EP0189781B1 - Verfahren zur Herstellung einer Flachspule sowie Flachspule für ein Stosswellenrohr - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a spiral flat coil for a shock wave tube and a spiral flat coil for the shock wave tube. It relates to a flat coil for a shock wave tube for crushing concrements in a patient, for example kidney stones.
- DE-A 3 312 014 Shock wave tubes of this type have been known per se for a long time ("Akustician Beihefte", 1962, Issue 1, pages 185 to 202). According to recent investigations, e.g. specified in DE-A 3 312 014, used in medical technology for crushing concrements in the body of a patient. DE-A 3 312 014 describes a shock wave tube for this purpose. Due to the high pressure pulse emitted of approx. 100 bar, the materials of such a shock wave tube are subjected to high loads with every shock wave emission. The discharge coil and the membrane in particular are exposed to high mechanical forces. In the subject of DE-A 3 312 014 (Fig. 2) a spherical cap-shaped coil is provided, the spherical cap shape of which is e.g.
- DE-A 3 312 014 (FIG. 1) describes a spherical cap-shaped coil which is produced by spirally winding a wire and arranging it on a spherical cap-shaped surface of a housing part. This procedure is also disadvantageous, since it involves manufacturing problems to wind such a coil. In order to ensure effective insulation between the coil and the membrane upstream of it, in the case of DE-A 3 312 014 an insulating film is arranged between the components mentioned.
- the object of the invention is to design a method of the type mentioned at the outset in such a way that a flat coil with any spiral shape can be produced using simple means.
- the first-mentioned object is achieved according to claim 1, characterized in that a mask in spiral form is photographically transferred to a circuit board with a carrier layer, with an electrically conductive layer above and with a light-sensitive top layer, that the top layer is developed so that the spaces between the spiral paths of the transferred mask are etched away from the electrically conductive layer, that the spiral paths remaining on the electrically conductive layer are galvanically reinforced and that the printed circuit board is then glued onto a flat coil support.
- the advantage of the method is that coils with any spiral shape can be easily produced. No complex mechanical processing tools such as a lathe or milling machine are required for this.
- a particularly advantageous embodiment of the method is that the circuit board is glued to the flat coil carrier with its surface carrying the spiral.
- this measure ensures that the non-conductive part of the circuit board simultaneously serves as an insulating film between the coil and a membrane located in front of it.
- the assembly of the essential components of the shock wave tube, namely flat coil, insulating film and membrane, is considerably simplified.
- the flat coil according to the invention a special insulating film between the flat coil and a membrane in front of it is therefore superfluous, since the carrier layer fulfills this function.
- the flat coil according to the invention thus enables a simplified structure of a shock wave tube.
- FIG 1 designates a shock wave tube, which in its essential components consists of a flat coil carrier 3 associated spiral coil 4 (shown in Figures 3 and 4), an insulating film 5 and a membrane 7. Holding means for the coil 4, the insulating film 5 and the membrane 7 are not shown.
- a high-voltage pulse of short duration is applied to the flat coil 4 in order to trigger a shock wave. Due to the electromagnetic interaction of the coil 4 with the membrane 7, the membrane 7 is knocked away from the coil 4; it creates the shock wave.
- the coil 4 must have a defined shape for the shock wave tube 1 to function properly and to produce a certain desired wave shape.
- the surface of the coil 4 can e.g. be flat if the generation of a flat shock wave is desired, or concave dome-shaped if the shock wave generated thereby is to focus on a point.
- the voltage pulses that act on the coil 4 are in the order of magnitude between 10 and 30 kV.
- a round ceramic disk is assumed.
- This disc has, for example, a thickness of 40 mm with a diameter of 155 mm.
- a printed circuit board 9 is another starting material. It is provided for the production of the actual coil 4.
- the printed circuit board 9 consists of an electrically non-conductive carrier layer 11, which preferably consists of polyimide. This polyimide film can have a thickness of approximately 200 J lm.
- One side of the carrier layer 11 is provided with a thin layer 13 made of an electrically conductive substance, in particular a copper layer of approximately 7 ⁇ m thick.
- a light-sensitive top layer 15 is in turn applied to the copper layer 13.
- FIG. 2 shows the flat coil carrier 3 and the printed circuit board 9 processed after a first and second method step.
- a mask not shown
- the printed circuit board 9 shown in FIG. 2 results between the spiral paths 13a. It consists of the carrier layer 11 and parts of the original copper layer 13.
- the spiral paths 13a now form a flat coil 4 with a spiral course of the turns.
- FIG. 3 shows the spiral copper layer 13a after the latter has been galvanized to a total thickness of e.g. 7 ⁇ m to a total thickness of e.g. approx. 150 J.Lm was reinforced.
- the spiral produced in this way with the spiral ducts 13a is suitable for withstanding the high voltage and current surge during the generation of shock waves if the individual spiral ducts 13a are at a sufficient distance from one another.
- the finished arrangement of flat coil carrier 3 and integrated coil 4 is shown in FIG.
- the spaces between the spiral copper layer 13a have now been filled with a synthetic resin 17.
- the coil 4 is glued to the end of the flat coil carrier 3.
- the entire end face of the flat coil carrier 3 can also be coated with synthetic resin in one operation.
- the printed circuit board 9 can be glued both to the carrier layer 11 and to the layer 13 against the flat coil carrier 3.
- the advantage of the second embodiment is that the carrier layer 11 can simultaneously serve as an insulating film 5 in order to electrically isolate the coil 4 from the membrane 7.
- Aluminum oxide ceramics are preferably used as materials for the flat coil carrier 3, but good results have also been achieved with filled and unfilled epoxy resin.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer spiralförmigen Flachspule für ein Stoßwellenrohr und eine spiralförmige Flachspule für das Stoßwellenrohr. Sie bezieht sich auf eine Flachspule für ein Stosswellenrohr zum Zertrümmern von Konkrementen in einem Patienten, beispielsweise von Nierensteinen.
- Stoßwellenrohre dieser Art sind an sich seit längerer Zeit bekannt ("Akustische Beihefte", 1962, Heft 1, Seiten 185 bis 202). Sie können nach neueren Untersuchungen, wie z.B. in der DE-A 3 312 014 angegeben, in der Medizintechnik zur Zertrümmerung von Konkrementen im Körper eines Patienten eingesetzt werden. In der DE-A 3 312 014 ist ein Stoßwellenrohr für diesen Zweck beschrieben. Aufgrund des hohen abgegebenen Druckimpulses von ca. 100 bar werden die Materialien eines solchen Stoßwellenrohrs bei jeder Stoßwellenemission hoch beansprucht. Besonders die Entladungsspule und die Membran werden hohen mechanischen Kräften ausgesetzt. Beim Gegenstand der DE-A 3 312 014 (Fig. 2) ist eine kugelkalottenförmige Spule vorgesehen, deren Kugelkalottenform z.B. durch nachträgliche Bearbeitung, wie Ausdrehen einer Flachspule, zustandekommt. Diese Vorgehensweise ist recht materialaufwendig und benötigt anspruchsvolle Bearbeitungswerkzeuge. Außerdem ist in der DE-A 3 312 014 (Fig. 1) eine kugelkalottenförmige Spule beschrieben, die dadurch hergestellt wird, dass ein Draht spiralförmig aufgewunden und auf einer kugelkalottenförmigen Fläche eines Gehäuseteiles angeordnet wird. Auch diese Vorgehensweise ist nachteilig, da es mit fertigungstechnischen Problemen verbunden ist, eine derartige Spule zu wickeln. Um eine wirksame Isolierung zwischen der Spule und der dieser vorgelagerten Membran zu gewährleisten, ist im Falle der DE-A 3 312 014 zwischen den genannten Bauteilen eine Isolierfolie angeordnet.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine Flachspule mit beliebiger Spiralenform mit einfachen Mitteln hergestellt werden kann.
- Es ist ausserdem Aufgabe der Erfindung, eine Flachspule für ein Stoßwellenrohr anzugeben, die mit beliebiger Spiralenform auf einfache Weise herstellbar ist und einen vereinfachten Aufbau eines Stoßwellenrohres ermöglicht.
- Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Patentanspruch 1, dadurch gelöst, daß eine Maske in Spiralenform fotografisch auf eine Leiterplatte mit einer Trägerschicht, mit einer darüber liegenden elektrisch leitfähigen Schicht und mit einer lichtempfindlichen Oberschicht übertragen wird, daß die Oberschicht entwickelt wird, daß die Zwischenräume zwischen den Spiralgängen der übertragenen Maske von der elektrisch leitfähigen Schicht abgeätzt werden, dass die auf der elektrisch leitfähigen Schicht verbleibenden Spiralgänge galvanisch verstärkt werden und daß anschliessend die Leiterplatte auf einen Flachspulenträger aufgeklebt wird.
- Vorteil des Verfahrens ist es, daß Spulen mit beliebiger Spiralenform problemlos hergestellt werden können. Dazu werden keine aufwendigen mechanischen Bearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise eine Drehbank oder eine Fräsmaschine, benötigt.
- Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Leiterplatte mit ihrer die Spirale tragenden Oberfläche am Flachspulenträger verklebt wird. Durch diese Maßnahme wird bei einem Stoßwellenrohr erreicht, daß der nicht leitende Teil der Leiterplatte gleichzeitig als Isolierfolie zwischen der Spule und einer ihr vorgelagerten Membran dient. Die Montage der wesentlichen Komponenten des Stoßwellenrohres, nämlich Flachspule, Isolierfolie und Membran, wird dadurch wesentlich vereinfacht.
- Eine erfindungsgemäße Flachspule für ein Stoßwellenrohr weist gemäss dem Patentanspruch 6 folgende Merkmale auf:
- a) eine elektrisch nicht leitende, flächenhafte Trägerschicht,
- b) eine auf der Trägerschicht befestigte Spirale aus Kupfer, und
- c) einen scheibenförmigen Flachspulenträger aus einem schallharten und elektrisch nicht leitenden Material, wobei die Trägerschicht derart angeordnet ist, daß die auf ihr befestigte Spirale aus Kupfer dem Flachspulenträger zugewandt ist, und wobei der Flachspulenträger mit der Spirale aus Kupfer und/oder der Trägerschicht verklebt ist, so daß die Spirale sandwichartig zwischen dem Flachspulenträger und der Trägerschicht angeordnet ist.
- Bei der erfindungsgemäßen Flachspule ist somit eine besondere Isolierfolie zwischen der Flachspule und einer ihr vorgelagerten Membran überflüssig, da die Trägerschicht diese Funktion erfüllt. Die erfindungsgemäße Flachspule ermöglicht somit einen vereinfachten Aufbau eines Stoßwellenrohres.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der Figuren.
- Es zeigen jeweils im Querschnitt:
- Fig. 1 in einer auseinandergezogenen Darstellung einen Spulenträger und eine Leiterplatte in Verbindung mit einer Isolierfolie und einer Membran eines Stoßwellenrohres,
- Fig. 2 den Spulenträger und die Leiterplatte mit ausgeätzten Zwischenräumen zwischen den Spiralgängen,
- Fig. 3 den Spulenträger und die Leiterplatte mit galvanisch verstärkten Spulengängen und
- Fig. 4 fertige Flachspulenanordnung bestehend aus dem Spulenträger und der damit verklebten, aus der Leiterplatte gefertigten spiralförmigen Spule.
- Zur Erleichterung der Übersichtlichtkeit ist in den Figuren auf eine maßstabgerechte Darstellung der einzelnen Schichtdicken verzichtet. Diese ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
- In Figur 1 ist mit 1 ganz allgemein ein Stoßwellenrohr bezeichnet, welches in seinen wesentlichen Komponenten aus einem Flachspulenträger 3 mit zugehöriger spiralförmiger Spule 4 (in Figur 3 und 4 gezeigt), einer Isolierfolie 5 und einer Membran 7 besteht. Haltemittel für die Spule 4, die Isolierfolie 5 und die Membran 7 sind nicht gezeigt.
- Zum Auslösen einer Stoßwelle wird auf die Flachspule 4 ein Hochspannungsimpuls kurzer Dauer gegeben. Aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung der Spule 4 mit der Membran 7 wird die Membran 7 von der Spule 4 weggeschlagen; sie erzeugt so die Stoßwelle. Für ein einwandfreies Funktionieren des Stoßwellenrohrs 1 und die Herstellung einer bestimmten gewünschten Wellenform muß die Spule 4 eine definierte Form haben. Die Oberfläche der Spule 4 kann z.B. eben sein, wenn die Erzeugung einer ebenen Stoßwelle gewünscht ist, oder konkav kalottenförmig, wenn die damit erzeugte Stoßwelle fokussierend auf einen Punkt zulaufen soll. Neben der definierten Form der Spule 4 ist es von großer Wichtigkeit, daß die Isolation zwischen den Spulengängen einwandfrei ist, z.B. ohne Lufteinschlüsse. Die Spannungsimpulse, die die Spule 4 beaufschlagen, liegen in der Größenordnung zwischen 10 und 30 kV.
- Bei der Herstellung des Flachspulenträgers 3 mit angesetzter Spule 4 wird ausgegangen von einer runden keramischen Scheibe. Diese Scheibe hat beispielsweise eine Dicke von 40 mm bei einem Durchmesser von 155 mm. Es sind bei Durchführung des vorliegend geschilderten Verfahrens aber auch kleinere Scheiben von z.B. 60 mm Durchmesser bei einer Dicke von 15 mm hergestellt worden. Neben dieser Scheibe, die aus einer Keramik besteht und als Flachspulenträger 3 dient, ist eine Leiterplatte 9 weiteres Ausgangsmaterial. Sie ist zur Herstellung der eigentlichen Spule 4 vorgesehen. Die Leiterplatte 9 besteht aus einer elektrisch nicht leitenden Trägerschicht 11, die vorzugsweise aus Polyimid besteht. Diese Polyimidfolie kann eine Dicke von ca. 200 Jlm haben. Eine Seite der Trägerschicht 11 ist mit einer dünnen Schicht 13 aus einer elektrisch leitfähigen Substanz, insbesondere einer Kupferschicht von ca. 7 Jlm Dicke, versehen.
- Auf der Kupferschicht 13 ist wiederum eine lichtempfindliche Oberschicht 15 aufgebracht.
- In der Figur 2 sind der Flachspulenträger 3 und die nach einem ersten und zweiten Verfahrensschritt verarbeitete Leiterplatte 9 dargestellt. Durch Auflegen einer Maske (nicht gezeigt), in welcher - je nach Art der lichtempfindlichen Oberschicht 15 - die Spiralform in positiver oder negativer Darstellung enthalten ist, durch anschließende Belichtung der nicht durch die Maske abgedeckten Teile der lichtempfindlichen Schicht 15, durch Entwicklung und Ausätzung der Zwischenräume zwischen den Spiralgängen 13a ergibt sich die in Figur 2 gezeigte Leiterplatte 9. Sie besteht aus der Trägerschicht 11 und Teilen der ursprünglichen Kupferschicht 13. Die Spiralgänge 13a bilden nun eine flache Spule 4 mit einen spiralförmigen Verlauf der Windungen.
- In der Figur 3 ist neben dem Flachspulenträger 3 die spiralförmige Kupferschicht 13a dargestellt, nachdem letztere durch einen Galvanisiervorgang von ca. 7 µm auf eine Gesamtstärke von z.B. ca. 150 J.Lm verstärkt wurde. Die so erzeugte Spirale mit den Spiralgängen 13a ist geeignet, dem hohen Spannungs- und Stromstoß bei der Stoßwellenerzeugung standzuhalten, wenn die einzelnen Spiralgänge 13a einen ausreichenden Abstand voneinander aufweisen.
- In Figur 4 ist die fertige Anordnung von Flachspulenträger 3 und integrierter Spule 4 dargestellt. Die Zwischenräume zwischen der spiralförmigen Kupferschicht 13a sind nun mit einem Kunstharz 17 ausgefüllt worden. Die Spule 4 ist stirnseitig an den Flachspulenträger 3 geklebt. Zum besseren Verkleben der Spule 4 mit dem Flachspulenträger 3 und zum Auffüllen der Zwischenräume kann auch in einem Arbeitsgang die gesamte Stirnseite des Flachspulenträgers 3 mit Kunstharz bestrichen worden sein.
- Die Leiterplatte 9 kann prinzipiell sowohl mit der Trägerschicht 11 als auch mit der Schicht 13 gegen den Flachspulenträger 3 geklebt werden. Vorteil der zweiten Ausführungsform ist es jedoch, daß die Trägerschicht 11 gleichzeitig als Isolierfolie 5 dienen kann, um die Spule 4 von der Membran 7 elektrisch zu isolieren.
- Als Materialien für den Flachspulenträger 3 kommt vorzugsweise Aluminiumoxid-Keramik in Frage, wobei aber auch mit gefülltem und ungefülltem Epoxydharz gute Ergebnisse erzielt wurden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung einer spiralförmigen Flachspule (4) für ein Stoßwellenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maske in Spiralenform fotografisch auf eine Leiterplatte (9) mit einer Trägerschicht (11), mit einer darüber liegenden elektrisch leitfähigen Schicht (13) und mit einer lichtempfindlichen Oberschicht (15) übertragen wird, daß die Oberschicht (15) entwickelt wird, daß die Zwischenräume zwischen den Spiralgängen (13a) der übertragenen Maske von der elektrisch leitfähigen Schicht (13) abgeätzt werden, daß die von der elektrisch leitfähigen Schicht (13) verbleibenden Spiralgänge (13a) galvanisch verstärkt werden, und daß anschließend die Leiterplatte (9) auf einen Flachspulenträger (3) aufgeklebt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerschicht (11) eine Polyimidfolie und als elektrisch leitfähige Schicht (13) eine Kupferschicht vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidfolie (11) ca. 200 µm dick und die Kupferschicht (13) ca. 7 µm dick sind (Fig. 1, 2).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralgänge (13a) galvanisch auf ca. 150 µm Dicke verstärkt werden (Fig. 3).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (9) mit ihrer die Spiralgänge (13a) tragenden Oberfläche am Flachspulenträger (3) verklebt wird.
6. Spiralförmige Flachspule für ein Stoßwellenrohr, aufweisend
a) eine elektrisch nicht leitende, flächenhafte Trägerschicht (11),
b) eine auf der Trägerschicht (11) befestigte Spirale (13a) aus Kupfer, und
c) einen scheibenförmigen Flachspulenträger (3) aus einem schallharten und elektrisch nicht leitenden Material, wobei die Trägerschicht (11) derart angeordnet ist, daß die auf ihr befestigte Spirale (13a) aus Kupfer dem Flachspulenträger (3) zugewandt ist, und wobei der Flachspulenträger (3) mit der Spirale (13a) aus Kupfer und/oder der Trägerschicht (11) verklebt ist, so daß die Spirale (13a) sandwichartig zwischen dem Flachspulenträger (3) und der Trägerschicht (11) angeordnet ist.
7. Flachspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Flachspulenträger (3) eine Keramik vorgesehen ist.
8. Flachspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Flachspulenträger (3) ein Epoxydharz vorgesehen ist.
9. Flachspule nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verkleben des Flachspulenträgers (3) mit der Spirale (13a) aus Kupfer und/oder der Trägerschicht (11) ein Harz (17) vorgesehen ist.
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