DE102005059146A1

DE102005059146A1 - Method for producing an ultrasonic sensor

Info

Publication number: DE102005059146A1
Application number: DE200510059146
Authority: DE
Inventors: Hans-Wilhelm Wehling; Uwe Kupfernagel; Dietmar Grüdl; Thomas Jung; Heinrich Dr. Gotzig
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2005-12-10
Filing date: 2005-12-10
Publication date: 2007-06-14
Also published as: EP1796076A1; EP1796076B1; ES2308635T3; DE502006001023D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors mit einer Membran zur Erzeugung von Ultraschallsignalen, wobei die Membran einen Membranboden (4) aufweist, auf den eine Oberflächenbeschichtung aufgetragen wird, die eine Chromschicht (20) aufweist, wobei zwischen dem Membranboden (4) und der Chromschicht (20) eine Nickelschicht (18) angeordnet wird und wobei die Dicke (22, 24, 26) des Membranbodens (4) und/oder wenigstens einer Schicht (18, 20) der Oberflächenbeschichtung so beeinflusst wird, dass eine vorgegebene Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden (4), Nickelschicht (18) und Chromschicht (20) eingestellt wird.The invention relates to a method for producing an ultrasonic sensor with a membrane for generating ultrasonic signals, the membrane having a membrane base (4) on which a surface coating is applied which has a chrome layer (20), with between the membrane base (4) and the chromium layer (20) a nickel layer (18) is arranged and the thickness (22, 24, 26) of the membrane base (4) and / or at least one layer (18, 20) of the surface coating is influenced so that a predetermined natural frequency of the Composite of membrane base (4), nickel layer (18) and chromium layer (20) is set.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors mit einer Membran zur Erzeugung von Ultraschallsignalen, wobei die Membran einen Membranboden aufweist, auf den eine Oberflächenbeschichtung aufgetragen wird, die eine Chromschicht umfasst.The The invention relates to a method for producing an ultrasonic sensor with a membrane for generating ultrasonic signals, wherein the membrane a membrane bottom, on which a surface coating is applied which comprises a chrome layer.

Bekannte Ultraschallsensoren weisen eine Membran auf, die üblicherweise topfförmig ausgebildet ist und einen Membranboden aufweist, der über einen Piezo-Wandler in Schwingung versetzt wird, so dass der Membranboden Ultraschallsignale aussenden und empfangen kann. Die Oberflächenbeschichtung dient einerseits zum Schutz des Membranbodens und hat andererseits den Zweck, den Ultraschallsensor optisch möglichst unauffällig in eine Einbauumgebung am Kraftfahrzeug integrieren zu können.Known Ultrasonic sensors have a membrane, which is usually cup-shaped is formed and has a membrane bottom, which has a Piezo transducer is vibrated, leaving the diaphragm bottom Send and receive ultrasound signals. The surface coating on the one hand serves to protect the membrane bottom and on the other hand the purpose of the ultrasound sensor optically inconspicuous in to integrate an installation environment on the vehicle.

Ein Ultraschallsensor sollte einen möglichst hohen Wirkungsgrad haben, um gute Reichweiten erzielen zu können. Ferner ist eine gute Haltbarkeit der Chromschicht erwünscht, die auch nach langem Gebrauch in teilweise aggressiver Umgebung optisch gefällig ist.One Ultrasonic sensor should be as high as possible Have efficiency in order to achieve good ranges can. Further Good durability of the chromium layer is desired, even after long use in some aggressive environment visually pleasing.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors vorzuschlagen, mit dem ein Ultraschallsensor geschaffen werden kann, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist und der dauerhaft hohen optischen Ansprüchen genügt.Of these, The present invention is based on the object, to propose a method for producing an ultrasonic sensor, with an ultrasonic sensor can be created, the high Has efficiency and consistently high optical requirements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Membranboden und der Chromschicht eine Nickelschicht angeordnet wird und dass die Dicke des Membranbodens und/oder wenigstens einer Schicht der Oberflächenbeschichtung so beeinflusst wird, dass eine vorgegebene Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden, Nickelschicht und Chromschicht eingestellt wird.These Task is inventively characterized solved, that between the diaphragm bottom and the chromium layer, a nickel layer is arranged and that the thickness of the membrane bottom and / or at least a layer of the surface coating is influenced so that a given natural frequency of the composite is set from membrane bottom, nickel layer and chrome layer.

Es hat sich herausgestellt, dass mit einer zwischen dem Membranboden und der Chromschicht angeordneten Nickelschicht ein Verbund geschaffen werden kann, dessen Chromschicht sehr dauerhaltbar ist. Dies liegt daran, dass die harte und spröde Chromschicht auf die weichere und duktile Nickelschicht aufgetragen wird.It has been found to be with one between the membrane bottom and the chromium layer disposed nickel layer created a composite can be, whose chrome layer is very durable. This is Remember that the hard and brittle Chrome layer applied to the softer and ductile nickel layer becomes.

Im Rahmen der Erfindung konnte festgestellt werden, dass vergleichsweise geringe Änderungen der Dicken des Membranbodens und/oder von wenigstens einer Schicht der Oberflächenbeschichtung große Einflüsse auf die Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden, Nickelschicht und Chromschicht haben. Die Eigenfrequenz des Membranbodens ist diejenige Frequenz, die bei einer Anregung durch den Piezo-Wandler zur höchsten Amplitude des Verbundes führt, um entsprechend starke Ultraschallsignale zu erzeugen.in the Under the invention it could be stated that comparatively minor changes in the Thicknesses of the membrane bottom and / or of at least one layer of Surface coating great influences the natural frequency of the composite membrane bottom, nickel layer and have chrome layer. The natural frequency of the membrane bottom is that frequency, when excited by the piezo converter to the highest Amplitude of the composite leads, to generate correspondingly strong ultrasonic signals.

Um eine beispielsweise durch den Piezo-Wandler vorgegebene Eigenfrequenz einstellen zu können, genügt es, die Dicke des Membranbodens und/oder wenigstens einer Schicht der Oberflächenbeschichtung geringfügig zu ändern oder gleich so herzustellen, dass sich die vorgegebene Eigenfrequenz einstellt.Around an example given by the piezoelectric transducer natural frequency to be able to adjust enough it, the thickness of the membrane bottom and / or at least one layer the surface coating slight to change or the same way that the given natural frequency established.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Dicke der Nickelschicht angepasst. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer vergleichsweise dünnen Oberflächenbeschichtung die Dicke der Nickelschicht die sich einstellende Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden, Nickelschicht und Chromschicht um bis zu 10 % beeinflussen kann. Da die Nickelschicht im Vergleich zur Chromschicht vergleichsweise duktil und weich ist, eignet sich diese besonders gut zur Einstellung der Eigenfrequenz.To an embodiment The invention adapts the thickness of the nickel layer. It has pointed out that with a comparatively thin surface coating, the thickness the nickel layer the self-adjusting natural frequency of the composite from membrane bottom, nickel layer and chrome layer by up to 10% can influence. Because the nickel layer compared to the chrome layer comparatively ductile and soft, this is particularly suitable good for setting the natural frequency.

Alternativ oder zusätzlich kann die Eigenfrequenz des Verbundes eingestellt werden, indem von dem mit der Oberflächenbeschichtung versehenen Membranboden auf der der Oberflächenbeschichtung abgewandten Seite Material abgetragen wird. Bereits der Abtrag von vergleichsweise wenig Material hat einen hohen Einfluss auf die Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden, Nickelschicht und Chromschicht. Somit ist es möglich, die einzelnen Schichten der Oberflächenbeschichtung mit groben Toleranzen behaftet aufzutragen, die sich einstellende Eigenfrequenz zu messen und danach durch Abtrag von Material aus dem Membranboden die Eigenfrequenz zu beeinflussen. Durch den Abtrag des Materials wird die Eigenfrequenz reduziert.alternative or additionally the natural frequency of the composite can be adjusted by the with the surface coating provided membrane bottom on the surface facing away from the surface Page material is removed. Already the removal of comparatively little material has a high influence on the natural frequency of the Composite of membrane bottom, nickel layer and chrome layer. Consequently Is it possible, the individual layers of the surface coating with coarse Apply tolerances tainted, the self-adjusting natural frequency to measure and then by removal of material from the membrane bottom the Affect natural frequency. By the removal of the material is the natural frequency is reduced.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Nickelschicht mehrlagig. Dies ermöglicht es, die Oberflächenqualität des Ultraschallsensors weiter zu verbessern. So kann beispielsweise auf den Membranboden eine erste Lage der Nickelschicht galvanisch unter Verwendung eine Sulfamat-Elektrolyts aufgetragen werden. Der Vorteil hierbei ist, dass mit vergleichsweise hohen Stromdichten gearbeitet werden kann, so dass in relativ kurzer Zeit eine vergleichsweise dicke erste Lage der Nickelschicht aufgetragen werden kann.To In a further development of the invention, the nickel layer is multilayered. this makes possible it, the surface quality of the ultrasonic sensor continue to improve. For example, on the membrane floor a first layer of the nickel layer using a galvanic Sulfamate electrolyte applied become. The advantage here is that with comparatively high Current densities can be worked, so in a relatively short time applied a comparatively thick first layer of the nickel layer can be.

Um die optischen Eigenschaften des Ultraschallsensors weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass eine zweite Lage der Nickelschicht galvanisch unter Verwendung eines Glanznickel-Elektrolyts aufgetragen wird. Mit einer solchen zweiten Lage können kleinere Unebenheiten der ersten Lage der Nickelschicht ausgeglichen werden, so dass die Oberfläche insgesamt eingeebnet ist. Entsprechende Elektrolyte sind beispielsweise in "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 12, Ausgabe 1976, Seite 182 f. beschrieben. Mit diesen Elektrolyten können sehr glatte und vergleichsweise harte Oberflächenschichten geschaffen werden, die auch guten Korrosionsschutz bieten. Eine solche Oberflächenschicht ist als Trägerlage für eine hierauf aufsetzende Chromschicht gut geeignet. Diese Chromschicht kann auf einer solchen Trägerlage sehr dünn ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das spröde Chrommaterial bei einem Schwingen des Membranbodens und den damit verbundenen Verformungen weniger mechanischen Belastungen ausgesetzt wird als bei Verwendung einer vergleichsweise dicken Chromschicht. Bei einer solchen dicken Chromschicht entstehen bei Verformung des Membranbodens höhere Eigenspannungen, die eine Rissbildung innerhalb der Chromschicht bewirken können.In order to further improve the optical properties of the ultrasonic sensor, it is proposed that a second layer of the nickel layer is applied galvanically using a bright nickel electrolyte. With such a second layer smaller unevenness of the first layer of the nickel layer can be compensated, so that the surface is leveled as a whole. Appropriate Electrolytes are described for example in "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", Volume 12, Issue 1976, page 182 f. described. With these electrolytes very smooth and comparatively hard surface layers can be created, which also offer good corrosion protection. Such a surface layer is well suited as a carrier layer for a chromium layer applied thereto. This chromium layer can be formed very thin on such a carrier layer. This has the advantage that the brittle chromium material is subjected to less mechanical stress when the diaphragm base vibrates and the deformations associated therewith than when using a comparatively thick chromium layer. In the case of such a thick chromium layer, higher internal stresses occur when the membrane bottom is deformed, which can cause cracking within the chromium layer.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Nickelschicht eine Dicke von 40 μm bis 100 μm auf. Dicken innerhalb dieses Intervalls bieten einen guten Kompromiss aus schnellem und einfachem Materialauftrag, Dauerhaltbarkeit und der Möglichkeit, die Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden, Nickelschicht und Chromschicht zu beeinflussen.To an embodiment According to the invention, the nickel layer has a thickness of 40 μm to 100 μm. thick within this interval offer a good compromise of fast and easy material application, durability and the ability to the natural frequency of the composite membrane bottom, nickel layer and chromium layer influence.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die Dicke der ersten Lage der Nickelschicht zwischen 50 % und 90 % der Dicke der Nickelschicht. In entsprechender Weise kann die Dicke der zweiten Lage der Nickelschicht zwischen 10 % und 50 % der Nickelschicht betragen. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der ersten Lage der Nickelschicht 70 % und die Dicke der zweiten Lage der Nickelschicht 30 %.To a development of the invention, the thickness of the first layer the nickel layer between 50% and 90% of the thickness of the nickel layer. In a corresponding manner, the thickness of the second layer of the nickel layer between 10% and 50% of the nickel layer. In a preferred embodiment is the thickness of the first layer of the nickel layer is 70% and the thickness of the second layer of the nickel layer 30%.

Die Chromschicht kann galvanisch aufgetragen werden. Die Dicke der Chromschicht kann dabei weniger als 10 μm, vorzugsweise weniger als 3 μm, weiter vorzugsweise in etwa 1 μm betragen.The Chrome layer can be applied galvanically. The thickness of the chrome layer can be less than 10 μm, preferably less than 3 μm, further preferably in about 1 micron be.

Die Erfindung betrifft auch einen Ultraschallsensor, der nach einem der beschriebenen Verfahren hergestellt ist.The The invention also relates to an ultrasonic sensor, which according to a the method described is produced.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung gezeigten sowie in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description, with reference to the drawing a particularly preferred embodiment is described in detail. It can be shown in the drawing as well as in the claims as well as mentioned in the description Features individually for each itself or in any combination essential to the invention.

In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:

1 eine geschnittene Seitenansicht einer Membran eines Ultraschallsensors; 1 a sectional side view of a membrane of an ultrasonic sensor;

2 eine vergrößerte Ansicht des Schichtaufbaus des Membranbodens der in 1 dargestellten Membran; und 2 an enlarged view of the layer structure of the membrane bottom of in 1 represented membrane; and

3 eine perspektivische Ansicht eines Ultraschallsensors mit einer Membran gemäß 1 und 2. 3 a perspective view of an ultrasonic sensor with a membrane according to 1 and 2 ,

In 1 ist eine Membran insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Diese ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und weist einen kreisscheibenförmigen Membranboden 4 auf, an den sich seitlich ein ringförmiger Mantel 6 anschließt. Der Mantel 6 begrenzt auf seiner Innenseite einen zylindrischen Hohlraum 8, der auch von der Unterseite 10 des Membranbodens 4 begrenzt ist.In 1 is a membrane in total with the reference numeral 2 designated. This is essentially pot-shaped and has a circular disk-shaped membrane bottom 4 on, at the side of an annular jacket 6 followed. The coat 6 limited on its inside a cylindrical cavity 8th also from the bottom 10 of the membrane bottom 4 is limited.

In dem Hohlraum 8 kann ein Piezo-Wandler angeordnet werden, der in Anlage mit der Unterseite 10 des Membranbodens 4 steht. Der Piezo-Wandler kann somit bei entsprechender elektrischer Ansteuerung den Membranboden 4 in Schwingung versetzen.In the cavity 8th a piezo-transducer can be arranged, which is in contact with the underside 10 of the membrane bottom 4 stands. The piezoelectric transducer can thus with appropriate electrical control of the diaphragm bottom 4 vibrate.

Der Membranboden 4 weist auf der der Unterseite 10 abgewandten Seite eine Sichtseite 12 auf, die bei Einbau in einen Ultraschallsensor und Montage dieses Ultraschallsensors an einem Fahrzeug sichtbar ist. An die Sichtseite 12 schließt sich eine äußere Mantelfläche 13 an. Die Sichtseite 12 und die Mantelfläche 13 sind mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, deren Aufbau im Folgenden mit weiterem Bezug auf 2 beschrieben ist. Auf den Membranboden 4 bzw. auf die Mantelfläche 13 wird im Anschluss an eine chemische Reinigung der Membran 2 eine erste Lage 14 einer Nickelschicht aufgetragen, vorzugsweise galvanisch und unter Verwendung eines Sulfamat-Elektrolyts. Auf diese erste Lage 14 wird eine zweite Lage 16 der Nickelschicht aufgetragen, vorzugsweise galvanisch und unter Verwendung eines Glanznickel-Elektrolyts. Die Lagen 14 und 16 bilden gemeinsam eine Nickelschicht 18. Auf die Schicht 18 wird eine Chromschicht 20 aufgetragen. Die Dicke 22 der Chromschicht 20 ist vergleichsweise gering und beträgt wenige μm, vorzugsweise 1 bis 2 μm. Die Dicke 24 der Nickelschicht 18 kann zwischen 40 und 100 μm betragen, insbesondere 50 μm. Die Dicke 26 des Membranbodens 4 beträgt einige 100 μm. Die Dicke 28 der ersten Lage 14 der Nickelschicht 18 beträgt zwischen 50 % und 90 % der Dicke der Nickelschicht 18, vorzugsweise 70 %. Entsprechend beträgt die Dicke 30 der zweiten Lage 16 der Nickelschicht 18 vorzugsweise 10 % bis 50 %, insbesondere 30 % der Dicke 24 der Nickelschicht 18.The membrane bottom 4 points to the bottom 10 opposite side a visible side 12 which is visible when installed in an ultrasonic sensor and mounting this ultrasonic sensor on a vehicle. To the visible side 12 closes an outer surface 13 at. The visible side 12 and the lateral surface 13 are provided with a surface coating, whose structure in the following with further reference to 2 is described. On the membrane floor 4 or on the lateral surface 13 is following a dry cleaning of the membrane 2 a first location 14 a nickel layer is applied, preferably galvanically and using a sulfamate electrolyte. On this first location 14 becomes a second location 16 the nickel layer applied, preferably galvanically and using a bright nickel electrolyte. The layers 14 and 16 together form a nickel layer 18 , On the shift 18 becomes a chrome layer 20 applied. The fat 22 the chrome layer 20 is comparatively small and is a few microns, preferably 1 to 2 microns. The fat 24 the nickel layer 18 may be between 40 and 100 microns, in particular 50 microns. The fat 26 of the membrane bottom 4 is some 100 μm. The fat 28 the first location 14 the nickel layer 18 is between 50% and 90% of the thickness of the nickel layer 18 , preferably 70%. Accordingly, the thickness is 30 the second location 16 the nickel layer 18 preferably 10% to 50%, in particular 30% of the thickness 24 the nickel layer 18 ,

Durch die Wahl der Dicke 24 der Nickelschicht 18 und/oder durch den Abtrag von Material an der Unterseite 10 des Membranbodens 4 kann die Eigenfrequenz des Verbundes aus Membranboden 4, Nickelschicht 18 und Chromschicht 20 eingestellt werden.By choosing the thickness 24 the nickel layer 18 and / or by the removal of material the bottom 10 of the membrane bottom 4 can the natural frequency of the composite of membrane soil 4 , Nickel layer 18 and chrome layer 20 be set.

3 zeigt einen Ultraschallsensor 32 mit einer Membran 2, die den mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Aufbau aufweist. Der Ultraschallsensor 32 weist einen seitlichen Steckanschluss 34 auf, ein Kopfteil 36, das ein Gehäuse 38 umfasst, in dem die Membran 2 gelagert ist. Dabei umgibt das Gehäuse 38 den Mantel 6 in seitlicher Richtung; die Sichtseite 12 der Membran 2 bleibt unverdeckt, so dass Ultraschallsignale ausgesendet werden können. 3 shows an ultrasonic sensor 32 with a membrane 2 referring to 1 and 2 has described structure. The ultrasonic sensor 32 has a side plug connection 34 on, a headboard 36 that is a case 38 includes in which the membrane 2 is stored. It surrounds the case 38 the coat 6 in the lateral direction; the visible side 12 the membrane 2 remains uncovered, so that ultrasonic signals can be sent out.

Claims

Method for producing an ultrasonic sensor ( 32 ) with a membrane ( 2 ) for generating ultrasonic signals, wherein the membrane ( 2 ) a membrane bottom ( 4 ), on which a surface coating is applied, which has a chromium layer ( 20 ), characterized in that between the membrane bottom ( 4 ) and the chrome layer ( 20 ) a nickel layer ( 18 ) and that the thickness ( 26 ) of the membrane bottom ( 4 ) and / or the thickness ( 22 . 24 ) at least one layer ( 18 . 20 ) of the surface coating is influenced so that a predetermined natural frequency of the composite membrane bottom ( 4 ), Nickel layer ( 18 ) and chrome layer ( 20 ) is set.

A method according to claim 1, characterized in that the natural frequency of the composite is adjusted by the thickness ( 24 ) of the nickel layer ( 18 ) is adjusted.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the natural frequency of the composite is adjusted by the provided by the surface coating membrane bottom ( 4 ) on the side facing away from the surface coating ( 10 ) Material is removed.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the nickel layer ( 18 ) is multilayered.

Method according to claim 4, characterized in that on the membrane bottom ( 4 ) a first layer ( 14 ) of the nickel layer ( 18 ) is applied galvanically using a sulfamate electrolyte.

Method according to claim 5, characterized in that the first layer ( 14 ) of the nickel layer a second layer ( 16 ) of the nickel layer ( 18 ) is applied galvanically using a bright nickel electrolyte.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the nickel layer ( 18 ) a thickness ( 24 ) from 40 μm to 100 μm.

Method according to at least one of the preceding claims 4 to 7, characterized in that the thickness ( 28 ) of the first layer ( 14 ) of the nickel layer ( 18 ) between 50 and 90% of the thickness ( 24 ) of the nickel layer ( 18 ) is.

Method according to at least one of claims 4 to 8, characterized in that the thickness ( 30 ) of the second layer ( 16 ) of the nickel layer ( 18 ) between 10% and 50% of the thickness ( 24 ) of the nickel layer ( 18 ) is.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the chromium layer ( 20 ) is applied by electroplating.

Ultrasonic sensor ( 32 ), produced according to at least one of the preceding claims.