CN1505844A - 具有至少一个压电元件的机电式传感器 - Google Patents

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л���ǡ�������
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迪特马尔·比格尔
˵á��������ָ��
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Abstract

一种机电式传感器，该机电式传感器具有至少一个压电元件(1、13、33)，该压电元件具有其上设置有第一电极(3、15、17)的第一表面，该机电式传感器还具有至少一个接触片(5、29、31)，压电元件(1、13、33)通过该接触片被电气地连接，其中因为接触片(5、29、31)与第一电极(3、15、17)直接地相接触，因此压电元件(1、13、33)具有非常高的接触可靠性，并具有至少一个凹陷(7、25、27、39)，粘合剂(9)被设置到该凹陷中，接触片(5、29、31)通过该粘合剂与电极(3、15、17)相连接。

Description

具有至少一个压电元件的机电式传感器
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个压电元件的机电式传感器。
背景技术
现在，压电元件作为机电式传感器应用于许多装置，特别是测量仪器和传感器。
例如，有市售的注入水位限制开关，该开关用于探测限制水位、防止溢出、或保护水泵防止其干转。例如，这些开关具有伸入容器中的机械振动结构。这些机械振动结构由压电元件或设置成层叠的多个压电元件产生振动。受激振动的共振频率和/或共振振幅被记录下来，并据此确定振动结构是在自由振动还是在被注入材料覆盖的条件下振动。
压电元件通常具有电极，并通过电接触片连接。该接触片通过电导体与电子电路相连接，通过该电路，压电元件或者受激而产生振动，或者它们与振动有关的信号被记录下来。
在2000年6月7日提交的欧洲专利申请10028319.5和EP-A875742、EP-A875741、EP-A875740、EP-A875739中描述了具有一个或多个压电元件的机电式传感器的例子。
当前，接触片以粘接方式连接到电极上。视情况而定，粘合剂通常涂在电极或接触片的接触表面的一个平坦区域上。在实际操作中，粘合剂层的厚度取决于所涂粘合剂的量、被粘接的部分粘接在一起的接触压力、还部分地取决于该粘合剂在定形之前与其温度相关的粘度。粘合剂层的有限厚度意味着在电极和接触片之间会有间隙。这种间隙在另一种实施条件下也会自然地产生，其中，接触片具有焊点而电极被焊接于其上。
随着时间的推移，粘合剂经历老化的过程，这将影响连接的接触可靠性。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有至少一个压电元件的机电式传感器，其特征在于压电元件的电连接具有非常高的接触可靠性。
为实现此目的，本发明包括一种机电式传感器，其具有
——至少一个压电元件，该压电元件具有其上设置有第一电极的第一表面，以及
——至少一个接触片，
——通过该接触片压电元件被电连接，
——该接触片直接与第一电极相接触，以及
——该接触片具有至少一个凹陷，
——一种粘合剂被设置于该凹陷中，接触片通过该粘合剂与电极相连接。
在本发明的一个改进中，粘合剂为导电的。
在本发明的一个改进中，粘合剂为一种能用于SMD元件固定的粘合剂。
在本发明的一个改进中，凹陷被蚀刻在接触片上。
在本发明的一个改进中，压电元件在第一表面上具有至少多于一个的电极，而对于每个电极，设置有一个与其相关电极电连接的接触片。
在本发明的一个改进中，接触片为从电路板、特别是从印刷电路板延伸出来的连接片，该连接片在电路板中成为导体通路。
在本发明的一个改进中，电路板为具有多个接触片的挠性电路板，其中，在每个接触片上设置有一个压电元件，而压电元件层叠地设置。
另外，本发明包括一种用于生产上述机电式传感器的方法，其中，接触片中的凹陷被蚀刻而成，粘合剂设置于凹陷中，而压电元件用机器设置到接触片上。
附图说明
本发明和其它的优点将根据附图更详细地说明，在图中示出了三个实施例的例子；在附图中，相同的部件具有相同的附图标号。
图1示意性地示出了一种压电元件，该压电元件具有与其相连接的接触片；
图2示出了接触片朝向压电元件的那侧的正视图；
图3示出了一种压电元件，该压电元件第一表面上设置有两个电极；
图4示出了一种具有两个接触片的挠性电路板；
图5示出了一种具有六个接触片的挠性电路板；及
图6示出了一种层叠地设置的、并连接在接触片上的压电元件。
具体实施方式
图1示意性地示出一种机电式传感器。该传感器包括压电元件1。压电元件1在所示的实施例中为圆盘状，并具有第一表面，在该表面上设置有第一电极3。第一电极3为例如薄银层，该层通过例如喷镀形成于压电元件1上。设置有接触片5，压电元件1在其之上电连接。
图2示出了接触片朝向压电元件的那侧的正视图。该接触片5具有圆盘状部分6，其表面直接地与第一电极3相接触。接触片5包括至少一个凹陷7，粘合剂9设置于各凹陷中。图1的实施例具有两个凹陷。粘合剂9将电极3与接触片5连接在一起。
特别适于用作粘合剂9的是，例如导电的粘合剂，或者该类型的一种用于固定SMD元件的粘合剂。
在所示的实施例中，接触片5是挠性电路板11的一个整体部分。挠性电路板，例如，从Schoeller Elektronik公司可以买到，其商标为Polyflex。它们由例如薄铜片制成，Schoeller Eletronik公司首先根据所希望的导体通路结构对其进行蚀刻处理。然后，所得结构的两侧用较厚的聚酰亚胺覆盖层覆盖。
在图2所示的实施例中采用挠性电路板11，其中接触片5为从挠性电路板11延伸出的由薄片材料制成的连接片。连接片为挠性电路板11的一个整体部分。它是例如适当地形成的一段铜片，没有覆盖薄膜。凹陷7优选地被蚀刻在接触片5中。凹陷的深度是例如3μm。
优选地，大量的挠性电路板通过机器成批地处理。蚀刻掩模用于控制在该批所有电路板上凹陷7的蚀刻。而后，粘合剂9通过机器从一个分配器，或者通过丝网印刷被涂上。在最后一个处理步骤中，压电元件1设置于并被压在其位置。如果使用一种在硬化过程中会收缩的粘合剂9，那么接触片和具有电极的压电元件将额外地被粘合剂9所提供的粘合而拉向一起。
由于粘合剂完全保留在凹陷7中，因此在电极3上获得了接触片5的几乎没有间隙的电连接。接触片5和电极3之间的间距基本上由电极3和接触片5生产中的制造公差确定。该间距明显地在10μm以下。在这些小间距下，在电连接的质量方面，电容性连接和导电性连接之间不再有区别。
替代在压电元件上设置单个电极，当然，也可以设置两个或更多个电极，这些电极中的每一个都以上述方式连接到对应于其特定电极的接触片。
图3示出了压电元件13的第一表面的视图，其中两个电极15、17设置于第一表面上。电极15、17为半圆形，并能够用于例如激活圆盘状、同极性的压电元件的两半，以产生反相振动。具有至少两个电极的压电元件的其它应用在例如，EP-A875740和EP-A875739中描述。
图4示出了挠性电路板19的视图，该挠性电路板可以用于与图3所示的压电元件13相连接。电路板19具有接触片21、23，以电气地与电极15、17相连接，其中每个电极15、17对应一个接触片。在图3和图4的实施例中，各接触片21、23具有用于容纳粘合剂的凹陷25、27。电极15、17的粘接及电连接类似于上面在图1和图2的描述中所解释的那种粘接及电连接。
图4所示的实施例也使用了挠性电路板，其中接触片21、23是从挠性电路板19延伸出的材料薄片的连接片。连接片为挠性电路板11的整体部分。例如，它们是适当地形成的一段铜片。在此实施例中的该铜片具有覆盖膜29，该覆盖膜位于面对压电元件13的相对侧。接触片21、23面向压电元件13的一侧裸露。在电路板19中，接触片21、23成为在电路板19内延伸的导体通路。在这种情形下，凹陷25、27蚀刻在接触片21、23中的深度为约3μm。
图5和图6示出了本发明的机电式传感器的另一个实施例。图5示出了挠性电路板的一个视图，该电路板具有多个从挠性电路板延伸出的接触片31，如前面在图1到图4所描述的。图6示出了图5中的电路板，其中在每个接触片31上设置有压电元件33，并且压电元件33层叠地设置。
挠性电路板具有分支部分37。在该实施例中有六个分支。在每个分支的根部，由薄片材料制成的连接片向外延伸以用作接触片31。各连接片由从根部延伸到圆盘状电极区域的窄通路组成。在各电极区域中设置有三个凹陷39，该凹陷类似于前述实施例容纳粘合剂。
每两个分支相互之间分开一个间距，该间距等于它们之间的压电元件33的厚度。
在压电元件33的安装中，一种粘合剂，例如一种导电的粘合剂或者一种SMD粘合剂，被设置于凹陷39中，然后，压电元件33被设置于其上。具有电极40的各压电元件33(在图6中用阴影线标出)被设置为与相关的接触片31齐平地相接触形成直线。
接着，挠性电路板变形，以将接触片31设置为彼此平行并相互重叠。在此所示的实施例中，在完成这些后，接触片31与分支部分37垂直地对齐，而分支部分37从具有最下分支的端部卷起。压电元件33一个叠在另一个上面。然后将这样预先形成的叠层设置在两半球状压板41之间并压紧，以确保在接触片31和压电元件33之间良好的电气接触。
在2000年6月7日提交的欧洲专利申请10028319.5中描述了此处所示挠性电路板的形式。层叠设置的压电元件的其它变化公开在该申请中，对此，这里描述的本发明可以类似地适用。
接触片31在电路板内形成导体通路。这些通路使各压电元件可以被电访问。
根据电路，各单个的压电元件33电串联或电并联。而且，多个压电元件33能够串联连接，以形成发射器，而其它的压电元件则串联形成接收器。
电路板具有垂直于分支部分37延伸的窄延伸部分43。插头45设置于延伸部分43的端部。延伸部分43包括需要位于电路板外部的连接的所有电路板导体。
除了压电元件33，电路板具有电子元件，优选地具有SMD元件35。这些元件是例如电流和电压控制元件，或者甚至是信号接收元件和/或信号处理电路。SMD元件35能够与压电元件33在一个处理步骤中安装到一起。
在所有上述实施例中，凹陷7、25、27、39在第一处理步骤中被蚀刻在接触片5、29、31中。然后，粘合剂优选地用机器，例如使用分配器或通过丝网印刷设置于凹陷7、25、27、39中，接着，压电元件1、13、33也优选地用机器设置到接触片7、25、27、33上。在设置压电元件时，压电元件1、13、33优选地作为SMD元件处理，并与可能需要的SMD元件35通过自动组装机一起设置在电路板上。
在凹陷7、25、27、39中粘合剂9的设置确保了压电元件1、13、33非常良好和稳定的电连接。与此同时，完全自动的制造过程是可能的。

Claims (8)

1.一种机电式传感器，其具有
至少一个压电元件(1、13、33)，该压电元件具有其上设置有第一电极(3、15、17)的第一表面；以及
至少一个接触片(5、29、31)，
压电元件(1、13、33)通过该接触片电连接，
该接触片直接与第一电极(3、15、17)相接触，且
该接触片至少具有一个凹陷(7、25、27、39)，
粘合剂(9)被设置到该凹陷中，接触片(5、29、31)通过该粘合剂与电极(3、15、17)相连接。
2.根据权利要求1所述的机电式传感器，其特征在于粘合剂(9)是导电的。
3.根据权利要求1所述的机电式传感器，其特征在于粘合剂(9)是一种可以用于SMD元件固定的粘合剂。
4.根据权利要求1所述的机电式传感器，其特征在于凹陷(7、25、27、39)被蚀刻在接触片(5、29、31)中。
5.根据权利要求1所述的机电式传感器，其特征在于
压电元件(13)在第一表面上具有至少多于一个的电极(15、17)并且
对于每个电极(15、17)设置有一个接触片(21、23)，
该接触片电连接到其相关电极(15、17)。
6.根据权利要求1所述的机电式传感器，其特征在于接触片(5、21、23)是从电路板(11、19)延伸出的连接片，并且，在电路板(11、19)中，连接片在电路板(11、19)中成为导体通路。
7.根据权利要求6所述的机电式传感器，其特征在于
该电路板为挠性电路板，
该电路板具有多个接触片(31)；其中，
在每个接触片(31)上设置有压电元件；并且
压电元件(33)以层叠方式设置。
8.一种用于生产根据权利要求1的机电式传感器的方法，其特征在于
凹陷(9、25、27、39)被蚀刻在接触片(5、29、31)中，
粘合剂(9)设置于凹陷(9、25、27、39)中，以及
压电元件(1、13、33)通过机器设置于接触片(5、21、23、31)上。
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