EP2814620A2 - Schallwandleranordnung - Google Patents

Schallwandleranordnung

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Publication number
EP2814620A2
EP2814620A2 EP13704578.7A EP13704578A EP2814620A2 EP 2814620 A2 EP2814620 A2 EP 2814620A2 EP 13704578 A EP13704578 A EP 13704578A EP 2814620 A2 EP2814620 A2 EP 2814620A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sound transducer
electrode
electrode structure
multilayer circuit
electret material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13704578.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2814620A2 publication Critical patent/EP2814620A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0688—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
    • B06B1/0692—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF with a continuous electrode on one side and a plurality of electrodes on the other side
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings

Definitions

  • the invention relates to a sound transducer arrangement which can be used in particular for sound-based environment detection, as well as a
  • the individual transducer elements can be operated separately as a sound transmitter and as a sound receiver or both as a transmitter and as a receiver.
  • the invention further relates to a sound wave-based sensor for environment detection, in particular an ultrasonic sensor for automotive applications or for robotics applications or for mobile machines, comprising a transducer assembly constructed according to the invention.
  • the transducer elements are primarily determined by the dimensions of the electrode structure in size.
  • the design of arrays requires the training of several
  • Sound transducer elements with two electrodes each, which limit the effective range of each element.
  • the electrodes must be connected to downstream electronic components (e.g., amplifiers or filters).
  • downstream electronic components e.g., amplifiers or filters.
  • the interconnects must be routed between the individual electrode elements. These tracks reduce the available area for use as an electrode element. In addition, they represent additional capacity that must be reloaded by the transducer elements parallel to the downstream electronic components. If a surface of the electret material is fully metallized and used as a ground electrode, the interconnects also form parasitic transducer elements, which are not desired at these locations and interfere with the array signal processing.
  • the sound transducer technology described in this invention is based on a piezoelectric electret material that performs the conversion between a mechanical stress caused by sound pressure and an electric field.
  • An electret material is understood as meaning an electrically insulating material which contains quasi-permanently stored electrical charges or quasi-permanently oriented electrical dipoles and thus generates a quasi-permanent electric field in its surroundings or in its interior.
  • Piezoelectrically active electret materials are often formed as so-called ferroelectrets and have a cellular or foam-like structure.
  • Transducers based on electrets have for the generation of sound and for sound reception in fluids (gases,
  • a sound transducer arrangement comprising a piezoelectrically active electret material between a first and a second electrode structure. On the first electrode structure this is
  • Electret material applied, in particular so that the first electrode structure is completely covered with the electret material.
  • the electret material forms a piezoelectric layer.
  • the second electrode structure is arranged, so that the electret material is located between the first and the second electrode structure.
  • the first electrode structure is formed from a plurality of independently addressable electrode elements.
  • the electrode elements thus define the individual sound transducer elements, which together form a sound transducer arrangement, also referred to as an array.
  • the first electrode structure is formed on a surface of a multilayer circuit carrier.
  • Thick vibrations take place in a known manner by suitable
  • the first electrode structure is preferably formed from the uppermost layer of the multilayer circuit carrier or applied to a surface of the multilayer circuit carrier. After that, the Electret material applied to the first electrode structure, for example glued. Alternatively, it is also possible to insert the electret material through
  • Printing process such as screen printing, apply. It is also possible first to apply the first electrode structure to a surface of the electret material and then to connect the electret material, for example by gluing, to the multilayer circuit carrier.
  • the construction according to the invention of the sound transducer arrangement affords the advantage that the different layers of the multilayer circuit substrate can be used for the interconnection of the individual electrode elements.
  • the multilayer circuit carrier can be designed, for example, in a conventional manner as a multilayer printed circuit board with several line levels.
  • the uppermost layer can be advantageously used to form the first electrode structure.
  • the electrode elements can have different
  • Wiring levels are connected to downstream electronic components.
  • preferably so-called plated-through holes can be used.
  • the area which is available for the formation of the electrode elements is thereby increased because on the surface of the
  • Circuit substrate or the first electrode structure no additional surface for interconnects must be provided. Furthermore, the respective size and shape of the electrode elements and the guidance of the conductor tracks
  • Transducer array Printed circuit boards, in particular composite systems, for example with fibers as filler, are preferably used as circuit carriers.
  • the filler of the composite system is selected so that the printed circuit board is resilient in case of mechanical action from the outside on the surface on which the sound transducer assembly is formed. This will be one
  • the electret material is preferably formed as a film, in particular as a ferroelectret film.
  • Such films usually have a thickness of 50 to 500 ⁇ and have a cellular structure.
  • two or more layers of such films can be applied one above the other
  • the second electrode structure is preferred as
  • Electrode elements are formed on different layers or planes, the distance between the conductor tracks is increased to the second electrode structure.
  • the second electrode structure is preferably covered by a protective layer, in particular a multi-layered protective layer, which protects the sound transducer arrangement against external influences such as moisture, dirt, UV radiation, heat or mechanical effects.
  • This protective layer may also be improved by providing paintability for the optical components
  • the multilayer circuit carrier has in a preferred embodiment at least one via. It is preferred one
  • Electrode element associated with a via which is the
  • Electrode element with a conductor track which is formed on a certain inner layer of the multilayer circuit substrate, electrically connects.
  • the electrode element can be connected to downstream electronic components, for example, the corresponding Excite transducer element or process the signal supplied by the corresponding transducer element signal.
  • a plurality of, in particular adjacent, electrode elements are connected to conductor tracks such that the respective conductor tracks
  • electronic components may be arranged on a surface of the multilayer circuit carrier opposite the first electrode structure. These components can serve as filters or amplifiers for the sound transducer arrangement, for example. This design is a particularly compact and
  • Carrier structure for the first electrode structure as well as a carrier for the downstream electronics of the sound transducer assembly can be used. Particularly advantageous here is the short cable routing with the associated low parasitic capacitances, resistances and inductances.
  • the different wiring levels of the circuit carrier can be used both for addressing the individual transducer elements, as well as for the formation of the tracks for the electronic components.
  • the sound transducer arrangement according to the invention can be designed, for example, such that the electrode elements of the first electrode structure are arranged on a line and the transducer elements are thus a so-called
  • the electrode elements of the first electrode structure are distributed two-dimensionally and the transducer elements thus form a so-called 2D array.
  • the electrode elements of the first electrode structure are distributed two-dimensionally and the transducer elements thus form a so-called 2D array.
  • the advantages come through the inventive design of the transducer assembly with a multi-layer circuit board particularly clear to bear because of complicated and space-consuming traces between the individual electrode elements of the first electrode structure can be omitted and instead the different wiring levels of the multilayer circuit board can be used.
  • the multilayer circuit carrier can be designed as a curved printed circuit board.
  • the transducer assembly can be performed bent and thereby allows a three-dimensional design. This can be a
  • Sound transducer arrangement inconspicuously adapted to the outer contour of a vehicle or a machine. This results in extended possibilities for the selection of cultivation locations and for the design.
  • an improved adaptation of the signal evaluation to the respective application can be achieved by the three-dimensional distribution of the individual transducer elements.
  • a curved circuit board can also carry the electronic circuit.
  • FIG. 1 schematically shows a section through an exemplary embodiment of a sound transducer arrangement designed according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows an exemplary embodiment of a plan view
  • Electrode structure on a surface of a multilayer circuit substrate is Electrode structure on a surface of a multilayer circuit substrate.
  • Figure 1 is a section through an exemplary embodiment of a
  • Sound transducer assembly has a multilayer circuit substrate 50, which is designed as a multilayer printed circuit board.
  • the multilayer circuit carrier has in its interior a plurality of planes of printed conductors 55, 57 which are separated from each other by an insulating layer 51 of a composite material, for example a fiber-reinforced plastic.
  • a first electrode structure 30 is formed on a surface 52 of the multilayer circuit substrate 50.
  • the first electrode structure 30 is formed by corresponding structuring of the uppermost layer of the multilayer circuit carrier 50.
  • each other addressable electrode elements 32 and 34 which form at least a portion of the first electrode structure 30.
  • On the first electrode structure 30 is a piezoelectric active
  • Ferroelektretfolie 22 is formed.
  • the ferroelectret film 22 is fixed on the first electrode structure 30 by means of an insulating adhesive layer 24 and preferably completely covers the first electrode structure 30.
  • an electrically conductive adhesive may also be used, wherein when using an electrically conductive adhesive only the electrode elements 32 and 34 are covered with the adhesive.
  • a second electrode structure 40 is arranged, which is formed in this embodiment as a continuous metallization layer 42 which is connected to ground potential.
  • Metallization layer can be produced for example by vapor deposition or by sputtering or by a printing process such as screen printing.
  • a voltage signal applied between an electrode element 32 or 34 and the metallization layer 42 causes a change in thickness of the piezoelectrically active electret material 20 by the action of the piezoelectric effect. If sound or other mechanical effects are applied to the electret material 20, the associated change in thickness of the electromotive force causes piezoelectrically active electret material 20 a Charge shift or voltage that can be tapped on the electrode structure 32, 34 and 40 respectively.
  • the metallization layer 42 is for protection against external influences such. B. moisture, dirt, UV radiation, heat or mechanical action with a multi-layer protective layer 60 covered.
  • This layer may for example be made of plastic, for example a polymer (for example parylene) or a polyimide (for example kapton), or a composite of different plastics or a plastic-metal composite.
  • the piezoelectrically active electret material 20 is thus arranged between the first electrode structure 30 and the second electrode structure 40.
  • Circuit substrate 50 the piezoelectrically active Elektretmaterial 20 and the second electrode structure 40, a sound transducer assembly 1.
  • Sound transducer assembly 1 in this example has two transducer elements 12 and 14, the respective effective region of which is determined by the shape and position of the electrode elements 32 and 34 of the first electrode structure 30. Accordingly, the first transducer element 12 through the electrode member 32, the piezoelectrically active electret 20 in the area above the
  • Electrode element 32 and the second electrode structure 40 is formed, the second transducer element 14 is formed by the electrode member 34, the piezoelectrically active electret material 20 in the region above the electrode member 34 and the second electrode structure 40.
  • the various electrode elements 32, 34 By applying corresponding voltage signals to the various electrode elements 32, 34, a change in thickness of the electret material above the respective electrode element 32 or 34 is generated by the piezoelectric effect in a known manner and sound waves are emitted.
  • incoming sound waves cause deformation of the electret material, producing voltage signals on the electrode elements 32, 34.
  • Sound transducer assembly 1 are operated both as a transmitter and as a receiver.
  • Electrode elements 32, 34 can be detected during operation of the sound transducer assembly 1 as a receiver a sound field with high accuracy and high spatial resolution.
  • When operating the sound transducer assembly 1 as a transmitter can By superimposing the signals of the various transducer elements 12, 14 a complex sound field can be generated.
  • the multilayer circuit carrier 50 has plated through holes 56 and 58.
  • the via 56 is associated with the electrode member 32 and electrically connects the electrode member 32 to the trace 55.
  • the via 58 is associated with the electrode member 34 and electrically connects the electrode member 34 to the trace 57.
  • the traces 55 and 57 are on different inner conduction planes of the multilayer Circuit carrier 50 is formed.
  • Tracks 55 and 57 are designed independently.
  • the devices 72, 73, 74 may be, for example, resistors, capacitors, transistors or integrated circuits (e.g., operational amplifiers) that form a circuit that may act as a filter and / or amplifier for the transducer assembly 1, for example.
  • an inner layer 59 of the multilayer circuit substrate is formed as a continuous metal layer, which is at ground potential. This achieves electromagnetic shielding of the sound transducer assembly from the circuitry comprising components 72, 73 and 74.
  • the electronic components 72, 73 and 74 may, for example, be contacted via conductor tracks which are formed on further inner layers (not shown) of the multilayer circuit carrier 50.
  • the multilayer circuit carrier 50 also acts as a mechanical
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a first electrode structure 130 of a sound transducer arrangement according to the invention in a schematic plan view.
  • the electrode structure 130 is formed on the surface 152 of a multilayer circuit substrate 150.
  • the electrode structure 130 in this example has 18 electrode elements 132, 134, which are arranged in six columns 102, 104, 102 ', 104', 102 ', 104 ", each of three electrode elements.
  • the electrode structure 130 forms a so-called 2D array 100, since the electrode elements 132, 134 are distributed two-dimensionally on a surface
  • all the electrode elements 132, 134 have the same dimensions and are substantially square in shape and are arranged regularly relative to each other
  • Electrode elements 132, 134 are selected so that the distance D between two adjacent electrode elements 132, 143 is less than half the wavelength of a sound wave (in air) at a frequency typical for the application. For example, at a typical operating frequency of 50 kHz, the airborne sound wavelength is approximately 7 mm. In this case, the distance D and thus also the edge length of an electrode element can be for example about 3 mm.
  • Electrode elements also do not have to be arranged area-wide. It is possible to leave individual areas of the circuit board free. One speaks then of an incompletely occupied array arrangement.
  • Each electrode element 132, 134 of the electrode structure 130 is a
  • the vias 156, 158 connect the
  • Electrode elements 132, 134 electrically conductive tracks 155, 157.
  • the vias 156, 158 are such
  • Electrode elements 134 which are arranged in a column 102 of the 2D array 100 adjacent to the column 102, are electrically conductively connected to printed conductors 157 by means of the plated-through holes 158.
  • the conductor tracks 157 are formed on a different inner layer of a multilayer circuit carrier. The interconnects 155 and the interconnects 157 thus run on different levels, the respective course of the interconnects 155 and 157 can therefore be selected independently.
  • Circuit levels of the multilayer circuit substrate 150 which lie below the surface 152.
  • the surface 152 is completely for the
  • a sound transducer arrangement according to the invention is particularly suitable for the sound field-based environment detection. You can, for example, in
  • Driver assistance systems such as parking systems, used to assist maneuver or for monitoring the blind spot of a vehicle. It is also conceivable use in robots, for example
  • Lawnmower robots vacuum cleaner robots, transport robots or fixed machines. Furthermore, an inventive
  • Sound transducer assembly used to monitor manufacturing processes and / or manufacturing equipment or safety
  • Intrusion of objects or persons can be detected. Also conceivable is the use to support visually impaired people,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Schallwandleranordnung vorgeschlagen, umfassend ein piezoelektrisch aktives Elektretmaterial zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrodenstruktur. Auf der ersten Elektrodenstruktur ist das Elektretmaterial aufgebracht, insbesondere so, dass die erste Elektrodenstruktur vollständig mit dem Elektretmaterial bedeckt ist. Auf oder oberhalb des Elektretmaterials ist die zweite Elektrodenstruktur angeordnet, so dass sich das Elektretmaterial zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur befindet. Die erste Elektrodenstruktur ist aus mehreren, unabhängig voneinander adressierbaren Elektrodenelementen ausgebildet. Die Elektrodenelemente definieren damit die einzelnen Schallwandlerelemente, die zusammen eine Schallwandleranordnung, auch als Array bezeichnet, bilden. Dabei ist die erste Elektrodenstruktur erfindungsgemäß auf einer Oberfläche eines mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet.

Description

Beschreibung Titel
Schallwandleranordnung Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung, die insbesondere zur schallbasierten Umfelddetektion verwendet werden kann, sowie einen
schallwellenbasierten Sensor, diese enthaltend. Betrachtet werden hier Array- Anordnungen, die aus mindestens zwei Schallwandlern bestehen. Hierbei beträgt der Abstand von zwei oder mehr Einzelwandlern untereinander typischerweise jeweils weniger als die halbe Luftschallwellenlänge. Eine Array-Anordnung bietet im Vergleich zu Einelement-Wandlern erweiterte Möglichkeiten der
Signalverarbeitung und ist damit besonders vorteilhaft in komplexen
Umgebungen mit den daraus resultierenden komplexen Schallfeldern
einsetzbar. Die einzelnen Wandlerelemente können getrennt als Schallsender und als Schallempfänger oder aber sowohl als Sender wie auch als Empfänger betrieben werden. Die Erfindung betrifft weiterhin einen schallwellenbasierten Sensor zur Umfelddetektion, insbesondere einen Ultraschallsensor für Kfz- Anwendungen oder für Robotik-Anwendungen oder für mobile Arbeitsmaschinen, der eine erfindungsgemäß aufgebaute Schallwandleranordnung umfasst.
Schallwandler auf dem Elektret-Prinzip sind aus der Literatur bekannt.
Beispielsweise in der WO 1008/135004 AI ist ein Ulltraschallwandler-Array für Anwendungen in gasförmigen Medien beschrieben, das eine Schicht aus einem piezoelektrisch aktiven, zellulären Elektretmaterial zwischen zwei
Elektrodenstrukturen umfasst. Hierbei werden die Wandlerelemente in erster Linie durch die Dimensionen der Elektrodenstruktur in der Größe festgelegt. Für die Gestaltung von Arrays bedarf es der Ausbildung von mehreren
Schallwandlerelementen mit jeweils zwei Elektroden, die den wirksamen Bereich jeweils eines Elementes begrenzen. Die Elektroden müssen an nachgeordnete elektronische Bauteile angeschlossen werden (z.B. Verstärker oder Filter). Je größer die Anzahl der benötigten Elemente, desto schwieriger wird der
Anschluss an nachgeordnete elektronische Bauteile. Beispielsweise treten vor allem dann Probleme auf, wenn die Elektrodenelemente nicht nur auf einer Linie angeordnet werden (Linien-Array), sondern zweidimensional verteilt angeordnet sind (2-D-Array). In diesem Fall müssen bei herkömmlichen Anordnungen die Leiterbahnen zwischen den einzelnen Elektrodenelementen geführt werden. Diese Leiterbahnen reduzieren die zur Verfügung stehende Fläche für die Nutzung als Elektrodenelement. Außerdem stellen sie zusätzliche Kapazitäten dar, die von den Schallwandlerelementen parallel zu den nachgeordneten elektronischen Bauteilen umgeladen werden müssen. Wird eine Oberfläche des Elektretmaterials vollständig metallisiert und als Masseelektrode genutzt, so bilden die Leiterbahnen darüber hinaus parasitäre Schallwandlerelemente, die an diesen Orten nicht gewünscht sind und die Array-Signalverarbeitung stören.
Offenbarung der Erfindung
Die in dieser Erfindung beschriebene Schallwandler- Technologie basiert auf einem piezoaktiven Elektretmaterial, das die Wandlung zwischen einer mechanischen Beanspruchung, die durch Schalldruck verursacht wird, und einem elektrischen Feld vornimmt. Unter einem Elektretmaterial wird ein elektrisch isolierendes Material verstanden, das quasi-permanent gespeicherte elektrische Ladungen oder quasi-permanent ausgerichtete elektrische Dipole enthält und somit ein quasi-permanentes elektrisches Feld in seiner Umgebung oder in seinem Inneren erzeugt. Piezoelektrisch aktive Elektretmaterialien sind häufig als sogenannte Ferroelektrete ausgebildet und weisen eine zelluläre oder schaumartige Struktur auf. Schallwandler auf der Basis von Elektreten besitzen für die Schallerzeugung und für den Schallempfang in Fluiden (Gase,
Flüssigkeiten) im Vergleich zu anderen Wandlertechnologien, wie z.B.
mechanische Resonanzwandler, Piezokomposit-Wandler, elektrostatische Wandler oder MEMS-Wandler besonders vorteilhafte Eigenschaften,
insbesondere im Bezug auf die elektroakustische Empfangsempfindlichkeit. Erfindungsgemäß wird eine Schallwandleranordnung vorgeschlagen, umfassend ein piezoelektrisch aktives Elektretmaterial zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrodenstruktur. Auf der ersten Elektrodenstruktur ist das
Elektretmaterial aufgebracht, insbesondere so, dass die erste Elektrodenstruktur vollständig mit dem Elektretmaterial bedeckt ist. Das Elektretmaterial bildet eine piezoelektrische Schicht aus. Auf oder oberhalb des Elektretmaterials ist die zweite Elektrodenstruktur angeordnet, so dass sich das Elektretmaterial zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur befindet.
Die erste Elektrodenstruktur ist aus mehreren, unabhängig voneinander adressierbaren Elektrodenelementen ausgebildet. Die Elektrodenelemente definieren damit die einzelnen Schallwandlerelemente, die zusammen eine Schallwandleranordnung, auch als Array bezeichnet, bilden. Dabei ist die erste Elektrodenstruktur erfindungsgemäß auf einer Oberfläche eines mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet.
Durch die Elektrodenelemente der ersten Elektrodenstruktur in Verbindung mit der auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht aus dem piezoelektrisch aktiven Elektretmaterial angeordneten zweiten Elektrodenstruktur lassen sich in bekannter Weise lokale Dickenschwingungen der Schicht oder von Poren der Schicht erzeugen oder detektieren. Insbesondere können die Frequenzen dieser Schwingungen im Ultraschallbereich liegen. Die Anregung der
Dickenschwingungen erfolgt in bekannter Weise durch geeignete
Spannungssignale, die zwischen den jeweiligen Elektrodenelementen und der Gegenelektrode der zweiten Elektrodenstruktur angelegt werden. Diese
Spannungssignale erzeugen lokale Dickenschwingungen des piezoelektrisch aktiven Elektretmaterials, die wiederum die Abstrahlung von Schallwellen bewirken. Bei eintreffenden Schallwellen wird das piezoelektrisch aktive
Elektretmaterial durch die Schallwellen zu Dickenschwingungen angeregt, die wiederum entsprechende Spannungssignale an den jeweiligen
Elektrodenelementen erzeugen.
Die erste Elektrodenstruktur wird bevorzugt aus der obersten Lage des mehrlagigen Schaltungsträgers gebildet oder auf eine Oberfläche des mehrlagigen Schaltungsträgers aufgebracht. Im Anschluss wird das Elektretmaterial auf die erste Elektrodenstruktur aufgebracht, beispielsweise geklebt. Alternativ ist es auch möglich, das Elektretmaterial durch ein
Druckverfahren, beispielsweise Siebdruck, aufzubringen. Es ist auch möglich, die erste Elektrodenstruktur zunächst auf eine Oberfläche des Elektretmaterials aufzubringen und das Elektretmaterial dann, beispielsweise durch Kleben, mit dem mehrlagigen Schaltungsträger zu verbinden.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Schallwandleranordnung ergibt sich der Vorteil, dass die unterschiedlichen Lagen des mehrlagigen Schaltungsträgers für die Verschaltung der einzelnen Elektrodenelemente genutzt werden können. Der mehrlagige Schaltungsträger kann beispielweise in herkömmlicher Weise als mehrlagige Leiterplatte mit mehreren Leitungsebenen ausgeführt sein. Die oberste Lage kann vorteilhaft zur Ausbildung der ersten Elektrodenstruktur genutzt werden. Die Elektrodenelemente können über unterschiedliche
Verdrahtungsebenen an nachgeordnete elektronische Bauteile angebunden werden. Dafür können bevorzugt sogenannte Durchkontaktierungen zum Einsatz kommen. Die Fläche, die für die Ausbildung der Elektrodenelemente zur Verfügung steht wird dadurch vergrößert, da auf der Oberfläche des
Schaltungsträgers bzw. der ersten Elektrodenstruktur keine zusätzliche Fläche für Leiterbahnen bereitgestellt werden muss. Ferner können die jeweilige Größe und Form der Elektrodenelemente und die Führung der Leiterbahnen
unabhängig voneinander festgelegt werden.
Eine weitere vorteilhafte Funktion des mehrlagigen Schaltungsträgers ist die Darstellung einer Trägerschicht zur mechanischen Stabilisierung der
Schallwandleranordnung. Bevorzugt werden als Schaltungsträger Leiterplatten, insbesondere Verbundsysteme beispielsweise mit Fasern als Füllstoff, verwendet. Insbesondere ist der Füllstoff des Verbundsystems so gewählt, dass die Leiterplatte bei mechanischer Einwirkung von außen auf die Oberfläche, auf der die Schallwandleranordnung ausgebildet ist, nachgiebig ist. Damit wird ein
Teil der mechanischen Beanspruchung nicht in dem Elektretmaterial sondern von der Leiterplatte aufgenommen, und eine Beschädigung des empfindlichen Elektretmaterials wird vermieden. Das Elektretmaterial ist bevorzugt als Folie, insbesondere als Ferroelektretfolie, ausgebildet. Derartige Folien haben üblicherweise eine Dicke von 50 bis 500 μηι und weisen eine zelluläre Struktur auf. Bevorzugt können auch zwei oder mehrere Lagen derartiger Folien übereinander aufgebracht werden
(Stapelaufbau). Durch die so vergrößerte Schichtdicke des piezoelektrisch aktiven Elektretmaterials wird eine höhere Empfindlichkeit der
Schallwandleranordnung im Empfangs- und eine höhere Sendestärke im
Sendebetrieb erzielt. Es ist außerdem möglich, eine vorgegebene Frequenz für ein resonantes Verhalten der Schallwandleranordnung durch die Schichtdicke gezielt einzustellen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So ist die zweite Elektrodenstruktur bevorzugt als
durchgehende Metallisierungsschicht auf dem piezoelektrisch aktiven
Elektretmaterial ausgebildet und dient als Massenelektrode für die gesamte Schallwandleranordnung. Dadurch dass die Leiterbahnen und die
Elektrodenelemente auf unterschiedlichen Lagen bzw. Ebenen ausgebildet sind, ist der Abstand der Leiterbahnen zu der zweiten Elektrodenstruktur erhöht.
Störende Kapazitäten werden durch den erhöhten Abstand verringert.
Bevorzugt ist die zweite Elektrodenstruktur von einer, insbesondere mehrlagig ausgebildeten, Schutzschicht bedeckt, die die Schallwandleranordnung vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Schmutz, UV-Strahlung, Hitze oder mechanischen Einwirkungen schützt. Diese Schutzschicht kann außerdem durch die Herbeiführung einer Lackierbarkeit für das optische
Erscheinungsbild wichtig sein.
Der mehrlagige Schaltungsträger weist in einer bevorzugten Ausführung mindestens eine Durchkontaktierung auf. Dabei ist bevorzugt einem
Elektrodenelement eine Durchkontaktierung zugeordnet, die das
Elektrodenelement mit einer Leiterbahn, die auf einer bestimmten, inneren Lage des mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet ist, elektrisch verbindet. Über die Leiterbahn kann das Elektrodenelement mit nachgeordneten elektronischen Bauteilen verbunden werden, die beispielsweise das entsprechende Wandlerelement anregen oder das von dem entsprechenden Wandlerelement gelieferte Signal weiterverarbeiten.
Bevorzugt sind mehrere, insbesondere benachbarte, Elektrodenelemente derart mit Leiterbahnen verbunden, dass die jeweiligen Leiterbahnen auf
unterschiedlichen Leitungsebenen des mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet sind.
Auf einer der ersten Elektrodenstruktur gegenüberliegenden Oberfläche des mehrlagigen Schaltungsträgers können in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung elektronische Bauelemente angeordnet sein. Diese Bauelemente können beispielsweise als Filter oder Verstärker für die Schallwandleranordnung dienen. Durch diese Ausführung wird ein besonders kompakter und
platzsparender Aufbau erreicht, da ein Schaltungsträger sowohl als
Trägerstruktur für die erste Elektrodenstruktur als auch als Träger für die nachgeordnete Elektronik der Schallwandleranordnung genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist hierbei die kurze Leitungsführung mit den damit verbundenen geringen parasitären Kapazitäten, Widerständen und Induktivitäten. Die unterschiedlichen Verdrahtungsebenen des Schaltungsträgers können sowohl zur Adressierung der einzelnen Wandlerelemente genutzt werden, als auch zur Ausbildung der Leiterbahnen für die elektronischen Bauelemente.
Die erfindungsgemäße Schallwandleranordnung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass die Elektrodenelemente der ersten Elektrodenstruktur auf einer Linie angeordnet sind und die Wandlerelemente damit ein sogenanntes
Linien-Array bilden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Elektrodenelemente der ersten Elektrodenstruktur zweidimensional verteilt angeordnet sind und die Wandlerelemente damit ein sogenanntes 2D-Array bilden. Bei einer derartigen
Anordnung kommen die Vorteile durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schallwandleranordnung mit einem mehrlagigen Schaltungsträger besonders deutlich zum Tragen, da auf komplizierte und platzraubende Leiterbahnen zwischen den einzelnen Elektrodenelementen der ersten Elektrodenstruktur verzichtet werden kann und stattdessen die verschiedenen Verdrahtungsebenen des mehrlagigen Schaltungsträgers genutzt werden können.
Der mehrlagige Schaltungsträger kann als gebogene Leiterplatte ausgeführt sein. Damit kann auch die Schallwandleranordnung gebogen ausgeführt werden und ermöglicht dadurch eine dreidimensionale Ausführung. Damit kann eine
Ausführung realisiert werden, die in der Form der jeweiligen Anwendung angepasst ist. Beispielsweise kann die gebogene Form der
Schallwandleranordnung unauffällig der äußeren Kontur eines Fahrzeugs oder einer Maschine angepasst werden. So ergeben sich erweiterte Möglichkeiten für die Auswahl von Anbauorten und für die Gestaltung. Durch eine Anpassung der Signalverarbeitung kann durch die dreidimensionale Verteilung der einzelnen Wandlerelemente auch eine verbesserte Anpassung der Signalauswertung an die jeweilige Anwendung erzielt werden. Durch geeignete Auswahl und
Platzierung der elektronischen Bauelemente kann eine gebogene Leiterplatte auch die elektronische Schaltung tragen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schallwandleranordnung.
Figur 2 zeigt in Draufsicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
Elektrodenstruktur auf einer Oberfläche eines mehrlagigen Schaltungsträgers.
Ausführungsformen der Erfindung In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine beispielhafte Ausführung einer
erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung dargestellt. Die
Schallwandleranordnung weist einen mehrlagigen Schaltungsträger 50 auf, der als mehrlagige Leiterplatte ausgeführt ist. Der mehrlagige Schaltungsträger weist im Inneren mehrere Ebenen von Leiterbahnen 55, 57 auf, die jeweils durch eine isolierende Schicht 51 aus einem Verbundmaterial, beispielsweise einem faserverstärkter Kunststoff, voneinander getrennt sind.
Auf einer Oberfläche 52 des mehrlagigen Schaltungsträgers 50 ist eine erste Elektrodenstruktur 30 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Elektrodenstruktur 30 durch entsprechende Strukturierung der obersten Lage des mehrlagigen Schaltungsträgers 50 gebildet. Es sind zwei unabhängig
voneinander adressierbare Elektrodenelemente 32 und 34 ausgebildet, die zumindest einen Teil der ersten Elektrodenstruktur 30 bilden.
Auf der ersten Elektrodenstruktur 30 ist ein piezoelektrisch aktives
Elektretmaterial 20 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel als
Ferroelektretfolie 22 ausgebildet ist. Die Ferroelektretfolie 22 ist mittels einer isolierenden Klebstoffschicht 24 auf der ersten Elektrodenstruktur 30 befestigt und deckt die erste Elektrodenstruktur 30 vorzugsweise vollständig ab. Alternativ kann auch ein elektrisch Leitfähiger Klebstoff verwendet werden, wobei bei der Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs nur die Elektrodenelemente 32 und 34 mit dem Klebstoff bedeckt sind.
Auf der Ferroelektretfolie 22 ist eine zweite Elektrodenstruktur 40 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als durchgängige Metallisierungsschicht 42 ausgebildet ist, die an Massepotential angeschlossen ist. Die
Metallisierungsschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen oder durch Aufspattern oder durch ein Druckverfahren wie beispielsweise Siebdruck erzeugt werden. Ein Spannungssignal, das zwischen einem Elektrodenelement 32 oder 34 und der Metallisierungsschicht 42 angelegt wird, verursacht durch den piezoelektrischen Effekt eine Dickenänderung des piezoelektrisch aktiven Elektretmaterials 20. Wird auf das Elektretmaterial 20 Schall oder eine andere mechanische Einwirkungen wirksam, so erzeugt die damit einhergehende Dickenänderung des piezoelektrisch aktiven Elektretmaterials 20 eine Ladungsverschiebung bzw. Spannung, die an der Elektrodenstruktur 32, 34 bzw. 40 abgegriffen werden kann.
Die Metallisierungsschicht 42 ist zum Schutz vor äußeren Einwirkungen wie z. B. Feuchtigkeit, Schmutz, UV-Strahlung, Hitzeeinwirkung oder mechanische Einwirkung mit einer mehrlagigen Schutzschicht 60 bedeckt. Diese Schicht kann beispielsweise aus Kunststoff, beispielsweise einem Polymer (z.B. Parylene) oder einem Polyimid (z.B. Kapton), oder einem Verbund unterschiedlicher Kunststoffe oder einem Kunststoff-Metall-Verbund ausgeführt sein.
Das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial 20 ist demnach zwischen der ersten Elektrodenstruktur 30 und der zweiten Elektrodenstruktur 40 angeordnet.
Zusammen bilden die erste Elektrodenstruktur 30 auf dem mehrlagigen
Schaltungsträger 50, das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial 20 und die zweite Elektrodenstruktur 40 eine Schallwandleranordnung 1. Die
Schallwandleranordnung 1 in diesem Beispiel weist zwei Wandlerelemente 12 und 14 auf, deren jeweiliger wirksamer Bereich durch die Form und Lage der Elektrodenelement 32 und 34 der ersten Elektrodenstruktur 30 bestimmt wird. Demnach wird das erste Wandlerelement 12 durch das Elektrodenelement 32, das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial 20 im Bereich oberhalb des
Elektrodenelements 32 und die zweite Elektrodenstruktur 40 gebildet, das zweite Wandlerelement 14 wird durch das Elektrodenelement 34, das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial 20 im Bereich oberhalb des Elektrodenelements 34 und die zweite Elektrodenstruktur 40 gebildet. Durch Anlegen von entsprechenden Spannungssignalen an die verschiedenen Elektrodenelemente 32, 34 wird durch den piezoelektrischen Effekt in bekannter Weise eine Dickenänderung des Elektretmaterials oberhalb des jeweiligen Elektrodenelements 32 bzw. 34 erzeugt und Schallwellen werden abgestrahlt. Umgekehrt verursachen ankommende Schallwellen eine Verformung des Elektretmaterials, wodurch Spannungssignale an den Elektrodenelementen 32, 34 erzeugt werden. Somit kann die
Schallwandleranordnung 1 sowohl als Sender als auch als Empfänger betrieben werden. Durch die verschiedenen, unabhängig adressierbaren
Elektrodenelemente 32, 34 kann beim Betrieb der Schallwandleranordnung 1 als Empfänger ein Schallfeld mit hoher Genauigkeit und hoher räumlicher Auflösung detektiert werden. Beim Betrieb der Schallwandleranordnung 1 als Sender kann durch Überlagerung der Signale der verschiedenen Wandlerelemente 12, 14 ein komplexes Schallfeld erzeugt werden.
Der mehrlagige Schaltungsträger 50 weist Durchkontaktierungen 56 und 58 auf. Die Durchkontaktierung 56 ist dem Elektrodenelement 32 zugeordnet und verbindet das Elektrodenelement 32 elektrisch mit der Leiterbahn 55. Die Durchkontaktierung 58 ist dem Elektrodenelement 34 zugeordnet und verbindet das Elektrodenelement 34 elektrisch mit der Leiterbahn 57. Die Leiterbahnen 55 und 57 sind auf unterschiedlichen inneren Leitungsebenen des mehrlagigen Schaltungsträgers 50 ausgebildet. Damit kann der jeweilige Verlauf der
Leiterbahnen 55 und 57 unabhängig voneinander ausgelegt werden.
Auf der Oberfläche 54 des mehrlagigen Schaltungsträgers 50, die der Oberfläche 52, auf der die erste Elektrodenstruktur 30 ausgebildet ist, gegenüberliegt, sind in diesem Beispiel verschiedene elektronische Bauelemente 72, 73 und 74 angeordnet. Bei den Bauelementen 72, 73, 74 kann es sich beispielsweise um Widerstände, Kondensatoren, Transistoren oder integrierten Schaltkreise (z.B. Operationsverstärker) handeln, die eine Schaltung ausbilden, die beispielsweise als Filter und/oder Verstärker für die Schallwandleranordnung 1 wirken kann. Bevorzugt ist eine innere Lage 59 des mehrlagigen Schaltungsträgers als durchgängige Metallschicht ausgebildet, die auf Massepotential liegt. Dadurch wird eine elektromagnetische Abschirmung der Schallwandleranordnung von der Schaltung, umfassend die Bauelemente 72, 73 und 74 erzielt. Die elektronischen Bauelemente 72, 73 und 74 können beispielsweise über Leiterbahnen, die auf weiteren inneren Lagen (nicht dargestellt) des mehrlagigen Schaltungsträgers 50 ausgebildet sind, kontaktiert sein.
Der mehrlagige Schaltungsträger 50 wirkt außerdem als mechanische
Trägerstruktur für die Elektrodenstrukturen 30 und 40, sowie für das
Elektretmaterial 20, 22. Bei mechanischer Belastung der
Schallwandleranordnung werden die Kräfte hauptsächlich von dem
Verbundmaterial, das die isolierenden Schichten 51 des Schaltungsträgers 50 bildet, aufgenommen. Damit werden Beschädigungen der Ferroelektretfolie 22 oder der Elektrodenstrukturen 30, 40 vermieden. In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erste Elektrodenstruktur 130 einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung im Detail schematisch in Draufsicht dargestellt. Die Elektrodenstruktur 130 ist auf der Oberfläche 152 eines mehrlagigen Schaltungsträgers 150 ausgebildet. Die Elektrodenstruktur 130 in diesem Beispiel weist 18 Elektrodenelemente 132, 134 auf, die in sechs Spalten 102, 104, 102', 104', 102', 104" zu je drei Elektrodenelementen angeordnet sind. Die Elektrodenstruktur 130 bildet demnach ein sogenanntes 2D-Array 100, da die Elektrodenelemente 132, 134 zweidimensional auf einer Fläche verteilt angeordnet sind. In diesem Beispiel weisen alle Elektrodenelemente 132, 134 die gleichen Abmessungen auf. Sie sind im Wesentlichen quadratisch ausgebildet und sind regelmäßig zueinander angeordnet. Die Abmessungen der
Elektrodenelemente 132, 134 sind so gewählt, dass der Abstand D zwischen zwei benachbarten Elektrodenelementen 132, 143 kleiner ist als die halbe Wellenlänge einer Schallwelle (in Luft) bei einer für die Anwendung typischen Frequenz. Beispielsweise beträgt bei einer typischen Arbeitsfrequenz von 50 kHz die Luftschallwellenlänge näherungsweise 7 mm. In diesem Fall kann der Abstand D und damit auch die Kantenlänge eines Elektrodenelementes beispielsweise ungefähr 3 mm betragen.
Abhängig von der Anwendung der erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung sind auch Anordnungen denkbar, in denen unterschiedlich große, unterschiedlich geformte, und/oder unregelmäßig zueinander positionierte Elektrodenelemente ausgebildet sind. Es kommen beispielsweise auch rechteckige, runde, ovale, polygon oder unregelmäßig geformte Elektrodenelemente in Frage. Die
Elektrodenelemente müssen auch nicht flächendeckend angeordnet sein. Es ist möglich, einzelne Bereiche des Schaltungsträgers freizulassen. Man spricht dann von einer unvollständig besetzten Array-Anordnung.
Jedem Elektrodenelement 132, 134 der Elektrodenstruktur 130 ist eine
Durchkontaktierung 156, 156 des mehrlagigen Schaltungsträgers 150
zugeordnet. Die Durchkontaktierungen 156, 158 verbinden die
Elektrodenelemente 132, 134 elektrisch mit Leiterbahnen 155, 157. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Durchkontaktierungen 156, 158 derartig
ausgebildet, dass Elektrodenelemente 132, die in der selben Spalte 102 des 2D- Arrays 100 angeordnet sind, mittels den Durchkontaktierungen 156 mit Leiterbahnen 155 elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterbahnen 155 auf einer inneren Lage eines mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet sind. Elektrodenelemente 134, die in einer der Spalte 102 benachbarten Spalte 104 des 2D-Arrays 100 angeordnet sind, sind mittels der Durchkontaktierungen 158 mit Leiterbahnen 157 elektrisch leitend verbunden. Die Leiterbahnen 157 sind auf einer anderen inneren Lage eines mehrlagigen Schaltungsträgers ausgebildet. Die Leiterbahnen 155 und die Leiterbahnen 157 verlaufen demnach auf unterschiedlichen Ebenen, der jeweilige Verlauf der Leiterbahnen 155 und 157 kann also unabhängig voneinander gewählt werden.
Aus der Darstellung in Figur 2 ist weiterhin ersichtlich, dass auf der Oberfläche 152, auf der die Elektrodenstruktur 130 ausgebildet ist, keine Leiterbahnen vorgesehen sein müssen. Alle Leiterbahnen 155, 157 verlaufen auf
Schaltungsebenen des mehrlagigen Schaltungsträgers 150, die unterhalb der Oberfläche 152 liegen. Damit steht die Oberfläche 152 vollständig für die
Ausbildung der Elektrodenstruktur 130 zur Verfügung.
Eine Schallwandleranordnung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für die schallfeldbasierte Umfelderfassung. Sie kann beispielsweise in
Fahrerassistenzsystemen wie Einparksystemen, zur Manöver-Unterstützung oder zur Überwachung des toten Winkels eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Denkbar ist auch eine Verwendung in Robotern, beispielsweise
Rasenmäherroboter, Staubsaugerroboter, Transportroboter oder auch bei feststehenden Maschinen. Ferner kann eine erfindungsgemäße
Schallwandleranordnung zur Überwachung von Fertigungsprozessen und/oder Fertigungsanlagen verwendet werden oder zur sicherheitstechnischen
Überwachung von Räumen oder Fahrzeugen, wobei beispielsweise das
Eindringen von Objekten oder Personen detektiert werden kann. Ebenfalls denkbar ist der Einsatz zur Unterstützung sehbehinderter Menschen,
beispielsweise in Form eines Hinderniswarners. Andere mögliche Anwendungen umfassen die Ultraschall-Kommunikation, beispielsweise für Fernbedienungen.

Claims

Ansprüche
1. Schallwandleranordnung (1), umfassend
- ein piezoelektrisch aktives Elektretmaterial (20) zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrodenstruktur,
- wobei die erste Elektrodenstruktur (30, 130) aus mehreren,
unabhängig voneinander adressierbaren Elektrodenelementen (32, 34, 132, 134) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrodenstruktur (30, 130) auf einer Oberfläche (52) eines mehrlagigen Schaltungsträgers (50) ausgebildet ist.
2. Schallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenstruktur (40) als durchgehende
Metallisierungschicht (42) auf dem piezoelektrisch aktiven
Elektretmaterial (20) ausgebildet ist.
3. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenstruktur (40) von einer, insbesondere mehrlagig ausgebildeten, Schutzschicht (60) bedeckt ist.
4. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrlagige Schaltungsträger (50) mindestens eine Durchkontaktierung (56, 58, 156, 158) aufweist, wobei einem Elektrodenelement (32, 34, 132, 134) eine Durchkontaktierung zugeordnet ist und wobei mittels der Durchkontaktierung (56, 58, 156, 158) das Elektrodenelement (32, 34, 132, 134) mit einer Leiterbahn (55, 57, 155, 157) einer inneren Leitungsebene des mehrlagigen
Schaltungsträgers (50) kontaktiert ist.
5. Schallwandleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiterbahnen (55, 57, 155, 157) auf unterschiedlichen Leitungsebenen des mehrlagigen Schaltungsträgers (50) ausgebildet sind.
6. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial (20) als Folie, insbesondere als Ferroelektretfolie (22), ausgebildet ist.
7. Schallwandleranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrisch aktive Elektretmaterial (20) aus zwei oder mehr Lagen einer Folie ausgebildet ist.
8. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Oberfläche (52) gegenüberliegenden Oberfläche (54) des mehrlagigen Schaltungsträgers (50) elektronische Bauelemente (72, 73, 74) angeordnet sind.
9. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenelemente (32, 34) der ersten Elektrodenstruktur (30) auf einer Linie angeordnet sind.
10. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenelemente (132, 134) der ersten Elektrodenstruktur (130) zweidimensional verteilt angeordnet sind.
11. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrlagige Schaltungsträger (50) als gebogene Leiterplatte ausgebildet ist.
12. Schallwellenbasierter Sensor zur Umfelddetektion, insbesondere
Ultraschallsensor für Kfz- oder Robotik-Anwendungen, umfassend eine Schallwandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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