DE2829561B1 - Verfahren zur Herstellung von Ultraschallkoepfen - Google Patents

Description

• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen.
• Es zeigt
• F i g. 1 das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung für einen Wandlerkamm für Ultraschall-Arrays; F i g. 2 den Verfahrensschritt der Kontaktierung; F i g. 3 das Herstellungsverfahren nach der Erfindung, angewendet an einem Ultraschallkopf für Compound-Scanner; Fig. 4 ein Herstellungsverfahren nach der Erfindung mit trapezförmig verlaufenden Rasterlinien des fototechnischen Belichtungsmusters.
• In der F i g. 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Wandlergrundformteil 1, das aus einem piezoelektrischen Materialstreifen 2 mit aufgebrachten Silberkontaktierungen 3, 4 besteht und das auf einem Trägerteil 5 angebracht ist, auf der Oberfläche mit einer Schicht 6 aus fotoempfindlichem Lack versehen. Diese fotoempfindliche Lackschicht 6 wird dann in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem fototechnischen Muster 7 belichtet. Das fototechnische Muster 7 besteht im vorliegenden Falle aus einem Raster paralleler Linien.
• Die Rasterbreite beträgt b, die Dicke der Rasterlinien beträgt s. Die Gesamtanordnung aus Wandlerelementstreifen 1 samt Träger 5 und fotoempfindlicher Lackschicht 6 weist eine Länge L auf. Die Höhe des Wandlerstreifens 1 ist mit h und die Breite mit I bezeichnet. Die in dieser Weise im zweiten Verfahrensschritt belichtete fotoempfindliche Lackschicht 6 wird anschließend einem Ätzmittel, z. B. verdünnte Flußsäure, ausgesetzt. Das Ätzmittel bewirkt ein Ausätzen der bei Belichtung anfallenden Weichstellen des fotoempfindlichen Lackes 6 (z. B. der belichteten Stellen) einschließlich der darunterliegenden Stellen des Wandlergrundformteiles 1. Das Ergebnis ist eine kammförmige Struktur mit Einzelwandlerelementen 7a, 7b etc. der Breite b, Höhe h und Länge I, wie sie in der F i g. 2 in Vergrößerung dargestellt ist, mit den dazwischenliegenden Ätzspalten 8a, 8b etc. mit der Spaltbreite s In spezieller Ausführung der Fig. 1 und 2 weist der Abstand b zwischen zwei Rasterlinien des fototechnischen Belichtungsrasters 7 einen solchen Wert auf, der deutlich unterhalb der halben Wellenlänge 6/2) der abzustrahlenden bzw. zu empfangenden Ultraschallwellen liegt. In bevorzugter Ausführung ist der Abstand b kleiner als Ile. Die Dicke der Linien des Belichtungsrasters 7 beträgt hingegen vorzugsweise maximal 1/5 des Abstandes b zwischen zwei Rasterlinien.
• Damit ergeben sich also Wandlerkammformationen, wie z. B. die in Fig.2 in Vergrößerung ausschnittsweise dargestellte Form des Wandlerkammes, bei der die einzelnen Wandlerelemente 7a, 7b etc. im Endeffekt Breiten b aufweisen, die immer deutlich unterhalb der halben Wellenlänge liegen. Dies bedeutet, daß die laterale Auflösung der einzelnen Schwinger erheblich verbessert wird.
• Die Verkleinerung der Wandlerelementbreiten b würde allerdings zu einer Verminderung der Abstrahl-bzw. Empfangsleistung jedes einzelnen Wandlerelementes führen. Letzteres wird jedoch dadurch verhindert, daß nun bei weiterer Ausgestaltung in einem vorteilhaften Zusatzschritt einzelne Wandlerelemente gruppenweise zusammenkontaktiert werden, so daß trotz Feinunterteilung die Abstrahl- bzw. Empfangsfläche wieder vergrößert wird. Trotz relativ hohen Spaltverlustes (der Spaltverlust macht ca. 20% der Aktivfläche aus) ergibt sich für jede einzelne Gruppe eines derart kontaktierten Wandlerkammes dann mindestens dieselbe Abstrahl- bzw. Empfangsleistung wie für Wandlerkämme des Standes der Technik, wobei jedoch die laterale Auflösung erheblich besser ist.
• Das Kontaktierungsverfahren in einem solchen bevorzugten Verfahrensschritt zeigt speziell die F i g. 2.
• Dort sind die einzelnen Wandlerelemente 7a, 7b etc. in Gruppen von jeweils zwei benachbarten Elementen kontaktiert. Im Ausführungsbeispiel der Fig.2 bilden also beispielsweise die Wandlerelemente 7a und 7b eine erste Gruppe, die Wandlerelemente 7c und 7d eine zweite Gruppe etc. Die Kontaktierung auf der Oberseite (durch Löten) ist mit 9a, 9b etc. bezeichnet.
• Die Kontaktierung der Unterseite erfolgt durch Zusammenlöten der Durchführdrähte 10a, 10b etc.
• durch den Träger 5 hindurch. An jede Lötkontaktstelle eines Wandlerelementpaares sind dann Signalsteuerleitungen 11a, 11b etc. bzw.12a, 12c etc. angeschlossen.
• In der Praxis umfaßt das Ultraschall-Array der F i g. 1 und 2 bei einer Ultraschallfrequenz von z. B. f = 2,25 MHz insgesamt 256 Einzelschwinger. Die Breite b eines jeden Einzelschwingers ergibt sich bei der gewählten Rasterbreite des Belichtungsrasters zu etwa 0,26 mm.
• Die Höhe h der Elemente (Höhe des Grundformteiles) beträgt etwa h = 0,7 mm und die Länge ungefähr I = 11 mm (Breite des Grundformteiles). Bei einer Spaltbreite in der Größenordnung von s = 0,05 bis 0,06 mm ergibt sich damit bei Zusammenfassung von insgesamt zwei Wandlerelementen zu einer Gruppe eine Gesamtgruppenbreite von etwa 0,57 mm, wobei die einzelnen Gruppen untereinander entlang dem Wandlerkamm durch Spaltbreiten wiederum in der Größenordnung s=0,05 bis 0,06 mm abgetrennt sind. In der Fig 1 besteht das Belichtungsraster aus parallelen Rasterlinien, so daß sich gemäß Fig.2 Wandlerkämme mit parallel verlaufenden Wandlerstabelementen ergeben.
• Ebensogut sind jedoch auch andere geometrische Formgebungen möglich. F i g. 3 zeigt beispielsweise eine solche Formation, bei der durch Verwendung eines fototechnischen Rasters in Parallel- oder Trapezrasterführung auf einem runden Grundformteil 12, z. B.
• Rundwandlerplatte, hinsichtlich der Wandlerelementzerteilung Parallel- oder Trapezrasterführung in Stäbchen- oder Mosaikform erreicht ist. Die sich aufgrund der Ätzspalten 14 ergebenden Wandlerelemente sind mit 15 bezeichnet. Der so gewonnene runde Wandlerkamm kann Teil eines Abtastkopfes 16 für Compound-Scan bilden. Mit 17 ist das Anschlußkabel des Compound-Abtastkopfes bezeichnet.
• Eine weitere Modifikation zeigt das Ausführungsbeispiel der F i g. 4. Hier ist wieder ein Ultraschall-Array dargestellt, das im Gegensatz zum Array der F i g. 1 und 2 nicht Parallelführung der Wandlerelemente, sondern vielmehr Wandlerelemente aufweist, die über die Quere des Wandlergrundformteiles 1 trapezförmig verlaufen.
• Zur Herstellung einer solchen Trapezform dient also ein fototechnisches Raster 18, das Rasterlinien aufweist, die über die Quere des Wandlergrundformteiles entsprechend trapezförmig verlaufen.
• Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ultraschallköpfen, insbesondere von Wandlerkämmen für Ultraschall-Arrays oder Compound-Scanner, durch Zerteilen eines Wandlergrundformteiles, z. B. Wandlerstreifens oder Wandlerplatte, in eine vorgebbare Anzahl von aneinandergereihten Wandlerelementen. Erwünscht ist ein technisch besonders einfaches und kostensparendes Herstellungsver- fahren. Dies wird erreicht durch die folgenden Verfahrensschritte: a) das Wandlergrundformteil 13)wirdoberflächenseitig mit einem fotoempfindlichen Material (6), z B. fotoempfindlichen Lack, beschichtet; b) das so beschichtete Wandlergrundformteil (1; 13) wird mit einem fototechnischen Muster (7) entsprechend der erwünschten geometrischen Formation der Wandlerelemente (7a, 7b etc.; 15) belichtet; c) die bei Belichtung anfallenden Weichstellen des fotoempfindlichen Materials (6) einschließlich der darunterliegenden Stellen des Wandlergrundformteiles werden anschließend durch ein Ätzmittel, z. B. verdünnte Flußsäure, ausgeätzt; d) das geätzte Wandlergrundformteil bildet schließlich einen Wandlerkamm aus Einzelwandlerelementen (7a, 7b etc; 15) mit dazwischenliegenden Ätzspalten (F i g. 1 bis 3).

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Ultraschallköpfen, insbesondere von Wandlerkämmen für Ultraschall-Arrays oder Compound-Scanner, durch Zerteilen eines Wandlergrundformteiles, z. B. Wandlerstreifens oder Wandlerplatte, in eine vorgebbare Anzahl von aneinandergereihten Wandlerelementen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) das Wandlergrundformteil (1; 13) wird oberflächenseitig mit einem fotoempfindlichen Material (6), z. B. fotoempfindlichen Lack, beschichtet; b) das so beschichtete Wandlergrundformteil (1; 13) wird mit einem fototechnischen Muster (7) entsprechend der erwünschten geometrischen Formation der Wandlerelemente (7a, 7b etc.; 15) belichtet; c) die bei Belichtung anfallenden Weichstellen des fotoempfindlichen Materials (6) einschließlich der darunterliegenden Stellen des Wandlergrundformteiles (1; 13) werden anschließend durch ein Ätzmittel, z. B. verdünnte Flußsäure, ausgeätzt; d) das geätzte Wandlergrundformteil bildet schließlich einen Wandlerkamm aus Einzelwandlerelementen (7a, 7b etc.; 15) mit dazwischenliegenden Ätzspalten (8a, 8b etc.; 14).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Breite (b) eines Wandlerelementes (7a, 7b etc.; 15) bestimmende Rasterbreite des fototechnischen Musters (7) wenigstens an einer Stelle deutlich unterhalb der halben Wellenlänge (2/2) der abzustrahlenden bzw. zu empfangenden Ultraschallwellen liegt
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Wandlerelemente (7a, 7b etc.; 15) nach Ätzen der Spalten (8a, 8b etc.; 14) gruppenweise zusammenkontaktiert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung jeweils benachbarter Wandlerelemente durch Löten (Lötstellen 9a, 9b etc. bzw. 12a, 12b etc.) erfolgt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterbreite (b) des fototechnischen Rasters kleiner A/4 gewählt ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Rasterlinien des fototechnischen Rasters (7), die den Spaltabstand (s) zwischen jeweils zwei benachbarten Wandlerelementen festlegt, vorzugsweise höchstens etwa 1/5 der Rasterbreite (b)beträgt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fototechnische Raster (7) parallele oder mosaikförmige Rasterlinien aufweist (Fig. 1,2).
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fototechnische Raster (18) Rasterlinien aufweist, die über die Quere des Wandlergrundformteiles (1) trapezförmig verlaufen (F i g. 4).
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fototechnische Raster (14) zum Aufbringen auf eine Rund- (z. B.

   Kreis)wandlerplatte (13) bei Parallel- oder Trapezrasterführung in Stäbchen- oder Mosaikform ausgebildet ist (F i g. 3).

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ultraschallköpfen, insbesondere von Wandlerkämmen für Ultraschall-Arrays oder Compound-Scanner, durch Zerteilen eines Wandlergrundformteiles, z. B. Wandlerstreifens oder Wandlerplatte, in eine vorgebbare Anzahl von aneinandergereihten Wandlerelementen.

   Der Ultraschallkopf kann ein beliebig geformter Abtastkopf für B-Scan oder aber auch für A-Scan oder für ein ähnliches Abtastverfahren sein. Es kann sich im vorliegenden Fall also auch um einen Ultraschallkopf für z. B. Compound-Scan handeln. In besonderer Anwendung sollte der Schallkopf jedoch der Wandlerkamm eines Ultraschall-Arrays sein.

   Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines solchen Verfahrens, das eine technisch besonders einfache und kostensparende Herstellung von Ultraschallköpfen ermöglicht.

   Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die folgenden Verfahrensschritte: a) das Wandlergrundformteil wird oberflächenseitig mit einem fotoempfindlichen Material, z. B. fotoempfindlichen Lack, beschichtet; b) das so beschichtete Wandlergrundformteil wird mit einem fototechnischen Muster entsprechend der erwünschten geometrischen Formation der Wandlerelemente belichtet; c) die bei Belichtung anfallenden Weichstellen des fotoempfindlichen Materials einschließlich der darunterliegenden Stellen des Wandlergrundformteiles werden anschließend durch ein Ätzmittel, z. B. verdünnte Flußsäure, ausgeätzt; d) das geätzte Wandlergrundformteil bildet schließlich einen Wandlerkamm aus Einzelwandlerelementen mit dazwischenliegenden Ätzspalten.

   In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung soll die die Breite eines Wandlerelementes bestimmende Rasterbreite des fototechnischen Musters wenigstens an einer Stelle des Rasterstreifens deutlich unterhalb der halben Wellenlänge (/2) der abzustrahlenden bzw.

   zu empfangenden Ultraschallwellen liegen. Benachbarte Wandlerelemente sollen dann schließlich nach Ätzen der Spalten gruppenweise zusammenkontaktiert werden. Die Kontaktierung jeweils benachbarter Wandlerelemente erfolgt zweckmäßig durch Löten. In besonderer Ausgestaltung sollte die Rasterbreite des fototechnischen Rasters kleiner A/4 gewählt werden. Die Dicke der Rasterlinien des fototechnischen Rasters, die den Spaltabstand zwischen jeweils zwei benachbarten Wandlerelementen festlegt, soll vorzugsweise höchstens etwa 1/5 der Rasterbreite betragen. Die Feinunterteilung ergibt Einzelschwinger mit optimaler Lateralauflösung. Die Kontaktierung in Gruppen gewährleistet trotz Feinunterteilung eine relativ große Summen-Abstrahl- bzw. Empfangsfläche. Bei erheblich verbesserter Lateralauflösung ist dann also auch die abgestrahlte bzw. empfangene Leistung optimal.