CN1111404A - 能量收集芯片型压电谐振组件 - Google Patents

Abstract

一种能量收集芯片型压电谐振组件，它具有由第 一和第二谐振电极限定的谐振部分，这两个谐振电极 形成在压电板的一对相对表面上，因此，谐振部分的 振动能量被部分收集；它还具有通过粘接剂层粘接到 一对相对表面的两侧的第一和第二支承板，而粘接剂 层被涂覆在非谐振部分的区域上，以便允许谐振部分 的振动，且粘接层含有粒状固体。

Description

本发明涉及能量收集芯片型压电谐振组件，其改进之处在于压电谐振元件及其支承结构。

图1是表示一个传统的能量收集压电谐振元件1的实例的透视图。该压电谐振元件1由矩形压电板2形成，且压电板2沿箭头P极化。在压电板2的两个主表面上形成第1和第2谐振电极3和4，并且在压电板2的中心区域相互对置。第1谐振电极在压电板2的上表面自中心区域向压电板2的一端延伸。另一方面，第2谐振电极在压电板2的下表面，自中心区域向压电板2的另一端延伸。

在压电谐振元件1中，第1和第2谐振电极3和4的重叠部分确定了能量收集谐振部分。当把交流电压加在第1和第2谐振电极3和4之间时，谐振部分被激励为切变模式，以致振动能量被收集于此。

作为使用上述压电谐振元件1的芯片型电子组件，图2示出一已知结构，该结构是用粘合剂在压电谐振元件1的上部和下部粘接上保护基片5和6而构成的。保护基片5和6各自具有基本上是U形的侧边升起的形状，以便保证留有由空腔5a和6a形成的空间，从而允许谐振部分的振动。

在图2示出的结构中，必须备有具有空腔5a和6a的保护基片5和6，以便确保留有空间来允许压电谐振元件1的振动部分的振动。也就是说，必须备有非平板型的保护基片，而且是具有空腔5a和6a的保护基片5和6。因此，保护基片5和6的成本增加，而且加工，如成型是复杂的。

另一方面，为了把平板型保护基片粘接到压电谐振元件1上，可以想得到在压电谐振元件1的上部和下部涂覆一定厚度的粘接剂，以此允许振动部分的振动。

然而，用粘接剂来可靠地限定两个允许谐振部分振动的空间是极为困难的。为了把粘接剂涂覆到压电谐振元件1的上表面和下表面，而除开振动部分，用以粘接平板型保护基片，例如，必须施加一定程度的压力。但是，由于加压，粘接剂可能朝谐振部分流去，或者流到侧表面上，从而大大减小了粘接剂层的厚度。

已经研究出一种方法，可以使用二液环氧树脂粘接到或类似的粘接剂，并且使其暂时硬化，来确保粘接剂层的厚度，其后再粘接平板型保护基片。但是，在这种情况下，由于必须要暂时硬化粘接剂，所以需要长的粘接时间，同时，采用这种方法要精确地控制粘接剂层的厚度是极其困难的。

本发明的目的在于提供一种芯片压型电谐振组件，它包括有能够可靠地由粘接剂层加以限定的空间结构，这样的空间允许能量收集压电谐振元件的振动部分的振动，而且费用低廉。

本发明针对一种能量收集芯片型压电谐振组件，它包含有：具有压电体和第1与第2谐振电极的能量收集压电谐振元件，而且所述的两个电极是在压电体的一对相对的表面上形成的，用来部分地收集谐振部分的振动能量;第1和第2支承板，设置成从压电谐振元件的两个主表面来支承压电谐振元件;在两个不是谐振部分的区域内，将压电谐振元件和第1及第2支承板粘接在一起的粘接剂层，以便允许谐振部分的振动和使压电谐振元件与第1和第2支承板成为一整体，所述的粘接剂层含有粒状固体。

根据本发明，粘接剂层内所含的粒状固体，可以由无机材料，例如金属粉或陶瓷粉或其它适合的材料，组成的固体加以制备，但粒状固体并没有特别的限制。为了确保粘接剂层的厚度，粒状固体最好具有3-10μm的颗粒尺寸。

根据本发明，含有粒状固体的形成粘接剂层的粘接剂，也可以由任选的粘接剂制备，而没有特别的限制。同时，粘接剂可以由环氧树脂基粘接剂或硅酮树脂基粘接剂加以制备，而且最好使用单液粘接剂，则可能简化加工步骤。

本发明中使用的能量收集压电谐振元件，不限于前面述及的应用厚度切变模式的压电谐振元件，而可以由应用厚度膨胀式或类似的压电谐振元件来构成，而无特别的限制。

在本发明的能量收集压电谐振组件中，用于允许振动部分振动的空间，靠粘接剂层限定在压电谐振元件与第1和第2支承板之间。因此，第1和第2支承板可由无空腔的平坦支承板形成，从而降低了成本，并简化了制备支承板的步骤。

即使在粘接时要对被粘接部分施加压力，由于使用粒状固体，也可以确保粘接剂层具有希望的厚度。因此，可以由粘接层高精度地限定用于允许谐振部分振动的空间。

再则，压电谐振元件由用粘接剂层粘接其上的第1和第2支承板进行加强，因此，压电板的厚度与现有技术相比，可以减小，并可以提供一种压电谐振器，使之能用于高频范围，而不降低机械强度。

此外，围绕谐振部分的振动空间由粘剂层来保证。因此，可以靠简单地改变涂覆粘接剂层的区域的办法对应用在各种频率的压电谐振器，限定适当的振动空间。

根据本发明的特别的方面，提供了一种与权利要求1相一致的芯片型压电谐振组件，其中，压电体的一对相对的表面是位于压电体的一对侧面上，第1和第2谐振电极分别在所述的一对表面上形成，芯片型压电谐振组件还包括，第3和第4支承基片，它们叠放在第1和第2支承板与压电谐振元件的粘接结构的上表面和下表面上;以及第二粘接剂层，用来将第3和第4支承板粘接到压谐振元件和第1与第2支承板的粘接结构的上部和下部。由于包括有第3和第4支承板，所以谐振部分被封闭在由第1、第2、第3和第4支承板构成的结构中。因此，能获得具有高可靠性的芯片型压电谐振器。

通过下面结合附图对本发明的详细说明，本发明上述内容和其他目的、特征、各个方面，以及本发明的优点都将变得更加明显。

图1是压电谐振元件的透视图;

图2是应用图1所示压电谐振元件的传统压电谐振器的透视图;

图3是根据本发明第一实施例的能量收集压电谐振器的透视图;

图4是图3所示的能量收集压电谐振器主要部分的分解透视图;

图5是根据本发明的第一实施例的压电谐振器主要部分的部分放大剖视图;

图6是根据本发明的第一实施例，用于形成穿过压电谐振器的芯片型组件的绝缘圆筒和金属帽的透视图;

图7是根据第一实施例的改型的能量收集压电谐振器的透视图;

图8是根据第一实施例的另一改型的能量收集压电谐振器的透视图;

图9是本发明第二实施例的芯片型压电谐振组件的分解透视图;

图10是根据本发明第二实施例的芯片型压电谐振组件的透视图;

图11是根据本发明第三实施例的芯片型压电谐振组件的分解透视图;

图12是根据本发明第三实施例的芯片型压电谐振组件的外形透视图。

以下通过本发明的非限制性的实施例，对本发明进行清晰地描述。

图3是根据本发明第一实施例的芯片型能量收集压电谐振器11的透视图，而图4是展示其主要部分的分解透视图。

能量收集压电谐振器11具有这样的结构，即第1和第2支承板13和14，用粘接剂层15a和15d，粘接到压电谐振元件12的两个主表面上。

如图4所示，压电谐振元件具有由压电材料，如压电陶瓷制成的矩形压电板16。压电板16沿箭头P，即与主表面平行的方向被极化。再有，第1和第2谐振电极17和18在压电板16的两个主表面上形成。第1谐振电极17在压电板16的上表面形成，自一端向中心区域延伸。另一方面，第2谐振电极18在压电板16的下表面形成，自另一端向中心区域延伸。标号19a和19b代表引线电极。

第1和第2谐振电极17和18，安置成在压电板16的中心区域彼此相对，以使谐振电极17和18的相对部分限定了能量收集谐振部分。当把交流电压加在谐振电极17和18之间时，谐振部分被激励成为切变模式，以使振动能量被收集在谐振部分。

压电谐振元件12的谐振频率，受压电板16的厚度、宽度和长度的影响。通常，减小压电板16的厚度就可以提高谐振频率。

参照图4，第1和第2支承板13和14，自压电谐振元件12的上面和下面粘接到压电板16上。这两个支承板13和14适合于加强压电谐振元件12。因此，支承板13和14可以由适合的材料，例如介电的陶瓷、压电陶瓷、玻璃环氧树脂组合材料或合成树脂制成，例如就这些材料而言能够达到加强的效果。

然而，支承板13和14最好由其热膨胀系数与形成压电板16的材料接近的材料制成，因为，支承板13和14靠粘接剂层15a至15d与压电谐振元件12成为一个整体。

根据本实施例的压电谐振器11的特征在于，允许压电谐振元件12的谐振部分振动的空间，由粘接剂层15a至15d加以保证，且粘接剂层15a至15d含有能可靠地确保上述空间的粒状固体。如图5部分放大剖视图所示，粘接剂层15a和15c含有粒状固体20。粒状固体20由适合的材料，例如陶瓷粉末、金属粉末或合成树脂粉末制成。由于有粒状固体20，能够确保粘接剂层15a和15c的厚度，即使将压力加到粘接于压电谐振元件12的支承板13和14上，这样的厚度也足以保证所述的振动空间。

因此，可以利用粘接剂层15a至15d，来可靠地限定高精度的允许压电谐振器11的谐振部分振动的空间。

在根据本实施例的压电谐振器11中，压电谐振元件12通过粘接剂层15a至15d与支承板13和15成为一整体，从而得到加强。因为，可以减小形成压电谐振元件12的压电板16的厚度，从而容易适用于高频。因此可以形成能在较高频率下使用的压电谐振器11，同时又保持压电板16有恒定的长度。

形成粘接剂层15a至15d的粘接剂，可以由适合的材料制备，例如环氧基粘接剂或者硅树脂基粘接剂。

此外，在本实施例的压电谐振器11中，支承板13和14简单地由平板型构件形成。因此，支承板13和14也能在这样的要求下制成，既没有复杂的机械加工，又没有复杂的成形毛坯。为了通过成型来得到图2所示的保护基片5和6，以便确保谐振部分的振动空间，必须制备具有与空腔5a和6a相应大小凸出部分的模具。但是，所需振动空间的尺寸是随频率而变化的。为了得到各种不同频率的压电谐振器，因此，需要不同类型的模具来形成不同尺寸的空腔5a和6a。

另一方面，由于不要求形成上述的空腔，就可以靠费用低的模压来有效的得到支承板13和14。再有，包围谐振部分的振动空间，通过简单地改变图4中示出的粘接剂层15a至15d的长度X来得到可靠的保证。由于振动空间的尺寸是如上文的方式加以改变，所以，当使用不同频率的压电谐振元件12时，可以通过简单地改变本实施例的粘接剂层15a至15d的长度X，来可靠地限定允许谐振部分振动的振动空间。

由于本实施例的能量收集压电谐振器11，能用于图3所示的结构中，所以可以通过将金属帽31，安放到起外电极作用的圆柱形的绝缘圆筒30上，把图3示出的能量收集压电谐振器11插入绝缘圆筒30，然后再把与金属帽31类似的另一金属帽，安放在绝缘圆筒30的另一端，如图6所示，来形成芯片型压电谐振器。在这种情况下，金属帽31和安放在绝缘圆筒30另一端的金属帽，通过导电的粘接剂或通过焊接，分别与前面提及的引线电极19a和19b进行电连接。

当将本实施例用于这样的芯片型压电谐振器时，压电谐振器11中的压电板的长度可以标准化，因此，可以使制备用的绝缘圆筒30和金属帽31的尺寸也标准化。

图7是根据图3中所示的能量收集压电谐振器11的改型的能量收集压电谐振器41的透视图。在图7的能量收集压电谐振器41中，在支承板14的侧表面上有电极42，用以获得电容。因此，在电极42与两侧的引线电极19a和19b之间形成了电容，从而可以形成三接线端的电容性压电振荡器，带有起与外部连接端作用的引线电极19a和19b及电极42。这种改型的其余地方类似于第一实施例中相应的部分，因此，与第一实施例相同的那些部分，用相同的参考标号来代表，在此省略累赘的描述。

图8示出了根据第一实施例的另一改型的压电谐振器51。如图8所示，附加的引线电极52a和52b，可在与提供有引线电极19a和19b的侧面相对的那个侧面上形成。

再则，在图7和图8示出的能量收集压电谐振器41和51中，可以可靠地限定允许谐振部分振动的空间，因为粘接剂层15a至15d含有类似于第一实施例的压电谐振器11的粒状固体。

现在参照图9和10，对根据本发明第二实施例的芯片型压电谐振元件进行描述。

如图9所示，采用厚度切变模式的压电谐振元件62，被用于根据该实施例的芯片型压电谐振组件中。再有，第1和第2支承板63和64靠粘接剂层65a和65d粘接到压电谐振元件62的一对相对的侧面上。

压电谐振元件62是采用厚度切变模式的压电谐振元件，它类似于图4中示出的压电谐振元件12。也就是说，压电谐振元件62具有由压电材料例如压电陶瓷制成的压电体66。压电体66沿箭头P极化，即沿与那对相对的侧面平行的方向极化。再有，第1和第2谐振电极67和68，在压电体的一对侧面上形成。第1谐振电极67形成在压电体的一个侧面上，自一端向中心区域延伸。另一方面，第2谐振电极68形成在压电体的另一侧面上，自另一端向中心区延伸。第1和第2谐振电极67和68，在压电体66的中心区域，通过压电体66彼此相对而置。因此，谐振电极67和68的相对部分，确定了能量收集谐振部分。因此，当把交流电压加到谐振电极67和68之间时，谐振部分被激励为切变模式，以便谐振能量在此谐振部分被收集。

第1和第2支承板63和64，自压电谐振元件62的一对侧面外侧，粘接到压电体66上。支承板63和64适合于加强压电谐振元件62，这类似于图4中示出的支承板13和14。因此，支承板63和64可以由类似于用于支承板13和14的的材料制成。

再则，类似于支承板13和14，支承板63和64最好由具有与压电体66接近的热膨胀系数的材料制成。

在本实施例中，允许压电谐振元件62的谐振部分振动的空间，靠粘接剂层65a至65d给予确保，粘接剂层65a至65d含有能可靠确保所述空间的粒状固体。因此，即使沿粘接方向，把压力施加到被粘接于压电谐振元件62的支承板63和64上，粘接剂层65a至65d有足够的厚度来保证振动空间。

另外，在本实施例中，压电谐振元件62靠支承板63和64加强，从而可以减小压电体的那对侧面之间的距离，因此，容易适用于高频范围。因而，可以形成能用于较高频率的压电谐振组件61，同时保持压电体为恒定的长度。

用来形成粘接剂层65a至65d的粘接剂，可以由与形成粘接剂层15a至15d的粘接剂相类似的粘接剂来制备。

根据本实施例，支承板63和64，如上所述那样，被粘接到压电谐振元件62的侧面部分，从而形成谐振板69。

引线电极67a和68a在谐振板69的上表面形成，分别伸到谐振板69的外周边缘。再有，引线电极67a和68a分别与谐振电极67和68进行电连接。

作为封接谐振部分的第三和第四支承板的封接基片70和71，被粘接到谐振板69的上部和下部。这两块封接基片70和71通过粘接剂层72和73进行粘接，而粘接剂层72和73分别形成在封接基片70和71的上表面和下表面。粘接剂层73在其中央具有矩形开口部分73a，且粘接剂层72在其中央也具有矩形开口部分。这些矩形开口部分，适合于在所述谐振部分的之上和之下限定允许压电谐振元件62的谐振部分振动的空间。

粘接剂层72和73也最好由适合的粘接剂制备，例如，环氧基粘接剂，或者硅树脂基粘接剂，而且这些粘接剂都含有上述的与粘接剂层65a至65d类似的粒状固体。因此，可以在谐振部分之上和之下可靠地限定允许振动的空间。

然而，粘接剂层72和73可以改变为由不含粒状固体的粘接剂制成。

通过把封接基片70和71粘接到谐振部分69上并适当地形成外部电极，可以得到图10中示出的芯片型压电谐振组件61。在该芯片型压电谐振组件61中，外部电极74和75形成在层状体的外表面，而该层状体是由谐振板69和封接基片70与71堆叠形成的。外部电极74与引线电极67a形成电连接，从而电连接至谐振电极67。类似地，外部电极75与另一引线电极68a形成电连接，并通过引线电极68a与谐振电极68进行电连接。

在图10示出的芯片型压电谐振组件61中，外部电极74和75覆盖在以上述方式得到的层状体的两个外周缘上。因此，芯片型压电谐振组件61，可以表面安装在印刷线路板上的导线布图上，这类似于其它的片式电子部件。

亦即，外部电极74和75覆盖形成于芯片型压电谐振组件61的底表面，一对侧表面和上表面。

图11是根据本发明第三个实施例的芯片型压电谐振组件81的分解透视图，而图12是第三个实施例的芯片型压电谐振组件81的透视图。

参考图11，利用厚度膨胀模式的压电谐振器82，在本实施例中得到应用。该压电谐振器82由矩形压电板83来形成。第1谐振电极84，在压电极83的上表面中央处形成，而第2谐振电极85，在通过压电板83与第1谐振电极84相对而置的下表面的中央处形成。谐振电极84和85通过导电的连接部分86和87，分别与引线电极88和89进行电连接。引线电极88和89分别在压电板83的上表面和下表面上形成。

压电板83被这样极化，以致极化轴调整在厚度方向。因此，当在谐振电极84和85之间加上交流电压时，压电谐振器就作为利用厚度膨胀模式的能量收集压电谐振器而工作。

根据本实施例，封接基片91和92分别粘接到压电谐振器82的上表面和下表面上，用以封接谐振部分。封接基片91和92靠粘接剂层93和94粘合。粘接到层94在其中央具有矩形的开口部分94a，而粘接剂层93也在其中央具有矩形的开口部分。这两个开口适合于限定允许谐振部分的振动的空间，而该谐振部分是由在其上面和下面对置的谐振电极84和85形成的。因此，开口部分94a不一定具有矩形的平面形状，而可以具有另外的形状，例如圆形。

在本实施例中，粘接剂层93和94由按下述方式制备的材料制成，即把上述的粒状固体掺入适合的粘接剂，例如硅树脂基粘接剂或环氧树脂基粘接剂。因此，即使粘接到压电谐振器82的上面部分和下面部分的封接基片91和92沿厚度方向被加压，也可以在谐振部分之上和之下可靠地限定允许振动的空间。

根据本实施例，用来在谐振部分之上和之下限定允许振动的空间以及封接谐振部分的封接基片91和92，也适合于加强压电谐振器82。也就是说，压电谐振器82由堆叠在其上的封接基片91和92得以加强，因此可以减小形成压电谐振器82的压电板83的厚度，从而容易适用于高频范围。

在本实施例中，外部电极95和96，在如图12所示那样得到的层状体的表面上形成，类似于第2实施例。外部电极95和96这样形成，以致覆盖层状体的底部表面、一对侧表面和上表面，因此外部电极95和96，分别与引线电极88和89进行电连接。

在本实施例中，外部电极95和96在层状体的外表面上形成，因此，根据本实施例的芯片型压电谐振组件81，能够表面安装在印刷线路板上的导线布图上。

正如从参照图11和12所描述的实施例可清楚地理解到，根据本发明还可以使用厚度膨胀模式的压电谐振元件。

尽管已经对本发明作了详细的描述和图解说明，但可以清楚地理解这仅是解说和例子，并不受其限制，本发明的精神和范围只由权利要求来限制。

Claims (18)

1、一种能量收集芯片型压电谐振组件，包括：

能量收集压电谐振元件，具有压电体和部分地形成在压电体上的第一和第二谐振电极；

第一和第二支承板，它们被配置成从所述压电体的一对相对表面对所述压电谐振元件加以支承；和

粘接剂层，用于在非谐振部分的区域中，使所述压电谐振元件与所述第一和第二支承板相互粘接，以便允许所述谐振部分的振动以及使所述压电谐振元件与所述第一和第二支承板成为一个整体；

所述粘接剂含有粒状固体。

2、根据权利要求1的芯片型压电谐振组件，其中所述粒状固体的颗粒尺寸在3-10μm范围之内。

3、根据权利要求1的芯片型压电谐振组件，其中所述压电体是压电板，所述一对相对的表面，是所述压电板的两个主表面。

4、根据权利要求3的芯片型压电谐振组件，还包括第一和第二引线电极，它们与所述第一和第二谐振电极进行电连接，并被设置在通过粘接所述压电体和所述第一与第二支承板形成的结构体的外表面上。

5、根据权利要求4的芯片型压电谐振组件，其中所述第一和第二引线电极，形成作为所述芯片型压电谐振组件的外部电极。

6、根据权利要求4的芯片型压电谐振组件，还包括绝缘圆筒和安放在所述绝缘圆筒两端的金属帽，起外部电极的作用，通过粘接所述压电谐振元件和第一与第二支承板形成的结构被插入所述的绝缘圆筒之中。

7、根据权利要求6的芯片型压电谐振组件，其中所述第一和第二引线电极分别与安放在所述绝缘圆筒两端的金属帽进行电连接。

8、根据权利要求4的芯片型压电谐振组件，还包括至少在第一和第二支承板之一上形成的电容导出电极，由所述电容导出电极和所述第一与第二引线电极中至少之一形成的电容器。

9、根据权利要求1至8中任何一项的芯片型压电谐振组件，其中所述压电谐振元件是利用厚度切变模式的。

10、根据权利要求1的芯片型压电谐振组件，其中所述压电体的一对相对表面位于所述压电体的所述一对侧面上，所述第一和第二谐振电极分别形成在所述一对侧面上;

所述芯片型压电谐振组件还包括：

第三和第四支承板，它们堆叠在由所述第一和第二支承板与所述压电谐振元件粘接而形成的结构的上表面和下表面上;和

第二粘接剂层，用来将所述第三和第四支承板，粘接到所述压电谐振元件与所述第一和第二支承板的粘接结构的上部分和下部分上。

11、根据权利要求10的芯片型压电谐振组件，其中所述第二粘接剂层含有粒状固体。

12、根据权利要求10的芯片型压电谐振组件，还包括第一和第二引线电极，它们形成在粘接结构的至少一个主表面上，并与所述第一和第二谐振元件进行电连接。

13、根据权利要求12的芯片型压电谐振组件，还包括一对形成在其外表面的外部电极，这对外部电极与第一和第二引线电极进行电连接。

14、根据权利要求13的芯片型压电谐振组件，其中所述第二粘接剂层，在其中央具有开口部分，由所述开口部分限定允许所述谐振部分振动的空间。

15、根据权利要求10的芯片型压电谐振组件，其中所述压电谐振元件是利用厚度切变模式的。

16、根据权利要求4的芯片型压电谐振组件，其中所述压电谐振元件是利用厚度膨胀模式的。

17、根据权利要求16的芯片型压电谐振组件，还包括第一和第二外部电极，它们形成在由粘接所述压电谐振元件与所述第一和第二支承板得到的结构的外表面上，所述第一和第二外部电极，与所述第一和第二引线电极进行电连接。

18、根据权利要求17的芯片型压电谐振组件，其中所述压电板在厚度方向被极化。

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