DE3124561A1 - Verfahren zum herstellen von ultraschallwandlern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von ultraschallwandlern

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DE3124561A1 DE19813124561 DE3124561A DE3124561A1 DE 3124561 A1 DE3124561 A1 DE 3124561A1 DE 19813124561 DE19813124561 DE 19813124561 DE 3124561 A DE3124561 A DE 3124561A DE 3124561 A1 DE3124561 A1 DE 3124561A1
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Description

- 4 Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Ultraschallwandlern in zusammengesetzten komplexen Formen sowie die Verwendung des Verfahrens zum Herstellen von ringförmigen Wandlern. · \
Die Erfindung befasst sich insbesondere mit einem Verfahren zum Herstellen von zusammengesetzten piezoelektrischen Wandlern im wesentlichen aus einer Vielzahl von Wandlerelementen,- die verschiedene Formen haben können und durch Schneiden eines piezoelektrischen Keramikblockes erhalten werden. Die Wandler eignen sich insbesondere für die medizinische Echographie.
Die Wandlerelemente, die auf die Haut eines Patienten aufgebracht werden, senden Ultraschallwellen aus', die sich durch das Gewebe fortpflanzen und an einem Hindernis oder an einer Grenzfläche reflektiert werden. Die Echosignale oder die
f reflektierten Wellen, die von diesen Grenzflächen kommen,
erreichen die Wandler, die wie Empfänger arbeiten,mit einer Verzögerung bezüglich der Ultraschallwellenaussendung, die vom Abstand zwischen den Wandlern und der Reflexionsfläche = abhängt. Wenn die Zeit abgelaufen ist, die für einen Vor- und Rücklauf der akustischen Welle notwendig ist, kann 'ein neuer Impuls ausgegeben werden. Die Echosignale können daher an dem Schirm eines Oszilloskops dargestellt werden.
Es sind bereits Wandler in zusammengesetzter Form und insbesondere Wandler in Form von Ringgittern bekannt, die eine Bündelung beim Verfolgen der Echosignale verwenden. Diese Bündelung der Welle, die. an einer Stelle empfangen wird, die sich vor der ausgesandten Wellenfront befindet, liefert ein gutes Auflösungsvermögen für zwei Echopunkte auf der . Schusslinie. Derartige Wandler sind in Acta Electronica 22. t Februar 1979, Seite 119 bis 127 im Aufsatz "Les transducteurs
_ 5 —
ä reseau annulaire focalisant en poursuite d'echos" beschrieben. Die Verwirklichung von ringförmigen Wandlern erfolgt im wesentlichen durch einen Zusammenbau mehrerer viereckiger oder quadratischer Wandlerelemente, die elektrisch mit einer elektronischen Kommutiereinrichtung verbunden sind, die es ermöglicht, die Wandlerelemente in Form von konzentrischen Kreisen umzugruppieren. Die Ringwandler zeigen keine vorbestimmte Form,- so dass sowohl vom Standpunkt ihrer Herstellung ■ als auch ihrer Funktion die Verwendung einer komplizierten äusseren Kommutiereinrichtung notwendig ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wandlern in zusammengesetzter Form, mit dem insbesondere ringförmige Wandler hergestellt werden können, die eine vorbestimmte Form und einen einfacheren Aufbau als die bekannten Wandler haben, da keine Notwendigkeit der Anordnung einer elektronischen Kommutiereinrichtung besteht.
Die Verwirklichung von zusammengesetzten Wandlern in irgendeiner Form stösst darüberhinaus auf erhebliche Schwierigkeiten bei der Verarbeitung eines keramischen Blockes.
Diese Schwierigkeiten sollen gemäss der Erfindung beseitigt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen von Ultraschallwandlern in zusammengesetzter Form besteht darin, dass ein piezoelektrischer Keramikblock längs zueinander paralleler Ebenen in wenigstens zwei Schnittgruppen geschnitten werden, um Wandlerelemente zu liefern, und dass die geschnittenen Elemente so ausgewählt werden, dass sich die gewünschte Form des zusammengesetzten Wandlers ergibt, wobei gemäss der Erfindung die gewählten Elemente an einer ihrer Aussenflächen elektrisch mittels eines leitenden Niederschlag.es wieder verbunden werden und die andere Aussenflächen der Elemente mit einem
— 6 ~"
Bezugspotential beaufschlagt wird.
Bei einem bevorzugten Aüsführungsbeispiel erfolgen die beiden Gruppen von Schnitten des Keramikblockes unter einem Winkel von 90° zueinander, so dass die Wandlerelemente eine rechteckige oder quadratische Form haben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt eine dritte Gruppe von Schnitten des keramischen. Blockes unter einem Winkel von 45° zu den anderen beiden Schnittgruppen, so dass sich Wandlerelemente in dreieckiger Form ergeben.
Vorzugsweise wird der keramische Block über seine gesamte Höhe so geschnitten, dass jedes Element mechanisch isoliert ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der leitende Niederschlag in Form von Strichen aufgebracht, wobei der leitende Niederschlag vorzugsweise unter Verwendung einer Maske ausgebildet wird. · - "
Das Verfahren der Herstellung von Wandlern in zusammengesetzter Form durch ein mehrfaches Schneiden erlaubt es u.a., Wandler in Form von Ringen herzustellen.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt schematisch das Schneiden eines keramischen Blockes in Form von Wandlerelementen gemäss der Erfindung.
Fig. 2 zeigt schematisch' ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Zusammensetzens der verschiedenen Wandlerelemente.
Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbexspiel des elektrischen Zusammensetzens der verschiedenen '. . Wandlerelemente.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein piezoelektrischer Keramikblock 2 in Form eines Parallelepipeds mit einer quadratischen oder rechteckigen Grundfläche dargestellt, der auf einen leitenden Träger 4 mit einem leitenden Klebstoff 6 geklebt ist. Der leitende Träger 4 liegt auf einem Vergleichspotential, was beispielsweise durch eine Erdung erfolgen kann. Der Keramikblock 2 wird änschliessend mit Diamantsägen oder geglätteten Drahtsägen längs paralleler Ebenen mit konstanter Teilung in zwei Gruppen von Schnitten 8 und 10 im Winkel von 90° zueinander geschnitten, so dass sich Wandlerelemente 12 mit quadratischer Form ergeben.
Eine dritte Schnittreihe 14, die in Fig. 2 dargestellt ist, kann im keramischen Block 2 ausgebildet werden. Diese dritte ■ Schnittreihe 14 liegt unter einem Winkel von 45° zu den . beiden anderen Schnittreihen 8 und 10 , so dass sich Wandlerelemente 16 mit rechteckiger Form ergeben, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
Die beiden Schnittreihen 8 und 10 sollten mit der gleichen Teilung ρ ausgebildet werden, um quadratische Wandlerelemente 12 zu erhalten, wohingegen die dritte Schnittreihe 14 mit · einer anderen Teilung p'in Fig. 2 erfolgt, um dreieckige Wandlerelemente 16 zu erhalten. - Selbstverständlich' können die beiden Schnittreihen unter einem anderen Winkel als 90° ausgebildet werden und kann die dritte Schnittreihe unter einem anderen Winkel als 45° vorgesehen werden derart, dass andere Formen von Wandlerelementen erhalten werden.
Die Wandlerelemente 12 oder 16 sollten vollständig durchgeschnitten werden, so dass die verschiedenen Elemente mechanisch voneinander isoliert sind. Diesbezüglich sei darauf hingewiesen, dass die Stärke des leitenden Trägers 4 derart gewählt sein sollte, dass er beim Schneiden des keramischen Blockes 2 nicht vollständig durchgeschnitten wird.
Die in dieser Weise geschnittenen Wandlerelemente 12 oder 16 werden so ausgewählt, wie es·schraffiert in Fig. 2 dargestellt ist derart, dass sich· die gewünschte komplexe Wandlerform ergibt. Die gewählten Elemente werden somit elektrisch untereinander an einer ihrer Aussenflachen wieder miteinander verbunden, wobei vorzugsweise diese Aussenflache die obere Aussenflache 20 der Elemente 12 oder 14 ist und die elektrische Verbindung mittels eines leitenden Niederschlages oder Überzuges erfolgt. Der leitende überzug 18 wird mit Hilfe einer Verbindungsmaske auf die Wandlerelemente 12 oder 16 aufgebracht und kann in Form von Strichen 18a, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, oder in Form eines Streifens 18b vorgesehen werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Der leitende Niederschlag 18 kann entweder durch Metallisieren unter Unterdruck oder mittels eines Lackes auf Silberbasis ausgebildet werden. Der leitende Niederschlag 18 verbindet elektrisch die Oberflächen 20 der Wandlerelemente 12 oder 16, wobei die Unterflächen 22 dieser Wandler über den leitenden Klebstoff 6 mit dem leitenden Träger 4 in Kontakt stehen und am Vergleichspotential liegen. Darüberhinaus sind die Schnittzwischenräume 24 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wandlerelementen mit einem Harz 26 mit grosser akustischer Impedanz ausgefüllt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen von Ultrasehallwandlern in komplexer Form liefert insbesondere ringförmige
Ä ·
Wandler 28, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind- Die schraffiert dargestellten gewählten Wandlerelemente 12 sind elektrisch über einen leitenden Niederschlag 18 in Form von Strichen 18a miteinander verbunden. Eine derartige Vorrichtung kann bei der medizinischen Echographie verwandt werden, die bei der Verfolgung der Echosignale eine Bündelung verwendet, wie es in dem Aufsatz "Les transducteurs ä reseau annulaire focalisant en ppursuite d'echos" dargestellt ist.
Leerseite

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen von Ultraschallwandlern
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Herstellen von Ultraschallwandlern mit komplexer Form, bei dem ein piezoelektrischer Keramikblock längs paralleler Ebenen in wenigstens zwei Schnittgruppen zur Bildung von Wandlerelementen geschnitten wird und die geschnittenen Elemente so ausgewählt werden, dass sich die gewünschte komplexe Wandlerform ergibt, dadurch' gekennzeichnet , dass die gewählten Elemente (12) elektrisch an einer ihrer Aussenflachen (20) mittels eines leitenden Niederschlages (18) wieder miteinander verbunden werden und dass die andere .Aussenflache (22) der Elemente (12) mit einem Vergleichspotential beaufschlagt wird.
    TELEFON (089) 32 28Ö2
    TELEX 03-29 38Ο
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schnittgruppen (8, 10) unter einem Winkel von 90° zueinander ausgebildet werden und die Wandlerelemente eine quadratische Form haben.
  3. 3. ■ Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass eine dritte Schnittgruppe (14) im keramischen Block (2) unter einem Winkel von 45° zu den anderen beiden Schnittgruppen (8,10) ausgebildet wird. so dass sich Wandlerelemente (16) mit dreieckiger Form ergeben.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, dass der keramische Block. (2) vor dem Aufschneiden mit einem leitenden Klebemittel (6) auf einen leitenden Träger (4) geklebt wird, an dem das Vergleichspotential liegt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
    g ekennzeichnet, dass der keramische Block (2) über seine gesamte Höhe so aufgeschnitten wird, dass alle Elemente .(12, 16) mechanisch isoliert sind.
  6. 6. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichne b, dasu der /.wiüchenraum (24) der Schnitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementen mit einem Harz (26) mit grosser akustischer Impedanz gefüllt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass der leitende Niederschlag (18) in Form eines Bandes (18b) ausgebildet wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche' 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitende Niederschlag (18) in Form von Strichen (18a) ausgebildet wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch, gekennzeichnet, dass der leitende Niederschlag
    (18) durch eine Maskierung ausgebildet wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass der leitende Niederschlag (18) über- eine Metallisierung unter Unterdruck erhalten wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass der leitende Niederschlag (18) mittels eines Lackes auf Silberbasis erhalten wird.
  12. 12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche Ί bis 11 zur Herstellung von Wandlern in Form von Ringen
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