WO2017097478A1 - Acoustic transducer arrangement having a structured metal layer and method for producing an acoustic transducer arrangement having a structured metal layer - Google Patents

Acoustic transducer arrangement having a structured metal layer and method for producing an acoustic transducer arrangement having a structured metal layer Download PDF

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WO2017097478A1
WO2017097478A1 PCT/EP2016/074858 EP2016074858W WO2017097478A1 WO 2017097478 A1 WO2017097478 A1 WO 2017097478A1 EP 2016074858 W EP2016074858 W EP 2016074858W WO 2017097478 A1 WO2017097478 A1 WO 2017097478A1
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WO
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layer
recess
plate carrier
perforated plate
sound transducer
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PCT/EP2016/074858
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French (fr)
Inventor
Bernd SCHEUFELE
Andre Gerlach
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device

Definitions

  • the invention relates to a sound transducer arrangement with a perforated plate carrier and a plurality of piezo elements and a method for producing such a sound transducer arrangement.
  • Document DE 39 20 872 A1 discloses a method for the production of ultrasound layer transducers in which the piezoceramic and thermoplastic plastic material of the layer converter are connected to one another by heat bonding. To generate the heat necessary for bonding, heat loss is produced in the piezoceramic by applying electrical signals.
  • Document DE 10 2004 047 814 A1 describes a focusing micromachined ultrasound transducer array which can be used as a focusing clinically usable ultrasound probe. Lateral side by side trained transducer cells are partially wired together electrically to achieve the desired focus of the ultrasonic conversion.
  • the object of the invention is to protect the individual layer converter against external influences.
  • the acoustic transducer assembly comprises a perforated plate carrier having horizontally spaced first recesses and horizontally spaced second recesses.
  • a first recess and a second recess are arranged adjacent to each other.
  • a horizontal extension of the second recess is larger than a horizontal extension of the first recess, so that form support surfaces within the perforated plate carrier.
  • each second recess has a piezoelectric element, wherein the piezoelectric elements are partially arranged on the bearing surfaces.
  • the term second recess is understood here to mean a specific type of recess and not a number of recesses.
  • Each piezoelectric element has a horizontal extent which is greater than the horizontal extent of the first recess and smaller than the horizontal extent of the second recess, so that cavities form in the horizontal direction between the hole plate carrier and the piezo elements.
  • the terminating layer is arranged on the hole plate carrier and the piezoelectric elements, wherein the terminating layer has a first structured metal layer, which is arranged above the piezoelectric elements and acts as a membrane.
  • Covering layer to be covered or covered.
  • each piezo element has a first electrode, wherein a first connection layer is arranged between the support surfaces and the first electrodes.
  • This first connection layer is electrically conductive.
  • it comprises a conductive first adhesive layer.
  • each piezoelectric element has a second electrode, the second electrode lying opposite the first electrode, and a second connecting layer being arranged in a horizontal direction between the first structured metal layer and the second electrodes.
  • Connection layer is electrically conductive.
  • it comprises a conductive second adhesive layer.
  • an electrically insulating layer is arranged on the perforated plate carrier, wherein the electrically insulating layer is connected directly to the terminating layer.
  • the advantage here is that crosstalk of the individual converter is low.
  • the electrically insulating layer has a greater thickness than the second connection layer.
  • the terminating layer has a second continuous metal layer, wherein the second continuous metal layer is opposite to the first structured metal layer.
  • the advantage here is that the piezoelectric elements both undergo a continuous EMC shielding and are protected against moisture, liquids and UV influences, since the final layer is robust and recoatable by the continuous metal layer.
  • the first recesses are at least partially filled with a damping material.
  • the damping material has in particular silicone. It is advantageous here that the sound transducer assembly is mechanically stabilized rearward.
  • the perforated plate carrier is electrically conductive. It has in particular a metal or a metallized ceramic.
  • the advantage here is that a simple way of providing an electrical ground for the sound transducer arrangement, which is connectable to the amplifier electronics.
  • conductor tracks are arranged within the terminating layer, which contact the second electrodes.
  • the method according to the invention for producing a sound transducer arrangement comprises connecting a plurality of piezo elements to a terminating layer, in particular by means of an electrically conductive first connecting layer, connecting a perforated plate carrier to the terminating layer and
  • first recesses and horizontally spaced second recesses, wherein each a first recess and a second recess are arranged adjacent to each other, wherein a horizontal extent of the second recess is greater than a horizontal extent of the first recess, so that within the
  • Aperture plate support surfaces form, so that the perforated plate carrier is connected by means of an electrically insulating adhesive layer with the terminating layer and the bearing surfaces are connected to the piezoelectric elements by means of an electrically conductive second connecting layer and at least a partial filling of the first recesses of the perforated plate carrier with a damping material.
  • Figure 1 shows a transducer assembly with a hole plate carrier, a plurality of piezo elements and a top layer and
  • FIG. 2 shows a process for the production of a novel composition
  • FIG. 1 shows a sound transducer arrangement 100 which has a hole plate carrier 101, a plurality of piezo elements 105 and a terminating layer 108.
  • the hole plate carrier 101 has first recesses 102 and second recesses
  • the horizontal extent of the second recess 102 is greater than the horizontal extent of the second recess 103, so that bearing surfaces within the perforated plate carrier
  • Each second recess 103 takes a single piezoelectric element
  • each piezoelectric element 105 at least partially on the
  • the piezoelectric elements 105 each have a first electrode 106 and a second electrode 107, wherein the first electrode
  • the second electrodes 107 are electrically conductively connected at the edge to the perforated plate carrier 101.
  • a second connection layer 112 is arranged on the bearing surfaces 104, which contacts the second electrodes 107.
  • the second connection layer 112 is in particular a conductive adhesive layer.
  • Hole plate carrier 101 with the end layer 108 an electrically insulating adhesive connection 115.
  • the hole plate carrier 101 is electrically non-conductive horizontally connected between the piezoelectric elements 105 with the terminating layer 108.
  • the insulating adhesive connection or Adhesive layer 115 has a thickness of 10 to 80 ⁇ and includes, for example, silicone-based or epoxy resin-based adhesive. This insulating
  • Adhesive bond 115 simultaneously acts as a tolerance compensation between the terminating layer 108 and the piezoelectric elements 105, so that the vibration generated by the piezoelectric elements 105 is not disturbed or changed.
  • the first electrodes 106 are by means of an electrically conductive first
  • the first recesses 102 are at least partially filled with a damping material 114.
  • the damping material 114 includes silicone, e.g. B. Fermasil.
  • the piezoelectric elements 105 have a thickness of 150-750 ⁇ m, preferably 200-500 ⁇ m.
  • the cover layer 108 comprises, for example, a flex foil comprising a polymer.
  • the end layer 108 comprises a flexible material such that the end layer 108 above the piezo elements 105 acts as a membrane.
  • the final layer 108 has a thickness of 50-750 ⁇ m.
  • Conductor tracks 113 which connect the second electrodes 107 of the piezoelectric elements 105 electrically to an amplifier electronics, are arranged within the terminating layer 108.
  • the hole plate carrier 101 is mechanically stiff and comprises electrically conductive material, for. As aluminum or a metallized ceramic.
  • the hole plate carrier 101 has a thickness of 1 - 10 mm and is electrically connected to the electrical ground of the amplifier electronics
  • the hole plate carrier 101 additionally ensures a mechanical decoupling of the piezoelectric elements 105th
  • Piezo elements 105 a lateral distance which is less than half the airborne sound wavelength of an operating frequency of the sound transducer assembly.
  • the operating frequency is in the range of 20 kHz to 150 kHz, preferably 50 kHz.
  • the acoustic transducer arrangement comprises between two and fifty piezoelectric elements 105, preferably two to twelve.
  • the piezo elements 105 are arranged in the form of an array.
  • the array may be linear, matrix-like, oval or circular.
  • the Schallwanlderanssen is in motor vehicles, moving or stationary
  • Machines for example robots, driverless transport systems,
  • FIG. 2 shows a method 200 for producing a sound transducer arrangement.
  • the method 200 starts by connecting 210 a plurality of piezoelectric elements and a terminating layer.
  • an electrically conductive first connecting layer in particular an adhesive layer, by means of dispensing or screen printing on the
  • Piezo elements applied and then applied with the first bonding layer on the final layer.
  • a following step 220 a
  • Punch plate carrier mechanically connected to the top layer.
  • the perforated plate carrier is electrically connected to the piezo elements.
  • an electrically insulating adhesive layer is applied in regions to the perforated plate carrier and used for connecting the
  • Piezo elements is an electrically conductive second connection layer, also preferably an adhesive layer, applied to the bearing surfaces.
  • first recesses of the perforated plate carrier are at least partially filled with a damping material.

Abstract

An acoustic transducer arrangement (100) comprising a perforated plate carrier (101) which has horizontally spaced first recesses (102) and horizontally spaced second recesses, in each case a first recess (102) and a second recess (103) being arranged adjacently above each other, wherein a horizontal extent of the second recess (103) is larger than a horizontal extent of the first recess (102) so that support surfaces (104) form within the perforated plate carrier (101); a plurality of piezoelectric elements (105); and a top layer (108), characterized in that each second recess (103) has a piezoelectric element (105) and the piezoelectric elements (105) are partially situated on the support surfaces (104), each piezoelectric element (105) having a horizontal extent that is larger than the horizontal extent of the first recess (102) and smaller than the horizontal extent of the second recess (103) so that cavities form in the horizontal direction between the perforated plate carrier (101) and the piezoelectric elements (105) and the top layer (108) is situated on the perforated plate carrier (101) and the piezoelectric elements (105), wherein the top layer (108) has a first structured metal layer (109) which is situated above the piezoelectric elements (105) and functions as a membrane.

Description

SCHALLWANDLERANORDNUNG MIT STRUKTURIERTER METALLSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SCHALLWANDLERANORDNUNG MIT STRUKTURIERTER METALLSCHICHT  SOUNDWAVE ASSEMBLY WITH A STRUCTURED METAL LAYER AND METHOD FOR PRODUCING A SOUNDWAVE ASSEMBLY WITH A STRUCTURED METAL LAYER
Beschreibung description
Schallwandleranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Sound transducer assembly and method for making a
Schallwandleranordnung Transducer array
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung mit einem Lochplattenträger und mehreren Piezoelementen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schallwandleranordnung. The invention relates to a sound transducer arrangement with a perforated plate carrier and a plurality of piezo elements and a method for producing such a sound transducer arrangement.
Das Dokument DE 39 20 872 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Ultraschall-Schichtwandlern, bei denen die Piezokeramik und thermoplastisches Kunststoffmaterial des Schichtwandlers durch Heißverkleben miteinander verbunden werden. Zur Erzeugung der für das Verkleben notwendigen Wärme wird in der Piezokeramik Verlustwärme durch Anlegen elektrischer Signale produziert. Document DE 39 20 872 A1 discloses a method for the production of ultrasound layer transducers in which the piezoceramic and thermoplastic plastic material of the layer converter are connected to one another by heat bonding. To generate the heat necessary for bonding, heat loss is produced in the piezoceramic by applying electrical signals.
In der Schrift DE 10 2004 047 814 AI wird ein fokussierendes mikrobearbeitetes Ultraschalltransducerarray beschrieben, das als fokussierende klinisch verwendbare Ultraschallsonde verwendet werden kann. Lateral nebeneinander ausgebildete Wandlerzellen werden bereichsweise elektrisch miteinander verdrahtet, um die angestrebte Fokussierung der Ultraschallwandlung zu erreichen. Document DE 10 2004 047 814 A1 describes a focusing micromachined ultrasound transducer array which can be used as a focusing clinically usable ultrasound probe. Lateral side by side trained transducer cells are partially wired together electrically to achieve the desired focus of the ultrasonic conversion.
Nachteilig ist hierbei, dass die einzelnen Ultraschallwandler äußeren Einflüssen, sowohl mechanischer als auch elektrischer Art, ausgesetzt sind. The disadvantage here is that the individual ultrasonic transducers external influences, both mechanical and electrical type, are exposed.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die einzelnen Schichtwandler gegen äußere Einflüsse zu schützen. The object of the invention is to protect the individual layer converter against external influences.
Offenbarung der Erfindung Die Schallwandleranordnung umfasst einen Lochplattenträger, der horizontal beabstandet angeordnete erste Aussparungen und horizontal beabstandet angeordnete zweite Aussparungen aufweist. Dabei sind jeweils eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung übereinander angrenzend angeordnet. Eine horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung ist größer als eine horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung, sodass sich innerhalb des Lochplattenträgers Auflageflächen bilden. Des Weiteren umfasst die Disclosure of the invention The acoustic transducer assembly comprises a perforated plate carrier having horizontally spaced first recesses and horizontally spaced second recesses. In each case, a first recess and a second recess are arranged adjacent to each other. A horizontal extension of the second recess is larger than a horizontal extension of the first recess, so that form support surfaces within the perforated plate carrier. Furthermore, the
Schallwandleranordnung mehrere Piezoelemente und eine Abschlussschicht. Erfindungsgemäß weist jede zweite Aussparung ein Piezoelement auf, wobei die Piezoelemente teilweise auf den Auflageflächen angeordnet sind. Unter dem Begriff zweite Aussparung wird hier eine bestimmte Art der Aussparung verstanden und nicht eine Anzahl von Aussparungen. Jedes Piezoelement weist eine horizontale Ausdehnung auf, die größer ist als die horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung und kleiner ist als die horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung, sodass sich Hohlräume in horizontaler Richtung zwischen dem Loch plattenträger und den Piezoelementen bilden. Die Abschlussschicht ist auf dem Loch plattenträger und den Piezoelementen angeordnet, wobei die Abschlussschicht eine erste strukturierte Metallschicht aufweist, die oberhalb der Piezoelemente angeordnet ist und als Membran fungiert. Sound transducer arrangement a plurality of piezoelectric elements and a finishing layer. According to the invention, each second recess has a piezoelectric element, wherein the piezoelectric elements are partially arranged on the bearing surfaces. The term second recess is understood here to mean a specific type of recess and not a number of recesses. Each piezoelectric element has a horizontal extent which is greater than the horizontal extent of the first recess and smaller than the horizontal extent of the second recess, so that cavities form in the horizontal direction between the hole plate carrier and the piezo elements. The terminating layer is arranged on the hole plate carrier and the piezoelectric elements, wherein the terminating layer has a first structured metal layer, which is arranged above the piezoelectric elements and acts as a membrane.
Der Vorteil ist hierbei, dass die einzelnen Piezoelemente gegenüber äußeren Einflüssen geschützt sind, da sie von einer einzigen durchgehenden The advantage here is that the individual piezo elements are protected against external influences, as they are from a single continuous
Abschlussschicht verdeckt bzw. bedeckt werden. In einer Weiterbildung sind jeweils eine erste Aussparung und eine zweiteCovering layer to be covered or covered. In a development, in each case a first recess and a second
Aussparung fluchtend angeordnet. Unter dem Begriff fluchtend wird hierbei verstanden, dass die erste Aussparung und die zweite Aussparung eine gemeinsame Mittelachse aufweisen, um die sie sich symmetrisch anordnen. In einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Piezoelement eine erste Elektrode auf, wobei zwischen den Auflageflächen und den ersten Elektroden eine erste Verbindungsschicht angeordnet ist. Diese erste Verbindungsschicht ist elektrisch leitfähig. Sie umfasst insbesondere eine leitfähige erste Klebeschicht. Der Vorteil ist hierbei, dass die Piezoelemente auf einfache Weise elektrisch kontaktiert werden können. Recess arranged in alignment. The term aligned here means that the first recess and the second recess have a common center axis about which they are arranged symmetrically. In a further embodiment, each piezo element has a first electrode, wherein a first connection layer is arranged between the support surfaces and the first electrodes. This first connection layer is electrically conductive. In particular, it comprises a conductive first adhesive layer. The advantage here is that the piezoelectric elements can be contacted electrically in a simple manner.
In einer Weiterbildung weist jedes Piezoelement eine zweite Elektrode auf, wobei die zweite Elektrode der ersten Elektrode gegenüberliegt und wobei zwischen der ersten strukturierten Metallschicht und den zweiten Elektroden in horizontaler Richtung eine zweite Verbindungsschicht angeordnet ist. Auch diese In a further development, each piezoelectric element has a second electrode, the second electrode lying opposite the first electrode, and a second connecting layer being arranged in a horizontal direction between the first structured metal layer and the second electrodes. These too
Verbindungsschicht ist elektrisch leitfähig. Sie umfasst insbesondere eine leitfähige zweite Klebeschicht. Connection layer is electrically conductive. In particular, it comprises a conductive second adhesive layer.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auf dem Lochplattenträger eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet, wobei die elektrisch isolierende Schicht unmittelbar mit der Abschlussschicht verbunden ist. In a further embodiment, an electrically insulating layer is arranged on the perforated plate carrier, wherein the electrically insulating layer is connected directly to the terminating layer.
Der Vorteil ist hierbei, dass ein Übersprechen der Einzelwandler gering ist. The advantage here is that crosstalk of the individual converter is low.
In einer Weiterbildung weist die elektrisch isolierende Schicht eine größere Dicke auf als die zweite Verbindungsschicht. In one development, the electrically insulating layer has a greater thickness than the second connection layer.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Einzelwandler vollständig The advantage here is that the individual converter completely
schwindungsmechanisch voneinander entkoppelt sind. are shrinking mechanically decoupled from each other.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Abschlussschicht eine zweite durchgehende Metallschicht auf, wobei die zweite durchgehende Metallschicht der ersten strukturierten Metallschicht gegenüberliegt. In a further embodiment, the terminating layer has a second continuous metal layer, wherein the second continuous metal layer is opposite to the first structured metal layer.
Der Vorteil ist hierbei, dass die Piezoelemente sowohl eine durchgehende EMV- Abschirmung erfahren als auch gegen Feuchte, Flüssigkeiten und UV-Einflüsse geschützt sind, da die Abschlussschicht durch die durchgehende Metallschicht robust und überlackierbar ist. The advantage here is that the piezoelectric elements both undergo a continuous EMC shielding and are protected against moisture, liquids and UV influences, since the final layer is robust and recoatable by the continuous metal layer.
In einer Weiterbildung sind die ersten Aussparungen mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt. Das Dämpfungsmaterial weist insbesondere Silikon auf. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Schallwandleranordnung rückwärtig mechanisch stabilisiert wird. In a development, the first recesses are at least partially filled with a damping material. The damping material has in particular silicone. It is advantageous here that the sound transducer assembly is mechanically stabilized rearward.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Lochplattenträger elektrisch leitfähig. Er weist insbesondere ein Metall oder eine metallisierte Keramik auf. In a further embodiment, the perforated plate carrier is electrically conductive. It has in particular a metal or a metallized ceramic.
Der Vorteil ist hierbei, dass auf einfache Weise eine elektrische Masse für die Schallwandleranordnung bereitgestellt wird, die mit der Verstärkerelektronik verbindbar ist. The advantage here is that a simple way of providing an electrical ground for the sound transducer arrangement, which is connectable to the amplifier electronics.
In einer Weiterbildung sind innerhalb der Abschlussschicht Leiterbahnen angeordnet, die die zweiten Elektroden kontaktieren. In one development, conductor tracks are arranged within the terminating layer, which contact the second electrodes.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung umfasst ein Verbinden mehrerer Piezoelemente mit einer Abschlussschicht, insbesondere mittels einer elektrisch leitfähigen ersten Verbindungsschicht, ein Verbinden eines Lochplattenträgers mit der Abschlussschicht und den The method according to the invention for producing a sound transducer arrangement comprises connecting a plurality of piezo elements to a terminating layer, in particular by means of an electrically conductive first connecting layer, connecting a perforated plate carrier to the terminating layer and
Piezoelementen, wobei der Lochplattenträger horizontal beabstandet Piezo elements, wherein the perforated plate carrier horizontally spaced
angeordnete erste Aussparungen und horizontal beabstandet angeordnete zweite Aussparungen aufweist, wobei jeweils eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung übereinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung größer ist als eine horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung, sodass sich innerhalb des arranged first recesses and horizontally spaced second recesses, wherein each a first recess and a second recess are arranged adjacent to each other, wherein a horizontal extent of the second recess is greater than a horizontal extent of the first recess, so that within the
Lochplattenträgers Auflageflächen bilden, sodass der Lochplattenträger mittels einer elektrisch isolierenden Klebeschicht mit der Abschlussschicht verbunden ist und die Auflageflächen mit den Piezoelementen mittels einer elektrisch leitfähigen zweiten Verbindungsschicht verbunden sind und mindestens ein teilweises Verfüllen der ersten Aussparungen des Lochplattenträgers mit einem Dämpfungsmaterial. Aperture plate support surfaces form, so that the perforated plate carrier is connected by means of an electrically insulating adhesive layer with the terminating layer and the bearing surfaces are connected to the piezoelectric elements by means of an electrically conductive second connecting layer and at least a partial filling of the first recesses of the perforated plate carrier with a damping material.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Further advantages will become apparent from the following description of
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Embodiments or from the dependent claims. Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter The present invention will be described below with reference to preferred
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments and attached drawings explained in more detail. Show it:
Figur 1 eine Schallwandleranordnung mit einem Loch plattenträger, mehreren Piezoelementen und einer Abschlussschicht und Figure 1 shows a transducer assembly with a hole plate carrier, a plurality of piezo elements and a top layer and
Figur 2 ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen FIG. 2 shows a process for the production of a novel composition
Schallwandleranordnung.  Transducer array.
Figur 1 zeigt eine Schallwandleranordnung 100, die einen Loch plattenträger 101, mehrere Piezoelemente 105 und eine Abschlussschicht 108 aufweist. Der Loch plattenträger 101 weist erste Aussparungen 102 und zweite AussparungenFIG. 1 shows a sound transducer arrangement 100 which has a hole plate carrier 101, a plurality of piezo elements 105 and a terminating layer 108. The hole plate carrier 101 has first recesses 102 and second recesses
103 auf, die übereinander angeordnet sind. Die horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung 102 ist größer als die horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung 103, sodass sich innerhalb des Lochplattenträgers Auflageflächen103, which are arranged one above the other. The horizontal extent of the second recess 102 is greater than the horizontal extent of the second recess 103, so that bearing surfaces within the perforated plate carrier
104 bilden. Jede zweite Aussparung 103 nimmt dabei ein einziges Piezoelement104 form. Each second recess 103 takes a single piezoelectric element
105 auf, sodass jedes Piezoelement 105 zumindest teilweise auf den 105, so that each piezoelectric element 105 at least partially on the
Auflageflächen 104 angeordnet ist. Die Piezoelemente 105 weisen jeweils eine erste Elektrode 106 und eine zweite Elektrode 107 auf, wobei die erste ElektrodeSupport surfaces 104 is arranged. The piezoelectric elements 105 each have a first electrode 106 and a second electrode 107, wherein the first electrode
106 der zweiten Elektrode 107 gegenüber liegt. Die zweiten Elektroden 107 sind am Rand mit dem Lochplattenträger 101 elektrisch leitfähig verbunden. Dabei ist auf den Auflageflächen 104 eine zweite Verbindungsschicht 112 angeordnet, die die zweiten Elektroden 107 kontaktiert. Die zweite Verbindungsschicht 112 ist insbesondere eine leitfähige Klebeschicht. Somit trägt der Lochplattenträger 101 die Piezoelemente 105 und bestimmt deren Schwingungsrandeinspannung, sodass die Piezoelemente 105 eine Biegeschwingung ausführen können. Die Abschlussschicht 108 ist auf dem Lochplattenträger 101 und den zweiten Elektroden 107 der Piezoelemente 105 angeordnet. Dabei weist der 106 of the second electrode 107 is opposite. The second electrodes 107 are electrically conductively connected at the edge to the perforated plate carrier 101. In this case, a second connection layer 112 is arranged on the bearing surfaces 104, which contacts the second electrodes 107. The second connection layer 112 is in particular a conductive adhesive layer. Thus, the perforated plate carrier 101 carries the piezoelectric elements 105 and determines their Schwingungsrandeinspannung so that the piezoelectric elements 105 can perform a bending vibration. The termination layer 108 is arranged on the perforated plate carrier 101 and the second electrodes 107 of the piezoelements 105. It has the
Loch plattenträger 101 mit der Abschlussschicht 108 eine elektrisch isolierende Klebeverbindung 115 auf. Mit anderen Worten der Loch plattenträger 101 ist horizontal zwischen den Piezoelementen 105 mit der Abschlussschicht 108 elektrisch nicht leitfähig verbunden. Die isolierende Klebeverbindung bzw. Klebeschicht 115 weist eine Dicke von 10 - 80 μηι und umfasst beispielsweise silikonbasierten oder epoxidharzbasierten Kleber. Diese isolierende Hole plate carrier 101 with the end layer 108 an electrically insulating adhesive connection 115. In other words, the hole plate carrier 101 is electrically non-conductive horizontally connected between the piezoelectric elements 105 with the terminating layer 108. The insulating adhesive connection or Adhesive layer 115 has a thickness of 10 to 80 μηι and includes, for example, silicone-based or epoxy resin-based adhesive. This insulating
Klebeverbindung 115 fungiert gleichzeitig auch als Toleranzausgleich zwischen der Abschlussschicht 108 und den Piezoelementen 105, sodass die von den Piezoelementen 105 erzeugte Schwingung nicht gestört bzw. verändert wird. Die ersten Elektroden 106 sind mittels einer elektrisch leitfähigen ersten Adhesive bond 115 simultaneously acts as a tolerance compensation between the terminating layer 108 and the piezoelectric elements 105, so that the vibration generated by the piezoelectric elements 105 is not disturbed or changed. The first electrodes 106 are by means of an electrically conductive first
Verbindungsschicht 111, insbesondere einer Klebeschicht, mit der Connecting layer 111, in particular an adhesive layer, with the
Abschlussschicht 108 verbunden. Die ersten Aussparungen 102 sind mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial 114 gefüllt. Das Dämpfungsmaterial 114 umfasst Silikon, z. B. Fermasil. Die Piezoelemente 105 weisen eine Dicke von 150 - 750 μηι auf, vorzugsweise 200 - 500 μηι. Die Abschlussschicht 108 umfasst beispielsweise eine Flexfolie, die ein Polymer aufweist. Mit anderen Worten, die Abschlussschicht 108 umfasst ein flexibles Material, sodass die Abschlussschicht 108 oberhalb der Piezoelemente 105 als Membran fungiert. Die Abschlussschicht 108 weist eine Dicke von 50 - 750 μηι auf. Innerhalb der Abschlussschicht 108 sind Leiterbahnen 113 angeordnet, die die zweiten Elektroden 107 der Piezoelemente 105 elektrisch mit einer Verstärkerelektronik verbinden. Der Loch plattenträger 101 ist mechanisch steif und umfasst elektrisch leitfähiges Material, z. B. Aluminium oder eine metallisierte Keramik. Der Loch plattenträger 101 weist eine Dicke von 1 - 10 mm auf und ist mit der elektrischen Masse der Verstärkerelektronik elektrisch verbindbar bzw. Finishing layer 108 connected. The first recesses 102 are at least partially filled with a damping material 114. The damping material 114 includes silicone, e.g. B. Fermasil. The piezoelectric elements 105 have a thickness of 150-750 μm, preferably 200-500 μm. The cover layer 108 comprises, for example, a flex foil comprising a polymer. In other words, the end layer 108 comprises a flexible material such that the end layer 108 above the piezo elements 105 acts as a membrane. The final layer 108 has a thickness of 50-750 μm. Conductor tracks 113, which connect the second electrodes 107 of the piezoelectric elements 105 electrically to an amplifier electronics, are arranged within the terminating layer 108. The hole plate carrier 101 is mechanically stiff and comprises electrically conductive material, for. As aluminum or a metallized ceramic. The hole plate carrier 101 has a thickness of 1 - 10 mm and is electrically connected to the electrical ground of the amplifier electronics or
verbunden. Der Loch plattenträger 101 sorgt zusätzlich für eine mechanische Entkopplung der Piezoelemente 105. connected. The hole plate carrier 101 additionally ensures a mechanical decoupling of the piezoelectric elements 105th
In einem Ausführungsbeispiel weisen die Mittelpunkte der jeweiligen In one embodiment, the centers of the respective
Piezoelemente 105 einen lateralen Abstand auf, der geringer ist als die halbe Luftschallwellenlänge einer Betriebsfrequenz der Schallwandleranordnung. Die Betriebsfrequenz liegt hierbei im Bereich von 20 kHz - 150 kHz, vorzugsweise bei 50 kHz. Die Schallwandleranordnung umfasst zwischen zwei und fünfzig Piezoelemente 105, vorzugsweise zwei bis zwölf. Die Piezoelemente 105 sind dabei in Form eines Arrays angeordnet. Das Array kann linienförmig, matrixartig, oval oder kreisrund ausgestaltet sein. Die Schallwanlderanordnung ist in Kraftfahrzeugen, bewegten oder stehenden Piezo elements 105 a lateral distance which is less than half the airborne sound wavelength of an operating frequency of the sound transducer assembly. The operating frequency is in the range of 20 kHz to 150 kHz, preferably 50 kHz. The acoustic transducer arrangement comprises between two and fifty piezoelectric elements 105, preferably two to twelve. The piezo elements 105 are arranged in the form of an array. The array may be linear, matrix-like, oval or circular. The Schallwanlderanordnung is in motor vehicles, moving or stationary
Maschinen, beispielsweise Roboter, fahrerlose Transportsysteme, Machines, for example robots, driverless transport systems,
Logistiksysteme in Lagern, Staubsaugern oder Rasenmähern, E-Bikes, Logistics systems in warehouses, vacuum cleaners or lawnmowers, e-bikes,
elektrischen Rollstühlen oder in Hilfsmitteln zur Unterstützung körperlich electric wheelchairs or in aids to assist physically
eingeschränkter Personen einsetzbar. restricted persons can be used.
Figur 2 zeigt ein Verfahren 200 zur Herstellung einer Schallwandleranordnung. Das Verfahren 200 startet mit dem Verbinden 210 mehrerer Piezoelemente und einer Abschlussschicht. Dazu wird eine elektrisch leitfähige erste Verbindungsschicht, insbesondere eine Klebeschicht, mittels Dispensen oder Siebdruck auf die FIG. 2 shows a method 200 for producing a sound transducer arrangement. The method 200 starts by connecting 210 a plurality of piezoelectric elements and a terminating layer. For this purpose, an electrically conductive first connecting layer, in particular an adhesive layer, by means of dispensing or screen printing on the
Piezoelemente aufgebracht und anschließend mit der ersten Verbindungsschicht auf die Abschlussschicht aufgebracht. In einem folgenden Schritt 220 wird ein Piezo elements applied and then applied with the first bonding layer on the final layer. In a following step 220, a
Lochplattenträger mit der Abschlussschicht mechanisch verbunden. Zusätzlich bzw. zeitgleich wird der Lochplattenträger mit den Piezoelementen elektrisch verbunden. Zur Verbindung der Abschlussschicht wird bereichsweise eine elektrisch isolierende Klebeschicht auf den Lochplattenträger aufgebracht und zur Verbindung der Punch plate carrier mechanically connected to the top layer. In addition, or at the same time, the perforated plate carrier is electrically connected to the piezo elements. To connect the terminating layer, an electrically insulating adhesive layer is applied in regions to the perforated plate carrier and used for connecting the
Piezoelemente wird eine elektrisch leitfähige zweite Verbindungsschicht, ebenfalls vorzugsweise eine Klebeschicht, auf die Auflageflächen aufgebracht. In einem folgenden Schritt 230 werden erste Aussparungen des Lochplattenträgers mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt. Piezo elements is an electrically conductive second connection layer, also preferably an adhesive layer, applied to the bearing surfaces. In a following step 230 first recesses of the perforated plate carrier are at least partially filled with a damping material.

Claims

Ansprüche claims
1. Schallwandleranordnung (100) umfassend 1. Sound transducer assembly (100) comprising
• einen Lochplattenträger (101), der horizontal beabstandet angeordnete erste Aussparungen (102) und horizontal beabstandet angeordnete zweite  A perforated plate support (101), the horizontally spaced first recesses (102) and horizontally spaced second ones
Aussparungen aufweist, wobei jeweils eine erste Aussparung (102) und eine zweite Aussparung (103) übereinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung (103) größer ist als eine horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung (102), sodass sich innerhalb des Lochplattenträgers (101) Auflageflächen (104) bilden, Each having a first recess (102) and a second recess (103) are arranged adjacent to each other, wherein a horizontal extent of the second recess (103) is greater than a horizontal extent of the first recess (102), so that within the Perforated plate carrier (101) forming bearing surfaces (104),
• mehrere Piezoelemente (105) und • several piezo elements (105) and
• eine Abschlussschicht (108),  A finishing layer (108),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
• jede zweite Aussparung (103) ein Piezoelement (105) aufweist und die  • Every second recess (103) has a piezo element (105) and the
Piezoelemente (105) teilweise auf den Auflageflächen (104) angeordnet sind, wobei jedes Piezoelement (105) eine horizontale Ausdehnung aufweist, die größer ist als die horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung (102) und kleiner ist als die horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung (103), sodass sich in horizontaler Richtung Hohlräume zwischen dem  Piezo elements (105) are partially arranged on the bearing surfaces (104), wherein each piezo element (105) has a horizontal extension that is greater than the horizontal extent of the first recess (102) and smaller than the horizontal extent of the second recess (103 ), so that in the horizontal direction cavities between the
Loch plattenträger (101) und den Piezoelementen (105) bilden und  Hole plate carrier (101) and the piezo elements (105) form and
• die Abschlussschicht (108) auf dem Lochplattenträger (101) und den  The finishing layer (108) on the perforated plate support (101) and the
Piezoelementen (105) angeordnet ist, wobei die Abschlussschicht (108) eine erste strukturierte Metallschicht (109) aufweist, die oberhalb der  Piezoelectric elements (105) is arranged, wherein the end layer (108) has a first structured metal layer (109), which above the
Piezoelemente (105) angeordnet ist und als Membran fungiert.  Piezo elements (105) is arranged and acts as a membrane.
2. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Aussparung (102) und eine zweite Aussparung (103) fluchtend angeordnet sind. Second sound transducer assembly (100) according to claim 1, characterized in that in each case a first recess (102) and a second recess (103) are arranged in alignment.
3. Schallwandleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Piezoelement (105) eine erste Elektrode (106) aufweist und zwischen den Auflageflächen (104) und den ersten Elektroden (106) eine erste Verbindungsschicht (111) angeordnet ist, insbesondere eine leitfähige Klebeschicht. 3. A sound transducer assembly (100) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that each piezoelectric element (105) has a first electrode (106) and between the bearing surfaces (104) and the first electrodes (106) has a first connection layer (111) is arranged, in particular a conductive adhesive layer.
4. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Piezoelement (105) eine zweite Elektrode (107) aufweist, die der ersten Elektrode (106) gegenüberliegt und zwischen der ersten strukturierten Metallschicht (109) und den zweiten Elektroden (107) eine zweite Verbindungsschicht (112) angeordnet ist, insbesondere eine leitfähige Klebeschicht. 4. A sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that each piezoelectric element (105) has a second electrode (107) facing the first electrode (106) and between the first patterned metal layer (109) and the second electrodes (107) a second connection layer (112) is arranged, in particular a conductive adhesive layer.
5. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Loch plattenträger (101) eine elektrisch isolierende Schicht (115) angeordnet ist, die unmittelbar mit der Abschlussschicht (108) verbunden ist. 5. sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that on the hole plate carrier (101) an electrically insulating layer (115) is arranged, which is directly connected to the terminating layer (108).
6. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (115) eine größere Dicke aufweist als die zweite Verbindungsschicht (112). 6. sound transducer assembly (100) according to claim 5, characterized in that the electrically insulating layer (115) has a greater thickness than the second connection layer (112).
7. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussschicht (108) eine zweite durchgehende Metallschicht (110) aufweist, die der ersten strukturierten Metallschicht (109) gegenüberliegt. 7. A sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the termination layer (108) has a second continuous metal layer (110) opposite to the first patterned metal layer (109).
8. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (102) mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial (114) verfüllt sind, wobei das Dämpfungsmaterial (114) insbesondere Silikon aufweist. 8. sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first recesses (102) are at least partially filled with a damping material (114), wherein the damping material (114) in particular silicone.
9. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Loch plattenträger (101) elektrisch leitfähig ist, wobei der Lochplattenträger (101) insbesondere ein Metall oder eine metallisierte Keramik aufweist. 9. sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the hole plate carrier (101) is electrically conductive, wherein the perforated plate carrier (101) in particular comprises a metal or a metallized ceramic.
10. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Abschlussschicht (108) Leiterbahnen (113) angeordnet sind, die die zweiten Elektroden (107) kontaktieren. 10. A sound transducer assembly (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that within the terminating layer (108) conductor tracks (113) are arranged, which contact the second electrodes (107).
11. Verfahren (200) zur Herstellung einer Schallwandleranordnung mit den Schritten:11. Method (200) for producing a sound transducer arrangement comprising the steps:
• Verbinden (210) mehrerer Piezoelemente mit einer Abschlussschicht, Connecting (210) a plurality of piezo elements to a terminating layer,
insbesondere mittels einer elektrisch leitfähigen ersten Verbindungsschicht, in particular by means of an electrically conductive first connecting layer,
• Verbinden (220) eines Lochplattenträgers mit der Abschlussschicht und den Piezoelementen, wobei der Lochplattenträger horizontal beabstandet angeordnete erste Aussparungen und horizontal beabstandet angeordnete zweite Aussparungen aufweist, wobei jeweils eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung übereinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine horizontale Ausdehnung der zweiten Aussparung größer ist als eine horizontale Ausdehnung der ersten Aussparung, sodass sich innerhalb des Lochplattenträgers Auflageflächen bilden, sodass der Lochplattenträger mittels einer elektrisch isolierenden Klebeschicht mit der Abschlussschicht verbunden ist und die Auflageflächen mit den Piezoelementen mittels einer elektrisch leitfähigen zweiten Verbindungsschicht verbunden ist undConnecting (220) a perforated plate carrier to the terminating layer and the piezo elements, the perforated plate carrier having horizontally spaced first recesses and horizontally spaced second recesses, each having a first recess and a second recess disposed one above the other, with a horizontal extension of the second Recess is greater than a horizontal extent of the first recess, so that form support surfaces within the perforated plate carrier, so that the perforated plate carrier is connected by means of an electrically insulating adhesive layer with the terminating layer and the bearing surfaces is connected to the piezoelectric elements by means of an electrically conductive second connecting layer and
• mindestens teilweises Verfüllen (230) der ersten Aussparungen des At least partially filling (230) the first recesses of the
Lochplattenträgers mit einem Dämpfungsmaterial.  Perforated plate carrier with a damping material.
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