EP3386646A1 - Schallwandleranordnung mit biegeelementen und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung mit biegeelementen - Google Patents

Schallwandleranordnung mit biegeelementen und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung mit biegeelementen

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Publication number
EP3386646A1
EP3386646A1 EP16781787.3A EP16781787A EP3386646A1 EP 3386646 A1 EP3386646 A1 EP 3386646A1 EP 16781787 A EP16781787 A EP 16781787A EP 3386646 A1 EP3386646 A1 EP 3386646A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
recesses
bending
layer
transducer assembly
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Withdrawn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
EP16781787.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd SCHEUFELE
Andre Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3386646A1 publication Critical patent/EP3386646A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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 Schwallwandleran extract with at least two bending elements and a method for producing a
  • the document DE 39 20 872 A1 discloses a method for the production of ultrasonic transducers, in which a piezoceramic and thermoplastic material are joined together by heat bonding. To generate the necessary heat for the bonding heat loss heat is produced in the piezoceramic by applying electrical signals.
  • Ultrasonic transducer array shown, which can be used as a focusing clinically usable ultrasound probe and a corresponding manufacturing method. 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. Disclosure of the invention
  • the acoustic transducer assembly has a perforated plate carrier which comprises one side with at least two spaced first recesses and which comprises an opposite side with at least two second recesses arranged at a distance.
  • a first recess and a second recess are arranged adjacent to one another.
  • a lateral extent of the second recess is greater than a lateral extent of the first recess, so that contact surfaces form on the first recess.
  • Sound transducer assembly at least two bending elements, wherein a lateral extent of the bending elements is greater than the lateral extent of the first recesses.
  • the lateral extent of the bending elements is smaller than the lateral extent of the second recesses.
  • a bending element is arranged, wherein the bending element is partially electrically conductively connected to the bearing surfaces.
  • the sound transducer arrangement has at least two piezo elements, wherein in each case a piezo element within the first recess below a
  • Bending element is arranged and is electrically conductively connected to the bending element.
  • a finishing layer is arranged above the perforated plate carrier and the bending elements. The finishing layer is with the
  • Biegeiata represents the final layer is a membrane.
  • the advantage here is that the individual bending elements are protected against external influences with piezoelectric element, since they are covered or covered by a single layer, namely the top layer.
  • Biegeelement and a piezoelectric element comprise, have a symmetrical structure.
  • the terminating layer has an electrical insulating layer which is connected to the bending elements and the perforated plate carrier.
  • the advantage here is that a vibration-mechanical decoupling arises between the individual transducers.
  • Metal layer arranged, in particular a continuous metal layer.
  • each bending element has a structured conductive layer, which has a first region, which is arranged substantially centrally and contacts the piezoelectric elements in an electrically conductive manner.
  • the structured leiore layer has a second region which is laterally disposed on the edges of the sides of each bending element and the bending element electrically conductively connects to the bearing surfaces.
  • each piezoelectric element has a first electrode, which is arranged between the piezoelectric element and the first region of the structured conductive layer.
  • each piezoelectric element has a second electrode opposite the first electrodes.
  • the second electrode electrically conductively connected to a bonding wire. The advantage here is that the second electrode can be easily contacted with a mass.
  • the first recesses are at least partially filled with a damping material.
  • the damping material has in particular silicone.
  • the hole plate carrier is electrically conductive.
  • Perforated plate carrier has in particular a metal or a metallized ceramic.
  • the inventive method for producing a sound transducer assembly comprises connecting each of a first electrode of at least two piezo elements, each having a bending element. This connection is made by means of a first region of a structured conductive layer, which is arranged on one side of the bending element. The flexure is on a side opposite the structured conductive layer
  • a punch carrier plate comprising one side having at least two spaced first recesses and an opposite side having at least two spaced second recesses is applied to portions of the flexure and the top layer. Because the hole carrier plate first
  • a second region of the structured conductive layer of the bending elements is connected to the bearing surfaces and lateral areas between the second recesses are with the
  • the first recesses are filled with a damping material.
  • the bending element is connected by means of electrically insulating adhesive with the final view.
  • the lateral areas between the second recesses by means of electrically insulating adhesive with the
  • the second region of the structured conductive layer of the bending elements is connected to the support surface by means of an electrically conductive adhesive.
  • FIG. 2 shows a method for producing a sound traveling device.
  • FIG. 1 shows a sectional view in the xz direction of FIG
  • Sound transducer assembly 100 with three arranged by way of example
  • Sound transducer unit comprises a piezoelectric element that is applied to a bending element.
  • the connection of the piezoelectric element with the bending element takes place through a first region of a structured conductive layer, which is arranged on one side of the bending element.
  • the bending element 111 is applied to an end layer 108 by means of an electrically insulating layer.
  • the Bending element 111 is contacted by means of a second region of the electrically conductive layer, in particular with a perforated plate carrier.
  • Perforated plate carrier 101 is additionally connected at the lateral areas between the second recesses with the end view. This connection is made using an electrically insulating adhesive.
  • the piezoelectric element 106 is contacted by means of a bonding wire 113.
  • the first recesses 102 are filled with a damping material.
  • the damping material comprises in particular silicone.
  • the end layer 108 is composed of multiple layers. One of the layers may include, for example, metal.
  • this metal layer is connected to an electrical ground, so that an EMC shielding takes place.
  • the metal layer is on the
  • Finishing layer 108 is arranged.
  • the finishing layer 108 comprises a film.
  • the film has, for example, polyamide.
  • the bending transducers 111 and 121 comprise a bending body comprising, for example, metal or a metallized ceramic.
  • the thickness of the bending transducers 111 and 121 is preferably between 100 ⁇ and 700 ⁇ .
  • the piezoelectric element 106 is adhesively bonded to the bending element 111.
  • the piezoelectric element 106 carries on both sides a conductive metallization as an electrode.
  • the thickness of the piezoelectric element 106 is 150 ⁇ to 700 ⁇ , preferably 200 ⁇ to 500 ⁇ .
  • the perforated plate carrier 101 comprises conductive material, for example aluminum or a metallized ceramic and is connected to the electrical ground of the
  • the hole plate carrier 101 is mechanically stiff, it carries the bending elements 106 and represents their vibration edge adjustment, so that a bending vibration is formed. Furthermore, the
  • Perforated plate carrier 101 for a mechanical decoupling between the
  • Transducer elements which means there is a low crosstalk between the transducer elements.
  • a thickness of the perforated plate carrier is between 1 to 10 mm.
  • the signal contacts of the piezo elements 106 can be carried out with the aid of wires.
  • the wires are bonded or by means
  • Both the basic shape of the piezo elements 106 and the basic shape of the bending elements 110 and 121 can be arbitrary.
  • Piezo elements 106 and the bending transducers 110 and 121 different
  • Adopt basic forms Preferred are regular shapes such as circular, elliptical, square, rectangular or polygonal.
  • the sound transducer array comprises a number of sound transducer elements in the range of 2 to 250, preferably in the range of 5 to 50 and can assume any geometric basic shapes, preferably linear, matrix-shaped or oval.
  • the distance between the piezoelectric transducer units is preferably less than half the airborne sound wavelength.
  • FIG. 2 describes a method for producing a sound transducer arrangement 100.
  • the method starts with a step 200, in which a first electrode of the piezo elements is connected to a respective bending element 111 and 121 by means of a first region of a structured conductive layer 110.
  • the structured conductive layer is arranged on one side of the bending element 111 and 121.
  • a terminating layer 108 is applied to an opposite side of the bending element 111 and 121 from the structured conductive layer.
  • a perforated plate carrier 101 is applied.
  • Punch plate carrier 101 comprises a first recess 102 and second recesses 103, which adjoin one another and wherein on the first recess 102 contact surfaces 104 form.
  • the perforated plate carrier 101 thus connects a second region of the structured conductive layer of the
  • the first recesses 102 are filled with damping material.
  • Both the electrically insulating adhesive layer and the electrically conductive adhesive layer can be done simultaneously for all transducer elements via dispensing or screen printing.
  • the features of the individual embodiments can be combined as desired.
  • the sound converter arrangements can be used, for example, in motor vehicles for
  • Logic systems are used for bearings. They can also be used in driverless transport systems, robots, vacuum cleaners, lawn mowers, electric wheelchairs and two-wheelers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

Schallwandleranordnung (100) umfassend einen Lochplattenträger (101), der eine Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten ersten Aussparungen (102) umfasst und der eine gegenüberliegende Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten zweiten Aussparungen (103) umfasst, sodass jeweils eine erste Aussparung (102) und eine zweite Aussparung (103) übereinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine laterale Ausdehnung der zweiten Aussparung (103) größer ist als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung (102), sodass sich auf der ersten Aussparung (102) Auflageflächen (104) bilden, mindestens zwei Biegeelemente (111, 121), wobei eine laterale Ausdehnung der Biegeelemente (111, 121) größer ist als die laterale Ausdehnung der ersten Aussparungen (102) und kleiner ist als die laterale Ausdehnung der zweiten Aussparungen (103), wobei jeweils ein Biegeelement (111, 121) innerhalb einer zweiten Aussparung (103) angeordnet ist und teilweise mit den Auflageflächen (104) elektrisch leitend verbunden ist, mindestens zwei Piezoelemente (106, 116), wobei jeweils ein Piezoelement (106, 116) innerhalb der ersten Aussparung (102) unterhalb eines Biegeelements (111, 121) angeordnet ist und mit dem Biegeelement (111, 121) elektrisch leitend verbunden ist und eine Abschlussschicht (108), die oberhalb des Lochplattenträgers (101) und der Biegeelemente (111, 121) angeordnet ist und mit dem Lochplattenträger (101) und den Biegeelementen (111, 121) verbunden ist, wobei die Abschlussschicht (108) oberhalb der Biegeelemente (111, 121) eine Membran darstellt.

Description

Beschreibung
SCHALLWANDLERANORDNUNG MIT BIEGEELEMENTEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SCHALLWANDLERANORDNUNG MIT BIEGEELEMENTEN
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schwallwandleranordnung mit mindestens zwei Biegeelementen und ein Verfahren zur Herstellung einer
Schallwandleranordnung.
Die Schrift DE 39 20 872 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Ultraschallwandlern, bei denen eine Piezokeramik und thermoplastisches Kunststoffmaterial durch Heißverkleben miteinander verbunden werden. Zur Erzeugung der für das Verkleben notwendigen Wärmezufuhr wird in der Piezokeramik durch Anlegen elektrischer Signale Verlustwärme produziert.
In der Schrift DE 10 2004 047 814 AI wird ein fokussierendes
Ultraschalltransducerarray gezeigt, welches als fokussierende klinisch verwendbare Ultraschallsonde verwendet werden kann und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Lateral nebeneinander ausgebildete Wandlerzellen werden bereichsweise elektrisch miteinander verdrahtet, um die angestrebte Fokussierung der Ultraschallwandlung zu erreichen.
Nachteilig ist hierbei, dass die einzelnen Ultraschallwandler äußeren Einflüssen, sowohl mechanischer als auch elektrischer Art, ausgesetzt sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die einzelnen Schichtwandler gegen äußere Einflüsse zu schützen. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schallwandleranordnung weist einen Lochplattenträger auf, der eine Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten ersten Aussparungen umfasst und der eine gegenüberliegende Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten zweiten Aussparungen umfasst. Dadurch sind jeweils eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung übereinander angrenzend angeordnet. Eine laterale Ausdehnung der zweiten Aussparung ist größer als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung, sodass sich auf der ersten Aussparung Auflageflächen bilden. Des Weiteren weist die
Schallwandleranordnung mindestens zwei Biegeelemente auf, wobei eine laterale Ausdehnung der Biegeelemente größer ist als die laterale Ausdehnung der ersten Aussparungen. Die laterale Ausdehnung der Biegeelemente ist kleiner als die laterale Ausdehnung der zweiten Aussparungen. Innerhalb einer zweiten Aussparung ist jeweils ein Biegeelement angeordnet, wobei das Biegeelement teilweise mit den Auflageflächen elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin weist die Schallwandleranordnung mindestens zwei Piezoelemente auf, wobei jeweils ein Piezoelement innerhalb der ersten Aussparung unterhalb eines
Biegeelements angeordnet ist und mit dem Biegeelement elektrisch leitend verbunden ist. Eine Abschlussschicht ist oberhalb des Lochplattenträgers und der Biegeelemente angeordnet. Die Abschlussschicht ist mit dem
Lochplattenträger und den Biegeelementen verbunden. Oberhalb der
Biegeelemente stellt die Abschlussschicht eine Membran dar.
Der Vorteil ist hierbei, dass die einzelnen Biegeelemente mit Piezoelement gegenüber äußeren Einflüssen geschützt sind, da sie von einer einzigen Schicht, nämlich der Abschlussschicht, verdeckt bzw. bedeckt werden.
In einer Weiterbildung sind jeweils eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung fluchtend angeordnet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die einzelnen Schallwandler, die jeweils ein
Biegeelement und ein Piezoelement umfassen, einen symmetrischen Aufbau aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung weist die Abschlussschicht eine elektrische isolierende Schicht auf, die mit den Biegeelementen und dem Lochplattenträger verbunden ist.
Der Vorteil ist hierbei, dass zwischen den einzelnen Schallwandlern eine schwingungsmechanische Entkopplung entsteht.
In einer Weiterbildung ist auf- oder innerhalb der Abschlussschicht eine
Metallschicht angeordnet, insbesondere eine durchgehende Metallschicht.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine EMV-Schirmung der Schallwandleranordnung auf einfache Weise realisierbar ist, wenn die Metallschicht an eine elektrische Masse angeschlossen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Biegeelement eine strukturierte leitfähige Schicht auf, die einen ersten Bereich aufweist, der im Wesentlichen mittig angeordnet ist und die Piezoelemente elektrisch leitend kontaktiert. Die strukturierte leifähige Schicht weist einen zweiten Bereich auf, der lateral an den Rändern der Seiten jedes Biegeelements angeordnet ist und das Biegeelement mit den Auflageflächen elektrisch leitend verbindet.
Der Vorteil ist hierbei, dass sowohl der Kontakt der Piezoelemente als auch der Kontakt der Biegeelemente mittels einer strukturierten leitfähigen Schicht erfolgt. Das bedeutet, es ist nur ein Prozessschritt notwendig.
In einer Weiterbildung weist jedes Piezoelement eine erste Elektrode auf, die zwischen dem Piezoelement und dem ersten Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht angeordnet ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine einfache Kontaktierung des Piezoelements möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Piezoelement eine der ersten Elektroden gegenüberliegende zweite Elektrode auf. In einer Weiterbildung ist die zweite Elektrode mit einem Bonddraht elektrisch leitend verbunden. Der Vorteil ist hierbei, dass die zweite Elektrode einfach mit einer Masse kontaktiert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die ersten Aussparungen mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt. Das Dämpfungsmaterial weist insbesondere Silikon auf.
Der Vorteil ist hierbei, dass die Schallwandleranordnung rückwärtig mechanisch stabilisiert wird und dass die einzelnen Schwallwandlerelemente
entkoppelt werden.
In einer Weiterbildung ist der Loch plattenträger elektrisch leitfähig. Der
Lochplattenträger weist insbesondere ein Metall oder eine metallisierte Keramik auf.
Der Vorteil ist hierbei, dass auf einfache Weise eine Masse für die
Schallwandleranordnung bereitgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung umfasst das Verbinden jeweils einer ersten Elektrode von mindestens zwei Piezoelementen mit jeweils einem Biegeelement. Diese Verbindung erfolgt mittels eines ersten Bereichs einer strukturierten leitfähigen Schicht, die auf einer Seite der Biegeelements angeordnet ist. Das Biegeelement ist mit einer der strukturierten leitfähigen Schicht gegenüberliegenden Seite auf eine
Abschlussschicht aufgebracht. Eine Lochträgerplatte, die eine Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten ersten Aussparungen und eine gegenüberliegende Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten zweiten Aussparung umfasst, wird auf Bereiche des Biegeelements und der Abschlussschicht aufgebracht. Dadurch dass die Lochträgerplatte erste
Aussparungen und zweite Aussparungen aufweist, die aneinander angrenzen und eine laterale Ausdehnung der zweiten Aussparung größer ist als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung bilden sich Auflageflächen auf der ersten Aussparung. Mit anderen Worten, ein zweiter Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht der Biegeelemente ist mit den Auflageflächen verbunden und laterale Bereiche zwischen den zweiten Aussparungen sind mit der
Abschlussschicht verbunden. Die ersten Aussparungen werden mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt. In einer Weiterbildung wird das Biegeelement mittels elektrisch isolierenden Klebstoff mit der Abschlusssicht verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die lateralen Bereiche zwischen den zweiten Aussparungen mittels elektrisch isolierendem Klebstoff mit der
Abschlussschicht verbunden.
In einer Weiterbildung wird der zweite Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht der Biegeelemente mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs mit der Auflagefläche verbunden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schallwandleranordnung mit einem Loch plattenträger,
Biegeelementen, Piezoelementen und einer Abschlussschicht,
Figur 2 ein Verfahren zur Herstellung einer Schallwanderanordnung.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung in xz-Richtung einer
Schallwandleranordnung 100 mit drei beispielhaft angeordneten
Schallwandlereinheiten, die ein Schallwandlerarray bilden. Eine
Schallwandlereinheit umfasst ein Piezoelement, dass auf ein Biegeelement aufgebracht ist. Die Verbindung des Piezoelements mit dem Biegeelement erfolgt durch einen ersten Bereich einer strukturierten leitfähigen Schicht, die auf einer Seite des Biegeelements angeordnet ist. Das Biegeelement 111 ist mittels einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Abschlussschicht 108 aufgebracht. Das Biegeelement 111 ist mittels eines zweiten Bereichs der elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert, insbesondere mit einem Lochplattenträger. Der
Lochplattenträger 101 ist zusätzlich an den lateralen Bereichen zwischen den zweiten Aussparungen mit der Abschlusssicht verbunden. Diese Verbindung erfolgt mit Hilfe eines elektrisch isolierenden Klebstoffs. Das Piezoelement 106 ist mittels eines Bonddrahts 113 kontaktiert. Die ersten Aussparungen 102 sind mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt. Das Dämpfungsmaterial umfasst insbesondere Silikon. Optional besteht die Abschlussschicht 108 aus mehreren Schichten. Eine der Schichten kann dabei beispielsweise Metall umfassen.
Vorzugsweise wird diese Metallschicht mit einer elektrischen Masse verbunden, sodass eine EMV-Schirmung erfolgt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Metallschicht auf der
Abschlussschicht 108 angeordnet.
Optional umfasst die Abschlussschicht 108 eine Folie. Die Folie weist beispielsweise Polyamid auf.
Die Biegewandler 111 und 121 umfassen einen Biegekörper, der beispielsweise Metall oder eine metallisierte Keramik aufweist. Die Dicke der Biegewandler 111 und 121 liegt vorzugsweise zwischen 100 μηι und 700 μηι. Das Piezoelement 106 ist leitfähig auf das Biegeelement 111 aufgeklebt. Das Piezoelement 106 trägt auf beiden Seiten eine leitfähige Metallisierung als Elektrode. Die Dicke des Piezoelements 106 beträgt 150 μηι bis 700 μηι, bevorzugt 200 μηι bis 500 μηι. Der Lochplattenträger 101 umfasst leitfähiges Material, beispielsweise Aluminium oder eine metallisierte Keramik und ist mit der elektrischen Masse der
Verstärkerelektronik verbunden. Der Loch plattenträger 101 ist mechanisch steif, er trägt die Biegeelemente 106 und stellt deren Schwingungsrandeinstellung dar, sodass eine Biegeschwingung ausgebildet wird. Des Weiteren sorgt der
Lochplattenträger 101 für eine mechanische Entkopplung zwischen den
Wandlerelementen, das bedeutet, es erfolgt ein geringes Übersprechen zwischen den Schallwandlerelementen. Eine Dicke des Lochplattenträgers liegt zwischen einem 1 bis 10 mm. Die Signalkontakte der Piezoelemente 106 können mit Hilfe von Drähten durchgeführt werden. Die Drähte sind dabei gebondet oder mittels
Thermokompressionsschweißens oder Leitklebens verbunden.
Sowohl die Grundform der Piezoelemente 106 als auch die Grundform der Biegeelemente 110 und 121 können beliebig sein. Dabei können die
Piezoelemente 106 und die Biegewandler 110 und 121 unterschiedliche
Grundformen annehmen. Bevorzugt sind regelmäßige Formen wie kreisrund, elliptisch, quadratisch, rechteckig oder vieleckig. Das Schallwandlerarray umfasst eine Anzahl von Schallwandlerelementen im Bereich von 2 bis 250, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 und kann dabei eine beliebige geometrische Grundformen annehmen, vorzugsweise linienförmig, matrixförmig oder oval. Der Abstand zwischen den piezoelektrischen Schallwandlereinheiten beträgt vorzugsweise weniger als eine halbe Luftschallwellenlänge.
Figur 2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung 100. Das Verfahren startet mit einem Schritt 200, in dem jeweils eine erste Elektrode der Piezoelemente mit jeweils einem Biegeelement 111 und 121 mittels eines ersten Bereiches einer strukturierten leitfähigen Schicht 110 verbunden wird. Die strukturierte leitfähige Schicht ist dabei auf einer Seite des Biegeelements 111 und 121 angeordnet. In einem folgenden Schritt 210 wird auf einer der strukturierten leitfähigen Schicht gegenüberliegenden Seite des Biegeelements 111 und 121 eine Abschlussschicht 108 aufgebracht. In einem folgenden Schritt 220 wird ein Lochplattenträger 101 aufgebracht. Der
Lochplattenträger 101 umfasst dabei eine erste Aussparung 102 und zweite Aussparungen 103, die aneinander angrenzen und wobei sich auf der ersten Aussparung 102 Auflageflächen 104 bilden. Der Lochplattenträger 101 verbindet somit einen zweiten Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht der
Biegeelemente mit den Auflageflächen 104 und laterale Bereiche zwischen den zweiten Aussparungen 103 mit der Abschlussschicht 108. In einem folgenden Schritt 230 werden die ersten Aussparungen 102 mit Dämpfungsmaterial verfüllt.
Sowohl die elektrisch isolierende Klebeschicht als auch die elektrisch leitfähige Klebeschicht kann gleichzeitig für alle Wandlerelemente über Dispensen oder Siebdruck erfolgen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können beliebig kombiniert werden. Die Schallwandleranordnungen können beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum
Parken und Manövrieren eingesetzt werden. Des Weiteren können die
Schallwandleranordnungen in bewegten oder stehenden Maschinen in
Logiksystemen für Lager eingesetzt werden. Sie können ebenfalls in fahrerlosen Transportsystemen, Robotern, Staubsaugern, Rasenmähern, elektrischen Rollstühlen und Zweirädern eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Schallwandleranordnung (100) umfassend
• einen Lochplattenträger (101), der eine Seite mit mindestens zwei
beabstandet angeordneten ersten Aussparungen (102) umfasst und der eine gegenüberliegende Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten zweiten Aussparungen (103) umfasst, sodass jeweils eine erste Aussparung (102) und eine zweite Aussparung (103) übereinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine laterale Ausdehnung der zweiten Aussparung (103) größer ist als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung (102), sodass sich auf der ersten Aussparung (102)
Auflageflächen (104) bilden,
• mindestens zwei Biegeelemente (111, 121), wobei eine laterale
Ausdehnung der Biegeelemente (111, 121) größer ist als die laterale Ausdehnung der ersten Aussparungen (102) und kleiner ist als die laterale Ausdehnung der zweiten Aussparungen (103), wobei jeweils ein Biegeelement (111, 121) innerhalb einer zweiten Aussparung (103) angeordnet ist und teilweise mit den Auflageflächen (104) elektrisch leitend verbunden ist,
• mindestens zwei Piezoelemente (106, 116), wobei jeweils ein
Piezoelement (106, 116) innerhalb der ersten Aussparung (102) unterhalb eines Biegeelements (111, 121) angeordnet ist und mit dem
Biegeelement (111, 121) elektrisch leitend verbunden ist und
• eine Abschlussschicht (108), die oberhalb des Lochplattenträgers (101) und der Biegeelemente (111, 121) angeordnet ist und mit dem
Lochplattenträger (101) und den Biegeelementen (111, 121) verbunden ist, wobei die Abschlussschicht (108) oberhalb der Biegeelemente (111, 121) eine Membran darstellt.
2. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Aussparung (102) und eine zweite Aussparung (103) fluchtend angeordnet sind.
3. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abschlussschicht (108) eine elektrisch isolierende Schicht (109) aufweist, die mit den Biegeelementen (111, 121) und dem Loch plattenträger (101) verbunden ist.
4. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder innerhalb der Abschlussschicht (108) eine durchgehende Metallschicht (112) angeordnet ist.
5. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Biegeelement (111, 121) eine Seite mit einer strukturierten leitfähigen Schicht (110) aufweist, die einen ersten Bereich aufweist, der im Wesentlichen mittig angeordnet ist und die Piezoelemente (106, 116) elektrisch leitend kontaktiert und die einen zweiten Bereich aufweist, der lateral an den Rändern der Seite jedes Biegeelements (111, 121) angeordnet ist und das Biegeelement (111, 121) mit den Auflageflächen (104) elektrisch leitend verbindet.
6. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Piezoelement (106, 116) eine erste Elektrode (105) aufweist, die zwischen dem Piezoelement (106, 116) und dem ersten Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht (110) angeordnet ist.
7. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Piezoelement (106) eine der ersten Elektrode (105)
gegenüberliegende zweite Elektrode (107) aufweist.
8. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (107) mit einem Bonddraht (113) elektrisch leitend verbunden ist.
9. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (102) mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial verfüllt sind, wobei das
Dämpfungsmaterial insbesondere Silikon aufweist.
10. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochplattenträger (101) elektrisch leitfähig ist, insbesondere ein Metall oder eine metallisierte Keramik aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung (100) mit den Schritten:
• Verbinden (200) jeweils einer ersten Elektrode (105) mindestens zweier Piezoelemente mit jeweils einem Biegeelement (111, 121) mittels eines ersten Bereichs einer strukturierten leitfähigen Schicht (110), die auf einer Seite des Biegeelements (111, 121) angeordnet ist,
• Aufbringen (210) einer der strukturierten leitfähigen Schicht (110)
gegenüberliegende Seite des Biegeelements (111, 121) auf eine
Abschlussschicht (108),
• Aufbringen (220) eines Lochplattenträgers (101), der eine Seite mit
mindestens zwei beabstandet angeordneten ersten Aussparungen (102) und eine gegenüberliegende Seite mit mindestens zwei beabstandet angeordneten zweiten Aussparungen (103) umfasst, wobei die ersten Aussparungen (102) und die zweiten Aussparungen (103) aneinander angrenzen, wobei eine laterale Ausdehnung der zweiten Aussparung (103) größer ist als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung (102), wobei sich auf der ersten Aussparung (102) Auflageflächen (104) bilden, sodass ein zweiter Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht der Biegeelemente (111, 121) mit den Auflageflächen (104) verbunden ist und laterale Bereiche zwischen den zweiten Aussparungen (103) mit der Abschlussschicht (108) verbunden sind und • Verfällen (230) der ersten Aussparungen (102) mit Dämpfungsmaterial.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
Biegeelement (111, 121) und die lateralen Bereiche zwischen den zweiten Aussparungen (103) mittels elektrisch isolierendem Klebstoff mit der
Abschlussschicht (108) verbunden werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich der strukturierten leitfähigen Schicht (110) der
Biegeelemente (111, 121) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs mit der Auflagefläche (104) verbunden wird.
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