NL8003428A - Werkwijze voor het vervaardigen van een ultra- -akoustische transducent en transducent verkregen volgens deze werkwijze. - Google Patents

Description

t- -* i !

VO 60S

Werkwijze voor het vervaardigen van een ultra-akoustische transducer^ en transducent verkregen volgens deze werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een ultra-akoustische transducent van het "line curtain"- of puntmatrixtype en een met deze werkwijze verkregen transducent, welke is voorzien van een aantal trillingselementen, 5 die volledig van elkaar zijn gescheiden en akoustisch ten opzichte van elkaar zijn ontkoppeld.

Bij de huidige stand van de techniek, meer in het bijzonder het terrein van ultrasone visualisering, b.v. voor medische diagnose en echografie- en holografietestst, heeft men beoogd het beeld 10 tijdsgetrouw of tenminste in een zeer korte tijd te verschaffen,':

De in de laatste jaren voorgestelde aftastmethoden zijn in het algemeen gebaseerd op het gebruik van uit een aantal elementen opgebouwde "line curtain"- of puntmatrixtransducenten. Door middel van een dergelijk type transducent is het mogelijk niet slechts een « 15 elektronische aftasting van de akoustische bundel doch ook een dyna mische focussering daarvan teneinde de beeldresolutie te vergroten, uit te voeren.

De op dit terrein toegepaste aftastmethoden zijn vele. Een dergelijke behandeling, zelfs indien deze summier is, wordt evenwel 20 niet als het oogmerk van de uitvinding beschouwd, volgens welke wordt voorzien in een ultra-akoustische transducent en een werkwijze voor de vervaardiging daarvan. Zoals bekend, is een ultra-akoustische transducent een inrichting, die akoustische energie in elektrische energie en omgekeerd omzet. Een dergelijke inrichting is 25 gebaseerd op fysische processen, waarbij gebruik wordt gemaakt van de interactie tussen een elektrisch of magnetisch veld en de materie.

Bij uit een aantal elementen opgebouwde transducenten voor ultrasone visualisering wordt gebruik gemaakt van het eerste type a η n x /. o o - 2 - interactie en wel op grond van de Kleine afmeting van de enkele elementen, die vergelijkbaar moeten zijn met de optredende golflengten, die van de orde van millimeters of fracties daarvan zijn.

Ofschoon uit een aantal elementen bestaande transducenten, 5 waarbij het elektrostatische effect wordt gebruikt, recentelijk zijn voorgesteld, zullen hier slechts de transducenten worden beschouwd, die uit elektrostrictieve materialen Cd.w.z. piëzoëlektri-sche keramische materialen) of piëzoëlektrische kristallen (b.v. lithiumniobaat) bestaan aangezien deze in verband met hun grotere 10 -gevoeligheid op grotere schaal zijn toegepast.

Beide materialen tonen het piëzoëlektrische effect, dat, zoals bekend, een deformatie van het materiaal veroorzaakt, dat aan een elektrisch veld wordt blootgesteld, of omgekeerd een hoeveelheid ladingen aan het oppervlak van het materiaal verschaft, dat aan een 15 mechanische deformatie wordt onderworpen. Deze eigenschap maakt het mogelijk akoustische golven op te wekken en te ontvangen. De keuze van een van de beide typen materialen is afhankelijk van een groot aantal factoren en meer in het bijzonder van de technologie welke wordt gebruikt voor het vervaardigen van de transducent. De methoden 20 volgens welke uit een aantal elementen opgebouwde transducenten van het "line curtain"- en/of puntmatrixtype tot nu toe zijn vervaardigd, bestaan in wezen uit drie typen:

Wat betreft de eerste methode, bestaat elk vibratieonder-deel van de transducent uit een staaf van piëzoëlektrisch materiaal 25 met geschikte afmetingen.

De staven zijn op eenzelfde steun gecentreerd, waarbij het emitterende oppervlak is bekleed met een plaat van epoxyhars, die of als een impedantieaanpassingsorgaan werkt of de enkele vibratoren beveiligt en dan voorziet in een monolytische en impermeabele 30 transducent. Deze methode wordt voor de "line curtain"-transducent toegepast.

Een andere methode, welke is gebruikt, is gebaseerd op het meer of minder diep insnijden nl. tot 93% van de dikteafmeting, van een plaat van piëzoëlektrisch materiaal teneinde lineaire of punt-35 vormige emitterende gebieden te verkrijgen. Ook in dit geval rust 800 3 4 28 - 3 - t 4 de plaat op een geschikte steun en is de plaat door een epoxyhars beschermd.

Tenslotte is recentelijk een methode voorgesteld, welke is gebaseerd op het effect, dat bekend staat als het invangen van de 5 akoustische energie. Elektrodestelsels met de vorm van evenwijdige stroken zijn aangebracht en gefotografeerd op een plaat van piëzo-elektrisch materiaal. De akoustische isolatie tussen de verschillende elementen wordt verkregen door bij een frequentie tussen de reso-nantiefrequentie van de vibratiemodus door diktedilatatie van het 10 met de elektrode bedekte gebied en de resonantiefrequentie, welke relevant is voor het niet bedekte gebied, te werken. Hierdoor verkrijgt men een reductie van de dominante component van de trillings-modus in het niet-gemetalliseerde gebied, uitgaande van het gemetalliseerde gebied.

15 Deze methode is ofschoon deze vanuit een technafcg.sch oogpunt van belang is, beperkt door het feit, dat de afstand tussen de elektroden wordt begrensd door de mate van akoustische ontkoppeling, welke moet warden verkregen, waardoor deze afstand geen onafhankelijke parameter is, die door de ontwerper van het visualiseringsstel-20 sel vrij kan warden gekozen.

Vanuit een technologisch oogpunt is het meest lastige probleem, dat moet worden opgelost voor het verschaffen van een uit een aantal elementen opgebouwde transducent onder gebruik van de beschreven methode, de verbinding van de elektroden met een type substraat 25 waarop meer stijve elektrische verbindingsorganen zijn aangebracht.

Deze verbinding kan worden uitgevoerd door de methoden, welke zijn ontwikkeld voor de dikke- en dunne-filmtechnologie. Het type te gebruiken piëzoëlektrisch materiaal wordt evenwel door de keuze van deze methode voorgeschreven. In feite verliezen deze materialen, 30 zoals bekend, hun karakteristiek van piëzoëlektriciteit bij een tempe ratuur, welke is gelegen bij de curigrenstemperatuur, die voor elk materiaal typerend is. Het is niet nodig de piëzoëlektrische substraat te verhitten indien gebruik wordt gemaakt van een ultrasone lesmethode van een draad. Deze methode is evenwel betrekkelijk deli-35 caat en niet zeer betrouwbaar. Voorts zijn evenals in het geval van 800 3 4 28 - 4 - een thermocompressielas enkele verbindingen tussen de elektrode en de substraat nodig. Het is duidelijk, dat een draadverbindingsmetho-de slechts voor de constructie van lijnstelsels en niet voor punt-stelsels kan worden toegepast, waarbij elke lijn door een draad 5 moet worden verbonden met de enkele verbindingspennen, die in de substraat zijn ingebed.

De karakteristieken van enige moderne piëzoëlektrische materialen vindt men in de onderstaande tabel. Alle materialen zijn keramische materialen behalve het lithiumniobaat, dat een groeikristal 10 is.

LiNbO„ PbNb„0„ PZT5A PZT7A

w ..... ά o ......... ———.

relatieve diëlektrici- teitsconstante 30 300 1700 425 piëzoëlektrische constante 15 CIO"12 m/V) 6 85 374 150 piëzoëlektrische constante CIO-3 m/V) 22,6 32 24,8 39,9 koppelfactor C%) 16 - 75,2 66 GJ—F actor (mechanisch) - 15 75 600 20 dichtheid Cg/cm2) 4,64 6,2 7,75 7,6 curitemperatuur (°C) 1210 400 365 350

Het PZT5A en het PblN^Og hebben zowel bij zenden als ontvangen goede karakteristieken doch de curipunten hiervan zijn betrekkelijk laag. Het lithiumniobaat heeft een hoog curipunt doch het over-25 drachtsrendement is betrekkelijk gering.

Bij de echografie moeten keramische materialen worden gekozen aangezien het rendement bij zowel zenden als ontvangen hoog moet zijn.

Bij holografische stelsels is het daarentegen mogelijk ge-30 bruik te maken van het lithiumniobaatkristal aangezien de transdu- cent in het algemeen slechts voor ontvangst wordt gebruikt. Met dit kristal worden tengevolge van het hoge curipunt daarvan, meer geavanceerde en geïndustrialiseerde verbindingsmethoden gebruikt, die voor de vervaardiging van geïntegreerde ketens zijn ontwikkeld. In een 35 dergelijk geval wordt gebruik gemaakt van een stelsel van het sand- wich-type. Dit stelsel bestaat uit een substraat waarop een geïnte- 800 3 4 28 • 4 - 5 - greerde Keten, die een vooraf behandeld signaal levert, aanwezig Kan zijn en welKe is voorzien van uitsteeKsels van soldeermateriaal in een matrixconfiguratie, gelegen tegenover de op een geschikte wijze -gegraveerde plaat van piëzoëlektrisch materiaal. Door een verhit-5 ting tot ongeveer 2DQ°C in vacuo van de substraat en de piëzoëlektri-sche plaat en door daarop een matige druK uit te oefenen, verKrijgt men een relatief goede eleKtrische verbinding.

Zoals reeds is vermeld, is deze methode, die zeer aantrekke-lijK is aangezien deze Kan worden geautomatiseerd, niet geschiKt 10 voor de Keramische materialen in verband met hun lage curipunt, ter wijl tevens geen visuele inspectie mogelijK is behalve door infrar-roodmonitors. Tenslotte omvatten de enKele elementen van de transdu-cent geen materialen, die de aKoustisohe straling op een geschiKte wijze absorberen, waardoor de bandbreedte niet groot Kan zijn. In 15 tegenstelling daarmede is deze eigenschap in wezen bij inrichtingen voor echografische visualisering van belang.

Het voornaamste doel van de uitvinding is het verschaffen van een werKwijze voor het vervaardigen van een ultra-aKoustische transducent, welKe werKwijze zich onderscheidt van de bovenbeschre-20 ven werKwijze en Kan worden toegepast voor zowel uit een aantal ele menten opgebouwde [line-curtain]-transducenten als voor puntmatrix-transducenten, waarbij gebruiK wordt gemaaKt van volledig gescheiden vibratie-elementen en een relatief goede aKoustische ontKoppeling wordt verKregen.

25 Daartoe voorziet de uitvinding in een werKwijze, waarbij ge bruiK wordt gemaaKt van een piëzoëleKtrisch element overeenKomstig de vibratiemodus daarvan door contourdilatatie en niet door dikte-dilatatie, zoals dit het geval is bij de beKende inrichtingen. Deze modus Kan worden geïsoleerd door de afmetingen van het enKele vibra-30 tie-element op een geschiKte wijze te Kiezen. In wezen is hiertoe een experimentele studie uitgevoerd op het spectrum van de resonantie-frequenties en van de vibratiemodus van een piezoëlektrische Keramische plaat (PZT5A), die langs de dikteafmeting daarvan is gepolariseerd. Zonder dat details van deze studie worden opgegeven, wordt 35 vermeld, dat de dilatatiemodus langs de breedteafmeting W van de 800 3 4 28 - 6 - plaat bijna lineair varieert wanneer de verhouding W/t verandert, waarbij t de dikte van de plaat is. Voor waarden van deze verhouding, kleiner dan de eenheid, is dit de enige modus, welke kan worden geëxciteerd behoudens de dilatatiemodus in de lengterichting, die bij 5 een veel lagere frequentie wordt geëxciteerd.

Door dan gebruik te maken van een staaf van piëzoëlektrisch materiaal met een verhouding W/t, die in. de buurt van de eenheid ligt, is het mogelijk de dilatatiemodus in de breedteafmeting op een zeer goede wijze te isoleren en een zeer zuivere resonantie te 10 verkrijgen d.w.z. een resonantie, welke geen ongewenste modus om de resonantiefrequentie van het materiaal vertoont.

Er wordt op gewezen, dat de verkregen ontkoppeling veel beter is dan die, welke men verkrijgt bij de diktemodus.

De werkwijze voor het verschaffen van een elektro-akousti-15 sche transduoent volgens de uitvinding is gekenmerkt door de volgende stappen: - het verschaffen van een staaf van piëzoëlektrisch materiaal met een willekeurige lengte, waarbij echter de verhouding tussen de breedte en de dikte van de staaf in hoofdzaak gelijk is aan de 20 eenheid; - het metalliseren van de beide ziiden van een dergeliike staaf, die loodrecht od de Dolarisatieas staan; - het vastolakken van deze staaf langs één van de niet-gemetalliseerde ziiden aan een vlak van een substraat; 25 “ het aanbrengen van tenminste één metalen elektrode op de beide tegenover elkaar gelegen zijden van de substraat, die loodrecht staan op het vlak van de substraat waarmede de piëzoëlektrische staaf is verbonden; - het verbinden van deze metalen elektroden met de gemetalliseerde 30 zijden van de piëzoëlektrische staaf door een laag van een geleidende epoxyhars op het vlak van deze twee tegenover elkaar gelegen zijden van de substraat te brengen, die loodrecht staan op het vlak waarmede de piëzoëlektrische staaf is verbonden; en - het bekleden van het gehele stelsel d.w.z. de staaf, de substraat 35 en de elektroden, met een volledige omhulling van epoxyhars.

800 34 28 - 7 -

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting, welke men volgens de bovenbeschreven werkwijze verkrijgt nl. een ultra-akoustische "line curtain"- of puntmatrixtransducent, welke is gekenmerkt door een piëzoëlektrische staaf waarvan de breedte 5 en de dikte in hoofdzaak gelijk aan elkaar zijn en welke staaf vier zijden bezit, waarvan er twee zijn gemetalliseerd, een substraat, die met één van de beide niet-gemetalliseerde zijden van de piëzo-- elektrische staaf is verbonden en voorzien is van tenminste één metalen elektrode, die op de beide tegenover elkaar gelegen zijden 10 daarvan is aangebracht, die loodrecht staan op de vlakken waarmede het genoemde vlak van de beide niet-gemetalliseerde vlakken van de piëzoëlektrische staaf is verbonden, welke elektrode met de gemetalliseerde zijden van deze staaf is verbonden door een laag van een geleidende epoxyhars, en een uitwendige bekleding van epoxyhars, die 15 de staaf en de substraat met de elektroden volledig ongeeft. Deze bekleding wordt b.v, verkregen door een gietproces teneinde op de niet-gemetalliseerde-zijde, welke als een emitterend oppervlak van het piëzoëlektrische keramische materiaal werkt, en gelegen is tegenover de zijde, die met de substraat is verbonden, een plaat te vor-20 men waarvan de dikte gelijk is aan een kwart golflengte van het ge-emitteerde signaal en welke plaat als een impedantieaanpassings-inrichting tussen het piëzoëlektrische keramische materiaal en de belasting dient.

Het enkele element, dat op de bovenbeschreven wijze is ge-25 vormd, is zeer stevig en impermeabel. Door n van.deze elementen te monteren wordt een lineair stelsel of een "line curtain’’-transducent gevormd, terwijl men met de bovenbeschreven werkwijze ook op een eenvoudige wijze een puntmatrixstelsel of -transducent kan verkrijgen.

De werkwijze en de ultra-akoustische transducent volgens de 30 uitvinding bieden de volgende voordelen ten opzichte van de bekende methoden en inrichtingen. In de eerste plaats vibreert het piëzo-elektrische element overeenkomstig een contourdilatatiemodus, die minder door storende resonanties wordt beïnvloed dan de diktemodus, welke bij de gebruikelijke methoden wordt toegepast. Voorts kan de 35 transducent volgens de uitvinding worden opgebouwd uit afzonderlijke 800 3428 - a - elementen, waarbij het mogelijk is een preventieve keuze overeenkomstig hun elektroakoustisohe eigenschappen uit te voeren en een uniformiteit van deze karakteristieken te verkrijgen, welke nodig is voor een bepaalde toepassing.

5 Dit kenmerk is zeer belangrijk wanneer men rekening houdt met het feit, dat de platen van een piëzoëlektrisch keramisch materiaal een sterke ongelijkmatigheid in het polarisatieniveau langs hun oppervlak bezitten. Anderzijds hangen het rendement en de bandbreedte van de transducent in sterke mate af van een goede hechting 10 tussen het piëzoëlektrische element en de ondersteuning. Bij zowel de methode, waarbij de uit een aantal elementen opgebouwde elektro-akoustische transducent door een enkele plaat wordt gevormd als bij de methode, waarbij de transducent wordt verkregen door op eenzelfde basis een aantal piëzoëlektrische elementen aan te brengen, is 15 het mogelijk dat de ultra-akoustische eigenschappen van de enkele elementen te evalueren wanneer de vervaardiging is beëindigd. Derhalve is het indien het enerzijds lastiger is de vereiste toleranties te verkrijgen anderzijds mogelijk de keuze bij het uiteindelijke produkt zodanig uit te voeren, dat deze toleranties worden ver-20 kregen. Derhalve is het bij de transducent, verkregen met de voor gestelde werkwijze, mogelijk de elementen, die defect raken, te vervangen en vervolgens de transducent te blijven gebruiken, hetgeen, zoals duidelijk is, bij de andere methoden niet mogelijk is.

Vanuit een technologisch oogpunt is het gebruik van elektri-25 sche verbindingen tussen de elektroden en de gemetalliseerde vlak ken van de piëzoëlektrische staaf, welke b.v. worden gevormd door een verf-rasterproces van geleidende epoxyhars, voor zowel betrouwbaarheid als kosten geschikt. Voorts maakt deze verbinding het mogelijk, dat men piëzoëlektrische keramische materialen en geen kris-30 tallen gebruikt, welke laatste minder doeltreffend zijn, aangezien de harsen bij relatief lage temperaturen (90°C) hard worden.

Zoals op vele terreinen van de technologie bespeurt men ook op het hier beschouwde gebied een sterke neiging tot miniaturisatie van de elektronische onderdelen, die mat de transducent samenwerken. 35 Zo wordt b.v. bij de sandwich-methoden het oppervlak van de substraat 800 34 28 - 9 - onder het piëzoelektrische element gebruikt voor het integreren van een deel van de elektronische onderdelen, welke nodig zijn voor het verwerken van het signaal. Bij puntmatrixstelsels met kleine afmetingen Cl x 1 mm of minder] is een dergelijk oppervlak beperkt 5 zelfs indien gebruik wordt gemaakt van de huidige integratiemetho-den. In tegenstelling daarmede kan men bij een elektroakoustisohe transducent volgens de uitvinding gebruik maken van .een volume met een doorsnede, welke gelijk is aan die van het vibratie-element doch bij elke gewenste lengte, waarbij voldoende ruimte aanwezig 10 is voor de integratie van de elektronische onderdelen. Voorts is het door gebruik te maken van een substraat met een kleine dikte ten opzichte van die van het piëzoelektrische element mogelijk, de vereiste elektronische onderdelen met zowel dikke- als dunne-filmmetho-den te verschaffen.

15 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig.l een grafische voorstelling waarin de resonantiefrequen-ties als functie van de breedte/dikte-verhouding van de piëzoëlektri-sche staaf zijn aangegeven; 20 fig.2 een ultra-akoustische transducent volgens, de uitvin ding, voorzien van slechts één elektrode en zonder bekleding; fig.3 de transducent volgens fig.2 met bekleding; fig.4 een transducent met een daarop gedrukte reeks enkele elektroden; 25 fig.5 de transducent volgens fig.4, waarbij de elektroden zijn gescheiden door het piëzoelektrische element in te snijden; en fig.S en 7 twee ultra-akoustische transducenten volgens de uitvinding, waarbij de elektronische onderdelen, die nodig zijn voor 30 het verwerken van het signaal, resp. door dikke- en dunne-filmmetho- den zijn geïntegreerd.

Fig.l toont een grafische voorstelling waarin de resonantie-frequenties zijn uitgezet als functie van de verhouding W/t, waarbij W de breedte van de plaat en t de dikte daarvan is. De grafische 35 voorstelling is genormaliseerd door langs de ordinaat het produkt f.t 800 3 4 28 - 10 - uit te zetten, waarbij f de resonantiefrequentie is, terwijl lijnen, die relevant zijn voor de dilatatiemodes langs de breedte W en de lengte L zijn aangegeven.

De diameter van de cirkels geeft de relatieve waarde van de 5 elektroakoustische koppelfactor van de verschillende modes aan, waarbij de percentages variëren van een waarde tussen 90 en 100% voor de cirkel met de grootste diameter tot waarden tussen 0 en 10% voor de cirkel met de kleinste diameter. De kleine zwarte cirkels geven de resonanties van de diktemodus aan.

10 Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt, zoals boven is vermeld, gebruik gemaakt van een piëzoëlektrisch element, dat overeenkomstig de vibratiemodus daarvan door contourdilatatie en niet door diktedilatatie, zoals bij de bekende inrichtingen, vibreert. Hiertoe is, zoals boven is beschreven, experimenteel aangetoond, 15 dat de breedtedilatatiemodus kan worden geëxciteerd met staven van piëzoëlektrisch materiaal, waarvan de breedte/dikte-verhouding CW/t] in hoofdzaak gelijk is aan de eenheid.

Onder deze omstandigheden (W/t ^sl) bezit de staaf 10 van piëzoëlektrisch materiaal vier zijden 1, 2, 3, 4 waarvan de opper-20 vlakken in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn (fig.2J. Men kan experi menteel aantonen, dat de stralingsrendementen van de vier vlakken in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn met als enig verschil, dat de vlakken 2, 4 waarop zich de elektroden bevinden nl. die loodrecht op de polarisatieas, in tegenfase ten opzichte van de vlakken 1, 3 25 waarop zich geen elektroden bevinden, emitteren.

Overeenkomstig deze experimentele resultaten kan men concluderen, dat één van de twee niet-gemetalliseerde vlakken b.v. het vlak, aangeduid met 1, voor de akoustische emissie kan worden gebruikt, hetgeen wat betreft de technologie van de transducent zeer 30 belangrijk is. De staaf 10 van piëzoëlektrisch materiaal wordt langs de andere niet-gemetalliseerde zijde 3 aan een vlak van een substraat 5 met dezelfde dikte geplakt.

Twee elektroden Θ in de vorm van een s'trook, als aangegeven in fig.2, worden aangebracht op de twee vlakken S, 7 van de substraat 35 5, die loodrecht op het met de staaf 10 verbonden vlak staan. De con- 800 34 28 - 11 - tacten tussen de elektroden B en de gemetalliseerde zijden 2, 4 van de vibrator of de piëzoëlektrische staaf 10 worden verkregen door het aanbrengen van een laag 9 van geleidende epoxyhars met een dikte van 0,1 mm, die door een verf-rasterproces wordt verkregen. De moder-5 ne geleidende epoxyharsen hebben zeer goede elektrische eigenschappen en worden bij relatief lage temperaturen (90°C) hard, zodat het mogelijk is piëzoëlektrische keramische materialen te gebruiken, die, zoals boven is vermeld, de beste elektromechanische koppelfactor bezitten. Het verdient de voorkeur voor de substraat 5 vetroniet 10 te gebruiken aangezien dit materiaal een zeer goede ondersteuning voor de transducent verschaft en het gemakkelijk is daarop elektroden aan te brengen onder gebruik van methoden, die bij gedrukte ketens bekend zijn.

Voorts vormt vetroniet een zeer goede ondersteuning aange-15 zien dit materiaal een akoustische impedantie heeft, welke voldoende dicht bij de impedantie van een piëzoëlektrisch keramisch materiaal ligt en een sterk absorberend materiaal is. Bovendien verkrijgt men indien het vastplakken tussen het piëzoëlektrische keramische materiaal en de substraat plaats vindt met epoxyharsen een optimaal 20. contact tussen de beide materialen aangezien vetroniet bestaat uit vezelglas, dat verwant is aan hetzelfde type hars.

De op deze wijze gevormde inrichting wordt tenslotte bekleed met een omhulsel 11 (fig.3) van een epoxyhars b.v. araldiet met een dikte van 0,2 mm en eventueel voorzien van poeder van materiaal met 25 een grote akoustische impedantie Cwolfraam, aluminium). Een dergelij ke bekleding wordt verkregen door een persproces met een stempel.

De stempel is zodanig gevormd, dat op het emitterende oppervlak van het keramische materiaal een plaat 12 wordt verkregen waarvan de dikte gelijk is aan een kwart golflengte van het geëmitteerde sig-30 naai en welke plaat als een impedantieaanpassingsinrichting tussen het keramische materiaal en de belasting werkt.

Het op deze wijze gevormde element is zeer stevig en imperme-abel. Door n van deze elementen te verenigen Cfig.43 verkrijgt men een "line curtain"-stelsel. Met de bovenbeschreven methode kan ook 35 op een eenvoudige wijze een puntmatrixstelsel worden verkregen.

800 34 28 - 12 -

Indien een reeks' elektroden wordt aangebracht, als aangegeven in fig.4, is het wanneer het bovenbeschreven element eenmaal is gevormd mogeïijk tussen de elektroden sneden 15 aan te brengen, die de piëzoëlektrische. elementen niet mechanisch scheiden doch wel voor-5 zien in de vereiste elektrische isolatie Cfig.53.

In het laatste geval kan de substraat worden gebruikt voor het verschaffen van enige elektrische verbindingen tussen de elementen indien de ontwerper dit nodig acht. Voorts is het duidelijk, dat de elektroden buiten de massa van de transducent aanwezig kunnen 10 zijn waarbij volgens een bepaalde matrixadressering wordt gewerkt.

Tenslotte kan, zoals boven is beschreven, het oppervlak van de substraat worden gebruikt voor het integreren van een deel van de elektronische onderdelen, die nodig zijn voor het verwerken van het signaal.

15 In de fig.6 en 7 zijn twee ultra-akoustische transducenten weergegeven, waarbij de vereiste elektronische onderdelen resp. door dikke- en dunne-filmmethoden zijn geïntegreerd. In Deide gevallen \ wordt gebruik gemaakt van de substraat 5a met een dikte, welke kleiner is dan die van het piëzoëlektrische element 10a,waarop of de 20 dikke film 13 met de actieve en passieve elementen 14 (fig.63 of de dunne film 13a met de bijbehorende actieve en passieve elementen \ha wordt aangebracht. Het kontakt tussen de electrodes 8 en het piëzo-electrische element 10 blijft gehandhaafd door een laag 9a uiit epoxyhars (fig. 7).

800 34 28

Claims (27)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een ultra-akoustische transducent van het'"line curtain"- of puntmatrixtype, met het kenmerk, dat wordt voorzien in een staaf CIO) van piëzoëlektrisch mate- . riaal met een willkeurige lengte, welke staaf echter tussen de 5 breedte en de dikte daarvan een verhouding vertoont, welke in hoofdzaak gelijk is aan de eenheid, de beide zijden (2, 4) van deze staaf, die.loodrecht op de polarisatieas staan, worden gemetalliseerd, deze staaf (10) langs één zijde (3) van de niet-gemetalliseerde zijden aan een zijde van een substraat (5) wordt geplakt, tenminste één me-10 talen elektrode (8) op beide tegenover elkaar gelegen zijden CS, 7) van de substraat (5), welke loodrecht staan op de zijden van de substraat (5), die met de piëzoëlektrische staaf CIO) is verbonden, wordt aangebracht, deze metalen elektroden (8) met de gemetalliseerde zijden (2, 4) van de piëzoëlektrische staaf CIO) worden verbonden 15 - door op het vlak van deze twee tegenover elkaar gelegen zijden (6, 7) van de substraat (5), welke loodrecht staan op de zijde (3), die met de piëzoëlektrische staaf CIO) is verbonden, een laag (9) van een geleidende epoxyhars aan te brengen, en het gehele stelsel d.w.z. de staaf CIO), de substraat (5) en de elektroden (8) te bekleden met 20 een volledige omhulling (11) van epoxyhars.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het pi-ezoëlektrische materiaal waaruit de staaf CIO) bestaat een piëzo-elektrisch keramisch materiaal is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het pi-25 ezoëlektrische keramische materiaal wordt gekozen uit de groep, bestaande uit loodmetaniobaat (PbNb.0„), PZT5A en PZT7A. 2 6

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het pi-ezoëlektrische materiaal waaruit de staaf (10) bestaat, een piëzo-elektrisch kristal is.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het pi- ezoëlektrische kristal uit lithiumniobaat CLiNbOg) bestaat.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aan- 800 34 28 - 14 - brengen van de geleidende epoxyhars op het vlak van de substraat C5] voor het verbinden met de gemetalliseerde zijden (2, 4) van de piëzo-elektrische staaf (IQ] plaats vindt door een verf-rasterproces.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de sub-5 straat (53 uit vetroniet bestaat.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de omhulling (113 van epoxyhars voor de volledige bekleding van de trans-ducent uit araldiet bestaat.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de om-10 hulling (113 is voorzien van poeder van materialen met grote akous- tische impedantie.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de materialen met grote akoustische impedantie uit wolfraampoeder bestaan.

11. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de mate-15 rialen met grote akoustische impedantie uit aluminiumpoeder bestaan.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de omhulling (113 door sen gietproces wordt gevormd teneinde op het emitterende oppervlak (13 van de piëzoëlektrische staaf (103 een plaat (123 te verschaffen waarvan de dikte gelijk is aan een kwart golf- 20 lengte van het geëmitteerde signaal teneinde tussen de staaf (10) en de belasting een impedantieaanpassing te verkrijgen.

13. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de transducent tussen de elektroden (83 loodrecht op het vlak van de substraat waarop zich dezelfde elektroden bevinden, insnijdingen 15 25 worden gemaakt voor het verschaffen van de mechanische scheiding en de elektrische-isolatie van de piëzoëlektrische elementen.

14. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de substraat (%,) een dikte heeft, welke kleiner is dan die van de plëzo-electrische staaf(10a), en de voor het verwerken van het signaal ver- 30 eiste elektronische organen (1U, 11+a.) on deze substraat (5a) door dikke (13)- of dunne (13a) filmmethoden worden geïntegreerd.

15. Ultra-akoustische "line curtain"- of puntmatrixtransducent, gekenmerkt door een piëzoëlektrische staaf (10) waarvan de breedte en de dikte in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn en welke staaf vier 35 zijden (1, 2, 3, 4) bezit waarvan er twee (2, 4) zijn gemetalliseerd, 800 3 4 28 - 15 - , een substraat (5), welke met één zijde (3) van de beide niet-gemetal- liseerde zijden van de piëzoëlektrische staaf CIO] is verbonden en voorzien is van tenminste één metalen elektrode (33, die op beide tegenover elkaar gelegen zijden (6, 73 daarvan is aangebracht, die 5 loodrecht staan op de zijde, welke met de genoemde ene zijde (33 van de beide niet-gemetalliseerde zijden van de piëzoëlektrische staaf (103 is verbonden, welke elektrode (83 met de gemetalliseerde zijden (2, 43 van de staaf (103 is verbanden door een laag (93 van geleidende epoxyhars, en een uitwendige bekleding (113 van epoxyhars, die 10 de staaf (103 en de substraat (53 met de elektroden (83 volledig omgeeft.

16. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de piëzoëlektrische staaf (103 uit een piëzoëlektrisch keramisch materiaal bestaat.

17. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het piëzoëlektrische keramische materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit loodmetaniobaat (Pbl^OgJ, PZT5A en PZT7A.

18. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het 20 kenmerk, dat de piëzoëlektrische staaf (103 uit een piëzoëlektrisch kristal bestaat.

19. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het piëzoëlektrische kristal uit lithiumniobaat (LiNbO^i bestaat.

20. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de substraat (53 uit vetroniet bestaat.

21. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de epoxyhars van de bekleding (113 uit araldiet bestaat.

22. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het 30. kenmerk, dat de bekleding (113 is voorzien van poeder van materialen met grote akoustische impedantie.

23. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de materialen met grote akoustische impedantie uit wolfraampoeder bestaan.

24. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 22, met het 800 34 28 -16- kenmerk, dat de materialen met grote akoustische impedantie uit aluminiumpoeder "bestaan.

25. Ultra-akoustische translucent volgens conclusie 15» met het kenmerk, dat de bekleding (11) een dikte heeft, die gelijk is aan een kwart golflengte van het signaal, dat uit de vrij emitterende zijde (1) van de piëzoelektrische staaf (19( wordt geëmitteerd.

26. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15» met het kenmerk, dat insnijdingen (15) voor het scheiden van de elektroden (8) loodrecht op het vlak van de substraat waarop de elektroden (8) zijn aangebracht, aanwezig zijn.

27. Ultra-akoustische transducent volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de elektronische organen (1U, iHa) voor het verwerken van het signaal zijn geïntegreerd op de substraat (5a) van de transducent waarvan de dikte kleiner is dan die van de piëzoëlektrische staaf (10a). 800 34 28