CN102636573A - 一种压电夹层的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压电夹层的制作方法，利用柔性电路板、压电片和通用接口制作压电夹层，包括如下步骤：根据压电片的电极位置在柔性电路板的一侧预留电路焊盘，并在柔性电路板的另一侧预留通用接口的管脚焊盘，将柔性电路板的其余位置全部用绝缘层覆盖；将柔性电路板上的管脚焊盘与通用接口通过焊接或导电胶连接方式导通，再将柔性电路板上的电路焊盘与压电片的电极通过焊接或导电胶连接方式导通，从而将压电片的电极与通用接口实现电路连接；将柔性电路板与压电片的结合面除电极以外区域通过胶层互相连接加固。此种制作方法可增强柔性电路板与压电片之间的连接强度，以保护电极的电气连接，提高压电夹层的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于结构损伤监测技术领域，涉及一种压电夹层的设计制作方法，特别涉及制作过程中的压电元件加固方法。
背景技术
随着对结构安全性、可靠性要求的不断提高，结构损伤的在线监测和诊断日益引起人们的高度重视。
由于对裂纹、脱层等小损伤敏感，基于压电元件与Lamb波方法的结构损伤监测与诊断技术是目前最行之有效的技术方法之一。该技术方法在结构表面或内部集成一定数量的压电激励器和传感器（利用压电元件的正反压电效应），在结构中激发出Lamb波信号，同时实时在线采集结构的响应信号，通过对这些响应信号的处理、分析和特征提取，获得结构健康状况。由于结构损伤的在线监测要求相关信号发生和采集设备要具有小型化、集成化以及低功耗等特点，同时监测信号必须具有很高的准确性和一致性，因此该技术在实现中，主要采用压电陶瓷薄片作为激励器和传感器。然而在技术研究和应用过程中，大量采用的手工粘贴压电片方法和手工焊接压电片电极导线工艺，难以保证激励器/传感器的性能一致性以及电气特性，尤其是针对大型结构的多激励器/传感器网络安装与电气连接。“智能压电夹层”思想为这一问题的解决提供了很好的思路，即借助于柔性电路技术，将压电片预置在柔性电路中，并根据应用需求，设计电路和接口。这样的设计即保证了压电激励器/传感器的电气特性，又便于安装。
为了保证激励与传感性能，压电夹层设计中往往采用单面双电极类型的压电片，即压电片其中的一个侧面电极通过边缘的细导电层翻转到另一侧面，以“小岛”的形式与另一侧面电极绝缘共存于同一面上，便于电极的引出；同时无电极引出的侧面可以直接与结构粘贴，使得压电片与结构之间的耦合更加高效。然而，由于压电片电极只是覆盖在压电片上的一层薄导电层，如导电银浆，两电极中的“小岛”一极又十分细小，与压电片之间的连接强度不高；而压电夹层中的柔性电路较为柔软，与压电片电极通过焊接或者导电胶连接导通，在制造、携带以及安装过程中容易与压电片之间产生拉扯而难以起到保护作用，这就会造成“小岛”电极十分容易脱落，使得压电夹层失效。而在压电夹层的压电片位置外加保护膜的方式，又会影响压电片与结构之间的耦合效果，降低压电夹层的性能。
基于以上考虑，本发明人针对现有的压电夹层设计制作方法进行研究改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种压电夹层的制作方法，其可增强柔性电路板与压电片之间的连接强度，以保护电极的电气连接，提高压电夹层的可靠性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种压电夹层的制作方法，利用柔性电路板、压电片和通用接口制作压电夹层，包括如下步骤：
（1）根据压电片的电极位置在柔性电路板的一侧预留电路焊盘，并在柔性电路板的另一侧预留通用接口的管脚焊盘，将柔性电路板的其余位置全部用绝缘层覆盖；
（2）将柔性电路板上的管脚焊盘与通用接口通过焊接或导电胶连接方式导通，再将柔性电路板上的电路焊盘与压电片的电极通过焊接或导电胶连接方式导通，从而将压电片的电极与通用接口实现电路连接；
（3）将柔性电路板与压电片的结合面除电极以外区域通过胶层互相连接加固。
上述步骤（3）中，进行胶层加固时，首先在柔性电路板上预留注胶孔，然后由该注胶孔注入加固胶层。
采用上述方案后，本发明通过在柔性电路板与压电片之间加入固化胶层，增强二者之间的连接强度，使得压电片电极与电路之间的焊接或导电胶导通部分受到的分离外力大大降低，从而保护压电片与柔性电路板之间的电气连接，进而提高压电夹层的可靠性。
附图说明
图1是依照本发明制成的压电夹层主视图；
图2是依照本发明制成的压电夹层俯视图；
图3是依照本发明制成的压电夹层剖视图；
图4是依照本发明制成的压电夹层应用于板结构健康监测的俯视图；
图5是依照本发明制成的压电夹层应用于板结构健康监测的主视图；
图6是依照本发明制成的压电夹层应用于板结构健康监测时压电片部分的细节图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的实现过程进行详细说明。
本发明提供一种压电夹层的制作方法，用于利用柔性电路板、压电片和通用接口制作压电夹层，压电片作为激励器/传感器元件，具体包括如下步骤：
（1）根据压电片的电极位置在柔性电路板的一侧预留电路焊盘的位置，而在柔性电路板的另一侧预留通用接口的管脚焊盘的位置，再将柔性电路板的其余区域全部用绝缘层覆盖，防止使用过程中短路；
（2）将柔性电路板上的管脚焊盘与通用接口通过焊接或导电胶连接方式建立电路连接，再将柔性电路板上的电路焊盘与压电片的电极通过焊接或导电胶连接方式导通，从而通过柔性电路板将压电片的两个电极连通至通用接口，并最终与信号发生、放大与采集设备相连构成系统；
（3）将柔性电路板与压电片的结合面除电极以外区域通过胶层互相连接加固，从而保护电极电路，且由于胶层不具有导电性，因此不会影响整体的工作性能；加固胶层的工艺可以与步骤（2）同步进行，也可以在完成步骤（2）后，再由压电片与柔性电路板之间的缝隙加入胶层，更可在柔性电路板的适当位置开设注胶孔，由该注胶孔注入胶层。
图1和图2所示分别为依照本发明所提供的制作方法制成的压电夹层主视图和俯视图，简单起见，仅图示单压电片压电夹层情况，压电片采用双电极共面型压电片。图示压电夹层由柔性电路板1（包括薄膜15和上下面导线4）、压电片2以及通用接口3组成，压电片2的电极与柔性电路板1上的预留焊盘11导接，并通过导线4与通用接口3电气相连。
图3显示了压电夹层的压电片部分加固结构剖视图，该部分从上到下分为三层：第一层为柔性电路板薄膜，主要作用为电路保护；中间层为电路层和连接层，其中，压电片2电极与电路板焊盘之间采用焊接或导电胶12连接（如图3所示焊锡或导电胶），在压电片2与柔性电路板1结合面的其他区域，通过胶层5实现二者之间连接的加固，如图3所示的加固胶层，该加固胶层5可以在电气连接工序中加入，也可以通过柔性电路板薄膜上预留的注胶孔13注入（如图3所示），该加固胶层5增强了压电片2与柔性电路板1之间的连接强度，进而保护了导通电极电路，该层中除焊盘11外其他电路全部采用绝缘层14覆盖，避免使用过程中短路；第三层为压电片2，这部分为压电夹层的核心部分，为激励器或传感器元件。
图4和图5分别显示了本发明中加固压电片的压电夹层在板结构健康监测中的应用主视图和俯视图；图6显示了应用时，压电夹层的加固压电片部分与结构连接情况，连接通过胶层实现。
综上所述，本发明所提供的方法具有以下优点：
（1）提高了压电夹层中压电片与柔性电路板之间连接的强度和可靠性，能够更好的保护压电片电极；
（2）本发明方法中压电片与柔性电路板之间的加固胶层加入方法简便，既可以在电路焊接过程中加入，也可以在加工成形后通过预留的注胶孔加入，便于操作和实现；
（3）本发明的方法不会在压电激励器/传感器与被监测结构之间引入新的结构部分，也就不会对应用过程中压电片性能产生明显的影响；
（4）本发明的方法可以使得压电夹层更加便于携带、安装和保护。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种压电夹层的制作方法，利用柔性电路板、压电片和通用接口制作压电夹层，其特征在于包括如下步骤：
（1）根据压电片的电极位置在柔性电路板的一侧预留电路焊盘，并在柔性电路板的另一侧预留通用接口的管脚焊盘，将柔性电路板的其余位置全部用绝缘层覆盖；
（2）将柔性电路板上的管脚焊盘与通用接口通过焊接或导电胶连接方式导通，再将柔性电路板上的电路焊盘与压电片的电极通过焊接或导电胶连接方式导通，从而将压电片的电极与通用接口实现电路连接；
（3）将柔性电路板与压电片的结合面除电极以外区域通过胶层互相连接加固。
2.如权利要求1所述的一种压电夹层的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中，进行胶层加固时，首先在柔性电路板上预留注胶孔，然后由该注胶孔注入加固胶层。
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