DE3809447A1 - Method for producing a matching layer for ultrasonic transducers - Google Patents

Method for producing a matching layer for ultrasonic transducers

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DE3809447A1
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Hans-Joachim Burger
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Abstract

For the purpose of producing an ultrasonic transducer, the piezoceramic is to be provided in a simple and cost effective way with a matching layer of specific thickness. The aim in this case is to dispense with a previously customary application of bonding agent or cement, since unavoidable differences in thickness of the adhesive layer have proofed to be disadvantageous. This is achieved by inserting piezoceramic into a mould and pouring a non-cured (hardened) formulation onto it. Before and during the encapsulation (potting), the mould is evacuated, and the formulation is intended to act as matching layer. A plate which is placed on the formulation with its side which is provided with a parting compound (mould release agent) is used to squeeze out the excess mass of the formulation down to the desired thickness of the matching layer. After curing, the matching layer is removed from the mould together with the piezoceramic.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer akustischen Anpaßschicht auf eine Piezokeramik bei der Herstellung von Ultraschallwandlern.The invention relates to a method for application an acoustic matching layer on a piezoceramic at the Manufacture of ultrasonic transducers.

Das Aufbringen einer akustischen Anpaßschicht auf eine Piezo­ keramik ist aus der Patentschrift 25 41 492 bekannt. Jedoch wird hierbei die vorgefertigte feste Anpaßschicht auf die Pie­ zokeramik aufgeklebt. Als Anpaßschicht wird hierbei syntakti­ scher Schaum verwendet, der als Blockware vorliegt und entspre­ chend der gewünschten Dicke zerspant wird. Nachteilig erweist sich hierbei die große Verlustrate beim Zerspanen. Außerdem wirken die Dickeunterschiede der Klebschicht störend.The application of an acoustic matching layer on a piezo Ceramic is known from the patent 25 41 492. However the prefabricated solid matching layer on the pie ceramic stuck on. Syntacti is used as the matching layer shear foam is used, which is in the form of block goods and corresponds machined to the desired thickness. It proves disadvantageous the large loss rate during machining. Furthermore the differences in thickness of the adhesive layer are disruptive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Piezokeramik für die Herstellung eines Ultraschallwandlers in einfacher Weise bei geringem Kosten- und Zeitaufwand mit einer Anpaß­ schicht bestimmter Dicke zu versehen, ohne eine Verklebung mit den sich dabei ergebenden nachteiligen Dickeunterschieden der Klebschicht vorzunehmen.The invention has for its object a piezoceramic for making an ultrasonic transducer in simple Way with little cost and time with an adjustment layer of a certain thickness without gluing the resulting disadvantageous differences in thickness of the Make adhesive layer.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der obengenannten Art dadurch gelöst, daß 1) die Piezokeramik in eine Form eingelegt wird, 2) als Anpaßschicht eine nicht ausgehärtete Formulierung auf die Piezokeramik in der Form gegossen wird, wobei die noch nicht ausgehärtete Formulierung vor und während des Vergusses evakuiert wird, 3) mittels einer Platte, die mit ihrer mit einem Trennmittel versehenen Seite auf die Formulierung gelegt wird, die überschüssige Masse der Formulierung bis zur gewünschten Dicke der Anpaßschicht ausgequetscht wird, 4) die Anpaßschicht ausgehärtet und mit der Piezokeramik entformt wird. This task is carried out in a method of the type mentioned above solved by 1) inserting the piezoceramic into a mold 2) an uncured formulation as a matching layer is poured onto the piezoceramic in the mold, the still uncured formulation before and during casting is evacuated, 3) by means of a plate which is connected to it with a Release agent side is placed on the formulation, the excess mass of the formulation to the desired Thickness of the matching layer is squeezed out, 4) the matching layer is hardened and demolded with the piezoceramic.  

Nach der erfindungsgemäßen Art des Direktvergusses hergestell­ te Ultraschallwandler erreichen elektro-akustische Werte, die mit der Methode über verklebtes Halbzeug nicht erreichbar sind.Manufactured according to the type of direct casting according to the invention te ultrasonic transducers achieve electro-acoustic values that cannot be reached with the method of glued semi-finished products.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn um die Piezokeramik ein Beschwerungsring gelegt wird. Auf diese Weise wird die Anpaß­ schicht in einem Arbeitsgang auf die Piezokeramik und den Be­ schwerungsring aufgebracht. Derartige Beschwerungsringe sind z.B. aus der DE-PS 25 41 492 bekannt. Durch den Beschwerungsring wird erreicht, daß die Grenzflächen zwischen diesem Ring und der Anpaßschicht eine Knotenfläche darstellt, die beim Ultraschall­ betrieb nahezu in Ruhe bleibt.It proves to be advantageous if around the piezoceramic Weighting ring is placed. This way the customization layer on the piezoceramic and the Be in one step weight ring applied. Such weight rings are e.g. known from DE-PS 25 41 492. Through the weight ring it is achieved that the interfaces between this ring and the Matching layer represents a node surface, which in ultrasound operation remains almost at rest.

Besteht die Formulierung aus einer Mischung von Mikrohohlglaskugeln, einem Epoxidharz, Härter, Beschleuniger und sonstigen Zusätzen, wie sie z.B. aus der US-PS 34 77 967 bekannt ist, so stellt sich innerhalb des als Anpaßschicht wirkenden Epoxidhohlglaskugelgemischs ein gleichmäßiger Dichteanstieg in Richtung der Schwerkraft ein. Dieser Dichteanstieg verbessert die Anpaßwirkung der Anpaß­ schicht. Auf zusätzliche Trennmittel zwischen den Gießformen und den Gießlingen kann verzichtet werden, wenn die die Außen­ kontur bildenden Gießformen aus abtrennbarem Thermoplastmate­ rial hergestellt sind. Zur Aushärtung des Vergusses bei höhe­ ren Temperaturen ist es von Vorteil, wenn das abtrennbare Ther­ moplastmaterial vorzugsweise Polymethylpenten ist.Consists of the wording a mixture of hollow glass microspheres, an epoxy resin, Hardeners, accelerators and other additives, such as those e.g. out the US-PS 34 77 967 is known, so arises within the an epoxy hollow glass ball mixture acting as a matching layer uniform density increase in the direction of gravity. This increase in density improves the adaptation effect of the adaptation layer. For additional release agents between the molds and the castings can be dispensed with if the outside Contour-forming molds made of removable thermoplastic material are made. For curing the potting at height ren temperatures, it is advantageous if the removable Ther moplastic material is preferably polymethylpentene.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be­ schrieben.In the following an embodiment of the invention will be wrote.

Zur Herstellung eines Ultraschallwandlers wird eine Piezoke­ ramik mit ihren elektrischen Anschlüssen in eine Form gegeben, die vorteilhafterweise aus Thermoplasten, vorzugsweise aus Poly­ methylpenten hergestellt, z.B. gespritzt ist. Die Innenkontur der Form entspricht der später gewünschten Außenkontur der Fer­ tigteile.Um die Piezokeramik wird nach Wunsch ein Beschwerungs­ ring gelegt, der auch Gehäuseteil sein kann. Auf diese vorbe­ reitete Anordnung wird eine noch nicht ausgehärtete Formulie­ rung gegeben, die aus einer Mischung von Mikrohohlglaskugeln und einem Epoxidharz, Härter, Beschleuniger und sonstigen Zu­ sätzen besteht. Bevor die vergossenen Bauteile ausgehärtet werden, wird eine mit einem Trennmittel versehene Platte auf die Formulierung gelegt. Durch Druck auf die Platte wird so­ viel überschüssige Masse der Formulierung ausgequetscht, bis die geforderte Höhe der Anpaßschicht erreicht ist. Nach Aus­ härtung der Formulierung wird die Piezokeramik mit der Anpaß­ schicht entformt. Bei diesem Verfahren ist der relativ gleich­ mäßige Dichteanstieg des Epoxidhohlglaskugelgemischs in Rich­ tung der Schwerkraft von besonderem Vorteil. Z.B. kann die Dichte an der Piezokeramikseite 0,8g/cm3 und an der dem Medium Luft zugewandten Seite einen Wert von z.B. 0,52g/cm3 betragen. Dies bedeutet eine Verbesserung der Anpaßwirkung der Anpaß­ schicht.To produce an ultrasonic transducer, a piezo ceramic with its electrical connections is placed in a mold which is advantageously made from thermoplastics, preferably from polypentene, for example by injection molding. The inner contour of the shape corresponds to the later desired outer contour of the finished parts. If required, a weight ring can be placed around the piezoceramic, which can also be a housing part. On this prepared arrangement a not yet cured formulation is given, which consists of a mixture of hollow glass microspheres and an epoxy resin, hardener, accelerator and other additives. Before the cast components are cured, a plate with a release agent is placed on the formulation. Excess mass of the formulation is squeezed out by pressure on the plate until the required height of the matching layer is reached. After the formulation has hardened, the piezoceramic is removed from the mold with the matching layer. In this method, the relatively uniform increase in density of the epoxy hollow glass ball mixture in the direction of gravity is of particular advantage. Z .B. The density on the piezoceramic side can be 0.8 g / cm 3 and on the side facing the air a value of, for example, 0.52 g / cm 3 . This means an improvement in the matching effect of the matching layer.

Claims (5)

1. Verfahren zum Aufbringen einer akustischen Anpaßschicht auf eine Piezokeramik bei der Herstellung von Ultraschallwandlern, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1) die Piezokeramik in eine Form eingelegt wird,
  • 2) als Anpaßschicht eine nicht ausgehärtete Formulierung auf die Piezokeramik in der Form gegossen wird, wobei die noch nicht ausgehärtete Formulierung vor und während des Vergus­ ses evakuiert wird,
  • 3) mittels einer Platte, die mit ihrer mit einem Trennmittel versehenen Seite auf die Formulierung gelegt wird, die über­ schüssige Masse der Formulierung bis zur gewünschten Dicke der Anpaßschicht ausgequetscht wird,
  • 4) die Anpaßschicht ausgehärtet und mit der Piezokeramik ent­ formt wird.
1. A method for applying an acoustic matching layer on a piezoceramic in the manufacture of ultrasonic transducers, characterized in that
  • 1) the piezoceramic is placed in a mold,
  • 2) a non-hardened formulation is poured onto the piezoceramic in the mold as a matching layer, the not yet hardened formulation being evacuated before and during the casting,
  • 3) by means of a plate, the side of which is provided with a release agent, is placed on the formulation, which is squeezed out over excess mass of the formulation to the desired thickness of the matching layer,
  • 4) the matching layer is cured and is formed with the piezoceramic ent.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß um die Piezokeramik ein Beschwerungs­ ring gelegt wird.2. The method according to claim 1, characterized records that around the piezoceramic a weighting ring is placed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Formulierung aus einer Mischung von Mikrohohlglaskugeln, einem Epoxidharz, Härter, Beschleuniger und sonstigen Zusätzen besteht.3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the wording from a Mixing of micro hollow glass balls, an epoxy resin, hardener, Accelerator and other additives exist. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Außenkontur bildenden Gießformen aus abtrennbarem Thermoplastmaterial hergestellt sind.4. The method according to claim 1 to 3, characterized ge indicates that those forming the outer contour Molds made from detachable thermoplastic material are. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Thermoplastmaterial vorzugsweise Polymethylpenten ist.5. The method according to claim 4, characterized records that the thermoplastic material preferably Is polymethylpentene.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005061343A1 (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultrasonic transducer for use in e.g. medical catheter systems, comprises piezo-active transducer layer which is embodied as non-self-supporting layer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005061343A1 (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultrasonic transducer for use in e.g. medical catheter systems, comprises piezo-active transducer layer which is embodied as non-self-supporting layer
DE102005061343B4 (en) * 2005-12-21 2010-11-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultrasonic transducer with self-supporting matching layer and method of manufacture

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