ES2308635T3 - PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF A ULTRASONIC SENSOR AND CORRESPONDING ULTRASONIC SENSOR. - Google Patents
PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF A ULTRASONIC SENSOR AND CORRESPONDING ULTRASONIC SENSOR. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un sensor ultrasónico (32) con una membrana (2) para generar señales ultrasónicas presentando la membrana (2) un fondo de membrana (4) sobre el cual se aplica un recubrimiento superficial que comprende una capa de cromo (20), disponiéndose entre el fondo de membrana (4) y la capa de cromo (20) una capa de níquel (18), caracterizado porque en el espesor (26) del fondo de membrana (4) y/o en el espesor (22, 24) de por lo menos una capa (18, 20) del recubrimiento superficial se influye de tal modo que se ajuste una frecuencia propia predeterminada del conjunto formado a base de fondo de membrana (4), capa de níquel (18) y capa de cromo (20), para lo cual se adapta el espesor (24) de la capa de níquel (18) y/o se elimina material del fondo de membrana (4) dotado del recubrimiento superficial, por la cara (10) alejada del recubrimiento superficial.Method for manufacturing an ultrasonic sensor (32) with a membrane (2) to generate ultrasonic signals by presenting the membrane (2) with a membrane bottom (4) on which a surface coating comprising a chrome layer (20) is applied ), a nickel layer (18) being disposed between the membrane bottom (4) and the chrome layer (20), characterized in that in the thickness (26) of the membrane bottom (4) and / or in the thickness (22 , 24) of at least one layer (18, 20) of the surface coating is influenced in such a way that a predetermined proper frequency of the bottom-formed assembly (4), nickel layer (18) and layer is adjusted chrome (20), for which the thickness (24) of the nickel layer (18) is adapted and / or material is removed from the membrane bottom (4) provided with the surface coating, by the face (10) away from the surface coating
Description
Procedimiento para la fabricación de un sensor ultrasónico y sensor ultrasónico correspondiente.Procedure for manufacturing a sensor ultrasonic and corresponding ultrasonic sensor.
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La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un sensor ultrasónico con una membrana para generar señales ultrasónicas, presentando la membrana un fondo de membrana sobre el cual se aplica un recubrimiento superficial que comprende una capa de cromo.The invention relates to a method for the manufacture of an ultrasonic sensor with a membrane for generate ultrasonic signals, presenting the membrane a background of membrane on which a surface coating is applied that It comprises a chrome layer.
Por el documento WO 03/045586 A se conoce un convertidor ultrasónico que presenta un recubrimiento de níquel. Por el documento WO A 2006/000494 A sin prepublicar se conocen sensores ultrasónicos que además de un recubrimiento de cromo presentan una capa de níquel.From WO 03/045586 A a known Ultrasonic converter featuring a nickel coating. From WO A 2006/000494 A without prepublication they are known ultrasonic sensors that in addition to a chrome coating They have a layer of nickel.
Los sensores ultrasónicos conocidos presentan una membrana que generalmente tiene forma de cazoleta y que presenta un fondo de membrana que es puesto en vibración por medio de un convertidor piezoeléctrico, de modo que el fondo de membrana puede emitir y recibir señales ultrasónicas. El recubrimiento superficial sirve por una parte para la protección del fondo de membrana y por otra parte tiene el objetivo de poder integrar el sensor ultrasónico de la manera lo menos llamativa posible a la vista en un entorno de instalación en el automóvil.Known ultrasonic sensors present a membrane that is generally shaped like a bowl and that it has a membrane bottom that is vibrated by of a piezoelectric converter, so that the membrane bottom Can emit and receive ultrasonic signals. Coating surface serves on the one hand for the protection of the bottom of membrane and on the other hand it has the objective of being able to integrate the ultrasonic sensor in the least striking way possible to the seen in an installation environment in the car.
Un sensor ultrasónico debe presentar un grado de rendimiento lo más alto posible para poder obtener buenos alcances. Por otra parte se desea que la capa de cromo tenga una buena durabilidad, que siga siendo ópticamente atractiva incluso después de una utilización prolongada en un entorno parcialmente agresivo.An ultrasonic sensor must have a degree of performance as high as possible to get good scopes. On the other hand it is desired that the chrome layer has a good durability, which remains optically attractive even after of prolonged use in a partially environment aggressive.
Partiendo de esto, la presente invención tiene como objetivo proponer un procedimiento para la fabricación de un sensor ultrasónico mediante el cual se pueda crear un sensor ultrasónico que presente un alto grado de rendimiento y que satisfaga de modo permanente unos requisitos ópticos elevados.Starting from this, the present invention has The objective is to propose a procedure for the manufacture of a ultrasonic sensor through which a sensor can be created ultrasonic that has a high degree of performance and that permanently meet high optical requirements.
Este objetivo se resuelve conforme a la invención con un procedimiento según la reivindicación 1.This objective is met according to the invention with a method according to claim 1.
Se ha observado que con una capa de níquel dispuesta entre el fondo de membrana y la capa de cromo se puede crear una unión cuya capa de cromo puede tener una duración muy prolongada. Esto se debe a que la capa dura y quebradiza de cromo se aplica sobre la capa más blanda y dúctil de níquel.It has been observed that with a layer of nickel arranged between the membrane bottom and the chrome layer can be create a joint whose chrome layer can last very long prolonged This is because the hard and brittle chrome layer It is applied on the softer and ductile layer of nickel.
Dentro del marco de la invención se ha podido observar que unas variaciones relativamente pequeñas en el espesor del fondo de membrana y/o de por lo menos una capa del recubrimiento superficial tienen grandes influencias sobre la frecuencia propia del conjunto formado a base de fondo de membrana, capa de níquel y capa de cromo. La frecuencia propia del fondo de membrana es aquella frecuencia que al ser excitada por un convertidor piezoeléctrico da lugar a la mayor amplitud del conjunto para generar señales ultrasónicas correspondientemente intensas.Within the framework of the invention it has been possible note that relatively small variations in thickness of the membrane bottom and / or at least one layer of the coating superficial have great influences on the proper frequency of the set formed on the basis of membrane bottom, nickel layer and chrome layer The proper frequency of the membrane bottom is that frequency that when excited by a converter piezoelectric gives rise to the greatest amplitude of the set for generate correspondingly strong ultrasonic signals.
Para poder ajustar una frecuencia propia especificada por ejemplo por el convertidor piezoeléctrico basta con variar ligeramente el espesor del fondo de membrana y/o de por lo menos una de las capas del recubrimiento superficial, o bien fabricarlas desde un principio de modo que se obtenga la frecuencia propia especificada.To be able to adjust your own frequency specified for example by the piezo converter enough with slightly varying the thickness of the membrane bottom and / or of at least one of the layers of the surface coating, or manufacture them from the beginning so that the frequency is obtained own specified.
Según una forma de realización de la invención, se adapta el espesor de la capa de níquel. Se ha comprobado que para un recubrimiento superficial relativamente delgado, es el espesor de la capa de níquel el que puede influir hasta en un 10% en la frecuencia propia que se obtiene en el conjunto formado a base de fondo de membrana, capa de níquel y capa de cromo. Dado que la capa de níquel es relativamente dúctil y blanda en comparación con la capa de cromo resulta ser especialmente adecuada para ajustar la frecuencia propia.According to an embodiment of the invention, the thickness of the nickel layer is adapted. It has been proven that for a relatively thin surface coating, it is the thickness of the nickel layer which can influence up to 10% in the proper frequency that is obtained in the set formed with base Membrane bottom, nickel layer and chrome layer. Given that the Nickel layer is relatively ductile and soft compared to the chrome layer turns out to be especially suitable for adjusting the own frequency
Alternativa o adicionalmente se puede ajustar la frecuencia propia del conjunto eliminando material en el fondo de membrana dotado del recubrimiento superficial, por la cara opuesta al recubrimiento superficial. Incluso la eliminación de una cantidad relativamente reducida de material influye notablemente en la frecuencia propia del conjunto formado a base de fondo de membrana, capa de níquel y capa de cromo. Por lo tanto es posible aplicar las distintas capas de recubrimiento superficial dotadas de unas tolerancias amplias, medir la frecuencia propia que se obtiene y a continuación influir en la frecuencia propia mediante la eliminación de material del fondo de la membrana. Mediante la eliminación de material se reduce la frecuencia propia.Alternatively or additionally the set frequency eliminating material at the bottom of membrane fitted with the surface coating, on the opposite side to surface coating. Even removing a relatively small amount of material greatly influences the proper frequency of the bottom-formed set of membrane, nickel layer and chrome layer. Therefore it is possible apply the different layers of surface coating equipped with wide tolerances, measure the proper frequency obtained and then influence the proper frequency by removal of material from the bottom of the membrane. By means of the Material removal reduces one's own frequency.
Según un perfeccionamiento de la invención, la capa de níquel se compone de varios estratos. Esto permite mejorar aún más la calidad superficial del sensor ultrasónico. Así por ejemplo se puede aplicar sobre el fondo de la membrana un primer estrato de la capa de níquel por procedimiento galvánico mediante el empleo de un electrolito de sulfamato. La ventaja de esto es que se puede trabajar con unas densidades de corriente relativamente elevadas, de modo que en un tiempo relativamente corto se puede aplicar un primer estrato relativamente grueso de la capa de níquel.According to an improvement of the invention, the Nickel layer consists of several strata. This allows to improve even more the surface quality of the ultrasonic sensor. So by an example can be applied on the bottom of the membrane a first layer of the nickel layer by galvanic process by means of use of a sulfamate electrolyte. The advantage of this is that it can work with relatively high current densities high, so that in a relatively short time you can apply a relatively thick first layer of the layer of nickel.
Para seguir mejorando las propiedades ópticas del sensor ultrasónico se propone aplicar un segundo estrato de la capa de níquel por procedimiento galvánico mediante el empleo de un electrolito de níquel brillante. Con un segundo estrato de esta clase se pueden compensar pequeñas irregularidades del primer estrato de la capa de níquel, de modo que la superficie en conjunto queda alisada. Los correspondientes electrolitos se describen por ejemplo en la "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie" (Enciclopedia Ullmann de la Química Técnica), Tomo 12, Edición 1976 págs. 182 y siguientes. Con estos electrolitos se pueden crear unas capas superficiales muy lisas y relativamente duras, que ofrecen también buena protección contra la corrosión. Un estrato superficial de esta clase es muy adecuado como capa soporte para una capa de cromo que se vaya a aplicar encima. Esta capa de cromo se puede realizar muy delgada sobre un estrato de soporte de esta clase. Esto tiene la ventaja de que el material de cromo quebradizo está expuesto a menores cargas mecánicas durante las vibraciones del fondo de la membrana y las correspondientes deformaciones, que si se emplea una capa de cromo relativamente gruesa. En una capa de cromo gruesa de esta clase se producen tensiones propias más elevadas durante la deformación del fondo de la membrana que pueden dar lugar a una formación de grietas dentro de la capa de cromo.To continue improving the optical properties of the ultrasonic sensor it is proposed to apply a second layer of the nickel layer by galvanic procedure by using a bright nickel electrolyte. With a second stratum of this class can compensate for small irregularities of the first layer of the nickel layer, so that the surface as a whole It is smoothed out. The corresponding electrolytes are described by example in the "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie" (Ullmann Encyclopedia of Technical Chemistry), Volume 12, 1976 Edition P. 182 et seq. With these electrolytes you can create some very smooth and relatively hard surface layers, which offer Also good protection against corrosion. A stratum surface of this class is very suitable as a support layer for a chrome layer to be applied on top. This chrome layer is you can perform very thin on a support stratum of this class. This has the advantage that the brittle chrome material is exposed to lower mechanical loads during vibrations of the bottom of the membrane and the corresponding deformations, which if a relatively thick chrome layer is used. In a layer of thick chrome of this class own tensions occur more elevated during deformation of the bottom of the membrane that can lead to a formation of cracks within the chrome layer.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención, la capa de níquel presenta un espesor de 40 \mum
a
100 \mum. Los espesores situados dentro de este intervalo
constituyen un buen compromiso entre una aplicación de material
rápida y sencilla, durabilidad y la posibilidad de influir en la
frecuencia propia del conjunto formado a base de fondo de membrana,
capa de níquel y capa de cromo.According to an embodiment of the invention, the nickel layer has a thickness of 40 µm at
100 µm. The thicknesses located within this range constitute a good compromise between a quick and simple material application, durability and the possibility of influencing the frequency of the set formed on the basis of membrane bottom, nickel layer and chrome layer.
Según un perfeccionamiento de la invención, el espesor del primer estrato de la capa de níquel está entre el 50% y el 90% del espesor total de la capa de níquel. De forma correspondiente, el espesor del segundo estrato de la capa de níquel puede estar entre el 10% y el 50% del espesor total de la capa de níquel. En una forma de realización preferida, el espesor del primer estrato de la capa de níquel es del 70% y el espesor del segundo estrato de la capa de níquel es del 30% del espesor total.According to an improvement of the invention, the thickness of the first layer of the nickel layer is between 50% and 90% of the total thickness of the nickel layer. So corresponding, the thickness of the second layer of the layer of Nickel can be between 10% and 50% of the total thickness of the nickel layer In a preferred embodiment, the thickness of the first layer of the nickel layer is 70% and the thickness of the second layer of the nickel layer is 30% thick total.
La capa de cromo se puede aplicar por un procedimiento galvánico. El espesor de la capa de cromo puede ser inferior a 10 \mum, preferentemente inferior a 3 \mum y más preferente de aproximadamente 1 \mum.The chrome layer can be applied by a galvanic procedure The thickness of the chrome layer can be less than 10 µm, preferably less than 3 µm and more preferably about 1 µm.
La invención se refiere también a un sensor ultrasónico que esté fabricado según uno de los procedimientos descritos.The invention also relates to a sensor ultrasonic that is manufactured according to one of the procedures described.
Otras ventajas, características y propiedades de la invención se deducen de la siguiente descripción en la cual se describe con detalle un ejemplo de realización especialmente preferido, haciendo referencia al dibujo. Las características mostradas en el dibujo y en las reivindicaciones y citadas en la descripción pueden ser esenciales para la invención bien de forma individual o en una combinación cualquiera entre sí. En el dibujo muestran:Other advantages, characteristics and properties of the invention follows from the following description in which describes in detail an example of embodiment especially preferred, referring to the drawing. The characteristics shown in the drawing and in the claims and cited in the description may be essential for the invention either well individually or in any combination with each other. In the drawing show:
la figura 1 una vista lateral en sección de una membrana de un sensor ultrasónico;Figure 1 a sectional side view of a membrane of an ultrasonic sensor;
la figura 2 una vista ampliada de la disposición de capas del fondo de membrana de la membrana representada en la figura 1;Figure 2 an enlarged view of the arrangement of layers of the membrane bottom of the membrane represented in the Figure 1;
la figura 3 una vista en perspectiva de un sensor ultrasónico con una membrana según las figuras 1 y 2.Figure 3 a perspective view of a ultrasonic sensor with a membrane according to figures 1 and 2.
En la figura 1 se designa una membrana en su conjunto por la referencia 2. Tiene esencialmente forma de cazoleta y presenta un fondo de membrana en forma de disco circular, que se prolonga lateralmente con una envolvente 6 de forma anular. La envolvente 6 limita por su cara interior un espacio hueco cilíndrico 8 que está limitado también por la cara inferior 10 del fondo de la membrana 4.In Figure 1 a membrane is designated in its set by reference 2. It is essentially cup shaped and has a circular disk-shaped membrane bottom, which is extend laterally with an envelope 6 annularly. The envelope 6 limits on its inner face a hollow cylindrical space 8 which is also limited by the underside 10 of the bottom of the membrane 4.
En el interior del espacio hueco 8 se puede disponer un convertidor piezoeléctrico que está en contacto con la cara inferior 10 del fondo de la membrana 4. Por lo tanto al efectuarse la correspondiente activación eléctrica el convertidor piezoeléctrico puede poner en oscilación el fondo de la membrana 4.Inside the hollow space 8 you can arrange a piezo converter that is in contact with the bottom face 10 of the bottom of the membrane 4. Therefore at carry out the corresponding electrical activation of the converter piezoelectric can swing the bottom of the membrane Four.
El fondo de la membrana 4 presenta por el lado opuesto a la cara inferior 10 una cara vista 12, que queda visible al instalarlo en un sensor ultrasónico y montar este sensor ultrasónico en un vehículo. A continuación de la cara vista 12 sigue una superficie envolvente exterior 13. La cara vista 12 y la superficie envolvente 13 llevan un recubrimiento superficial cuya estructura se describe a continuación haciendo referencia a la Figura 2. Sobre el fondo de la membrana 4 o sobre la superficie envolvente 13 se aplica después de una limpieza química de la membrana 2, un primer estrato 14 de una capa de níquel, preferentemente por un procedimiento galvánico y mediante el empleo de un electrolito de sulfamato. Sobre este primer estrato 14 se aplica un segundo estrato 16 de la capa de níquel, preferentemente por un procedimiento galvánico y empleando un electrolito de níquel brillante. Los estratos 14 y 16 forman juntos una capa de níquel 18. Sobre la capa 18 se aplica una capa de cromo 20. El espesor 22 de la capa de cromo 20 es comparativamente reducido y es de pocas \mum, preferentemente 1 a 2 \mum. El espesor total 24 de la capa de níquel 18 puede estar entre 40 y 100 \mum, en particular en 50 \mum. El espesor 26 del fondo de la membrana 4 es de algunos 100 \mum. El espesor 28 del primer estrato 14 de la capa de níquel 18 está entre 50 y 90% del espesor total de la capa de níquel 18, preferentemente en el 70%. En consecuencia, el espesor 30 del segundo estrato 16 de la capa de níquel 18 es preferentemente del 10% al 50%, en particular del 30% del espesor total 24 de la capa de níquel 18.The bottom of the membrane 4 presents on the side opposite to the lower face 10 a visible face 12, which is visible when installed in an ultrasonic sensor and mount this sensor Ultrasonic in a vehicle. Next to face view 12 follows an outer enveloping surface 13. The face 12 and the enveloping surface 13 carry a surface coating whose structure is described below with reference to the Figure 2. On the bottom of the membrane 4 or on the surface envelope 13 is applied after chemical cleaning of the membrane 2, a first layer 14 of a nickel layer, preferably by a galvanic procedure and by use of a sulfamate electrolyte. On this first stratum 14 is apply a second layer 16 of the nickel layer, preferably by a galvanic procedure and using a nickel electrolyte sparkly. Strata 14 and 16 together form a layer of nickel 18. A layer of chrome 20 is applied to layer 18. The thickness 22 of chrome layer 20 is comparatively small and is few µm, preferably 1 to 2 µm. The total thickness 24 of the nickel layer 18 may be between 40 and 100 µm, in particular in 50 µm. The thickness 26 of the bottom of the membrane 4 is some 100 µm. The thickness 28 of the first layer 14 of the layer of nickel 18 is between 50 and 90% of the total thickness of the nickel layer 18, preferably 70%. Consequently, the thickness 30 of the second layer 16 of the nickel layer 18 is preferably of 10% to 50%, in particular 30% of the total thickness 24 of the layer of nickel 18.
Mediante la elección del espesor total 24 de la capa de níquel 18 y/o mediante la eliminación de material por la cara inferior 10 del fondo de la membrana 4 se puede ajustar la frecuencia propia del conjunto formado a base de fondo de membrana 4, capa de níquel 18 y capa de cromo 20.By choosing the total thickness 24 of the nickel layer 18 and / or by removing material by the bottom face 10 of the bottom of the membrane 4 the own frequency of the set formed based on membrane bottom 4, nickel layer 18 and chrome layer 20.
La figura 3 muestra un sensor ultrasónico 32 con una membrana 2 que presenta la estructura descrita con relación a las figuras 1 y 2. El sensor ultrasónico 32 presenta una conexión de enchufe lateral 34, una parte de cabeza 36 que comprende una carcasa 38 en la cual se aloja la membrana 2. Para ello la carcasa 38 rodea la envolvente 6 en dirección lateral; la cara vista 12 de la membrana 2 queda sin cubrir de modo que se puedan emitir señales ultrasónicas.Figure 3 shows an ultrasonic sensor 32 with a membrane 2 presenting the structure described in relation to Figures 1 and 2. The ultrasonic sensor 32 has a connection of side plug 34, a head portion 36 comprising a housing 38 in which the membrane 2 is housed. For this purpose the housing 38 surrounds the envelope 6 in the lateral direction; face view 12 of membrane 2 is left uncovered so that signals can be emitted Ultrasonic
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