 an diesen Wandlerelementen und die elektrisch leitenden Brücken der Kontaktfahne weiterhin mit Strom versorgt, wie es in der Figur durch

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nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet ist. Eine Stromunterbrechung zu einem der Wandlerelemente innerhalb der Wandlergruppen 6 und 7 kann somit erst dann eintreten, wenn die Stromzuführungen an beiden Enden eines Wandlerelementes unterbrochen sind.

1 Patentanspruch

2 Figuren

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Claims

VPA 80 P 5065 DE

Patentanspruch

Verfahren zum Herstellen einer Ultraschallwandleranordnung mit Wandlerelementen, die mit Kontaktfahnen einer Kontaktfolie versehen sind, bei dem wenigstens eine Flachseite einer als Kontaktfolie dienenden Kunststofffolie mit einer Metallauflage versehen wird, und wenigstens eine Flachseite eines streifenförmigen Plezokörpers mit einem Oberflächenbereich der Metallauflage der Kontaktfolie unlösbar verbunden wird, deren andere Flachseite auf einem Dämpfungskörper befestigt wird, und bei dem dann die Unterteilung des Piezokörpers vorgenommen wird, nach Patent ... (Patentanmeldung P , VPA 80 P 7527 DE), bei dem jeweils

mehrere einander benachbarte Wandlerelemente eine Wandlergruppe von akustisch getrennten und elektrisch gemeinsam gesteuerten Wandlerelementen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (2) jeweils einer der Wandlergruppen (6, 7) mit dem metallischen Teil (21, 23) einer Kontaktfolie (20, 22) verbunden werden, deren an beiden Enden der Wandlerelemente (2) überstehenden Teile jeweils in Kontaktfahnen für jeweils eine rfandlergruppe (6, 7) aufgetrennt werden, von denen eine (24) mit einem Steuerleiter verbunden wird, und von denen die andere (25) elektrisch leitende Brücken für die Wandlerelemente (2) der Wandlergruppe (6) bildet.

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