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EP0040374A1 - Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Publication number
EP0040374A1
EP0040374A1 EP19810103526 EP81103526A EP0040374A1 EP 0040374 A1 EP0040374 A1 EP 0040374A1 EP 19810103526 EP19810103526 EP 19810103526 EP 81103526 A EP81103526 A EP 81103526A EP 0040374 A1 EP0040374 A1 EP 0040374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
film
transducer
transducer elements
piezo body
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Withdrawn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
EP19810103526
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Dr. Diepers
Bertram Sachs
Albert Paulus
Erich Kämpf
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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
Priority claimed from DE19803019410 external-priority patent/DE3019410A1/de
Priority claimed from DE19803019420 external-priority patent/DE3019420A1/de
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0040374A1 publication Critical patent/EP0040374A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic transducer arrangement with groups of transducer elements that are acoustically separated by electrical division and electrically controlled together and that are arranged on a damping body.
  • images are produced from the inside of a body to be examined with the aid of ultrasound pulses, which are emitted by ultrasound transducers arranged on the surface of the body.
  • An electrical generator generates controllable high-frequency energy and feeds an electromechanical transducer arrangement in the treatment part, which works on a piezoelectric or also on a ferromagnetic basis. It converts the supplied high-frequency electrical energy into mechanical ultrasonic energy of the same frequency.
  • the transducer elements of the ultrasonic transducer arrangement are placed with their vibrating surface on the surface of the body to be examined with the interposition of a suitable coupling means.
  • the ultrasonic energy generated by the transducers in the form of longitudinal or density waves is radiated into the body and leads to periodic densification and thinning of the matter in the direction of propagation.
  • the ultrasound pulse triggers echoes at the interfaces between the different parts of the body, which are repeated due to their duration other be received by a receiver that can also be used as a transmitter, and then supplied to electronics.
  • a parallel scan of the body to be examined is possible with a linear chain of ultrasound transducers arranged next to one another, which are cyclically excited after a predetermined time.
  • the transducers of the array which can be, for example, 50 or more transducers, are connected to an electrical connecting conductor for control purposes, for example soldered.
  • the ultrasonic transducers of such an array can also be acoustically separated into transducer elements by so-called fine division, the width of which is generally much smaller than their height.
  • the arrangement is therefore also referred to as a converter comb.
  • the width of the transducer elements is preferably substantially less than half the wavelength and in arrays for higher frequencies, for example above 5 HHZ, with a pitch of less than 100 / um, contacting by soldering an electrical connection conductor, for example, a wire, only with a relatively large effort possible.
  • electrical parallel connection and common control several of these acoustically separated transducer elements can be combined to transducer groups. Each group contact then receives a common control line connection.
  • a known embodiment of an ultrasonic transducer arrangement with a linear chain of ultrasonic transducers arranged next to one another can be operated as a sector scanner by means of appropriate electronic control.
  • the ultrasonic transducers are made by soldering a strip-shaped base body Piezo material on a copper contact foil with a thickness of 50 / um.
  • the opposite flat side of the metal foil is attached to a damping body.
  • the piezo body with the metal foil can be divided into separate ultrasonic transducers by saw gaps, or the piezo body is connected to an already prefabricated metal foil which already has the required structure due to corresponding cutouts.
  • the parts of the metal foil protruding from the ends of the ultrasonic transducers can be mechanically separated and soldered to an electrical control conductor (European Offenlegungsschrift 5071).
  • the sawing gaps between the ultrasonic transducers are to be placed on the gap between the contact lugs, which also requires high precision in the mask dimensioning for etching the contact lugs, in the soldering technique and the sawing technique with precise assignment.
  • metal foils with a relatively large thickness of, for example, 50 / um for acoustic reasons due to insufficient coupling to the damping body, due to annoying acoustic reflections and excessive rigidity cannot be used for higher frequencies, for example above 2 MHz.
  • Another known ultrasonic transducer arrangement contains transducer elements with metallic electrodes, both of which end on the same narrow side of the piezo body. Because one of the electrodes also covers part of the opposite narrow side of the piezo body, part of the volume is short-circuited and thus practically ineffective acoustically. During metallization, care must be taken to ensure that electrical insulation is maintained between the electrode ends. This part of the volume covered by the insulation is also only acoustically effective through mechanical coupling.
  • the electrode ends are each connected to a metal plate on the same flat side of the piezo body, which are provided with slots. The spacing of the slots corresponds to the width of the transducer elements with a grid dimension of approximately 0.5 to 1 mm.
  • the transducer elements are produced in that the metallized piezo body with the slotted plates is fastened to a damping body and then this unit is subdivided according to the grid dimension (US Pat. No. 3,952,387).
  • the invention is therefore based on the object of simplifying the manufacture of an ultrasonic transducer arrangement with a large number of ultrasonic transducers, in particular a simple contacting of finely divided ultrasonic transducers with a very small width of the transducer elements should also be possible.
  • the transducer elements are provided with electrodes, each of which covers an entire narrow side of the corresponding piezo body, so that its entire volume is acoustically effective.
  • the damping body In the manufacture of the ultrasonic transducer comb with transducer elements, which are arranged between an adapter body and a damping body, the damping body is used in a known manner as a base for increasing the mechanical strength for the subsequent fine division process, which is generally carried out by mechanical division.
  • the piezo body When the piezo body is subdivided, both the piezo body with its metal supports on its two flat sides and the contact foil connected to it, or at least the metal support of this contact foil, are separated.
  • Contact lugs are then formed from the parts of the contact film which protrude from the end faces of the transducer elements, the width of which in the longitudinal direction of the piezo body is approximately the width of a transducer element or the entire width of the jointly controlled transducer elements of a transducer group.
  • the contact film can consist of a continuous plastic film which is provided with a metal coating. Their thickness is significantly less than the wavelength and is at a frequency of at least 2 MHz, for example at most 10 / um.
  • the metal layer is located on the piezoelectric body facing the flat side and its thickness is also not more than 10 / um, preferably at most about 1 / um. Under certain circumstances, it may be appropriate to do this To design contact foil or its electrically conductive pad before it is attached to the piezo body, for example by photoetching technology or by punching as a pattern with cutouts, from which the connecting lugs are produced after attachment to the piezo body.
  • the parts of the contact foil projecting on the two opposite end faces of the transducer elements can be designed as contact tabs, of which only one is connected to an electrical control line and the other is shortened to a predetermined length in such a way that it is only electrical forms conductive bridges for the transducer elements of each transducer group.
  • the transducer elements thus have contacting at both ends.
  • all transducer elements are generally provided with a common connecting conductor, which can bridge all transducer elements in the form of a band made of electrically conductive material.
  • this common connecting conductor can also be designed as a surface contact, in particular in that the electrically conductive surface of a film, which likewise consists at least in part of electrically conductive material, is also fastened on this flat side, and its on the end faces of the Transducer elements protruding parts are formed as conductor tabs and connected to the opposite pole of the control voltage. They then form a cage-like shield for the control connections of the converter elements.
  • the permanent connection of the contact foil on the lower flat side of the piezo body and with the shielding foil on the upper one The flat side of the piezo body can expediently be produced in a common operation.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial view of an ultrasound transducer arrangement, with the aid of which the method steps of the invention are explained.
  • FIG. 1 schematically illustrates a
  • Figure 4 shows a bridging of the contact lugs.
  • an ultrasonic transducer arrangement contains a linear arrangement of transducer elements 2, which are arranged one behind the other between a damping body 4 and an adaptation body 5 in the longitudinal extent of the transducer arrangement and in the direction of its width.
  • transducer elements 2 Several mutually adjacent and electrically parallel-connected and thus jointly controlled transducer elements 2 each form a transducer group, which are denoted by 6, 7, 8 and 9.
  • 6 transducer elements of which only 4 are shown in the figure for simplicity, can form a transducer group.
  • the transducer elements 2 can preferably be produced by so-called fine division of a strip-shaped or cuboid-shaped piezo body 10.
  • a circuit board 12 or 13 is fastened, the surface of which is provided with electrical conductors, of which only four are indicated in the figure and are denoted by 14 to 17.
  • These conductors serve as control lines for the converter elements 2 and are each with one Contact lugs 24 or 26 or: 27 or 28 connected, which are made from a part of a contact film 20 protruding from the arrangement on the end faces of the transducer elements 2.
  • a contact foil 22 is attached in the same way on its underside, which is provided with contact lugs, of which only the first one is visible in the figure and is designated by 25.
  • the common electrical return line for the power supply of the converter elements 2 forms a conductor 30 made of electrically conductive material, of which only the end face is visible in the figure and which is connected to the opposite pole of the power supply via one of the circuit boards 12 and 13, not shown in the figure connected is.
  • the piezo body 10 provided on its upper and lower flat side with a metal support 18 or 19 is permanently connected to the electrically conductive surface layer of a contact foil with a thickness of at most 10 / um, which at least partially consists of metal and can preferably be divided so that it only covers the edge regions of the piezo body 10. This division avoids reflections at the interfaces of the contact foil at higher frequencies, in particular 5 MHz and more, which can adversely affect the pulse shape.
  • the contact foils 20 and 22 are preferably made of plastic, in particular poly (diphenyl oxide pyromellithimide) (polyimide, Kapton) or also of a polyester foil based on ethylene glycol and terephthalic acid (Mylar), which have a high mechanical strength and at the same time for a relatively high temperature load are suitable during the subsequent metallization and soldering processes.
  • the thickness of the contact film is preferably substantial less than the wavelength ⁇ of the ultrasound frequency and can be, for example, about 7.5 ⁇ m for polyimide and, for example, only about 2 ⁇ m for Mylar.
  • the contact foil divided in the embodiment according to FIG. 2 is first provided with a metal pad 21 and 23, the thickness of which does not significantly exceed 1 ⁇ m.
  • the thin metal layer 21 or 23 of the contact foil 20 or 22 can preferably consist of at least two layers, the first of which serves as an adhesive layer 32 or 35 and can preferably consist of chromium or also of titanium.
  • the thickness of the chrome layer 32 or 35 is at most 1 ⁇ m, preferably about 0.02 ⁇ m.
  • the second layer has good electrical conduction and is also intended to provide good adhesion to the material connection to the piezo body 10. This property preferably has nickel; but copper or silver as well as gold and platinum are also suitable.
  • the thickness of the nickel layer is preferably about 0.05 to 0.2 ⁇ m.
  • the solder stop layer 34 or 37 can be made of platinum, for example, and the third layer 33 or 34 can be made of gold, for example.
  • the thickness of the chrome layer 32 or 35 can preferably be at most 0.05 / ⁇ m and the thickness of the platinum layer 34 or 37, for example, about 0.1 ⁇ m and the thickness of the gold layer 33 or 36, for example, about 0.2 / ⁇ m amount so that the entire thickness of the Metal coating is not significantly more than 0.35 ⁇ m.
  • the metallization 21 or 23 can preferably be applied by sputtering. This gives good adhesion, which is necessary because of the subsequent fine division of the piezo body 10.
  • the sputtering can preferably be preceded by a sputter etching process, as a result of which the surface of the contact foil 20 or 22 is cleaned of adsorption layers and dust and is additionally activated, which favors the adhesion of the metal layer 21 or 23.
  • the metal pad 21 or 23 can also be produced by ion plating or by vapor deposition.
  • the contact film 20 or 22 is first provided with an adhesive layer 32 or 35 by ion plating or vapor deposition. Adhesion can be improved further by etching the surface of the contact foil 20 or 22 in an oxygen plasma before applying the adhesive layer 32 or 35.
  • the non-detachable connection of the contact film 20 or 22 to the piezo body 10 must be free of voids, so that after the fine division of the piezo body 10 with a small width of the transducer elements 2 then produced, for example less than 100 ⁇ m, the transducer elements 2 detach from the contact foil 20 or 22 is prevented.
  • the solder layers 42 and 44 can therefore preferably be applied as a solder alloy or also as a multilayer sequence from the components of the solder, as is indicated in FIG. 2.
  • a material with a relatively low melting point can preferably be used as the solder layer 42 or 44 if the piezo body 10 is already polarized, so that complete or only partial depolarization is avoided that will.
  • the layers may consist of equal parts, therefore, for example, an indium-tin solder (InSn), which as a multilayer sequence, for example in four layers in a total thickness of, for example, about 3 / um is deposited preferably.
  • the total layer thickness of the solder layers 42 and 44 is to be dependent on the surface roughness of the piezoelectric body 10 and may be approximately in the range of 0.5 and 6 /.
  • the solder layers 42 and 44 can be connected to the metal layer 18 of the piezo body 10.
  • solder pads 46 and 48 can also expediently be vapor-deposited.
  • the soldering itself can be carried out with flux aid in air or as vacuum soldering without flux.
  • the structural unit produced in this way from the piezo body 10 and the contact foils 20 and 22 is then fastened on a mechanically stable base, which can preferably be the damping body 4 of the ultrasonic transducer arrangement, for increasing the mechanical strength for the subsequent subdivision of the piezo body 10.
  • a mechanically stable base which can preferably be the damping body 4 of the ultrasonic transducer arrangement, for increasing the mechanical strength for the subsequent subdivision of the piezo body 10.
  • This connection can be made, for example, with the aid of a conductive adhesive 52.
  • the transducer elements 2 are then produced by subdividing the piezo body 10. This subdivision is carried out, for example, by sawing in, the saw cuts being made so deep from the metal support 19 through the piezo body 2 that even electrically conductive parts of the contact foil 20 or 22, ie the metal pads 21 and 23 are separated.
  • the S ägespalte still extend into the projecting part of the contact film, but not up to its outer edge.
  • the common return conductor 30 for controlling the converter elements 2 is attached to the top of the converter elements 2, for example glued with a layer of a conductive adhesive 54.
  • the adaptation body 5 can also be attached to the metal layer 19 of the piezo body 10 with an adhesive 58.
  • the 'layer thicknesses are shown significantly enlarged in the figure for clarity.
  • the contact lugs 24 and 26 to 28 and the bridges 25 are produced by separating the protruding parts of the contact foil 20 or 22 after the contact foil has been attached to the piezo body 10 on the damping body 4 or after the attachment of this unit to the adapter body 5.
  • the contact film may be expedient to design the contact film as a profile body with the contact tabs 24 and 26 to 28 or contact bridges 25 even before their metal support is attached to the piezo body 10.
  • the contact lugs then only need to be connected to a corresponding control conductor.
  • the contact lugs for adjacent vibrators alternately on opposite narrow sides of the piezo body 10.
  • the first vibrator 6 2 then receives its contact tab 24 on the right side of the arrangement, while the contact foil 22 on the opposite narrow side merely forms the contact bridge 25 for the transducer elements 2 of this oscillator 6.
  • the following vibrator 7 then receives its contact lug 29 on the left narrow side of the piezo body 10 and is connected to a control conductor of the control plate 13, while the contact lug on the right narrow side is shortened to a contact bridge that is not visible in FIG. 2.
  • a particularly advantageous further embodiment of the transducer arrangement consists in that, according to FIG. 3, the transducer elements 2 arranged between the damping body 4 and the adapting body 5 are also connected on their upper side in their outer surface areas to a preferably divided shielding film 60 or 62, which at least in their on the transducer elements 2 attached surface areas made of electrically conductive material, preferably metal.
  • These metal supports 61 and 63 can, for example, be constructed and manufactured in the same way as the metal supports 21 and 23 of the contact foils 20 and 22.
  • These metal supports 61 and 63 can also be soldered in their surface areas provided for attachment to the transducer elements 2 with a solder support 66 or 68, which are fastened to the metal support 19 in a soldering process.
  • the metal pad 19 can preferably also be provided beforehand with a solder pad 70 or 72, which are made of the same material as the solder pads 46 and 48 and can also preferably be vapor-deposited.
  • the shielding conductors 60 and 62 form a common line connection for the opposite pole of the control voltage of the transducer elements 2. Their parts protruding from the lateral end faces of the transducer elements 2 are also designed as conductor tabs 74 and 75, which are connected to a common conductor of the printed circuit boards 12 and 13. A preferred embodiment provides that the protruding parts of the contact foil are not divided into conductor tabs, but rather are designed as a common bridge-shaped connection of all converter elements and are connected at one point to the common opposite pole to the control voltage.
  • These shielding foils 60 and 62 with their contact tabs 74 and 75 are guided along the row of contact tabs of the contact foils 20 and 22 and shield them from high-frequency interference from the outside.
  • the common connecting conductor 30 according to FIGS. 1 and 2 for the upper side of the converter elements 2 is then not required.
  • the piezo body 10 can preferably first be connected both to the contact foils 20 and 22 and to the shielding foils 60 and 62 and then on the Damping body 4 are attached.
  • the transducer elements 2 can then be manufactured by finely dividing the piezo body 10, the parts of the upper and lower contact foils projecting beyond the edge of the piezo body 10 being bent downward toward the damping body 4 and temporarily held in place, for example with a plastic adhesive strip, so that when Fine parts, e.g. by sawing, a complete sawing through to the outer edge of the protruding parts is avoided.
  • an ultrasonic transducer arrangement contains a linear arrangement of transducer elements 2 which are to be arranged one behind the other between a damping body 4 and an adaptation body 5 in the direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the transducer elements 2 can be produced by the so-called fine division of a strip-shaped or cuboid-shaped piezo body.
  • a printed circuit board 12 or 13 is attached to the two side surfaces of the damping body 4, the surface of which is provided with electrical conductors, of which only one is designated by 14 in the figure.
  • a common electrical return line for the power supply of the converter elements 2 is formed by a conductor 30 made of electrically conductive material, of which only the end face is visible in the figure and via one of the circuit boards 12 and 13 with the opposite pole of the power supply via a conductor, not shown in the figure connected is.
  • the contact foil parts 20 and 22 are each provided with a metal pad 21 and 23, respectively, which are permanently connected to a metallization layer 18, for example soldered.
  • the common electrical return conductor 30 for the converter elements 2 is also connected to a metallization layer 19 on the upper narrow side of the converter elements 2.
  • the converter elements 2 are produced by subdivision of a piezo body in that a cut through the piezo body with the metallization of its flat sides is made so deep that at least the metallization of the contact foil parts 20 and 22 is also separated, as is indicated in the figure by a broken line.
  • the individual transducer elements 2 with their metallization 18 and 19 are thus separated acoustically and mechanically from one another.
  • the spaces between the individual transducer elements 2 can, under certain circumstances, be filled after the acoustic separation with a filler whose acoustic impedance is significantly different from the acoustic impedance of the piezo material of the transducer elements 2.
  • the part of the foil protruding from the right end of the converter elements not shown in the figure forms the contact lug 24, which is connected to an electrical control conductor, not shown in the figure, and the electrical feed line for each forms a converter group, which in the. Figure is designated 6.
  • the cuts of the subdivision can expediently be carried out in such a way that the contact lugs between the adjacent converter groups 6 and 7 are separated by one of the cuts.
  • the contact lug 25 forms electrically conductive bridges between the transducer elements of the transducer group 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallwandleranordnung mit Gruppen von gemeinsam gesteuerten Wandlerelementen. Erfindungsgemäß sind die einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Wandlerelemente (2) jeder der Gruppen (6 bis 10) jeweils mit einer Metallauflage (18) versehen, von denen eine (18) mit der Metallauflage (21 und 23) einer als Kontaktfolie (20 bzw. 22) dienenden Kunststoffolie verbunden ist, die zwischen den Wandlerelementen (2) mit Schlitzen versehen ist und für die Wandlerelemente (2) der Gruppen (6 bis 9) jeweils eine Kontaktfahne (24 bis 28) bildet Nach diesem Verfahren kann ein Array mit einer großen Anzahl von feingeteilten Wandlerelementen (2) in einfacher Weise kontaktiert werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallwandleranordnung mit Gruppen von Wandlerelementen, die durch Feinteilung akustisch getrennt und elektrisch gemeinsam gesteuert sind und die auf einem Dämpfungskörper angeordnet sind.
  • In der medizinischen Diagnostik sowie in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden Bilder aus dem Inneren eines zu untersuchenden Körpers mit Hilfe von Ultraschallimpulsen hergestellt, die von an der Oberfläche des Körpers angeordneten Ultraschallwandlern ausgestrahlt werden. Ein elektrischer Generator erzeugt regelbare Hochfrequenzenergie und speist im Behandlungsteil eine elektromechanische Wandleranordnung, die auf piezoelektrischer oder auch auf ferromagnetischer Grundlage arbeitet. Sie wandelt die zugeführte elektrische Hochfrequenzenergie in mechanische Ultraschallenergie gleicher Frequenz um. Die Wandlerelemente der Ultraschallwandleranordnung werden mit ihrer schwingenden Fläche unter Zwischenschalten eines geeigneten Ankopplungsmittels auf die Oberfläche des zu untersuchenden Körpers aufgesetzt. Die von den Wandlern erzeugte Ultraschallenergie in Form von Longitudinal- bzw. Dichtewellen wird in den Körper eingestrahlt und führt zu periodischen Verdichtungen und Verdünnungen der Materie in der Ausbreitungsrichtung. Der Ultraschallimpuls löst an den Grenzflächen zwischen den verschiedenen Körperteilen Echos aus, die aufgrund ihrer Laufzeit nacheinander von einem Empfänger aufgenommen werden, der zugleich als Sender verwendet werden kann, und anschließend einer Elektronik zugeführt. Mit einer linearen Kette von nebeneinander angeordneten Ultraschallwandlern, die zyklisch nach einem vorgegebenen Zeitablauf erregt werden, ist eine parallele Abtastung des zu untersuchenden Körpers möglich. Die Wandler des Arrays, das können beispielsweise 50 oder mehr Wandler sein, sind zur Steuerung mit einem elektrischen Anschlußleiter verbunden, beispielsweise verlötet.
  • Die Ultraschallwandler eines solchen Arrays können durch sogenannte Feinteilung noch akustisch in Wandlerelemente aufgetrennt werden, deren Breite im allgemeinen wesentlich kleiner ist als ihre Höhe. Die Anordnung wird deshalb auch als Wandlerkamm bezeichnet. Die Breite dieser Wandlerelemente ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die Hälfte der Wellenlänge und bei Arrays für höhere Frequenzen, beispielsweise oberhalb 5 HHz, mit einem Rastermaß von weniger als 100 /um ist eine Kontaktierung durch Anlöten eines elektrischen Anschlußleiters, z.B. eines Drahtes, nur noch mit einem verhältnismäßig großen Aufwand möglich. Durch elektrische Parallelschaltung und gemeinsame Steuerung können jeweils mehrere dieser akustisch getrennten Wandlerelemente zu Wandlergruppen zusammengefaßt werden. Jede Gruppenkontaktierung erhält dann einen gemeinsamen Steuerleitungsanschluß.
  • Eine bekannte Ausführungsform einer Ultraschallwandleranordnung mit einer linearen Kette von nebeneinander angeordneten Ultraschallschwingern kann durch entsprechende elektronische Steuerung als Sektorscanner betrieben werden. Die Ultraschallwandler sind hergestellt durch Auflöten eines streifenförmigen Grundkörpers aus Piezomaterial auf eine Kontaktfolie aus Kupfer mit einer Dicke von 50 /um. Die gegenüberliegende Flachseite der Metallfolie ist auf einem Dämpfungskörper befestigt. Durch Sägespalte kann der Piezokörper mit der Metallfolie in die getrennten Ultraschallwandler aufgeteilt werden oder der Piezokörper wird mit einer bereits vorgefertigten Metallfolie verbunden, die durch entsprechende Ausschnitte bereits die erforderliche Struktur aufweist. Die an den Enden der Ultraschallwandler überstehenden Teile der Metallfolie können mechanisch getrennt und jeweils mit einem elektrischen Steuerleiter verlötet werden (Europäische Offenlegungsschrift 5071).
  • Das nachträgliche Auftrennen der Randzonen in einzelne Kontaktfahnen kann zu Quer-Rissen und vollständigen Abrissen der Kontaktfolie führen. Außerdem neigen diese Kontaktfahnen aus Kupfer oder anderen Metallen aufgrund der Reaktion mit den Loten in der Umgebung der Lötstelle zur Versprödung und können brechen. Bei Verwendung einer vorgefertigten Metallfolie, die durch Photoätztechnik mit der erforderlichen Struktur versehen ist, kann beim Auflöten der Folie auf den Piezokörper eine Dehnung der Folie auftreten, die bereits bei der Dimensionierung einer Fotoätzmaske zur Festlegung der Kontaktfahnenabstände berücksichtigt werden muß und einen zusätzlichen Aufwand erfordert. Die Sägespalte zwischen den Ultraschallschwingern sind auf die Spalte zwischen den Kontaktfahnen zu setzen, was ebenfalls eine hohe Präzision in der Maskendimensionierung zum Ätzen der Kontaktfahnen, in der Löttechnik und der Sägetechnik mit genauer Zuordnung erfordert. Außerdem sind Metallfolien. mit verhältnismäßig großer Dicke von beispielsweise 50 /um aus akustischen Gründen wegen zu geringer Ankopplung an den Dämpfungskörper, wegen störender akustischer Reflexionen und zu großer Steifigkeit für höhere Frequenzen, beispielsweise oberhalb 2 MHz, nicht verwendbar.
  • Eine weitere bekannte Ultraschallwandleranordnung enthält Wandlerelemente mit metallischen Elektroden, die beide auf der gleichen Schmalseite des Piezokörpers enden. Dadurch, daß eine der Elektroden auch einen Teil der gegenüberliegenden Schmalseite des Piezokörpers bedeckt, ist ein Teil des Volumens kurzgeschlossen und damit akustisch praktisch unwirksam. Bei der Metallisierung muß dafür gesorgt werden, daß zwischen den Elektrodenenden die elektrische Isolation erhalten bleibt. Dieser von der Isolation abgedeckte Teil des Volumens ist ebenfalls nur durch mechanische Überkopplung akustisch wirksam. Die Elektrodenenden sind auf der gleichen Flachseite des Piezokörpers jeweils mit einer Metallplatte verbunden, die mit Schlitzen versehen sind. Der Abstand der Schlitze entspricht der Breite der Wandlerelemente mit einem Rastermaß von etwa 0,5 bis 1 mm. Die Wandlerelemente werden dadurch hergestellt, daß der metallisierte Piezokörper mit den geschlitzten Platten auf einem Dämpfungskörper befestigt wird und dann eine Unterteilung dieser Baueinheit entsprechend dem Rastermaß vorgenommen wird (US-PS 3 952 387).
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Herstellen einer Ultraschallwandleranordnung mit einer großen Zahl von Ultraschallschwingern zu vereinfachen, insbesondere soll auch noch eine einfache Kontaktierung von feingeteilten Ultraschallschwingern mit sehr geringer Breite der Wandlerelemente möglich sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ultraschallwandleranordnung nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. In dieser Anordnung sind die Wandlerelemente mit Elektroden versehen, die jeweils eine gesamte Schmalseite des entsprechenden Piezokörpers bedecken, so daß dessen gesamtes Volumen akustisch wirksam ist.
  • Bei der Herstellung des Ultraschallwandlerkamms mit Wandlerelementen, die zwischen einem Anpassungskörper und einem Dämpfungskörper angeordnet sind, wird als Unterlage zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit für den anschließenden Feinteilungsvorgang, der im allgemeinen durch mechanische Zerteilung erfolgt, in bekannter Weise der Dämpfungskörper verwendet. Bei der Unterteilung des Piezokörpers wird sowohl der Piezokörper mit seinen Metallauflagen auf seinen beiden Flachseiten als auch die mit ihm verbundene Kontaktfolie oder wenigstens die Metallauflage dieser Kontaktfolie aufgetrennt. Aus den an den Stirnseiten der Wandlerelemente überstehenden Teilen der Kontaktfolie werden anschließend Kontaktfahnen gebildet, deren Breite in Längsrichtung des Piezokörpers etwa der Breite eines Wandlerelementes oder der gesamten Breite der gemeinsam gesteuerten Wandlerelemente einer Wandlergruppe beträgt.
  • Die Kontaktfolie kann aus einer durchgehenden Kunststoffolie bestehen, die mit einer Metallauflage versehen ist. Ihre Dicke ist wesentlich geringer als die Wellenlänge und beträgt bei einer Frequenz von wenigstens 2 MHz beispielsweise höchstens 10 /um. Die Metallauflage befindet sich auf der dem Piezokörper zugewandten Flachseite und ihre Dicke beträgt ebenfalls nicht mehr als 10 /um, vorzugsweise höchstens etwa 1 /um. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, diese Kontaktfolie oder ihre elektrisch leitende Auflage vor ihrer Befestigung am Piezokörper beispielsweise durch Photoätztechnik oder durch Stanzen als Muster mit Ausschnitten zu gestalten, aus denen nach der Befestigung am Piezokörper die Anschlußfahnen hergestellt werden.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Wandleranordnung können die auf den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten der Wandlerelemente überstehenden Teile der Kontaktfolie als Kontaktfahnen gestaltet sein, von denen nur eine mit einer elektrischen Steuerleitung verbunden wird und die andere auf eine vorbestimmte Länge derart gekürzt wird, daß sie nur noch elektrisch leitende Brücken für die Wandlerelemente jeweils einer Wandlergruppe bildet. In dieser Ausführungsform haben somit die Wandlerelemente an ihren beiden Enden jeweils eine Kontaktierung.
  • Auf der gegenüberliegenden freien Flachseite des Piezokörpers werden im allgemeinen alle Wandlerelemente mit einem gemeinsamen Anschlußleiter versehen, der in Form eines Bandes aus elektrisch leitendem Material alle Wandlerelemente überbrücken kann. Dieser gemeinsame Anschlußleiter kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Wandleranordnung ebenfalls als Flächenkontakt ausgebildet sein, insbesondere dadurch, daß auch auf dieser Flachseite die elektrisch leitende Oberfläche einer Folie befestigt wird, die ebenfalls wenigstens zum Teil aus elektrisch leitendem Material besteht, und deren an den Stirnseiten der Wandlerelemente überstehenden Teile als Leiterfahnen ausgebildet und mit dem Gegenpol der Steuerspannung verbunden werden. Sie bilden dann eine käfigartige Abschirmung für die Steueranschlüsse der Wandlerelemente. Die unlösbare Verbindung der Kontaktfolie an der unteren Flachseite des Piezokörpers und mit der Abschirmfolie an der oberen Flachseite des Piezokörpers können zweckmäßig in einem gemeinsamen Arbeitsgang hergestellt werden.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 eine Teilansicht einer Ultraschallwandleranordnung schematisch veranschaulicht ist, mit deren Hilfe die Verfahrensschritte der Erfindung erläutert werden. Eine besondere Ausführungsform einer mit den Verfahrensschritten der Erfindung hergestellten Wandleranordnung ist in Figur 2 dargestellt. In Figur 3 ist eine besondere Ausführungsform einer Ultraschallwandleranordnung veranschaulicht.
  • Figur 4 zeigt eine Brückenbildung der Kontaktfahnen.
  • In der Ausführungsform nach Figur 1 enthält eine Ultraschallwandleranordnung eine lineare Anordnung von Wandlerelementen 2, die zwischen einem Dämpfungskörper 4 und einem Anpassungskörper 5 in der Längsausdehnung der Wandleranordnung und in Richtung ihrer Breite hintereinander angeordnet sind. Mehrere einander benachbarte und elektrisch parallelgeschaltete und somit gemeinsam gesteuerte Wandlerelemente 2 bilden jeweils eine Wandlergruppe, die mit 6, 7, 8 und 9 bezeichnet sind. In der praktischen Ausführungsform der Wandleranordnung können beispielsweise jeweils 8 Wandlerelemente, von denen in der Figur zur Vereinfachung nur 4 dargestellt sind, eine Wandlergruppe bilden. Die Wandlerelemente 2 können vorzugsweise durch sogenannte Feinteilung eines streifen- oder quaderförmigen Piezokörper 10 hergestellt sein. An den beiden Seitenflächen des Dämpfungskörpers 4 ist jeweils eine Leiterplatte 12 bzw. 13 befestigt, deren Oberfläche mit elektrischen Leitern versehen ist,von denen in der Figur lediglich vier angedeutet und mit 14 bis 17 bezeichnet sind. Diese Leiter dienen als Steuerleitungen für die Wandlerelemente 2 und sind jeweils mit einer Kontaktfahne 24 bzw. 26 bzw: 27 bzw. 28 verbunden, die aus einem an den Stirnflächen der Wandlerelemente 2 aus der Anordnung herausragenden Teil einer Kontaktfolie 20 hergestellt sind. Am gegenüberliegenden Ende der Wandlerelemente 2 ist an deren Unterseite in gleicher Weise eine Kontaktfolie 22 angebracht, die mit Kontaktfahnen versehen ist, von denen in der Figur nur die erste sichtbar und mit 25 bezeichnet ist. Die gemeinsame elektrische Rückleitung für die Stromversorgung der Wandlerelemente 2 bildet ein Leiter 30 aus elektrisch leitendem Material, von dem in der Figur nur die Stirnfläche sichtbar ist und der über einen in der Figur nicht dargestellten Leiter einer der Leiterplatten 12 und 13 mit dem Gegenpol der Stromversorgung verbunden ist.
  • Zur Herstellung der Wandleranordnung wird zunächst der auf seiner oberen und unteren Flachseite jeweils mit einer Metallauflage 18 bzw. 19 versehene Piezokörper 10 mit der elektrisch leitenden Oberflächenschicht einer Kontaktfolie mit einer Dicke von höchstens 10 /um unlösbar verbunden, die wenigstens zum Teil aus Metall besteht und vorzugsweise geteilt sein kann, so daß sie nur die Randbereiche des Piezokörpers 10 abdeckt. Durch diese Teilung werden bei höheren Frequenzen, insbesondere 5 MHz und mehr, Reflexionen an den Grenzflächen der Kontaktfolie, welche die Pulsform ungünstig beeinflussen können, vermieden. Die Kontaktfolien 20 und 22 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere Poly-(diphenyloxid-pyromellithimid) (Polyimid, Kapton) oder auch aus einerPolyesterfolie auf der Basis Äthylenglykol und Terephthalsäure (Mylar), die eine hohe mechanische Festigkeit haben und zugleich für eine verhältnismäßig hohe Temperaturbelastung während der nachfolgenden Metallisierungs- und Lötprozesse geeignet sind. Die Dicke der Kontaktfolie beträgt vorzugsweise wesentlich weniger als die Wellenlänge λ der Ultraschallfrequenz und kann für Polyimid beispielsweise etwa 7,5 µm und für Mylar beispielsweise nur etwa 2 µm betragen.
  • Zur Vorbereitung ihrer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Piezokörper wird die in der Ausführungsform nach Figur 2 geteilte Kontaktfolie zunächst mit einer Metallauflage 21 und 23 versehen, deren Dicke 1 µm nicht wesentlich überschreitet. Die dünne Metallauflage 21 bzw. 23 der Kontaktfolie 20 bzw. 22 kann vorzugsweise aus wenigstens zwei Schichten bestehen, von denen die erste als Haftschicht 32 bzw. 35 dient und vorzugsweise aus Chrom oder auch aus Titan bestehen kann. Die Dicke der Chromschicht 32 bzw. 35 beträgt höchstens 1 µm, vorzugsweise etwa 0,02 µm. Die zweite Schicht hat eine gute elektrische Leitung und soll außerdem eine gute Haftung an der Materialverbindung zum Piezokörper 10 vermitteln. Diese Eigenschaft hat vorzugsweise Nickel; es sind aber auch Kupfer oder Silber sowie Gold und Platin geeignet. Die Dicke der Nickelschicht beträgt vorzugsweise etwa 0,05 bis 0,2 µm.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, noch eine mittlere Schicht 34 bzw. 37 einzufügen, deren Material nur wenig und langsam mit einem Lot 42 bzw. 44 reagiert, das zur Verbindung der.Kontaktfolie 20 bzw. 22 mit dem Piezokörper 10 vorgesehen ist. In Verbindung mit einer ersten Schicht 32 bzw. 35 aus Chrom kann die Lotstopschicht 34 bzw. 37 beispielsweise aus Platin und die dritte Schicht 33 bzw. 34 beispielsweise aus Gold bestehen. In diesem Fall kann die Dicke der Chromschicht 32 bzw. 35 vorzugsweise höchstens 0,05 /um und die Dicke der Platinschicht 34 bzw. 37 beispielsweise etwa 0,1 µm und die Dicke der Goldschicht 33 bzw. 36 beispielsweise etwa 0,2 /um betragen, so daß die gesamte Dicke der Metallauflage nicht wesentlich mehr als 0,35 µm beträgt.
  • Die Metallisierung 21 bzw. 23 kann vorzugsweise durch Sputtern aufgetragen werden. Dabei erhält man eine gute Haftung, die wegen der nachfolgenden Feinteilung des Piezokörpers 10 erforderlich ist. Dem Sputtern kann vorzugsweise ein Sputterätzprozeß vorausgehen, wodurch die Oberfläche der Kontaktfolie 20 bzw. 22 von Adsorptionsschichten und Staub gereinigt und zusätzlich aktiviert wird, was die Haftung der Metallauflage 21 bzw. 23 begünstigt. Die Metallauflage 21 bzw. 23 kann jedoch auch durch Ionenplattierung oder durch Aufdampfen hergestellt werden. Auch in diesem Fall wird die Kontaktfolie 20 bzw. 22 zunächst durch Ionenplattieren bzw. Aufdampfen mit einer Haftschicht 32 bzw. 35 versehen. Die Haftung kann noch dadurch verbessert werden, daß vor dem Aufbringen der Haftschicht 32 bzw. 35 die Oberfläche der Kontaktfolie 20 bzw. 22 in einem Sauerstoffplasma angeätzt wird.
  • Die unlösbare Verbindung der Kontaktfolie 20 bzw. 22 mit dem Piezokörper 10 muß frei von Lunkern sein, damit nach der Feinteilung des Piezokörpers 10 bei einer geringen Breite der dann entstehenden Wandlerelemente 2 von beispielsweise weniger als 100 µm eine Ablösung der Wandlerelemente 2 von der Kontaktfolie 20 bzw. 22 verhindert wird. Die Lotschichten 42 und 44 können deshalb vorzugsweise als Lot-Legierung oder auch als Mehrschichtfolge aus den Komponenten des Lotes aufgetragen werden, wie es in Figur 2 angedeutet ist. Als Lotschicht 42 bzw. 44 kann vorzugsweise dann ein Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt verwendet werden, wenn der Piezokörper 10 bereits polarisiert ist, damit eine vollständige oder auch nur teilweise Depolarisation vermieden wird. Die Schichten können deshalb beispielsweise aus einem Indium-Zinn-Lot (InSn) zu gleichen Teilen bestehen, das vorzugsweise als Mehrschichtfolge, beispielsweise in vier Schichten, in einer Gesamtstärke von beispielsweise etwa 3 /um aufgedampft wird. Die Gesamtschichtstärke der Lotschichten 42 und 44 ist abhängig von der Oberflächenrauhigkeit des Piezokörpers 10 und kann etwa im Bereich von 0,5 und 6 /um liegen. Die Lotschichten 42 und 44 können mit der Metallschicht 18 des Piezokörpers 10 verbunden werden.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, im Bereich der herzustellenden Verbindung zwischen Piezokörper 10 und Kontaktfolien 20 bzw. 22 die Metallschicht 18 vorher mit einer als Lot geeigneten Auflage 46 bzw. 48 zu versehen. Diese Lotauflagen 46 und 48 können zweckmäßig ebenfalls aufgedampft werden. Die Lötung selbst kann mit Flußmit- telhilfe.an Luft ausgeführt oder auch als Vakuumlötung ohne Flußmittel durchgeführt werden.
  • Die so hergestellte Baueinheit aus dem Piezokörper 10 und den Kontaktfolien 20 und 22 wird dann zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit für die nachfolgende Unterteilung des Piezokörpers 10 auf einer mechanisch stabilen Unterlage befestigt, die vorzugsweise der Dämpfungskörper 4 der Ultraschallwandleranordnung sein kann. Diese Verbindung kann beispielsweise mit Hilfe eines Leitklebers 52 hergestellt werden.
  • Anschließend werden die Wandlerelemente 2 durch Unterteilung des Piezokörpers 10 hergestellt. Diese Unterteilung erfolgt beispielsweise durch Einsägen, wobei die Sägeschnitte von der Metallauflage 19 durch den Piezokörper 2 hindurch so tief geführt werden, daß auch noch elektrisch leitende Teile der Kontaktfolie 20 bzw. 22, d.h. die Metallauflagen 21 und 23, aufgetrennt werden. Die Sägespalte reichen noch in den überstehenden Teil der Kontaktfolie hinein, jedoch nicht bis zu ihrem äußeren Rand.
  • Dann wird auf der Oberseite der Wandlerelemente 2 der gemeinsame Rückleiter 30 für die Steuerung der Wandlerelemente 2 befestigt, beispielsweise mit einer Schicht eines Leitklebers 54 festgeklebt. Der Anpassungskörper 5 kann ebenfalls mit einem Kleber 58 an der Metallschicht 19 des Piezokörpers 10 befestigt werden. Die 'Schichtdicken sind zur Verdeutlichung in der Figur wesentlich vergrößert dargestellt.
  • Die Kontaktfahnen 24 und 26 bis 28 und die Brücken 25 werden durch Auftrennen der überstehenden Teile der Kontaktfolie 20 bzw. 22 nach der Befestigung der Kontaktfolie mit dem Piezokörper 10 auf dem Dämpfungskörper 4 oder auch nach der Befestigung dieser Baueinheit am Anpassungskörper 5 hergestellt.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Kontaktfolie bereits vor der Befestigung ihrer Metallauflage am Piezokörper 10 als Profilkörper mit den Kontaktfahnen 24 und 26 bis 28 bzw. Kontaktbrücken 25 zu gestalten. Nach der Fertigstellung der Baueinheit aus Kontaktfolie, Piezokörper und Dämpfungskörper braucht man die Kontaktfahnen dann nur noch mit einem entsprechenden Steuerleiter zu verbinden.
  • Zur besseren Handhabung der Anordnung während der Herstellung der Anschlußfahnen 24 bis 28 kann es zweckmäßig sein, die Kontaktfahnen für benachbarte Schwinger jeweils abwechselnd auf gegenüberliegenden Schmalseiten des Piezokörpers 10 anzubringen. Der erste Schwinger 6 erhält dann nach Figur 2 seine Kontaktfahne 24 auf der rechten Seite der Anordnung, während.die Kontaktfolie.22 an der gegenüberliegenden Schmalseite.lediglich die Kontaktbrücke 25 für die Wandlerelemente 2 dieses Schwingers 6 bildet. Der folgende Schwinger 7 erhält dann seine Kontaktfahne 29 auf der linken Schmalseite des Piezokörpers 10 und wird mit einem Steuerleiter der Steuerplatte 13 verbunden, während die Kontaktfahne auf der rechten Schmalseite bis auf eine in Figur 2 nicht sichtbare Kontaktbrücke gekürzt wird.
  • Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Wandleranordnung besteht darin, daß nach Figur 3 die zwischen dem Dämpfungskörper 4 und dem Anpassungskörper 5 angeordneten Wandlerelemente 2 auch auf ihrer Oberseite in ihren äußeren Oberflächenbereichen mit einer vorzugsweise geteilten Abschirmfolie 60 bzw. 62 verbunden werden, die wenigstens in ihren an den Wandlerelementen 2 befestigten Oberflächenbereichen aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Metall, bestehen. Diese Metallauflagen 61 bzw. 63 können beispielsweise in gleicher Weise aufgebaut und hergestellt sein wie die Metallauflagen 21 und 23 der Kontaktfolien 20 bzw. 22. Auch diese Metallauflagen 61 und 63 können in ihren zur Befestigung an den Wandlerelementen 2 vorgesehenen Oberflächenbereichen mit einer Lotauflage 66 bzw. 68 versehen sein, die in einem Lötvorgang an der Metallauflage 19 befestigt werden. Die Metallauflage 19 kann jedoch vorzugsweise ebenfalls vorher mit einer Lotauflage 70 bzw. 72 versehen sein, die aus dem gleichen Material wie die Lotauflagen 46 und 48 bestehen und ebenfalls vorzugsweise aufgedampft sein können.
  • Die Abschirmleiter 60 und 62 bilden eine gemeinsame Leitungsverbindung für'den Gegenpol der Steuerspannung der Wandlerelemente 2. Ihre an den seitlichen Stirnflächen der Wandlerelemente 2 überstehenden Teile werden ebenfalls als Leiterfahnen 74 bzw. 75 ausgebildet, die mit einem gemeinsamen Leiter der Leiterplatten 12 und 13 verbunden werden. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, die überstehenden Teile der Kontaktfolie nicht in Leiterfahnen aufzuteilen, sondern als gemeinsame brückenförmige Verbindung aller Wandlerelemente zu gestalten und an einer Stelle mit dem gemeinsamen Gegenpol zur Steuerspannung zu verbinden. Diese Abschirmfolien 60 und 62 mit ihren Kontaktfahnen 74 und 75 werden über die Kontaktfahnenreihe der Kontaktfolien 20 und 22 entlanggeführt und schirmen diese gegen hochfrequente Einstreuungen von außen ab. Der gemeinsame Verbindungsleiter 30 nach den Figuren 1 und 2 für die Oberseite der Wandlerelemente 2 ist dann nicht erforderlich.
  • In der Ausführungsform nach Figur.3 mit den Kontaktfolien 20 und 22 sowie den Abschirmfolien 60 und 62 kann der Piezokörper 10 nach der Metallisierung seiner Flachseiten vorzugsweise zunächst sowohl mit den Kontaktfolien 20 und 22 als auch mit den Abschirmfolien 60 und 62 verbunden und dann auf dem Dämpfungskörper 4 befestigt werden. Anschließend kann dann die Herstellung der Wandlerelemente 2 durch Feinteilung des Piezokörpers 10 vorgenommen werden, wobei die über den Rand des Piezokörpers 10 überstehenden Teile der oberen und unteren Kontaktfolien nach unten zum Dämpfungskörper 4 hin abgebogen und provisorisch zum Beispiel mit einem Kunststoffklebestreifen festgehalten werden, damit beim Feinteilen, z.B. durch Sägen, ein völliges Durchsägen bis zum äußeren Rand der überstehenden Teile vermieden wird.
  • In der Ausführungsform nach Figur 4 enthält eine Ultraschallwandleranordnung eine lineare Anordnung von Wandlerelementen 2, die zwischen einem Dämpfungskörper 4 und einem Anpassungskörper 5 in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene hintereinander angeordnet sein sollen. Die Wandlerelemente 2 können durch sogenannte Feinteilung eines streifen- oder quaderförmigen Piezokörpers hergestellt sein. An den beiden Seitenflächen des Dämpfungskörpers 4 ist jeweils eine Leiterplatte 12 bzw. 13 befestigt, deren Oberfläche mit elektrischen Leitern versehen ist, von denen in der Figur lediglich einer mit 14 bezeichnet ist. Diese Leiter dienen als Steuerleitungen für die Wandlerelemente 2 und sind jeweils mit einer Kontaktfahne 24 verbunden, die aus einem an den Stirnflächen der Wandlerelemente 2 aus der Anordnung herausragenden Teil einer geteilten Kontaktfolie hergestellt sind, deren Teile in der Figur mit 20 und 22 bezeichnet sind. Das Teil 22 der Kontaktfolie ist ebenfalls mit einem am Ende der Wandlerelemente 2 überstehenden Teil versehen, der mit 25 bezeichnet ist. Eine gemeinsame elektrische Rückleitung für die Stromversorgung der Wandlerelemente 2 bildet ein Leiter 30 aus elektrisch leitendem Material, von dem in der Figur nur die Stirnfläche sichtbar ist und der über einen in der Figur nicht dargestellten Leiter einer der Leiterplatten 12 und 13 mit dem Gegenpol der Stromversorgung verbunden ist.
  • Die Kontaktfolienteile 20 und 22 sind jeweils mit einer Metallauflage 21 bzw. 23 versehen, die mit einer Metallisierungsschicht 18 unlösbar verbunden, beispielsweise verlötet, sind. Der gemeinsame elektrische Rückleiter 30 für die Wandlerelemente 2 ist ebenfalls mit einer Metallisierungsschicht 19 an der oberen Schmalseite der Wandlerelemente 2 verbunden. Die Wandlerelemente 2 sind durch Unterteilung eines Piezokörpers dadurch hergestellt, daß jeweils ein Schnitt durch den Piezokörper mit der Metallisierung seiner Flachseiten so tief geführt ist, daß auch noch wenigstens die Metallisierung der Kontaktfolienteile 20 und 22 aufgetrennt wird, wie es in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Damit sind die einzelnen Wandlerelemente 2 mit ihrer Metallisierung 18 und 19 sowohl akustisch als auch mechanisch voneinander getrennt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Wandlerelementen 2 können unter Umständen nach der akustischen Trennung mit einem Füllstoff gefüllt werden, dessen akustische Impedanz wesentlich verschieden ist von der akustischen Impedanz des Piezomaterials der Wandlerelemente 2.
  • In der Ausführungsform der Kontaktfolienteile 20 und 22 nach Figur 5 bildet der an dem rechten Ende der in der FigurOnicht näher bezeichneten Wandlerelemente überstehende Teil der Folie die Kontaktfahne 24, die mit einem in der Figur nicht dargestellten elektrischen Steuerleiter verbunden ist und die elektrische Zuleitung für jeweils eine Wandlergruppe bildet, die in der. Figur mit 6 bezeichnet ist. Die Schnitte der Unterteilung können zweckmäßig so geführt werden, daß die Kontaktfahnen zwischen den benachbarten Wandlergruppen 6 und 7 durch einen der Schnitte getrennt werden. Am anderen Ende der Wandlerelemente bildet die Kontaktfahne 25 jeweils elektrisch leitende Brücken zwischen den Wandlerelementen der Wandlergruppe 6. Falls beispielsweise die Stromzuführung von der Kontaktfahne 24 zu einem in der Figur nicht näher bezeichneten Wandlerelement der Wandlergruppe 6 durch einen Riß unterbrochen ist, so wird dieses Wandlerelement über die Kontaktierung des Teils 20 der Kontaktfolie an den beiden benachbarten Wandlerelementen sowie die Metallisierung 18 an diesen Wandlerelementen und die elektrisch leitenden Brücken der Kontaktfahne 25 weiterhin mit Strom versorgt, wie es in Figur 5 durch nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet ist. Eine Stromunterbrechung zu einem der Wandlerelemente innerhalb der Wandlergruppen 6 und 7 kann somit erst dann eintreten, wenn die Stromzuführungen an beiden Enden eines Wandlerelementes unterbrochen sind.

Claims (25)

1. Ultraschallwandleranordnung mit Gruppen von Wandlerelementen, die durch Feinteilung akustisch getrennt und elektrisch gemeinsam gesteuert sind und die auf einem Dämpfungskörper befestigt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Wandlerelemente (2) jeder der Gruppen (6 bis 10) jeweils mit einer Metallauflage (18) versehen sind, von denen wenigstens eine (18) mit der Metallauflage (21 und 23) einer als Kontaktfolie (20 bzw. 22) dienenden Kunststoffolie verbunden ist, die zwischen den Wandlerelementen (2) mit Schlitzen versehen ist und für die Wandlerelemente (2) der Gruppen (6 bis 9) jeweils eine Kontaktfahne (24 bis 28) bildet (Fig. 1 bis 3).
2. Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die an beiden Enden der Wandlerelemente (2) überstehenden Teile jeweils in Kontaktfahnen für jeweils eine Wandlergruppe (6, 7) aufgetrennt sind, von denen eine (24) mit einem Steuerleiter verbunden ist, und von denen die andere (25) elektrisch leitende Brücken für die Wandlerelemente (2) der Wandlergruppe (6) bildet (Fig. 4 und 5).
3. Verfahren zum Herstellen einer Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale, daß
a) wenigstens eine Flachseite der als Kontaktfolie dienenden Kunststoffolie mit einer Metallauflage (21, 23) versehen wird, und daß
b) wenigstens eine Flachseite eines streifenförmigen Piezokörpers (1-0) mit einem Oberflächenbereich der Metallauflage (21, 23) der Kontaktfolie unlösbar verbunden wird,
c) deren andere Flachseite auf dem Dämpfungskörper (4) befestigt wird, und daß dann
d) die Unterteilung des Piezokörpers (10) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine geteilte Kontaktfolie (20, 22) verwendet wird, deren Folienteile lediglich in ihrem Randbereich mit jeweils einem Randbereich des Piezokörpers (10) verbunden werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktfolie aus Poly-(diphenyloxid-pyromellithimid) oder aus einer Polyesterfolie auf der Basis Äthylenglykol und Terephthalsäure verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kontaktfolie mit einer Dicke von höchstens 10 µm verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktfolie (20, 22) mit einer Metallauflage (21 bzw. 23) versehen wird, deren Dicke höchstens 10 /um, vorzugsweise höchstens 1 µm, insbesondere höchstens 0,3 µm, beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallauflage (21, 23) durch Ausschnitte als Muster gestaltet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß nach der Feinteilung Folienteile, die an wenigstens einer der Schmalseiten des Piezokörpers (10) überstehen, in Kontaktfahnen (25 bis 28) für jeweils eine der Wandlergruppen (6 bis 9) aufgetrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die an einer der Schmalseiten des Piezokörpers (10) überstehenden Folienteile in Kontaktfahnen (24 und 26 bis 28) für die Wandlergruppen (6 bis 9) aufgetrennt werden, und daß die an der anderen Schmalseite überstehenden Folienteile in Brückenkontakte (25) für die Wandlerelemente jeweils einer Wandlergruppe aufgetrennt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flachseite des Piezokörpers (10) mit der Metallauflage (62, 63) einer Abschirmfolie (60 bzw. 62) verbunden wird, deren an den Schmalseiten des Piezokörpers (10) überstehende Teile als Kontaktfahnen (74, 75) gestaltet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung des Piezokörpers (10) mit der Kontaktfolie (20, 22) und der Abschirmfolie (60, 62) in einem gemeinsamen Arbeitsgang vorgenommen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß auf die Kontaktfolie eine Metallauflage aus mehreren Schichten aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schicht als Haftschicht (32 bzw. 35) aus Chrom und eine weitere Schicht (33 bzw. 36) aus Nickel aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schicht als Haftschicht (32 bzw. 35) aus Chrom und eine weitere Schicht (33 bzw. 36) aus Gold oder Kupfer oder Silber oder Platin aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Haftschicht höchstens 0,05 /um und die Dicke der weiteren Schicht höchstens 0,2 /um beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine Metallauflage (21, 23) aus drei Schichten (32 bis 34 bzw.. 35 bis 37) dadurch aufgebracht wird, daß zwischen der Haftschicht (32 bzw. 35) und der weiteren Schicht (33 bzw. 36) noch eine Lotstopschicht (34 bzw. 37) eingefügt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Aufbringen der Haftschicht (32 bzw. 35) die Oberfläche der Kontaktfolie (20 bzw. 22) in umgebendem Sauerstoffplasma angeätzt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallauflage (21, 23) der Kontaktfolie (20 bzw. 22) in dem für die Verbindung mit dem Piezokörper vorgesehenen Oberflächenbereich mit einer Lotauflage (42 bzw. 44) versehen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Lotauflage (42, 44) aufgedampft wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 19, gekennzeichnet durch eine Mehrschichtfolge der Lotauflage (42 bzw. 44).
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß vier Schichten aufgebracht werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß ein Indium-Zinn-Lot (InSn) verwendet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Gesamtdicke der Lotauflage (42, 44) höchstens 6 /um, insbesondere höchstens 3 /um, beträgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß zum Herstellen der Verbindung der Kontaktfolie (20, 22) mit dem Piezokörper (10) der zur Verbindung vorgesehene Oberflächenbereich des Piezokörpers (10) mit einer Lotauflage (46, 48) versehen wird.
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