DE102006026674A1 - Ultrasound sensor, particularly motor vehicle ultrasound sensor, has diaphragm with base movable in swinging by piezo ceramics, and piezo ceramic has metallic surface, which has element or connection - Google Patents

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Abstract

The sensor has a housing (4), with a diaphragm (6) situated in or at the housing. The diaphragm has a base (8), which is in oscillating motion by piezo ceramics connected with the diaphragm base. The piezo ceramic has a metallic surface, which has an element or connection with melting point greater than eighteen hundred degree Celsius. The metallic surface consists of a precious metal, particularly silver. The element or the connection is selected from the tungsten group, tungsten connections, silicon connections, e.g. silicon carbide and silicon nitride. An independent claim is also included for a piezo element has a piezo ceramics with a metallic surface.

Description

Die Erfindung hat zum Gegenstand einen Ultraschallsensor, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse, mit einer in oder an dem Gehäuse gelagerten Membran, die einen Membranboden aufweist, der über eine mit dem Membranboden verbundene Piezo-Keramik in Schwingung versetzbar ist, so dass in die Umgebung des Ultraschallsensors Ultraschallsignale abgestrahlt werden können. Von Hindernissen reflektierte Ultraschallsignale können von dem Ultraschallsensor wieder empfangen und verarbeitet werden.The The subject of the invention is an ultrasonic sensor, in particular a motor vehicle ultrasonic sensor, with a housing, with one in or on the housing mounted membrane having a membrane bottom, which has a Piezo-ceramic connected to the diaphragm bottom can be vibrated is such that in the vicinity of the ultrasonic sensor ultrasonic signals can be radiated. Ultrasound signals reflected by obstacles can be detected by the ultrasonic sensor to be received and processed again.

Im Stand der Technik wird eine solche Piezo-Keramik an die Membran mittels Kleber verbunden. Nachteilig ist jedoch, dass ein herkömmlicher Kleber eine dauerhafte und kontaktsichere Verbindung zwischen der Membran und der Piezo-Keramik beeinträchtigen kann. Die Stimulierung der Piezo-Keramik ist maßgebend für das Schwingungsverhalten der Membran. Daher besteht ein Bedürfnis die Verbindung zwischen der Piezo-Keramik und der Membran bzw. Membranboden zu verbessern.in the The state of the art is such a piezoelectric ceramic to the membrane connected by adhesive. The disadvantage, however, is that a conventional adhesive a permanent and contact-safe connection between the membrane and affect the piezo ceramic can. The stimulation of the Piezo ceramic is decisive for the vibration behavior of the Membrane. Therefore, there is a need the connection between the piezo-ceramic and the membrane or membrane bottom to improve.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor mit einem optimalen Schwingungsverhalten bereitzustellen.Of these, The present invention is based on the object, To provide an ultrasonic sensor with an optimal vibration behavior.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Piezo-Keramik mindestens eine metallisierte Oberfläche aufweist, die mindestes ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius aufweist.These Task is inventively characterized solved, the piezo-ceramic has at least one metallised surface, the at least one other element or compound with a melting point greater than 1800 degrees Celsius.

Erfindungsgemäß bevorzugt sind solche metallisierte Oberflächen bestehend aus einem Edelmetall, insbesondere Silber.According to the invention preferred are such metallized surfaces consisting of a precious metal, in particular silver.

Im Rahmen dieser Erfindung werden unter „mindestens ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius" insbesondere solche Elemente und Verbindungen verstanden, wie Wolfram, Wolframverbindungen, Siliciumverbindungen, insbesondere Siliciumcarbid, Silicumnitrid. Wolfram und Wolframverbindungen – wie Wolframtrioxid – sind besonders bevorzugt. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist reines Wolfram. Solche erfindungsgemäßen Elemente und Verbindungen (auch: Dotierungsmaterialien) weisen vorteilhaft spröde und leitfähige Eigenschaften (elektrische und Wärmeleitfähigkeit) auf. Ferner verfügen solche erfindungsgemäßen Elemente und Verbindungen über eine ausreichende Härte. Insbesondere Wolfram weist zudem in den erfindungsgemäß relevanten Eigenschaften beste Werte auf und verfügt über eine hohe korrosive Beständigkeit.in the For the purposes of this invention, "at least one further element or compound having a melting point greater than 1800 degrees Celsius "especially those Elements and compounds understood, such as tungsten, tungsten compounds, silicon compounds, in particular silicon carbide, silicon nitride. Tungsten and tungsten compounds - such as tungsten trioxide - are special prefers. Particularly according to the invention preferred is pure tungsten. Such elements according to the invention and compounds (also: doping materials) have advantageous brittle and conductive Properties (electrical and thermal conductivity) on. Furthermore, such Elements of the invention and connections via a sufficient hardness. In particular, tungsten also has in the relevant according to the invention Properties best values and has a high corrosive resistance.

Zur Herstellung solcher metallisierten Oberflächen, die „mindestens ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius" aufweisen, wird eine Metallpaste, -pulver, vorzugsweise ein Edelmetall, insbesondere Silber, mit mindestens einem erfindungsgemäß geeigneten Element oder Verbindung (Dotierungsmaterial) versetzt und über eine Glasfritte gezogen. Dies führt zu einer vorteilhaften Dotierung auf einer Oberfläche der Piezo-Keramik, sobald der Metallisierungseinbrand der Piezo-Keramik nach Bedrucken erfolgt ist. Üblicher Weise erfolgt der Metallisierungseinbrand bei 700 Grad Celsius. Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Wolframdotierung auf einer Silberoberfläche der Piezo-Keramik. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Silberpaste 10 : 1 (w/w) mit Wolframpulver gemischt. Eine solche Pulveremulsion weist einen vorteilhaften Rakeldruck an der Glasfritte auf. Ferner ist bevorzugt, dass die Partikelgröße des Dotierungsmaterials ca. 0,01 mm bis 0,05 mm, insbesondere 0,025 mm beträgt.to Preparation of such metallized surfaces, the "at least one other element or compound having a melting point greater than 1800 degrees Celsius a metal paste, powder, preferably a precious metal, in particular Silver, with at least one element or compound suitable according to the invention (Dopant) and pulled over a glass frit. this leads to an advantageous doping on a surface of the piezoelectric ceramic, as soon as the Metallization penetration of the piezo-ceramic is done after printing is. usual The metallization firing takes place at 700 degrees Celsius. According to the invention is preferred a tungsten doping on a silver surface of the piezo ceramic. In a preferred embodiment a silver paste 10: 1 (w / w) is mixed with tungsten powder. A Such powder emulsion has an advantageous squeegee pressure on the Glass frit on. It is further preferred that the particle size of the doping material about 0.01 mm to 0.05 mm, in particular 0.025 mm.

Diese Dotierung der metallisierten Oberfläche führt zu vorteilhaften Oberflächendeformationen, die eine erfindungsgemäße Verbindung der Piezo-Keramik mit der Membran unterstützen. Die erfindungsgemäßen Partikel bilden so genannte „Spikes" auf der metallisierten Oberfläche. Ferner erhöht die Dotierung besonders vorteilhaft die Leitfähigkeit an der Grenzfläche Membranboden/Piezo-Keramik. Insbesondere erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Dotierung neben einer Erhöhung der leitfähigen Anteile eine Oberflächenvergrößerung der Piezo-Keramik.These Doping the metallized surface leads to favorable surface deformations that a compound of the invention support the piezo ceramic with the membrane. The particles according to the invention form so-called "spikes" on the metallized Surface. Further increased the doping particularly advantageous the conductivity at the interface membrane bottom / piezo ceramic. In particular, by means of the doping according to the invention in addition to an increase in the conductive Shares a surface enlargement of the Piezo ceramics.

Besonders vorteilhaft kann nunmehr der Einsatz eines Klebers erfolgen, da bereits eine dünne homogene Schicht eines Klebers bereits eine hinreichende Kopplungsstärke erzielt. Ferner führt eine solche dünne, homogene Klebeschicht zu einer vorteilhaften schnellen Aushärtung. Insbesondere ein Pressen zwischen der Membranbodenfläche und der Piezo-Keramik erlaubt ein Eindringen der Dotierungsmaterialien in die Membran und deren vorteilhaften Verankerung unter Ausbildung einer Verbindung zwischen der Membranbodenfläche und der Piezo-Keramik. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht daher die Membran aus einem weichen Metall, wie Aluminium oder passiviertes Aluminium.Especially Advantageously, the use of an adhesive can now take place since already a thin homogeneous Layer of adhesive already achieved a sufficient coupling strength. Further leads such a thin, homogeneous adhesive layer for an advantageous rapid curing. Especially a pressing between the diaphragm bottom surface and the piezo ceramic allowed penetration of the doping materials into the membrane and their advantageous anchoring to form a connection between the membrane bottom surface and the piezo ceramics. In a preferred embodiment therefore, the membrane of a soft metal, such as aluminum or passivated Aluminum.

Zudem wird durch das erfindungsgemäße Dotierungsmaterial das anaerobe Aushärten eines Klebers begünstigt.moreover is due to the doping material according to the invention the anaerobic curing of an adhesive favors.

Daher betrifft die Erfindung eine solche weitere Ausführungsform, wobei der Membranboden und die Piezo-Keramik zusätzlich mit einem Kleber verbunden sind.Therefore the invention relates to such a further embodiment, wherein the membrane bottom and the piezo ceramic in addition are connected with an adhesive.

Die ausgehend zu verwendende Piezo-Keramik ist handelsüblich zu erhalten.The starting to use Piezo Kera mik is commercially available.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Piezo-Element umfassend eine Piezo-Keramik enthaltend mindestens eine metallisierte Oberfläche, vorzugsweise bestehend aus Silber, und mindestens ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius, wie oben ausgeführt, ebenfalls in den bevorzugten Ausführungsformen.The The invention also relates to a piezoelectric element comprising a piezoelectric ceramic containing at least one metallized surface, preferably consisting of silver, and at least one other element or compound with a melting point greater than 1800 degrees Celsius, as stated above, also in the preferred Embodiments.

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 perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit einer Membran; und 1 a perspective view of an ultrasonic sensor according to the invention with a membrane; and

2 einen geschnittene Seitenansicht der Membran. 2 a sectional side view of the membrane.

In 1 ist ein Ultraschallsensor insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieses weist ein Gehäuse 4 auf. An dem Gehäuse 4 ist eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Membran 6 gelagert, die einen scheibenförmigen Membranboden 8 aufweist (vgl. auch 2). Zur Entkoppelung der Membran 6 und dem Gehäuse 4 ist ein ringförmiges Entkopplungselement 10 vorgesehen.In 1 is an ultrasonic sensor as a whole with the reference numeral 2 designated. This has a housing 4 on. On the case 4 is a substantially cylindrically shaped membrane 6 stored, which has a disc-shaped membrane bottom 8th has (see also 2 ). For decoupling of the membrane 6 and the housing 4 is an annular decoupling element 10 intended.

An der dem Gehäuse 4 zugewandten Seite des Membranbodens 8 ist gemäß 2 eine Piezo-Keramik 14 angeordnet, die über eine elektrische Kontaktierung 16 mit Spannung versorgt werden kann. Durch den Piezo-Effekt kontrahiert sich dieses bzw. dehnt sich aus und versetzt den Membranboden 8 in Schwingung, so dass Ultraschallsignale erzeugt werden.At the housing 4 facing side of the membrane bottom 8th is according to 2 a piezo ceramic 14 arranged, via an electrical contact 16 can be supplied with voltage. Due to the piezoelectric effect, this contract or expands and displaces the diaphragm bottom 8th in vibration, so that ultrasonic signals are generated.

Der durch die im Wesentlichen zylindrische Gestalt der Membran 6 gebildete Hohlraum ist optional mit einem Dämpfungsmaterial 18 gefüllt, das die Ein- und Ausschwingzeiten der Membran 6 bzw. des Membranbodens 8 verkürzt.The through the substantially cylindrical shape of the membrane 6 formed cavity is optional with a damping material 18 filled, which is the arrival and release times of the membrane 6 or the membrane bottom 8th shortened.

Die Piezo-Keramik 14 weist auf ihrer dem Membranboden 8 zugewandten Seite eine metallisierte Oberfläche auf, die mit mindestens einem weiteren Element oder mindestens einer weiteren Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius dotiert ist. Das Dotierungsmaterial bewirkt eine Verzahnung mit dem Membranboden 8 sowie eine Oberflächenvergrößerung der metallisierten Oberfläche, so dass die Verbindung zwischen der Piezo-Keramik 14 und dem Membranboden 8 eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Ferner erlaubt die genannte Verzahnung den Einsatz nur sehr geringer Klebstoffmengen, wobei bereits eine sehr dünne Klebstoffschicht eine hohe Kopplungsstärke zwischen der Piezo-Keramik 14 und dem Membranboden 8 bewirkt.The piezo ceramics 14 points to the bottom of the membrane 8th side facing a metallized surface, which is doped with at least one further element or at least one further compound having a melting point greater than 1800 degrees Celsius. The doping material causes a toothing with the diaphragm bottom 8th as well as an increase in surface area of the metallized surface, allowing the connection between the piezo-ceramic 14 and the membrane bottom 8th has a high conductivity. Furthermore, said gearing allows the use of only very small amounts of adhesive, with a very thin adhesive layer already having a high coupling strength between the piezo-ceramic 14 and the membrane bottom 8th causes.

Claims (8)

Ultraschallsensor (2), insbesondere Kraftfahrzeug-Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse (4), mit einer in oder an dem Gehäuse (4) gelagerten Membran (6), die einen Membranboden (8) aufweist, der über eine mit dem Membranboden (8) verbundene Piezo-Keramik (14) in Schwingung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Keramik (14) mindestens eine metallisierte Oberfläche aufweist, die mindestens ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius aufweist.Ultrasonic sensor ( 2 ), in particular motor vehicle ultrasound sensor, with a housing ( 4 ), with one in or on the housing ( 4 ) stored membrane ( 6 ), which have a membrane bottom ( 8th ), which via a with the membrane bottom ( 8th ) connected piezo ceramic ( 14 ) is vibratable, characterized in that the piezoelectric ceramic ( 14 ) has at least one metallized surface comprising at least one further element or compound having a melting point greater than 1800 degrees Celsius. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte Oberfläche aus einem Edelmetall, insbesondere Silber, besteht.Ultrasonic sensor according to claim 1, characterized that the metallized surface is off a precious metal, in particular silver exists. Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element oder die Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe Wolfram, Wolframverbindungen, Siliciumverbindungen, insbesondere Siliciumcarbid, Silicumnitrid.Ultrasonic sensor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the element or the connection is selected from the group tungsten, tungsten compounds, silicon compounds, in particular silicon carbide, silicon nitride. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Elements oder der Verbindung ca. 0,01 mm bis 0,05 mm, insbesondere 0,025 mm beträgt.Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the particle size of the element or the compound about 0.01 mm to 0.05 mm, in particular 0.025 mm. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranboden (8) und die Piezo-Keramik (14) zusätzlich mit einem Kleber verbunden sind.Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the membrane bottom ( 8th ) and the piezo ceramic ( 14 ) are additionally connected with an adhesive. Piezo-Element umfassend eine Piezo-Keramik (14) enthaltend mindestens eine metallisierte Oberfläche, die mindestens ein weiteres Element oder Verbindung mit einem Schmelzpunkt größer als 1800 Grad Celsius aufweist.Piezo element comprising a piezo ceramic ( 14 ) containing at least one metallized surface having at least one further element or compound having a melting point greater than 1800 degrees Celsius. Piezo-Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte Oberfläche aus einem Edelmetall, insbesondere Silber, besteht.Piezo element according to Claim 6, characterized that the metallized surface consists of a precious metal, in particular silver. Piezo-Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element oder die Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe Wolfram, Wolframverbindungen, Siliciumverbindungen, insbesondere Siliciumcarbid, Silicumnitrid.Piezoelectric element according to Claim 6 or 7, characterized that the element or the compound is selected from the group tungsten, tungsten compounds, Silicon compounds, in particular silicon carbide, silicon nitride.
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