EP2188415A1 - Verfahren zur oberflächenbehandlung von aluminium und ein schichtaufbau eines bauteils aus aluminium mit einer elektrischen kontaktierung - Google Patents

Verfahren zur oberflächenbehandlung von aluminium und ein schichtaufbau eines bauteils aus aluminium mit einer elektrischen kontaktierung

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EP2188415A1
EP2188415A1 EP08773923A EP08773923A EP2188415A1 EP 2188415 A1 EP2188415 A1 EP 2188415A1 EP 08773923 A EP08773923 A EP 08773923A EP 08773923 A EP08773923 A EP 08773923A EP 2188415 A1 EP2188415 A1 EP 2188415A1
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aluminum
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electrical
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Definitions

  • the invention relates to a method for surface treatment of aluminum and a layer structure of a component made of aluminum, for example for contacting a ultrasonic transducer, according to the generic features of the independent claims 1, 6 and 10.
  • ultrasonic transducer For example, such components are fitted with membranes for ultrasonic transducers with milled or deep-drawn aluminum geometries, in which an electrical contact, in particular a ground contact, the aluminum geometries to the electrical components, such.
  • Ultrasonic transducer must be made, for example, to achieve a reduction in the EMC sensitivity.
  • ultrasound-based surroundings detection systems known for example from DE 102 37 721 A1 are used with at least one ultrasound sensor, each ultrasound sensor emitting an ultrasound signal which is reflected by a possible obstacle and by the same ultrasound sensor and / or further ultrasound sensors can be received.
  • the ultrasonic signal is generated by means of a glued on the inside of the aluminum geometry piezoceramic as an electrical component.
  • the piezo-cr ⁇ ⁇ criik would not do so in the field; Aiurniniumoxyd Anlagen the
  • Glued aluminum geometry by means of a non-conductive adhesive, with a Oxide layer on the surface of the aluminum in the short term after a surface cleaning process, for example, etching or mechanical machining, repeatedly forms.
  • solders for the necessary production of electrical connections on aluminum, but they have to be soldered with a lot of corrosive flux, which in turn has to be removed by washing. The then necessary cleaning and drying is difficult to handle in an automated production line.
  • the aluminum solder is only available as a solder wire and would possibly produce too much solder and thus too much inert mass.
  • the invention is based on a process for the surface treatment of aluminum for producing an electrical contact, wherein according to the invention advantageously in a first step, an oxide layer on the aluminum surface is removed and in a second step before a new formation of an oxide layer, the surface with a conversion layer built-in metal ions is sealed.
  • the removal of the oxide layer can be easily accomplished by etching and sealing the surface by a wet chemical route with zirconium or titanium metal ions.
  • a lacquer or a comparable insulation or corrosion protection medium can also be applied to the sealed surface in a further coating step.
  • the layer structure produced on the surface of the aluminum produced by the method described above can thus be used in a simple manner for an electrical contacting of a component.
  • the component may be, for example, a piezoceramic component whose ground contact is then electrically contacted with the surface of the component made of aluminum.
  • the component has a hollow cylindrical, for example, milled or deep-drawn internal geometry with a membrane as a conclusion, on the inside of an ultrasonic transducer can be applied as an electrical component to produce an electrical ground contact to the membrane mechanically fixed.
  • a component may for example be a component of an ultrasonic sensor for an environment detection system mentioned in the introduction to the description in a parking assistance system in a motor vehicle.
  • the production of an electrically conductive coating with simultaneous removal of the oxide layer on aluminum is thus inexpensive and easily reproducible.
  • the surface thus produced allows permanent bonding with an adhesive, conductive adhesive or simple soldering.
  • the coating according to the invention can be applied inside and outside, for example, on the membrane, inside as eiektrisch ichitende Fiache, and as corrosion protection and surface for mechanically strong bonding and on the outside as corrosion protection as well as a substrate for painting.
  • FIG. 1 shows a section through an aluminum component to form a membrane for an ultrasonic transducer, which has been treated by the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a section through a component according to FIG. 1 with an electrically contacted piezoceramic component, here an ultrasonic transducer,
  • FIG. 3 shows a section through a component according to FIG. 1 with a piezoceramic ultrasonic transducer electrically contacted via a conductive adhesive bead
  • Figure 4 shows a cross section through the component according to the figure 3 and
  • FIG. 5 shows a section through a component according to FIG. 1 with a piezoceramic ultrasonic transducer electrically contacted via a connection on the inner membrane surface.
  • FIG. 1 shows a section through an aluminum component for forming a diaphragm 1 for an ultrasonic transducer, which is provided with a conversion layer 2 having the inner surface 2a and the outer surface 2b, which produces conductivity on the inside and at the same time provides corrosion protection and improvement the sticking properties as well as a prevention of a reformation of oxidation layers and on the outside a corrosion protection with an improvement of the adhesion for a lacquer layer ausbiidet.
  • the conversion layer 2, or 2a, 2b is formed here in that in a first step, an oxide layer on the aluminum surface of the membrane 1 is removed and in a second step before a new formation of an oxide layer, the surface of the membrane 1 with the conversion layer 2, or 2a, 2b, is sealed with incorporated metal ions of zirconium or titanium.
  • the removal of the oxide layer in the first step can be done easily by etching and the sealing of the surface can be carried out in a wet-chemical way with the metal ions.
  • FIG. 2 shows how in the interior of the membrane 1, a piezoceramic component as an ultrasonic transducer 3 is electrically conductively bonded to the membrane 1 by means of a conductive adhesive 4 as a ground contact.
  • the outer contacting of the ultrasonic transducer 3 is carried out with a contact 5 for the ground connection and a contact 6 for the other potential.
  • the ground connection takes place via a conductive surface 7 drawn around via the ultrasound transducer 3, for example with the conductive adhesive 4.
  • FIG. 3 shows an alternative of the ground connection of the ultrasonic transducer 3 to the membrane 1 via a conductive adhesive bead 8, which is guided laterally from the conductive surface of the membrane 1 to the ground contact 5 via a conductive ground surface 9 on the ultrasonic transducer 3.
  • FIG. 4 shows a cross section for this purpose, which is provided with the same reference numerals.
  • FIG. 5 also shows an alternative electrical connection of the ultrasound transducer 3 electrically contacted on the diaphragm 1, in which a soldering support 10 is arranged on the inner surface of the diaphragm 1, electrically connected to the ground potential of the diaphragm 1 on the inner surface Leitkleber 4 contacted ultrasonic transducer 3 is connected and then a contact with the contact 5 can be achieved.

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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

Beschreibung
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium und ein Schicht- aufbau eines Bauteils aus Aluminium mit einer elektrischen Kontaktierung
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 elekt- rischer 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 Ultraschall- sensor 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 Piezo- kcrΞrriik w;rd dabei in der Fveyθi äüf die nichtleiieiiüt; Aiurniniumoxydschicht 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.
Ei gäi i-ctM ιu -oj den heuiigen übiichen überfiachenvorbereitungsverfahren 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 Be- schichtungsschritt 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 Kontak- tierung 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 Be- Schichtung 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 ais eiektrisch ieitende Fiache, 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:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Bauteil aus Aluminium zur Bildung einer Membran für einen Ultraschallwandler, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist,
Figur 2 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der Figur 1 mit einem elektrisch kontaktierten piezokeramischen Bauelement , hier ein Ultraschallwandler,
Figur 3 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der Figur 1 mit einem über eine Leitkleberraupe elektrisch kontaktierten piezokeramischen Ultraschallwandler,
Figur 4 einen Querschnitt durch das Bauteil nach der Figur 3 und
Figur 5 einen Schnitt durch ein Bauteil nach der Figur 1 mit einem über eine Verbindung auf der inneren Membranfläche elektrisch kontaktierten piezokeramischen Ultraschallwandler.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Aus Figur 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 Neu- bildung von Oxydationsschichten und außen einen Korrosionsschutz mit einer Verbesserung der Haftung für eine Lackschicht ausbiidet. 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 Figur 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.
Figur 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 Figur 4 ist hierzu ein Querschnitt zu entnehmen, der mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist.
In Figur 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.

Claims

Ansprüche
1. 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Oxydschicht durch Ätzen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung der Oberfläche auf nasschemischen Weg mit Metallionen aus Zirkonium oder Titan erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der versiegelten Oberfläche mittels eines Leitklebers (4) elektrische Bauelemente kontaktierbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass auf der versiegelten Oberfläche ein Lack oder ein vergleichbares Isolations- oder Korrosionsschutzmedium in einem weiteren Beschichtungsschritt aufgebracht wird.
6. 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 <=>!ektrisch kontakticrt ist.
7. 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) me- chanisch fest aufgebracht ist.
8. 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.
9. Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Massekontakt (5) über einen Lötstützpunkt (10) auf der
Membran (1) geführt ist.
10. 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 ei- nem Kraftfahrzeug ist.
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