Micro Capacitive Transducer for Air-Coupled and Phase-Controlled Ultrasonic Inspection

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Ultraschallprüfmethoden mittels phasengesteuertem Wandler-Array und mit Ankopplung über Luft können ohne Bewegung von Prüfköpfen und ohne Berührung des Objekts Fehlstellen im Material entdecken. Damit eignet sich dieses Verfahren für akustische Abbildung in Echtzeit insbesondere dort, wo andere Koppelmedien wie Wasser das Prüfstück schädigen würden. Die Realisierung einer solchen zerstörungsfreien Prüfung erfordert jedoch Wandler mit hoher elektroakustischer Umwandlungseffizienz, niedrigem Übersprechen und hoher Gleichförmigkeit. Mit diesem Forschungsvorhaben wollen wir mikromechanische Wandler, die diese Anforderungen erfüllen können, unter Verwendung von neuartigen Niedertemperatur-Bondtechnologien herstellen. Die Hauptherausforderung für dieses Vorhaben besteht darin, dass ein kleiner Elektrodenabstand (ca. ein Mikrometer) über eine große Fläche (bis zu einigen Quadratmillimetern) beibehalten werden muss. Nur dann können die gewünschte Strahlungsleistung und Empfindlichkeit erreicht werden, um die Dämpfung der Luft auf die Hochfrequenzwellen zu kompensieren. Da die durch Schichtspannung und elektrische Vorspannung verursachte Membranbiegung den Elektrodenabstand überschreiten kann, müssen alle Faktoren, die zu einem Membrankollaps führen können, grundlegend untersucht werden. Die Integration von Wandler und zugehöriger Elektronik in einem geeigneten Gehäuse stellt eine weitere große Herausforderung dar, weil das akustische Feld nicht durch die Verpackung geändert werden darf.