PT97054A - Disco transdutor de ceramica piezoelectrica e processo para a sua fabricacao - Google Patents

Description

Hoechst CeramTec Aktiengesellschaft '•DISCO TRANSDUTOR DE CERÂMICA PIEZOELÉCTRICA E PROCESSO PARA A SUA FABRICAÇÃO" A presente invenção diz respeito a um disco transdutor piezoeléctrico, cerâmico e metalizado dos dois lados, no qual se colocam no lado dianteiro duas superfícies de eléctrodo metálicas finas que não contactam entre si, uma das quais está ligada electricamente com a face traseira não metalizada do disco.

Os discos transdutores piezoeléctricos são utilizados na técnica como emissores acústicos em instalações telefónicas, como microfone (sensor) de propagação do som nos corpos e em especial como sensor de rotura do vidro.

No caso dos sensores da rotura do vidro, o disco piezoeléctrico converte, pelo efeito piezoeléctrico, a oscilação do vidro num sinal eléctrico que pode ser recolhido nos eléctrodos. Mas depois da colagem do sensor no disco, só um lado fica acessível. Portanto, de acordo com o estado da técnica, o eléctrodo depositado da face traseira é desviado em torno do bordo do disco para a superfície superior do disco. Depois disso, é possível soldar fios que estabelecem contacto com o disco. Esta disposição conhecida está representada nas fig. 1 e2. Afig. 1 representa o disco em corte e a fig. 2 numa vista de frente. Um disco (1) de cerâmica piezoelêctrica é dotado de eléctrodos metálicos depositados (2) e (3), por exemplo prata com um tratamento -2- / . de envelhecimento, e colado num disco de vidro (4) (a cola não está representada). O eléctrodo depositado (3) é puxado através da ligação (5) que passa pelo bordo, para a superfície superior (= superfície traseira). Em seguida, podem dotar-se os eléctro-dos depositados (2) e (3) com fios (6) e (7). Na fig. 2 pode ver-se que os dois eléctrodos depositados (2) e (3) estão separados por uma zona (8) sem metalização.

Um processo para a fabricação destes discos transdutores piezocerâmicos tem custos de fabricação elevados, visto que o depósito virado usualmente só pode ser realizado manualmente mediante a aplicação de uma pasta de metalização. Uma mecanização só é possível com máquinas muito complicadas. É ainda inconveniente a elevada percentagem de avarias, quer na fabricação das peças, quer em serviço, visto que nas arestas do disco pode verificar-se facilmente uma interrupção da condução eléctrica, por danos mecânicos. A presente invenção tem por objectivo proporcionar um disco transdutorpiezoeléctrico cerâmico que dá a possibilidade de estabelecer o contacto eléctrico também com o eléctrodo da face traseira, através de uma superfície de topo, mas que não apresenta os inconvenientes apontados, em especial a falta de fiabilidade no serviço devida a danos mecânicos do trajecto condutor conduzido em torno do bordo.

Da patente de invenção EP-A-0 262 248 é conhecido que pode gerar-se por pulverização ou por serigrafia numa película de um polímero piezoeléctrico provida de furos, uma ligação con- -3- dutora para um eléctrodo colocado na face traseira da película. Os furos são então total ou parcialmente preenchidos com material condutor. Mas não se encontra qualquer indicação de que este processo pode ser usado também para a fabricação de contactos em discos transdutores piezoeléctricos de cerâmica de óxidos.

Descobriu-se então um disco transdutor piezocerâmico no qual se dispõem no lado dianteiro duas superfícies de eléctrodos metálicos finas que não contactam entre si, uma das quais está em ligação condutora da electricidade com o lado traseiro metalizado do disco e que é caracterizado por a ligação elêctrica ser formada através de uma cavidade que se estende na direcção da espessura do disco. A superfície lateral da cavidade é então metalizada.

Segundo uma forma de realização especial, a ligação elêctrica pode ser formada através de uma cavidade em forma de calha que se estende na direcção da espessura do disco, na periferia deste. Mediante esta configuração, a ligação elêctrica fica bem protegida contra danos mecânicos. De preferência, o disco possui - com excepção da cavidade em forma de canal - uma periferia circular, de modo que pelo menos 90% do perímetro são circulares.

De acordo com uma outra forma de realização, as duas superfícies de eléctrodos estão ligadas electricamente entre si através de um furo com superfície lateral metalizada. Para uma boa adaptação do disco nos aparelhos, é vantajoso que o disco apresente elementos de simetria e que no centro do disco haja um furo. Em especial, o disco é circular. Especialmente preferido é que também a superfície de elêctrodo que está em ligação com o lado de trás seja circular e disposta centrada em torno do furo. A superfície de elêctrodo que não está em ligação com o lado traseiro ê de preferência formada com a configuração de anel circular e disposta também concentricamente com o furo.

Para a fabricação de um disco transdutor piezoeléctrico segundo a presente invenção, constituído por um disco de cerâmica com eléctrodos metálicos colocados em superfície, aplicam--se por metalização na face dianteira do disco piezocerâmico dois eléctrodos e na face traseira um elêctrodo, ligando-se um elêctrodo da face dianteira com o elêctrodo da face traseira galvanicamente. Para isso, utiliza-se um disco com uma cavidade e metaliza-se igualmente a superfície exterior da superfície lateral da cavidade.

Tem então evidentemente de dispor-se a cavidade de modo tal que fique na zona de uma parte metalizada do disco. Mas em princípio pode colocar-se o furo em qualquer ponto do disco de cerâmica. Para a formação da cavidade pode perfurar-se de lado a lado o disco, sendo depois necessário metalizar também a superfície lateral do canal perfurado. Mas pode também usar-se um disco com uma cava em forma de calha na periferia e metalizar essa calha. Convenientemente, faz-se simultaneamente a metalização do disco e da cavidade. A fig. 3 mostra a face dianteira de um disco com uma cava (9) em forma de calha. A fig. 4 mostra um disco segundo a presente invenção com -5- / ,ϊ*β um furo colocado centralmente, em corte. A fig. 5 mostra a face dianteira do disco da fig. 4. 0 disco de cerâmica (1) apresenta um furo (9) na direc-çao da espessura. Na face de topo inferior colocou-se a metali-zaçao (10), por exemplo uma pasta de prata com tratamento de en-velhècimento, por um processo de serigrafia. Por meio de dispositivos de serigrafia apropriàdos, que produzem por exemplo uma ligeira depressão, a pasta penetra no furo (9) e dota a superfície lateral do furo (9) com um deposito condutor. Estas pastas são aplicadas usualmente entre 500°C e 900°C. A face dianteira do disco (1) é também metalizada por aplicação de um deposito de metalização. Mediante a formação apropriada da matriz de serigrafia, obtêm-se as superfícies dos eléctrodos representados na fig. 5. Neste caso o deposito de metalização (2) representa o eléctrodo dianteiro do disco. A zona anular (8) é um troço de isolamento sem metalização entre o eléctrodo dianteiro (2) e o eléctrodo (3), que está ligado de maneira condutora com o eléctrodo traseiro (10) através da metalização (51)· A superfície de eléctrodo (2) não pode contactar com o bordo do disco.

Na forma de realização descrita, os depósitos de prata foram aplicados por serigrafia. Naturalmente que podem usar-se também outros processos conhecidos de metalização e outros revestimentos metálicos, para este fim. Por exemplo, o processo segundo a presente invenção é excelentemente apropriado no caso da utilização de processos de metalização químicos, sem corrente elêctrica, por exemplo para a aplicação de revestimento de níquel ou cobre. Como este caso o revestimento metálico se deposita em todos os pontos da cerâmica, basta aplicar um verniz de cobertura na zona de isolamento (8). Obtêm-se desse modo a es-^ trutura dos eléctrodos por meio de uma unica operação.

Podem ser usados todos os outros processos usuais de me-talização tais como a deposição em fase de vapor ou a pulverização. 0 deposito do eléctrodo que é virado em torno da aresta (5') está, no dispositivo ilustrado, protegido contra danos mecânicos, visto que se encontra recuado para o interior a partir da periferia do disco. A disposição do furo de travessia radialmente a meio tem grande vantagem para o processamento ulterior. Como o contacto de ligação se encontra sempre na mesma posição no centro do disco, já não é necessário, nos autómatos de equipamento, montagem e soldadura, voltar a fazer o seu alinhamento. Isso permite um processamento ulterior completamente automático, por exemplo por meio de "Surface mounted technology".

Os discos transdutores piezoeléctricos segundo a presente invenção são de preferência apropriados para a utilização como sensores de propagação do som nos corpos, em especial como sensores da rotura do vidro. A presente invenção ê explicada com mais pormenor por meio do exemplo seguinte.

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Exemplo

Fabricou-se, com processos conhecidos, um disco circular (diâmetro 20 mm e espessura 1 mm) de cerâmica piezoeléctrica. O canal que se estende centralmente na direcção da espessura obteve-se quando da prensagem do disco (poderia também ser feito por perfuração do disco ainda não sinterizado ou por perfuração do disco sinterizado).

Depois da sinterização, metalizou-se o disco por aplicação de uma pasta de prata por serigrafia. Os crivos usados na serigrafia da face dianteira foram formados de acordo com a forma da metalização representada na fig. 5, tendo, quando da serigrafia, a pasta penetrado no canal (9) e metalizando-se a superfície lateral (5') do canal (9) de acordo com a quantidade de placa aplicada, sendo a metalização parcial ou total. A face aposta foi metalizada em toda a superfície com um crivo circular, tendo também em parte a pasta de serigrafia entrado no canal interior (9). Garante-se deste modo que as superfícies de metalização (10) e (3) ficam ligadas de maneira condutora.

Cozeram-se os revestimentos de metalização aplicados deste modo, por um processo usual, num forno contínuo a 700°C. Depois desta operação, o disco foi polarizado, para a obtenção da actividade piezoeléctrica, num campo eléctrico uniforme com cerca de 4 KV/mm, em banho de ôleo.

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES 1, - Disco transdutor de ceramica pxezoelectrica, no qual duas superfícies de eléctrodo metálicas finas que não se en costam uma â outra estão colocadas na face dianteira do disco, estando uma delas ligada electricamente com a face traseira meta lizada do disco, caracterizado por a ligação elictrica das duas faces ser formada por uma cavidade que se estende na direcção da espessura do disco.
2. 2. - Disco transdutor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ligação eléctrica ser formada por uma cavidade metalizada em forma de calha na periferia do disco, que se estende na direcção da espessura do disco.
3. 3.- Disco transdutor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos 90% da periferia do disco ser circular.
4. 4. - Disco transdutor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ligação eléctrica das duas faces ser formada por um furo com a superfície lateral metalizada.
5. 5. - Disco transdutor de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a forma da superfície do disco conter elementos de simetria e o furo ser colocado no centro do disco.
6. 6. - Disco transdutor de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o disco ser circular.
7. 7. - Disco de acordo com uma qualquer das reivindicações 4 a 6, caracterizado por a superfície de eléctrodo da face dianteira ligada à face traseira ser circular e estar centrada em tomo do furo.
8. 8. - Disco de acordo com pelo menos uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado por a superfície de eléctrodo que não está ligada ã face traseira ser formada circular e concêntrica com o furo.
9. 9. - Processo para a fabricação de um disco transdutor piezoeléctrico, constituído por um disco de cerâmica com eléc-trodos metálicos colocados em superfície, colocando-se, por me-talização do disco cerâmico, na sua face dianteira, dois eléc-trodos, e, na face traseira, um eléctrodo, e ligando-se galvani camente um eléctrodo da face dianteira com o eléctrodo da face traseira, caracterizado por se utilizar um disco com uma cavida de e se metalizar também a superfície lateral da cavidade.
10. 10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por se utilizar um disco de cerâmica com um furo e se metalizar também a superfície lateral do furo.
11. 11. - Processo.de acordo com a reivindicação 10, carac terizado por, para fazer o furo, se perfurar o disco formando um canal perfurado·.
12. 12. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por se metalizarem o disco e a cavidade ao mesmo tempo.
13. 13. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindi cações 9 a 12, caracterizado por se cobrir com um verniz a superfície situada entre os dois eléctrodos da face dianteira do disco e por se efectuar a metalização sem corrente, num banho de imersão -
14. 14-- Processo de acordo com uma qualquer das reivindi cações 9 a 13, caracterizado por se utilizar um disco circular.
15. 15,- Processo de acordo com a reivindicação 14, carac terizado por o furo ser colocado centrado.. Lisboa, 15 de Março de 1991 o Agente Oficial da Propriedade ΐηαυβιπ*1