DE102007043479A1

DE102007043479A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium und ein Schichtaufbau eines Bauteils aus Aluminium mit einer elektrischen Kontaktierung

Info

Publication number: DE102007043479A1
Application number: DE102007043479A
Authority: DE
Inventors: Hans Wilhelm Wehling; Stefan Robert Müller; Dietmar Grüdl
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-19
Also published as: US20100213793A1; CN101802266B; EP2188415B1; US8549746B2; WO2009036826A1; EP2188415A1; CN101802266A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung und ein dementsprechendes Bauteil vorgeschlagen, bei dem in einem ersten Schritt eine Oxydschicht auf der Aluminiumoberfläche, zum Beispiel durch Ätzen, entfernt wird und in einem zweiten Schritt vor einer Neubildung einer Oxydschicht die Oberfläche auf nasschemischem Weg mit einer Konversionsschicht mit Metallionen aus Zirkonium oder Titan versiegelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium und ein Schichtaufbau eines Bauteils aus Aluminium, beispielsweise für eine Kontaktierung eines Ultraschallwandlers, nach den gattungsgemäßen Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1, 6 und 10.
Beispielsweise werden solche Bauteile mit Membranen für Ultraschallwandler mit gefrästen oder tiefgezogenenen Aluminiumgeometrien verbaut, bei denen ein elektrischer Kontakt, insbesondere ein Massekontakt, der Aluminiumgeometrien zu den elektrischen Bauelementen, wie z. B. Ultraschallwandler, hergestellt werden muss, beispielsweise um eine Reduzierung der EMV-Empfindlichkeit zu erreichen. Es werden in der Kraftfahrzeugtechnik utraschallbasierende, zum Beispiel aus der DE 102 37 721 A1 bekannte Umfelderkennungssysteme mit mindestens einem Ultraschallsensor angewendet, wobei jeder Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal aussendet, welches von einem möglichen Hindernis reflektiert wird und von dem gleichen Ultraschallsensor und oder von weiteren Ultraschallsensoren empfangen werden kann.
Hierbei wird das Ultraschallsignal mittels einer auf der Innenseite der Aluminiumgeometrie aufgeklebten Piezokeramik als elektrisches Bauelement erzeugt. Die Piezokeramik wird dabei in der Regel auf die nichtleitende Aluminiumoxydschicht der Aluminiumgeometrie mittels eines nichtleitenden Klebers aufgeklebt, wobei sich eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Aluminiums kurzfristig nach einem Oberflächenreinigungsverfahren, zum Beispiel ätzen oder mechanisch bearbeiten, immer wieder bildet.
Es gibt für die notwendige Herstellung elektrischer Verbindungen auf Aluminium spezielle Lote, die aber mit viel ätzendem Flussmittel gelötet werden müssen, welches wiederum durch Waschen entfernt werden muss. Das dann notwendige Reinigen und Trocknen ist aber in einer automatisierten Fertigungsstraße schlecht zu handhaben. Außerdem stellt die Lötstelle auf dem schwingungstechnisch sensiblen Membranboden des Ultraschallwandlers, auf dem nur kleine Lotmengen zulässig sind, eine kritische Größe dar, um die Funktion des Ultraschallwandlers nicht zu beeinträchtigen. Das Aluminiumlot gibt es nur als Lotdraht und würde eventuell eine zu große Lotmenge und damit eine zu große träge Masse erzeugen.
Die bisher üblichen Verfahren zur Masseanbindung solcher Bauelemente weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum Beispiel durch hohe Lotmengen oder auch durch Temperaturen beim Anlöten einer Litze mit Aluminiumlot an der Membran bzw. beim Widerstandsschweißen oder durch mechanische Beeinträchtigungen beim Verstemmen einer Litze an der Membran, beim Einpressen eines Stiftes in die Membran oder beim Bonden einer Litze an der Membran.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung aus, bei dem erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise in einem ersten Schritt eine Oxydschicht auf der Aluminiumoberfläche entfernt wird und in einem zweiten Schritt vor einer Neubildung einer Oxydschicht die Oberfläche mit einer Konversionsschicht mit eingebauten Metallionen versiegelt wird. Die Entfernung der Oxydschicht kann auf einfache Weise durch Ätzen und die Versiegelung der Oberfläche auf nasschemischen Weg mit Metallionen aus Zirkonium oder Titan erfolgen.
Ergänzend zu den heutigen üblichen Oberflächenvorbereitungsverfahren zum Entfetten, Ätzen oder Dekapieren, beispielsweise um das Lackieren der Alumi niumberfläche vorzubereiten, wird erfindungsgemäß mittels der in Flüssigkeit gelösten Metallionen, wie Titan oder Zirkonium, eine leitende Metallschicht auf dem gereinigten Aluminium angereichert, die zugleich auch mit Sauerstoff schlecht reagiert und das erneute Ausbilden einer Oxydschicht verhindert.
Auf der versiegelten und leitfähigen Oberfläche sind dann in an sich bekannter Weise mittels eines Leitklebers elektrische Bauelemente kontaktierbar. Andererseits kann aber auch auf der versiegelten Oberfläche ein Lack oder ein vergleichbares Isolations- oder Korrosionsschutzmedium in einem weiteren Beschichtungsschritt aufgebracht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Bauteil aus Aluminium kann der mit dem vorhergehend beschriebenen Verfahren hergestellte Schichtaufbau auf der Oberfläche des Aluminiums somit auf einfache Weise zu einer elektrischen Kontaktierung eines Bauelement verwendet werden.
Das Bauelement kann beispielsweise ein piezokeramisches Bauelement sein, dessen Massekontakt dann mit der Oberfläche des Bauteils aus Aluminium elektrisch kontaktiert ist. Vorzugsweise weist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform das Bauteil eine hohlzylindrische, beispielsweise gefräste oder tiefgezogene Innengeometrie mit einer Membran als Abschluss auf, auf die innen ein Ultraschallwandler als elektrisches Bauelement unter Herstellung eines elektrischen Massekontaktes zur Membran mechanisch fest aufgebracht werden kann. Ein solches Bauteil kann zum Beispeil ein Bestandteil eines Ultraschallsensors für ein in der Beschreibungseinleitung erwähntes Umfelderkennungssystem bei einem Parkassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug sein.
Gemäß der Erfindung ist somit die Herstellung einer elektrisch leitenden Beschichtung mit gleichzeitigem Abtrag der Oxydschicht auf Aluminium kostengünstig und leicht reproduzierbar. Die so hergestellte Oberfläche ermöglicht eine dauerhafte Klebung mit einem Kleber, Leitkleber oder einfaches Löten. Es sind keine zusätzlichen Fertigungsschritte in der Endmontage notwendig, wobei die erfindungsgemäße Beschichtung innen wie außen beispielsweise auf der Membran aufgebracht werden kann. Innen als elektrisch leitende Fläche, sowie als Korrosionsschutz und Oberfläche zum mechanisch festen Verkleben und außen als Korrosionsschutz sowie als Untergrund für eine Lackierung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiel der Erfindung werden anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Bauteil aus Aluminium zur Bildung einer Membran für einen Ultraschallwandler, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist,
2 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der 1 mit einem elektrisch kontaktierten piezokeramischen Bauelement, hier ein Ultraschallwandler,
3 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der 1 mit einem über eine Leitkleberraupe elektrisch kontaktierten piezokeramischen Ultraschallwandler,
4 einen Querschnitt durch das Bauteil nach der 3 und
5 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der 1 mit einem über eine Verbindung auf der inneren Membranfläche elektrisch kontaktierten piezokeramischen Ultraschallwandler.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Aus 1 ist Schnitt durch ein Bauteil aus Aluminium zur Bildung einer Membran 1 für einen Ultraschallwandler gezeigt, das mit einer Konversionsschicht 2 mit der inneren Fläche 2a und der äußeren Fläche 2b versehen ist, die innen eine Leitfähigkeit herstellt und gleichzeitig einen Korrosionsschutz und eine Verbesserung der Klebeeigenschften sowie eine Verhinderung einer Neubildung von Oxydationsschichten und außen einen Korrosionsschutz mit einer Verbesserung der Haftung für eine Lackschicht ausbildet.
Die Konversionsschicht 2, bzw. 2a, 2b, ist hier dadurch gebildet, dass in einem ersten Schritt eine Oxydschicht auf der Aluminiumoberfläche der Membran 1 entfernt wird und in einem zweiten Schritt vor einer Neubildung einer Oxydschicht die Oberfläche der Membran 1 mit der Konversionsschicht 2, bzw. 2a, 2b, mit eingebauten Metallionen aus Zirkonium oder Titan versiegelt wird. Die Entfernung der Oxydschicht im ersten Schritt kann auf einfache Weise durch Ätzen und die Versiegelung der Oberfläche kann auf nasschemischen Weg mit den Metallionen erfolgen.
In 2 ist gezeigt, wie im Inneren der Membran 1 ein piezokeramisches Bauelement als Ultraschallwandler 3 mittels eines Leitklebers 4 als Massekontakt auf die Membran 1 elektrisch leitend gefügt ist. Die äußere Kontaktierung des Ultraschallwandlers 3 erfolgt mit einem Kontakt 5 für die Masseanbindung und einem Kontakt 6 für das andere Potenzial. Die Masseanbindung erfolgt dabei über eine über den Ultraschallwandler 3 herumgezogene leitende Fläche 7, zum Beispiel mit dem Leitkleber 4.
3 zeigt eine Alternative der Masseanbindung des Ultraschallwandlers 3 an die Membran 1 über eine Leitkleberraupe 8, die seitlich von der leitenden Oberfläche der Membran 1 zu dem Massekontakt 5 über eine leitenden Massefläche 9 auf dem Ultraschallwandler 3 geführt ist. Aus 4 ist hierzu ein Querschnitt zu entnehmen, der mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist.
In 5 ist noch eine alternative elektrische Verbindung des auf der Membran 1 elektrisch kontaktierten Ultraschallwandlers 3 gezeigt, bei der ein Lötstützpunkt 10 auf der inneren Fläche der Membran 1 angeordnet ist, die mit dem Massepotenzial des auf der inneren Fläche der Membran 1 elektrisch über den Leitkleber 4 kontaktierten Ultraschallwandlers 3 verbunden ist und über den dann eine Kontaktierung mit dem Kontakt 5 erreicht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10237721 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine Oxydschicht auf der Aluminiumoberfläche entfernt wird und in einem zweiten Schritt vor einer Neubildung einer Oxydschicht die Oberfläche mit einer Konversionsschicht mit eingebauten Metallionen versiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Oxydschicht durch Ätzen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung der Oberfläche auf nasschemischen Weg mit Metallionen aus Zirkonium oder Titan erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der versiegelten Oberfläche mittels eines Leitklebers (4) elektrische Bauelemente kontaktierbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der versiegelten Oberfläche ein Lack oder ein vergleichbares Isolations- oder Korrosionsschutzmedium in einem weiteren Beschichtungsschritt aufgebracht wird.
Bauteil aus Aluminium mit einer elektrischen Kontaktierung eines Bauelements mit einem Schichtaufbau auf der Oberfläche, der mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ein piezokeramisches Bauelement ist, dessen Massekontakt mit der Oberfläche des Bauteils aus Aluminium elektrisch kontaktiert ist.
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine hohlzylindrische Innengeometrie mit einer Membran (1) aufweist, auf die innen ein Ultraschallwandler (3) als elektrisches Bauelement unter Herstellung eines elektrischen Massekontaktes (5) zur Membran (1) mechanisch fest aufgebracht ist.
Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Massekontakt (5) über eine Leitkleberraupe (8) von der Membran (1) zum Ultraschallwandler (3) geführt ist.
Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Massekontakt (5) über einen Lötstützpunkt (10) auf der Membran (1) geführt ist.
Verwendung eines Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil Bestandteil eines Ultraschallsensors für ein Umfelderkennungssystem bei einem Parkassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug ist.