CN103327740B - 由压电致动器与柔性电路板构成的结构 - Google Patents

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Abstract

一种由压电致动器（1）和柔性电路板（3）组成的结构，设有至少一个由导电胶构成的电性机械连接，其中，所述连接在电路板上的第一连接触点（11）和压电致动器（1）上的第二连接触点（12）之间构成，并穿过柔韧电路板中的开孔，此外，彼此粘接的连接触点（11、12）的表面具有基本平行且同向的法线向量，其中第二连接触点由至少一个薄膜电极（14）和至少一个厚膜电极（15）组成。

Description

由压电致动器与柔性电路板构成的结构
技术领域
本发明公开了一种由压电致动器与柔性电路板构成的结构，其在柔性电路板上的第一连接触点与压电致动器上的第二连接触点之间设有至少一个由导电胶制成的电性机械连接，其中该连接穿过柔性电路板中的开孔，而且接点彼此粘接的表面具有基本上平行且同向的法线向量。
背景技术
这些具有在柔性电路板和压电致动器之间由胶粘接构成的电性机械连接的结构，在现有技术中是公知的并且广泛用于，例如，所谓的振动液位计(Vibrations )中。
如此一个振动液位计的示意性结构如图6所示。
图6示出的示意性结构既非按比例尺寸表示，也不完整，而是仅根据其工作原理表示振动液位计的功能。
所示振动液位计具有设置在膜片9上的振动叉10。膜片9属于振动叉10的一部分，其中振动叉10的叉尖10a、10b直接连接在膜片9上，并通过膜片9的弯曲使它们彼此靠近以及离开。
膜片9通常采用优质钢制作，并被设置为通过压电致动器1振动。压电致动器1通过设在压电致动器1与膜片9之间的陶瓷片7与膜片9相连。陶瓷片7被设置使膜片9和压电致动器1适应彼此间的不同热膨胀系数。
压电致动器1通过由柔性电路板3施加在压电致动器1表面的的电压激发。压电致动器1的底侧进行了不间断的金属化处理，因此施加在所述表面的电压根据顶侧的电极分布以及压电体的不同极化促使压电致动器振动。柔性电路板3在本发明实施实例中设计为所谓的柔性导线，即其上设有导体电路的柔性弹性线路板的结构。
柔性电路板3通过导电胶在压电致动器1的触点上与其相连接，从而只在通过导电胶连接的点上将电压导入压电致动器1中。压电致动器1以及陶瓷片7同样也彼此粘接到一起。
为了通过压电致动器1使振动叉10产生振动，同时侦测振动叉的频移或衰减，压电致动器1被分为4个部分。在俯视图中压电致动器1通常设计为环形结构，并分为4个象限，通过施加电压可对其单独控制。为产生一电压，每一次可分别对2个对角相对的象限施加电压，而另外的2个象限则被用来侦测产生的振动。通过这种方式，既可同时产生振动又可侦测振动。
对于当前大多数采用压电致动器1和电路板3的传统结构来说，电路板3设有第一连接触点11用来施加电压，其对应第二连接触点12装在压电致动器1上。电路板3上的第一连接触点11通常设在柔性电路板3的朝向压电致动器1的一侧上，以便通过在第一连接触点11和第二连接触点12之间涂覆导电胶并将这两个部件压到一起形成导电连接。
由于粘接面及连接的压入位置小，必须少量的并精确地使用胶量，否则会因胶的溢散或压入时的流出而导致压电致动器1上相邻的象限短路。由于在主要的表面粘力较小的情况下，要精确地可重复性分发极小量的高粘度介质是很难做到的，这导致制造成本增高。
此外，采用这种方法的问题是，若第一次未对准柔性电路板3时，不能再进行校正，因为这会污损连接触点11、12间的导电胶，这同样也会导致压电致动器1的各个象限之间或柔性电路板3对应布设的触点之间短路。除此之外，这种缺点的影响是，柔性电路板3和压电致动器1由于之间存在着胶粘接因此不能一方布设在另一方顶部。另外，其缺点还在于，因柔性电路板3和压电致动器1压合到一起，因此两者之间的胶粘接被压平并且多出的胶水会从连接触点11、12的侧面挤出。这种现象会增加短路的危险性。
由于柔性电路板3与压电致动器1之间单纯由材料来决定这种连接好坏，因此，稍后产生的任何胶粘接的负荷都必须由胶水的黏合性和粘附力所吸收。因此，粘接的机械负荷还必须是非常小的。
施加粘接材料后，必须精确地将柔性电路板3与压电致动器1平行定位。由于以上所述的原因，事后要进行定位纠正是不可能的。
此外，可通过多种方法在设有柔性电路板3上的连接触点11、12的区域内设置第一开孔，以便通过该开口排出剩余的胶水。然而，这种结构仍然存在着不少缺点，因为首先要将胶施加在压电致动器1上，然后压合柔性电路板3到其上，因此使柔性电路板3相对于压电致动器1的事后对准校正是不可能的。
此外，还发现由于在柔性电路板3与压电致动器1之间的间隙中使用的粘合剂中存在微小的间隙高度，因此其中有着很大的毛细吸力，在压电致动器1和柔性电路板3之间穿过设置的连接触点的粘合剂会被吸走。最小化柔性电路板与压电致动器的不平整度或者平行取向偏差，才有利于压电致动器1和柔性电路板3之间电性传导粘合的扩展应用。由上所述，这中影响会导致短路，并进而导致整个振动液位计的损坏。
发明内容
本发明的目的是要消除上述的缺点，提供一种改良的结构布置以及工艺控制。
本发明所述的由压电致动器和柔性电路板构成的结构设有至少一个电性机械连接，其由导电胶在电路板上的第一连接触点和压电致动器上的第二连接触点之间构成，其中，该连接通过柔性电路板上的开孔引入，并且，连接触点彼此粘合的表面具有基本上平行且同向的法线向量，并且第二连接触点是由薄膜电极以及至少一个厚膜电极组成。
在根据本发明的结构中，通过此种方式开发了一种类似铆接的胶粘接结构，其中，压电致动器的连接触点与同向的朝向柔性电路板对齐。因此，柔性电路板中设有一开孔，通过该开孔可施加用于粘接的导电胶，同时，导电胶覆盖在处于远离压电致动器的柔性电路板一侧的开孔边缘，形成蘑菇形或者铆钉形的粘接连接，相对比单纯的触点粘接，其具有更高的机械稳定性。此外，因为使用了薄膜电极以及厚膜电极，在施加导电胶到厚膜电极的边缘之前将柔性电路板同压电致动器压合时，实现了增加的施加力，而且在压电致动器与柔性电路板之间起到了密封作用。按此工艺方式，可防止柔性电路板3与压电致动器1之间的导电胶因毛细作用力扩散越过厚膜电极的边缘，避免短路。
如果在薄膜电极上设置厚膜电极，则可实现非常简单的结构布置。
采用薄膜技术构成的薄膜电极，例如具有膜厚至少为1μm的铜镍电极，如通过化学气相沉积法或物理气相沉积法，例如，用气相沉积或者阴极溅射，全表面或有选择地采用剥离工艺进行喷镀。通过薄膜电极进行全表面的(尽可能精确的界定边界)以及可复写的金属化处理是必需的，便于对压电致动器的全表面或者压电致动器的单独象限施加电压。
在薄膜电极上还可覆盖一层厚膜电极，例如具有大于10μm膜厚的银质厚膜。举例来说，所述厚膜电极可用丝网印刷法制备，然后进行固化。
如果因工艺技术的原因，例如，由于只用热敏感的薄膜电极，那么就可以将厚膜电极首先制备在压电致动器上，然后固化，再制备薄膜电极以实现整个表面的电压馈电。
为确在保压电致动器中获得整个表面的电流馈接，同时达到较高的安全性来防止短路，厚膜面积比薄膜电极的小是适合的。根据这种工艺方法，导电胶仅被用于厚膜电极的微小表面区域，而且通过额外沉积的薄膜电极将电流馈接输入到压电致动器中。
如果厚膜电极设计为环形结构，则其结构非常地简单，并且是对称的。利用厚膜电极的环形结构，可使厚膜电极实现封闭式的外边缘，例如，不会像矩形的厚膜电极那样因具有尖角部分而发生中断。
厚膜电极还可选用圆形结构，其中，圆形结构的优点是，圆形设计的厚膜电极对导电胶附加的提供了“盆形”或“设置边缘”的结构方式。
为取得先前所述的密封效果，如果厚膜电极的第一直径大于柔性电路板的开孔直径的话，则设计是合理的。根据此设计方案，柔性电路板全部安置在厚膜电极的边缘上，因此形成了一圈密封边。厚膜电极的第一直径和柔性电路板的开孔直径最好是彼此相互匹配，这样在柔性电路板和压电致动器之间形成了机械连接的足够的粘接表面，此外，同时还取得了良好的密封效果。
为达到均匀一致的压力，同时在其周围实现相同密封效果，厚膜电极和柔性电路板中的开孔彼此同心对中的设计是合理的。
为进一步限制导电胶在柔性电路板和压电致动器之间的膨胀，此外，还可以设置一种环形和圆形的厚膜电极。根据此设计方式，一方面在圆形厚膜电极的区域形成了良好的机械连接，同时，在环形厚膜电极与圆形厚膜电极之间建立起一种“渠道”，用于收集由于毛细吸力的缘故而膨胀的多余的导电胶。
利用安装辅助工具尤其便于生产以上所述的结构，其中，安装辅助工具实质上设计成板形结构，在至少一个连接的区域具有至少一个第二开孔，其中，安装辅助工具中的第二开孔直径和厚膜电极的第一直径彼此匹配，使朝向所述结构的、施加在柔性电路板上的作用力作用在厚膜电极的边缘，从而实现胶密封的目的。
通过令安装辅助工具中设置的第二开孔的第二直径与厚膜电极的第一直径相匹配，从而使压力施加到柔性电路板上，这样在层膜电极的整个环边缘实现了最大的作用力，从而实现了密封的作用，因此能形成上述可靠的结构。
为制成上述结构，在第一步中需将柔性电路板和压电致动器彼此安装在一起，此外，将安装辅助工具对准柔性电路板，再借助于安装辅助工具将柔性电路板和压电致动器相互压紧，并将导电胶抹到柔性电路板的至少一开孔内，然后进行固化处理。
柔性电路板与压电致动器的对齐设置意味着在这关系中，柔性电路板中设置的开孔需尽可能与装在压电致动器上的厚膜电极同心对中。同样，安装辅助工具也需这样设置，使安装辅助工具的开孔尽可能同心的对准柔性电路板中的开孔，进而同心的对准压电致动器上所设置的厚膜电极。通过将安装辅助工具的开孔直径匹配厚膜电极的直径，实现了在压合时，将柔性电路板以一定的间距压向厚膜电极的边缘，从而在厚膜电极的边缘上实现了对引入的导电胶的密封效果。
厚膜电极优选的直径为2.5mm，而安装辅助工具中的第二开孔直径优选为3.2mm。
附图说明
依据具体实施例并结合附图本发明在下文中得到进一步的说明，其中:
图1为根据现有技术的结构；
图2为根据本发明在安装位置中的第一实施实例；
图3为根据本发明在安装位置中的第二实施实例；
图4为根据本发明在安装位置中的第三实施实例；
图5为俯视图中的压电致动器；
图6为振动液位计结构(已经讨论过)。
其中主要组件名称说明：
1 压电致动器
3 柔性电路板
4 第一开孔
5 电性机械连接
7 陶瓷片
9 膜片
10 振动叉
10a 叉尖
10b 叉尖
11 第一连接触点
12 第二连接触点
14 薄膜电极
15 厚膜电极
16 边/周边
20 安装辅助工具
22 第二开孔
d1 第一直径
d2 第二直径
d 直径
具体实施方式
图1示出了含有压电致动器1的结构，压电致动器上设有一柔性电路板3，其中，在柔性电路板3与压电致动器1之间使用导电胶形成电性机械连接。导电胶连接第一连接触点11，其在柔性电路板3背离压电致动器1的一侧上为环形设置，以环状方式环绕柔性电路板3中的第一开孔4。第二连接触点12设在压电致动器1上并朝向柔性电路板3，其呈环形结构布置。
由于压电致动器1或柔性电路板3的细微凹凸不平，在部件之间会产生很细的空隙，进而产生较大的毛细吸力，会把高粘性的导电胶吸到空隙中。由于该区域的表面性质很难进一步得到改善，要避免出现毛细吸力的影响几乎是不可能的，以至于在此结构中因短路原因造成的平均事故率大概为19％。
图2示出了本发明的结构布置，其中，第二连接触点12是由薄膜电极14和设在薄膜14上的厚膜电极15所组成。薄膜电极14作为压电致动器1的近乎全表面电性接触，其中，厚膜电极15主要设在柔性电路板3的第一开孔4下方的区域。厚膜电极15的第一直径d1在该区域略微大于开孔4的直径d,穿过所述开孔,导电胶嵌入形成电性机械连接。此外，图2示出了在生产本发明的结构时使用的安装辅助工具20。安装辅助工具20实际上是平板形结构，它具有对应柔性电路板3中的开孔4构成的第二开孔22。第二开孔22的第二直径d2略微大于选择的厚膜电极15的第一直径d1，从而在安装时通过将部件压合到一起，使柔性电路板3产生轻微的弯曲，并且在压合后在厚膜电极15的周边上实现对施加的导电胶的密封效果。
安装辅助工具20中第二开孔22的第二直径d2优先选择大于厚膜电极15的第一直径d1大约28％。在具体的实施例中，厚膜电极15的第一直径d1为2.5mm，而辅助安装工具20中的第二开孔22直径d2为3.2mm。柔性电路板3的开孔4的直径d在此示例性的实施例中为1.2mm。
图3示出了根据本发明的结构的另外一个实施例，以及安装辅助工具20。
与图2不同，在此实施例中厚膜电极15分为了2个部分，其中，第一部分对照图2，呈圆形直接设置在柔性电路板3的开孔4下方。此外，对应厚膜电极15的圆形部分设有一环形的部分，其离开并环绕圆形的厚膜电极15布置。通过这种厚膜电极15结构布置，一方面在压合带有柔性电路板3和压电致动器1的安装辅助工具20时可在环形厚膜电极15的周边上实现密封效果，而且同样在圆形厚膜电极15的内、外侧整个周边上实现密封效果。进一步，通过将圆形厚膜电极15与环形厚膜电极15隔开的结构建立起一种“渠道”，在渠道中可将多余的导电胶集中起来。该“渠道”是由圆形厚膜电极在外部来界定边界的，从而可有效地避免因导电胶的进一步扩散而引起的短路。
图4示出了根据本发明的结构的其它可选择的示例性实施例。
在图4所示的实施例中，仅设有一个环形的厚膜电极15，它一方面可在安装状态下在电极的周边16上形成更好的密封效果，同时在环形内侧为通过柔性电路板3上的开孔4施加的导电胶建立起一种“盆形”的结构。
图5用俯视图示出了图2所示的压电致动器1，其中，压电致动器1通常作为构成振动液位计器具的驱动装置，其可分为4个部分。这4个部分分别都用薄膜电极14全部包覆，但彼此间仍具有足够大的间距，以确保各部分之间的相互绝缘。在薄膜电极14的中心区域，每个部分分别设有一个圆形的厚膜电极15，该电极由周边16来界定边界。周边16可确保在安装本发明所述的结构时，为导电胶提供更好的密封效果，因此，使用图2及图5所示的结构布置能够将上述因短路引起的断电事故从19％降低到3％。由于提高了安装过程的压力，甚至于能够将因短路引起的故障率降低到0％。
根据本发明的结构的安装步骤如下：
第一步，需在压电致动器1上，用合适的大小尺寸，布设薄膜电极14及厚膜电极15。一般说来，通过化学或物理气相沉积法，将薄膜电极14施加在压电致动器1的各部分的几乎全部表面上。然后将厚膜电极15-或者，如果此种工艺需要的话，在施加在薄膜电极14之前-以环状分别制备在压电致动器1的各部分的中心区域，例如采用丝网印刷法，然后进行固化。
然后将最终制成的压电致动器1和柔性电路板3彼此对齐。由于柔性电路板3具有对应厚膜电极15设置的开孔4，因此柔性电路板3和压电致动器1的互相对齐意味着开孔4设置在各自的厚膜电极15上方。需要互相定位的压电致动器1和柔性电路板3在安装时相对于安装辅助工具20对准,也就是说，在柔性电路板3中开设的开孔4需与安装辅助工具20的第二开孔22同心对齐。基于不同的工艺要求，柔性电路板3与压电致动器1的对中也可以在永久安装的安装辅助工具20的帮助下进行。
一旦所有部件彼此正确定位后，为取得在周边16上的密封效果，可利用安装辅助工具20在压电致动器1的方向上施加合适的压力，然后-若有必要，在检查各部件正确对中后-施加定量的导电胶到柔性电路板3的开孔4内。
导电胶的施加量是这样确定的，即圆形的、环绕柔性电路板3中的开孔4的第一连接触点11至少部分地被圆顶覆盖，从而形成蘑菇和铆钉状的粘接连接，而且同时在第一连接触点11和第二连接触点12之间构成电性连接。在电性机械连接5和所用的导电胶固化后，就可不必为压合继续施加压力，并可拿掉安装辅助工具20。然后，彼此牢固地机械和电性连接到一起的部件(压电致动器1和柔性电路板3)可插入到图6所示的结构中得到进一步使用。

Claims (10)

1.一种由压电致动器(1)和柔性电路板(3)构成的结构，设有至少一个在电路板上的第一连接触点(11)和压电致动器(1)上的第二连接触点(12)之间用导电胶制成的电性机械连接(5)，其中电性机械连接(5)穿过柔性电路板(3)的第一开孔(4)，并且其中连接触点(11,12)彼此粘接的表面具有基本上平行且同向的法线向量，其特征在于，第二连接触点(12)由至少一个膜厚度小于1μm的薄膜电极(14)和至少一个膜厚度大于10μm厚膜电极(15)构成。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)设置在薄膜电极(14)上。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)的表面比薄膜电极(14)的表面小。
4.根据上述权利要求之一所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)呈环形结构。
5.根据权利要求1至3之一所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)呈圆形结构。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)具有第一直径d1，其大于第一开孔的直径d。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，厚膜电极(15)和第一开孔(4)均同心对中。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，其还设置有一环形厚膜电极和一圆形厚膜电极。
9.根据上述权利要求之一所述的结构的安装辅助工具(20)，其中，安装辅助工具(20)基本上为板状，并在至少一个电性机械连接(5)的区域内具有至少一个第二开孔(22)，其特征在于，安装辅助工具(20)中的第二开孔的直径d2和厚膜电极(15)的第一直径d1互相匹配，以此使指向所述结构的方向并作用在柔性电路板(3)上的作用力作用在厚膜电极的边缘上，因此产生与导电胶相关的密封。
10.制成根据权利要求1至8之一所述的结构的方法，包括以下步骤:
在压电致动器(1)上定位柔性电路板(3)，
相对于柔性电路板(3)定位安装辅助工具(20)，
利用安装辅助工具压合柔性导线和压电致动器，
将导电胶施入电路板的开孔内，以及
固化导电胶。
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