CN105763168B - 一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压电片技术领域，具体涉及一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，包括相互压合的压电陶瓷片、软性线路板和基片，软性线路板由电极层、与电极层连接的基层构成，电极层与基层以无胶层压成型法层压连接，电极层外部还覆盖有上覆盖层，压电陶瓷片与电极层贴合连接，电极层上设有与压电陶瓷片连接的电纹路，基片与基层贴合连接，基层、上覆盖层均为高分子绝缘材质，电极层设有向外延伸出的电极端，对应的基层、上覆盖层设有配合电极端的延伸结构，无胶基材柔韧性好、易于弯折、透明度好，大大降低产品的阻抗值，谐振阻抗值较低。
Description
技术领域
本发明属于压电片技术领域，具体涉及一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器。
背景技术
压电谐振器件如压电陶瓷超声波传感器中压电片的电极引出方式一般分为针脚和引线。陶瓷片电极一般采用银电极，易于焊接，使用普通焊锡丝或无铅焊锡丝，25W以上的电烙铁都可以；焊接时还需注意焊接温度和时间，温度应在350摄氏度以下为佳，时间一般不能大于1秒，过高温度或过长的焊接时间容易造成“飞银”，即脱线，还易使陶瓷片烫坏，越薄的陶瓷片越需要注意。故过程需要严格控制。除了陶瓷片电极，还有一个是金属片或铝外壳。金属片一般有黄铜片、铁镍合金片、不锈钢片、马口铁片等，其中黄铜片和铁镍合金片是可以直接焊接的，但是要比陶瓷片电极难焊一些，不锈钢和马口铁片需要用酸性助焊剂。铝外壳内无法焊线，需镀锡。同时，焊接过程焊点不能太大，太大对性能及后面的装配有影响。针脚也需用短的引线引出来。并且在应用过程中焊点可能脱落，焊线有断裂的风险，因此涉及针脚与引线的电极引出方式，操作不便，效率低，成本高，难于控制，并有污染，不利于环保，可靠性不高。故需引入内置导电铜箔的软性线路板(FPCB),采用环氧胶水胶合工艺将压电陶瓷片、软性线路板胶合面、基片连接，引出正负极。过程无任何焊接，操作方便、效率高、无污染、易于实现工业自动化生产，可靠性高。
此种方法是将FPCB的铜箔正负电极设置在胶合面的同一面，FPCB基材采用单面基材，一般情况下FPCB的基材选用有胶基材，基材截面结构如图6所示，有胶基材价格便宜、易于生产、厚度易控制，但是弯折型不好、硬度高，带来的问题是有胶基材会大幅升高产品的谐振阻抗值，导致在应用中内耗较大，影响使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，无胶基材柔韧性好、易于弯折、透明度好，大大降低产品的阻抗值，谐振阻抗值较低。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：
一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，包括相互压合的压电陶瓷片、软性线路板和基片，所述的软性线路板由电极层、与电极层连接的基层构成，所述的电极层与基层以无胶层压成型法层压连接，电极层外部还覆盖有上覆盖层，所述的压电陶瓷片与电极层贴合连接，电极层上设有与压电陶瓷片连接的电纹路，所述的基片与基层贴合连接，基层、上覆盖层均为高分子绝缘材质，所述的电极层设有向外延伸出的电极端，对应的基层、上覆盖层设有配合电极端的延伸结构，电极层与基层间通过热压的方式压合在一起，中间无胶水，大大降低了产品的阻抗值，特别是高温环境(100℃)下的阻抗值，常温下25℃由170Ω下降到50欧姆，高温100℃由300Ω下降到50Ω，降低了产品的谐振阻抗值，内耗小，延长了产品的使用寿命，电极层与基层形成无胶基材，工作时压电陶瓷片振动的能量传递给金属基片，带动整体器件的振动，基材中的胶水会耗散一部分振动能，因此阻抗较高，当高温时，陶瓷片与基片依然是硬度很高的弹性体，而胶水在高温下变软，能量传递很弱，因此阻抗较常温下更高，大大削弱了能量传递，电极层与基层形成的无胶基材则弥补了这一缺陷，大大降低了能量传递耗损，减小了阻抗，并且无胶基材增强了柔韧性、易于弯折、提高了透明度。
进一步的，所述的上覆盖层中部设有使压电陶瓷片与电极层相接的镂空孔，所述的电纹路处于镂空孔范围内，圆形的压电陶瓷片设置在镂空孔内并与电极层以环氧胶胶合，压电陶瓷片与电极层胶合面为正极，另一面为负极，压电陶瓷片侧面设有将负极引到正极的银层，且银层延伸至正极并配合正极形成与电极层电纹路配合的电极图案。
压电陶瓷片是压电超声波传感器中重要的组成部件，是压电式传感器中的振子元件。当电压作用于压电陶瓷片时，压电陶瓷片就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷片时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由一片压电陶瓷片和一个金属基片构成的振动器，即压电片施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。本压电陶瓷片利用侧面刷银技术将陶瓷片的背面负极引到正极的同一面，正极周围的设有1/4环形与背面负极以侧面刷银层相连，同时设计正极的电极图案，使之与软性线路板的电纹路相互吻合，此部分正极面直接与软性线路板的电极层用环氧胶水胶合，实现电路互联，正极面的电极图案与电极层电纹路配合。
更进一步的，所述的电纹路包括圆形中央电极区、中央电极区外围的弧形外围电极区，外围电极区包括关于中央电极区左右对称的正负电极区，正负电极区延伸至电极端，电极端还设有焊盘，所述的电极图案由圆形正极区以及圆形正极区侧边弧形银带构成，圆形正极区与银带间设有间距，圆形正极区大小与中央电极区一致。软性电路板一方面将基片与压电陶瓷片实现电路连接，另一方面充当焊线或引脚，如上所述软性电路板由上覆盖层、电极层、基层及一个焊盘构成，4个零部件通过压合工序组成一块软性线路板，焊盘便于连接使用，软性线路板的结构极大的减小了产品的体积，提高了实用性、使用性，第一层为一种不导电的高分子材料，为上覆盖层，该作用是保护第二层的电极层，厚度根据强度需要可调，电极层的电纹路与压电陶瓷片正极图案相吻合，电极被分割成左右两块，即两极，两极被覆盖在上覆盖层下，两极通过电路设计引到电极端端部的焊盘处，第三层基层起绝缘保护与支撑作用。
进一步的，所述的中央电极区、中央电极区处对应的基层上设有均分分布微孔，中央电极区微孔、基层微孔位置对应，均匀分布的微孔可以对导电体进行让位，电极层微孔与基层微孔导通，能够有效降低产品的阻抗，从而耗损大大降低，有效地延长了其使用寿命。
进一步的，所述的基片与基层间以环氧胶胶合。
进一步的，所述的基层、上覆盖层的材质为PI或PU，上覆盖层厚度为9-25um，基层厚度为23-33um，基层、上覆盖层的厚度根据实际所需的强度可调，上覆盖层用于保护电极层，防止其被刮擦磨损，从而影响到其导电性能以及防止电路断路。
进一步的，所述的电极层为导电铜箔，导电铜箔的厚度为25um，导电铜箔厚度根据导电性与强度可调。
进一步的，所述微孔孔径为φ0.1mm-0.3mm，孔间距为0.3-0.8mm。
进一步的，所述的基层边缘处设有多个定位孔。
本发明所取得的有益效果是：采用上述方案，电极层与基层通过层压形成无胶基材，大大降低了产品的阻抗值，特别是高温环境(100℃)下的阻抗值，常温下25℃由170Ω下降到50欧姆，高温100℃由300Ω下降到50Ω，降低了产品的谐振阻抗值，极大的减小内耗，延长了产品的使用寿命，电极层与基层间无胶水，提高了基材柔韧性、易于弯折、使透明度好。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为图1的拆解图。
图3为本发明实施例1软性线路板的结构示意图。
图4为本发明实施例2软性线路板的结构示意图。
图5为本发明基材的截面结构示意图。
图6为现有技术基材的截面结构示意图。
图7为有胶基材与无胶基材两组产品谐振阻抗值Rs的对比图。
其中：1为压电陶瓷片，2为软性线路板，2.1为基层，2.2为导电铜箔，2.3为上覆盖层，2.4为焊盘，2.5为刷银层，3为基片，4为微孔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：如图1、图2所示，一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，包括相互压合的压电陶瓷片1、软性线路板2和基片3，如图3、图5所示软性线路板2由基层2.1、基层2.1上的导电铜箔2.2构成，导电铜箔2.2与基层2.1以无胶层压成型法层压连接，导电铜箔2.2外部还覆盖有上覆盖层2.3，上覆盖层2.3与导电铜箔2.2间以环氧胶胶合，上覆盖层2.3、基层2.1均为聚酰亚胺(PI)高分子绝缘材料，上覆盖层2.3的厚度为20um,基层2.1的厚度为25um，导电铜箔2.2的厚度为25um，基片3与基层2.1另一端面以环氧胶胶合，导电铜箔2.2为电纹路结构，电纹路包括圆形中央电极区、中央电极区外围的弧形外围电极区，外围电极区包括关于中央电极区左右对称的勺型结构的两极，勺型结构的两极相对，勺型结构的两极一部分向外延伸形成电极端，电极端处设焊盘2.4，焊盘2.4用于连接，对应的基层2.1为球拍状，中央电极区外围还还设有四段互不相接的连接电极弧，四段中靠近于两极的连接电极弧分别与对应的两极连接，对应的上覆盖层2.3为球拍状，上覆盖层2.3以保护导电铜箔2.2，防止其被刮擦磨损，从而影响到其导电性能以及防止电路断路，且上覆盖层2.3对应于中央电极区、连接电极弧处设有圆形的镂空孔结构，圆形的镂空孔大小与压电陶瓷片1大小配合，压电陶瓷片1的正极与中央电极区以环氧胶胶合，压电陶瓷片1的正极设有与导电铜箔2.2电纹路连接的电极图案，电极图案由圆形的正极区以及正极区边上的1/4环形负极弧构成，压电陶瓷片1侧面对应于负极弧处设有刷银层2.5，刷银层2.5使压电陶瓷片1的背面负极引到正极的同一面，大大的减小了体积，圆形正极区与负极弧间设有间距，圆形正极区与负极弧间间距略大于中央电极区与连接电极弧间的间距，圆形正极区大小与中央电极区一致，正极区相对于负极弧另一侧设有1/4段弧型突起，以使正极区与中央电极区相接时与两极中的一极导通。
软性电路板2一方面将基片3与压电陶瓷片1实现电路连接，另一方面充当焊线或引脚，以减小本产品的体积，方便使用，软性电路板2的4个零部件通过压合工序组成一块软性线路板，上覆盖层2.3保护其内侧的导电铜箔2.2，且上覆盖层2.3的厚度根据强度需要可调，导电铜箔2.2的电纹路与压电陶瓷片1的正极图案相吻合，电极被分割成左右两块，即两极，两极被覆盖在上覆盖层2.3下，两极通过电路设计引到电极端端部的焊盘2.4处，基层2.1起绝缘保护与支撑作用，基层2.1的厚度可根据实际所需的强度调整。
导电铜箔2.2与基层2.1中间无胶水，以层压成型法层压连接，导电铜箔2.2与基层2.1形成无胶基材，消除了胶水带来的阻抗性，将有胶基材与无胶基材的FPCB与压电陶瓷片1、铝基片3胶合，测试两组产品的谐振阻抗值Rs(常温25℃与高温100℃)，参照图7所示对比值，明显的无胶基材大大降低了产品的阻抗值，特别是高温环境(100℃)下的阻抗值，高温100℃由300Ω下降到50Ω，常温25℃下由170Ω下降到50欧姆，大大降低了产品的谐振阻抗值，工作时压电陶瓷片1振动的能量传递给金属基片3，带动整体器件的振动，基材中的胶水会耗散一部分振动能，因此阻抗较高，当高温时，陶瓷片与基片3依然是硬度很高的弹性体，而胶水在高温下变软，能量传递很弱，因此阻抗较常温下更高，大大削弱了能量传递，导电铜箔2.2与基层2.1形成的无胶基材则弥补了这一缺陷，大大降低了能量传递耗损，减小了阻抗，并且无胶基材增强了柔韧性、易于弯折、提高了透明度，大大减少了产品的内耗，延长了产品的使用寿命，并且中央电极区、中央电极区处对应的基层2.1上设有均分分布微孔4，中央电极区微孔、基层微孔位置对应且导通，微孔4的孔径为φ0.1mm，孔间距为0.3mm，均匀分布的微孔可以对导电体进行让位，能够有效降低产品的阻抗，从而耗损进一步的大大降低，有效地延长了其使用寿命，基层2.1边缘处设有多个定位孔，定位孔便于本产品的使用安装。
实施例2：参照图1、图2所示，一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，包括相互压合的压电陶瓷片1、软性线路板2和基片3，如图4、图5所示软性线路板2由基层2.1、基层2.1上下两端面上的导电铜箔2.2构成，上下两端面的导电铜箔2.2与基层2.1均以无胶层压成型法层压连接，导电铜箔2.2外部还覆盖有上覆盖层2.3，上覆盖层2.3与导电铜箔2.2间以环氧胶胶合，上覆盖层2.3、基层2.1均为聚酰亚胺(PI)高分子绝缘材料，上覆盖层2.3的厚度为25um,基层2.1的厚度为25um，导电铜箔2.2的厚度为30um，基片3与基层2.1下端面的导电铜箔2.2以环氧胶胶合，压电陶瓷片1与基层2.1上端面的导电铜箔2.2以环氧胶胶合，压电陶瓷片1以其正极的电极图案与下端面导电铜箔2.2对应处的点纹路配合相接，电纹路包括圆形中央电极区、中央电极区外围的弧形外围电极区，外围电极区包括关于中央电极区左右对称的勺型结构的两极，勺型结构的两极相对，勺型结构的两极一部分向外延伸形成电极端，电极端处设焊盘2.4，焊盘2.4用于连接，对应的基层2.1为球拍状，中央电极区外围还还设有四段互不相接的连接电极弧，四段中靠近于两极的连接电极弧分别与对应的两极连接，对应的上覆盖层2.3为球拍状，上覆盖层2.3以保护导电铜箔2.2，防止其被刮擦磨损，从而影响到其导电性能以及防止电路断路，且上覆盖层2.3对应于中央电极区、连接电极弧处设有圆形的镂空孔结构，圆形的镂空孔大小与压电陶瓷片1大小配合，压电陶瓷片1的正极与中央电极区以环氧胶胶合，压电陶瓷片1的正极设有与导电铜箔2.2电纹路连接的电极图案，电极图案由圆形的正极区以及正极区边上的1/4环形负极弧构成，压电陶瓷片1侧面对应于负极弧处设有刷银层2.5，刷银层2.5使压电陶瓷片1的背面负极引到正极的同一面，大大的减小了体积，圆形正极区与负极弧间设有间距，圆形正极区与负极弧间间距略大于中央电极区与连接电极弧间的间距，圆形正极区大小与中央电极区一致，正极区相对于负极弧另一侧设有1/4段弧型突起，以使正极区与中央电极区相接时与两极中的一极导通。
软性电路板2一方面将基片3与压电陶瓷片1实现电路连接，另一方面充当焊线或引脚，以减小本产品的体积，方便使用，软性电路板2的4个零部件通过压合工序组成一块软性线路板，上覆盖层2.3保护其内侧的导电铜箔2.2，且上覆盖层2.3的厚度根据强度需要可调，导电铜箔2.2的电纹路与压电陶瓷片1的正极图案相吻合，电极被分割成左右两块，即两极，两极被覆盖在上覆盖层2.3下，两极通过电路设计引到电极端端部的焊盘2.4处，基层2.1起绝缘保护与支撑作用，基层2.1的厚度可根据实际所需的强度调整。
导电铜箔2.2与基层2.1中间无胶水，以层压成型法层压连接，导电铜箔2.2与基层2.1形成无胶基材，消除了胶水带来的阻抗性，大大降低了产品的阻抗值，特别是高温环境(100℃)下的阻抗值，高温100℃由300Ω下降到50Ω，常温25℃下由170Ω下降到50欧姆，大大降低了产品的谐振阻抗值，工作时压电陶瓷片1振动的能量传递给金属基片3，带动整体器件的振动，基材中的胶水会耗散一部分振动能，因此阻抗较高，当高温时，陶瓷片与基片3依然是硬度很高的弹性体，而胶水在高温下变软，能量传递很弱，因此阻抗较常温下更高，大大削弱了能量传递，导电铜箔2.2与基层2.1形成的无胶基材则弥补了这一缺陷，大大降低了能量传递耗损，减小了阻抗，并且无胶基材增强了柔韧性、易于弯折、提高了透明度，大大减少了产品的内耗，延长了产品的使用寿命，并且中央电极区、中央电极区处对应的基层2.1上设有均分分布微孔4，中央电极区微孔、基层微孔位置对应且导通，微孔4的孔径为φ0.1mm，孔间距为0.3mm，均匀分布的微孔可以对导电体进行让位，能够有效降低产品的阻抗，从而耗损进一步的大大降低，有效地延长了其使用寿命，基层2.1边缘处设有多个定位孔，定位孔便于本产品的使用安装。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，包括相互压合的压电陶瓷片、软性线路板和基片，其特征在于：所述的软性线路板由电极层、与电极层连接的基层构成，所述的电极层与基层无胶层压连接，电极层外部还覆盖有上覆盖层，所述的压电陶瓷片与电极层贴合连接，电极层上设有与压电陶瓷片连接的电纹路，所述的基片与基层贴合连接，基层、上覆盖层均为高分子绝缘材质，所述的电极层设有向外延伸出的电极端，对应的基层、上覆盖层设有配合电极端的延伸结构；
所述的电纹路包括圆形中央电极区、中央电极区外围的弧形外围电极区，外围电极区包括关于中央电极区左右对称的勺型结构的两极，勺型结构的两极相对，勺型结构的两极一部分向外延伸形成电极端，电极端处设焊盘，电极图案由圆形的正极区以及正极区边上的1/4环形负极弧构成，压电陶瓷片侧面对应于负极弧处设有刷银层，刷银层使压电陶瓷片圆形正极区与负极弧间设有间距，圆形正极区与负极弧间间距大于中央电极区与连接电极弧间的间距，圆形正极区大小与中央电极区一致，正极区相对于负极弧另一侧设有1/4段弧型突起，以使正极区与中央电极区相接时与两极中的一极导通。
2.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的上覆盖层中部设有使压电陶瓷片与电极层相接的镂空孔，所述的电纹路处于镂空孔范围内，圆形的压电陶瓷片设置在镂空孔内并与电极层以环氧胶胶合，压电陶瓷片与电极层胶合面为正极，另一面为负极，压电陶瓷片侧面设有将负极引到正极的银层，且银层延伸至正极并配合正极形成与电极层电纹路配合的电极图案。
3.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的中央电极区、中央电极区处对应的基层上设有均分分布微孔，中央电极区微孔、基层微孔位置对应。
4.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的基片与基层间以环氧胶胶合。
5.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的基层、上覆盖层的材质为PI或PU，上覆盖层厚度为9-25um，基层厚度为23-33um。
6.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的电极层为导电铜箔，导电铜箔的厚度为25um。
7.根据权利要求3所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述微孔孔径为φ0.1mm-0.3mm，孔间距为0.3-0.8mm。
8.根据权利要求1所述的一种含有无胶基材软性线路板的压电谐振器，其特征在于：所述的基层边缘处设有多个定位孔。
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