171004. lajstromszámú szabadalom • Nagyfrekvenciás, szélessávú ultrahang átalakító és eljárás annak előállítására

3 171004 4 kialakított ultrahangos berendezést és egyidejűleg több fizikai paraméter értékének gondos betartását igényli. A termokompressziós módszernél a kötendő felületeket indiummal gőzölik be, majd a vákuum megszüntetése nélkül az In olvadáspontja (156,4 C°) fölé felmelegítve a felületeket összenyomják. E legrégibb és legegyszerűbb (egyben legolcsóbb) módszer hátrányai a következők: l.Az indium réteg rossz elektromos vezetőképességű, és ezért az eszköz ohmos vesztesége, nagy és így impedanciája körülményesen illeszthető a nagyfrekvenciás elektromos generátor kimeneti impedanciájához, 2. az In akusztikus impedanciája alacsony, és ezért elfogadhatóan jó vezetőképességű, vastagabb, (tehát akusztikusán már nem vékony) rétegben való alkalmazáskor a rezgő elem és a közeg közötti akusztikus csatolás sávszélessége lecsökken, 3. vastagabb réteg létrehozásakor a vákuumgőzöléssel felvitt In réteg agglomerátumokat képez, ami az akusztikus csatolást tovább rontja, 4. Az In kötőréteg vastagsága nem állítható be pontosan, ezért csak akusztikusán vékony kötés készíthető, s így alacsony akusztikus impedanciájú közeg esetén, amikor is negyedhullámhossz vastag réteg alkalmazása előnyös lenne, az impedanciatranszformáció nem használható ki. A szakirodalomban közölt adatok alapján a termokompressziós módszernél kizárólagos az indium alkalmazása. E három módszerhez a következő kiegészítő megjegyzéseket fűzhetjük. A fenti kötési eljárások hátrányai a rétegszerkezet és annak anyagai megválasztásában rejlenek. A nagy- ill. kisnyomású kötésnél általános a drága nemesfémek alkalmazása. Az anyagok megválasztása egyben leszűkíti az alkalmazható eljárások körét is. Feladatul tűztük ki, hogy találmányunkkal olyan kötési szerkezetet alakítunk ki, amely maradéktalanul megfelel a jó rezgést közvetítő réteggel szemben támasztott feltételeknek. A találmány szerinti kötési szerkezetet, valamint annak kialakítására szolgáló eljárást az alábbiakban egy példakénti kivitel kapcsán rajz alapján ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány szerinti kötési szerkezetet példaképpen elkészített állapotban mutatja, míg a 2. ábra a kötési szerkezet előállítására szolgáló eljárás egy közbenső lépésének magyarázatára szolgál. Amint az ábrán látható 1 rezgésbe hozható elem (a továbbiakban rezgő elem), és a 2 rezgést vivő közeg (továbbiakban közeg) között olyan rezgésközvetítő réteg van elhelyezve, amely legalább két részből, a 3 alátét rétegből és a 4 kötőrétegből áll. A 3 alátét réteg vagy berillimból vagy alumíniumból, a 4 kötőréteg vagy ónból vagy indiumból áll, és e fémek mind a négy kombinációja (Al-In, 5 Al-Sn, Be-In, Be-Sn) alkalmazható. Az így kialakított rezgésközvetítő réteg két oldala közvetlenül, vagy további egy vagy több, de együttesen is akusztikus vékonyságú, tapadást elősegítő 5 réteg (mely lehet pl. Ál is) közbeiktatásával csatlakozik 10 az 1 rezgő elemhez és a 2 közeghez. A 4 kötőréteg akusztikusán vékony, csak kötési funkciót lát el. A 3 alátétréteg az 1 rezgő elem és a 2 közeg akusztikus impedanciájától és az üzemi frekvenciasávtól függően vagy akusztikusán vékony, vagy 6 15 A A vastagsága-r-vagy-y-(ahol A az ultrahang hullámhossza az alátétrétegben) a megvalósítandó transzformációs viszonytól függően. 20 E leírt egyszerű kötési szerkezet tulajdonságai igen előnyösek, mert 1. maradéktalanul megfelel a jó rezgést közvetítő 95 réteggel szemben támasztott feltételeknek, 2. gazdaságos, mert drága nemesfémet nem tartalmaz, 30 3. a létrehozott kötés tartós, mert a kötő- és az alátét réteg jól tapad egymáshoz, mert a köztük fellépő adhéziós erő (van der Waals-erők) nagy, ezen kívül az alátétréteg is jól tapad a többnyire fémoxid(ok)ból álló rezgő elemhez ill. közeghez, 35 4. mindhárom kötési eljárással megvalósítható, tehát gazdaságos. A kötési szerkezet további előnye, hogy alkal-40 mazása éppen a műszaki és gazdasági szempontból legelőnyösebb termokompressziós módszernél jelentkező hátrányokat is kiküszöböli. A termokompressziós indium-kötés hátrányai 45 nem küszöbölhetők ki az egyéb kötési módszereknél használatos alátétrétegek alkalmazásával. A szokásos Cr-Au rétegkombináció esetén már az indium olvadáspontján megindul az Au és az In ötvöződése, még szilárd fázisban, termikus diffúzióval. 50 Eközben a két fém súlyarányától (rétegvastagságától) függő összetételű ötvözetek keletkeznek, amelyek olvadáspontja 500 . . . 650 C° között van. A szilárd fázisban létrejövő ötvöződés miatt a kötés — mint azt kísérleteink is megmutatták — semmilyen 55 módon nem hozható létre mérsékelt (157 . . . 250 C°)' hőmérsékleten. Ugyanúgy nem jön létre kötés (csak ötvözet) az aranyra gőzölt nikkel-, platina- illetve palládium 60 közti rétegek alkalmazásakor sem. Kézenfekvőnek látszana olyan fémréteg(ek) alkalmazása, amely(ek)nek indiummal alkotott ötvözete 100... 300 C° olvadáspontú, jó vezetőképes-65 ségű és kellően nagy mechanikus impedanciájú. így 2