Somit besteht ein großes Verlangen, einen Polymer basierenden kapazitiven Ultraschallwandler vorzusehen, der in der Lage ist, die Nachteile der bekannten Wandler zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.

Aus Sicht dieses Standes der Technik werden gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Herstellen eines auf Polymerbasis gebildeten kapazitiven Ultraschallwandlers vorgeschlagen, der die Vorteile eines Polymerwerkstoffes aufweist, wie z.B. geringe Kosten, einfache Herstellung und die Möglichkeit in großen Abmessungen hergestellt zu werden, sodass die Herstellungskosten reduziert werden, während ein unkomplizierter Herstellungsprozess ermöglicht wird.

Um diese Ausgestaltungen zu erreichen, wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines auf Polymerbasis ausgebildeten kapazitiven Ultraschallwandlers mit vorzugsweise folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

• (a) Vorsehen eines Substrates;
• (b) Bildes eines ersten Leiters auf dem Substrat;
• (c) Beschichten einer Operschicht bzw. Trägerschicht auf dem Substrat, während der erste Leiter durch diese bedeckt wird;
• (d) Ätzen der Opferschicht zum Bilden einer Insel, während ein Kontakt zwischen der Insel und dem ersten Leiter erhalten wird;
• (e) Beschichten des Substrates mit einem auf Polymerbasis vorgesehenen Werkstoffes, während die Insel mit demselben bedeckt wird;
• (f) Bilden eines zweiten Leiters auf dem ersten Polymerbasierenden Materials oder Werkstoffes;
• (g) Bilden einer Durchgangsöffnung auf dem ersten polymerbasierenden Material, während es ermöglicht wird, dass die Durchgangsöffnung zu der Insel kanalisiert wird; und
• (h) Verwenden der Durchgangsöffnung um die Insel zu ätzen und zu entfernen, um einen Hohlraum zu bilden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Verfahrensschritt (b) des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung ferner einen Verfahrensschritt: (b1) Beschichten des ersten Leiters auf dem Substrat, um es zu ermöglichen, dass das Substrat komplett durch den ersten Leiter bedeckt ist.

Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Verfahrensschritt (b) des Herstellungsverfahrens ferner einen Verfahrensschritt umfasst: (b2) Ätzen des ersten Leiters, um diesen zu mustern, wobei der Verfahrensschritt (b1) nach dem Verfahrensschritt (b1) durchgeführt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen eines auf Polymerbasis vorgesehenen kapazitiven Ultraschallwandlers ferner einen Verfahrensschritt: (i) Komplettes Bedecken des zweiten Leiters durch ein zweites auf Polymerbasis vorgesehenes Material.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass das Verfahren zum Herstellen eines auf Polymerbasis vorgesehenen kapazitiven Ultraschallwandlers ferner einen Verfahrensschritt umfasst: (i') Komplettes Bedecken des zweiten Leiters durch ein zweites polymerbasierendes Material, um die Durchgangsöffnung abzudichten.

Vorzugsweise ist das Substrat aus Silizium gefertigt.

Vorzugsweise ist der erste Leiter aus einem Metall hergestellt.

Vorzugsweise wird der erste Leiter gemäß des Verfahrensschrittes (b) auf dem Substrat durch Sputtern (sputtering)gebildet.

Bevorzugt ist der zweite Leiter aus Metall gefertigt.

Vorzugsweise wird der zweite Leiter gemäß des Verfahrensschrittes (f) auf dem ersten polymerbasierenden Material durch Sputtern (sputtering) gebildet.

Vorzugsweise ist die Opferschicht aus Metall gefertigt, welches Kupfer sein kann.

Bevorzugt ist das bei dem Verfahrensschritt (h) durchgeführte Ätzen eine Nassätzung.

Vorzugsweise ist das erste polymerbasierende Material der SU-8 Fotolack, produziert durch MicroChem Corp (MCC).

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche unter Hinzunahme der dazugehörigen Zeichnungen beschrieben wird, welche ein Beispiel der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der dazugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 bis 9 sind schematische geschnittene Ansichten, welche die Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen;

10 bis 16 sind geschnittene Ansichten von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

17 bis 28 sind schematische geschnittene Ansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigen;

29 ist eine quergeschnittene Ansicht eines bekannten piezoelektrischen Ultraschallwandlers.

Zum besseren Verständnis und Nachvollziehen der Funktionen und der strukturellen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele nachfolgend im Detail beschrieben.

Gemäß der 1 bis 9 werden schematische geschnittene Ansichten zum Illustrieren eines Ablaufes eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Verfahren beginnt mit einem Verfahrensschritt, wie er in 1 gezeigt, wobei ein Substrat 10 abgeschieden wird, und danach führt das Verfahren den in 2 gezeigten Verfahrensschritt durch. In 2wird die Leiterschicht 12 geätzt, um ein spezifisches Muster zu bilden und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 3 gezeigt ist. In 3 wird das Substrat 10 mit einer Trägerschicht bzw. Opferschicht 14 beschichtet, um es dem gemusterten Leiter 12 zu erlauben, das Substrat 10 zu bedecken, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 4 gezeigt ist. In 4 wird die Opferschicht 14 geätzt, um eine Insel 16 zu bilden, welche in Kontakt mit dem gemusterten Leiter 12 steht, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 5 gezeigt ist. In 5 wird eine Schicht eines polymerbasierenden Materials 18 auf dem Substrat 10 gebildet, um es der Insel 16 zu erlauben, komplett bedeckt zu sein, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 6 gezeigt. In 6 wird eine weitere Leiterschicht auf der polymerbasierenden Materialschicht 18 gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 7 gezeigt ist. In 7 werden zwei Durchgangsöffnungen 22 auf der Schicht aus polymerbasierenden Material 18 gebildet, um es den Durchgangsöffnungen 22 zu erlauben, zu der Insel 16 geführt zu werden, ferner wird die Anzahl der Durchtrittsöffnungen nicht durch zwei limitiert, das heißt es kann jede Anzahl von Durchtrittsöffnungen auf der Schicht auf polymerbasierenden Material 18 gebildet werden und danach wird das Verfahren den Verfahrensschritt durchführen, der in 8 gezeigt ist. In 8 wird die Insel 16 feucht geätzt und entfernt durch die Verwendung der Durchtrittsöffnungen 22, sodass ein Hohlraum geformt wird, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch der in 9 gezeigt ist. In 9 wird eine Schicht eines weiteren polymerbasierenden Materials 24 auf dem Leiter 20 gebildet, um die Durchtrittsöffnungen 23 durch die Schicht abzudichten, sodass der Leiter 12, 20 vor Beschädigungen von Schmutz und Staub geschützt wird und somit das Verfahren vollständig ist.

Gemäß der 10 bis 16 sind schematische geschnittene Ansichten gezeigt, welche einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellen. Das Verfahren beginnt mit einem Verfahrensschritt, der in 10 gezeigt ist, wobei ein Substrat 10 eine Leiterschicht 12 aufweist, welche darauf abgeschieden ist, wobei danach das Verfahren den Verfahrensschritt durchführt, der in 11 gezeigt ist. In 11 wird eine Insel auf dem Leiter 12 gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 12 gezeigt ist. In 12 wird eine Schicht aus einem polymerbasierenden Material 18 auf der Leiterschicht 12 gebildet, um es der Insel 16 zu ermöglichen, von dieser bedeckt zu sein und danach wird das Verfahren den Verfahrensschritt durchführen, der in 13 gezeigt ist. In 13 wird ein weiterer Leiter 20 auf der Schicht aus polymerbasierenden Material 18 gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 14 gezeigt ist. In 14 werden zwei Durchtrittsöffnungen 22 auf der Schicht aus polymerbasierenden Material 18 gebildet, um es den Durchtrittsöffnungen 22 zu erlauben, zu der Insel 16 geführt zu werden, wobei die Anzahl der Durchtrittsöffnung nicht durch zwei limitiert ist, das heißt es kann jede andere Anzahl von Durchtrittsöffnungen auf der Schicht aus polymerbasierenden Material 18 gebildet werden, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 15 gezeigt ist. In 15 wird die Insel 16 feucht geätzt und entfernt durch Verwenden der Durchtrittsöffnungen 22, sodass ein Hohlraum gebildet wird und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 16 gezeigt ist. In 16 wird eine Schicht aus einem polymerbasierenden Material 24 auf dem Leiter 20 gebildet, um die Durchtrittsöffnungen 22 durch dieselbe abzudichten, sodass die Leiter 12, 20 vor Beschädigungen durch Schmutz und Staub geschützt sind und das Verfahren komplett ist. Des weiteren, um die Schicht aus polymerbasierenden Material 24, wie in 16 gesehen, zu bilden, wird durch Auswahl eines geeigneten polymerbasierenden Materials und durch Durchführen der Bildung der Schicht aus polymerbasierenden Material 24 durch Rotationsbeschichtung die Kohäsion zwischen Molekülen des polymerbasierenden Materials 24 größer als die wirkende Erdanziehungskraft darauf, sodass das polymerbasierende Material 24 nicht in die Durchtrittsöffnungen 22 tropft und fließt, sodass die Durchtrittsöffnungen 22 nicht durch das polymerbasierende Material gefüllt werden.

Gemäß den 17 bis 28 werden schematische geschnittene Ansichten zum Illustrieren eines Ablaufes eines Verfahrens zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers gemäß eines dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung gezeigt. Das Verfahren beginnt mit dem Verfahrensschritt, der in 17 gezeigt ist, wobei ein Substrat 40 mit einer Leiterschicht 42 vorgesehen ist, die auf diesem abgeschieden ist und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 18 gezeigt ist. In 18 wird durch Rotationsbeschichtung ein polymerbasierendes Material 44 auf dem Leiter 42 aufgebracht, um dem Leiter 42 es zu ermöglichen, durch das Material bedeckt zu werden und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 19 gezeigt ist. In 19 wird das polymerbasierende Material 44 geätzt, sodass zwei freigelegte Bereiche 46a, 46b gebildet werden und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 20 gezeigt ist. In 20 werden zwei Opferschichten 48a, 48b jeweils an den beiden freigelegten Bereichen 46, 46a gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 21 gezeigt ist. In 21 werden ein Fotolack 50 durch Rotationsbeschichtung auf dem polymerbasierenden Material aufgebracht und die beiden Opferschichten 48a, 48b gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 22 gezeigt ist. In 22 wird ein Bereich des Fotolacks 50 entfernt, um es dem anderen Bereich des Fotolacks 50 zu ermöglichen, die Opferschicht 48a zu überlagern, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 23 gezeigt ist. In 23 wird die Opferschicht 48b verdickt und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 24 gezeigt ist. In 24 wird die der verbleibende Fotolack 50 entfernt und danach eine Schicht aus polymerbasierenden Material 44 durch Rotationsbeschichtung auf den beiden Opferschichten 48a, 48b aufgebracht, um es den beiden Opferschichten 48a, 48b zu erlauben, komplett mit diesen bedeckt zu sein, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 25 gezeigt ist. In 25 werden zwei Durchtrittsöffnungen 52a, 52b jeweils auf der Schicht aus polymerbasierenden Material 44 gebildet, um es den Durchtrittsöffnungen 52a, 52b zu ermöglichen, jeweils zu den beiden Opferschichten 48a, 48b geführt zu werden, und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt aus, der in 26 gezeigt ist. In 26 sind jeweils zwei Leiter 54a, 54b auf den beiden Opferschichten 48a, 48b jeweils gebildet und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 27 gezeigt ist. In 27 werden die beiden Leiter 54a, 54b durch eine Schicht aus polymerbasierenden Material 44 bedeckt und danach führt das Verfahren den Verfahrensschritt durch, der in 28 gezeigt ist. In 28 werden die beiden Opferschichten 48a, 48b geätzt und entfernt durch die Verwendung der Durchtrittsöffnungen 52a, 52b, sodass ein Hohlraum gebildet wird. Durch diese Wirkung kann ein polymerbasierender kapazitiver Ultraschallwandler mit zwei Hohlräumen mit unterschiedlichen Luftzwischenräumen erhalten werden, wie es aus 28 ersichtlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat ein Siliziumhalbleiter sein; die Vielzahl der Leiter können durch Metallsputtern auf dem Substrat oder Schicht aus polymerbasierenden Material gebildet werden; die Opferschicht kann aus einem Metall gefertigt sein, welches z.B. Kupfer oder der gleichen sein kann; das polymerbasierende Material kann der SU-8 Fotolack sein, der durch MicroChem Corp (MCC) produziert wird.

Aus der oberen Beschreibung ist ersichtlich, dass durch Verwenden des kostengünstigen leicht zu produzierenden, in großen Abmessungen zu fertigenden, bei niedrigen Temperaturen zu verarbeitenden, polymerbasierenden Material den komplizierten Herstellungsprozess bei hohen Temperaturen entsprechend des Standes der Technik vermieden werden kann, um somit das Verfahren zu verkürzen, um die benötigten angepassten Schichten zu erzeugen, sodass der kapazitive Ultraschallwandler gemäß der Erfindung ein hoch konkurrenzfähiges Erzeugnis mit hoher Leistung, mit hoher Ausrichtungsfähigkeit, mit verbesserter Empfindlichkeit und größeren dynamischen Inspektionsbereichen ist, welcher zur medizinischen Abbildung, zerstörungsfreien Inspektion von Veränderungen, zur Durchflussmessung zur Füllstandsmessung oder dergleichen verwendet werden kann.

Während die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Ziel der Offenbarung beschrieben worden ist, sind Modifikationen des offenbarten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sowie andere Ausführungen davon möglich. Dementsprechend decken die Ansprüche sämtliche Ausführungsformen ab, ohne dass dabei der Umfang der Erfindung verlassen wird.

Es wird also ein Verfahren zum Herstellen eines polymerbasierenden kapazitiven Ultraschallwandlers vorgeschlagen, welches zumindest folgende und/oder auch andere Verfahrensschritte umfasst: (a) Vorsehen eines Substrates; (b) Bilden eines ersten Leiters auf dem Substrat; (c) Beschichten des Substrates mit einer Opferschicht, um den ersten Leiter durch die Schicht zu bedecken; (d) Ätzen der Opferschicht um eine Insel zu bilden, welche es ermöglicht, die Insel mit dem ersten Leiter in Kontakt zu bringen; (e) Beschichten des Substrates mit einem ersten polymerbasierenden Material, um die Insel durch dasselbe zu bedecken; (f) Bilden eines zweiten Leiters auf dem ersten polymerbasierenden Material; (g) Bilden einer Durchtrittsöffnung auf dem ersten polymerbasierenden Material, um es der Durchtrittsöffnung zu ermöglichen, zu der Insel geführt zu werden; und (h) Verwenden der Durchtrittsöffnung um die Insel weg zu ätzen und zu entfernen, wodurch ein Hohlraum gebildet wird.