RU104779U1

RU104779U1 - PIEZO ELECTRIC BEAMORF FOR A SENSITIVE ELEMENT OF A BENDING TYPE

Info

Publication number: RU104779U1
Application number: RU2010150703/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Никитович Зинченко; Николай Александрович Каширин; Михаил Михайлович Молодкин; Виктор Михайлович Нечаев; Максим Анатольевич Соловьев; Владимир Николаевич Шелехов; Юрий Васильевич Широков; Татьяна Валерьевна Щёголева
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-05-20

Abstract

1. Пьезоэлектрический биморф для чувствительного элемента (ЧЭ) изгибного типа, состоящий из двух пьезоэлементов (ПЭ) с электродами, полученными путем вакуумного напыления металла, рабочей зоны, определяющей параметры ЧЭ и нерабочей зоны, не влияющей на параметры ЧЭ, дополнительных проводящих слоев на участках нерабочей зоны, обеспечивающих электрический контакт внешних выводов и электродов биморфа, участков нерабочей зоны, предназначенных для его закрепления и фиксации в посадочном месте ЧЭ, а так же для фиксации областей контакта внешних выводов и электродов биморфа, отличающийся тем, что вакуумное напыление осуществлено с помощью металлов, обеспечивающих заданные проводимость и адгезию электродов к пьезоэлектрику, а дополнительные проводящие слои нанесены на произвольные участки нерабочей зоны, допускающие сколы, сравнимые с размерами самой нерабочей зоны и другие ее несовершенства, не влияющие на качество закрепления и фиксации биморфа в посадочном месте ЧЭ и на качество фиксации областей контакта материалов для дополнительных проводящих слоев - металлов или контактов материалов, позволяющих обеспечить электрический контакт электродов биморфа и внешних выводов. ! 2. Биморф по п.1, отличающийся тем, что ПЭ для него выполнены из пьезокерамики в виде плоских стержней, электроды на них нанесены путем вакуумного напыления серебра, а дополнительные проводящие слои на участках ПЭ, формирующих нерабочую зону биморфа, нанесены вжиганием серебра. ! 3. Биморф по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде стержня, образующего консоль, при его закреплении в посадочном месте ЧЭ. ! 4. Биморф по п.1, отличающийся тем 1. Piezoelectric bimorph for a bending type sensitive element (SE), consisting of two piezoelectric elements (PE) with electrodes obtained by vacuum deposition of metal, a working zone that determines the parameters of the SE and a non-working zone that does not affect the parameters of the SE, additional conductive layers in areas non-working zone, providing electrical contact of the external terminals and electrodes of the bimorph, sections of the non-working zone, intended for its fastening and fixing in the seat of the CE, as well as for fixing the contact areas of the external x leads and bimorph electrodes, characterized in that the vacuum deposition is carried out using metals that provide the specified conductivity and adhesion of the electrodes to the piezoelectric, and additional conductive layers are deposited on arbitrary sections of the inoperative zone, allowing chips, comparable to the size of the inoperative zone and its other imperfections that do not affect the quality of fixation and fixation of the bimorph in the CE seat and the quality of fixation of the contact areas of materials for additional conductive layers - metals or con acts of materials to provide electrical contact bimorph electrodes and external leads. ! 2. Bimorph according to claim 1, characterized in that the PE for it is made of piezoelectric ceramics in the form of flat rods, the electrodes on them are deposited by vacuum deposition of silver, and the additional conductive layers on the PE sections forming the non-working zone of the bimorph are applied by burning silver. ! 3. Bimorph according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a rod forming a console, when it is fixed in the seat of the CE. ! 4. Bimorph according to claim 1, characterized in

Description

Полезная модель относится к области пьезотехники и может быть использована в составе чувствительного элемента (ЧЭ) акселерометров (сейсмодатчиков), а так же в иных областях науки и техники, в которой используются пьезоэлектрические биморфы.The utility model relates to the field of piezotechnics and can be used as part of a sensitive element (SE) of accelerometers (seismic sensors), as well as in other fields of science and technology in which piezoelectric bimorphs are used.

В основу работы изгибного ЧЭ положено явление прямого пьезоэффекта, позволяющее получить на электродах пьезоэлектрического биморфа, вследствие его изгибной деформации при воздействии на него ускорением, электрический сигнал, пропорциональный этому ускорению.The operation of a bending SE is based on the phenomenon of a direct piezoelectric effect, which makes it possible to obtain an electric signal proportional to this acceleration on the electrodes of a piezoelectric bimorph, due to its bending deformation when exposed to it by acceleration.

Основу конструкции биморфа составляют два плоских пьезоэлектрических элемента (ПЭ), жестко соединенных между собой по одной из двух плоских поверхностей. Плоские поверхности покрыты слоем металлического проводника. Пьезоэлементы могут быть в виде дисков, шайб или пластин-стержней [1-2]. На фиг.1 приведена конструкция биморфа, образованного двумя поляризованными по толщине пьезокерамическими пластинами-стержнями. Эти ПЭ имеют электроды и могут образовывать, при жестком соединении, биморфы как последовательного, так и параллельного типа [2] (на фиг.1 приведен вариант параллельного биморфа).The basis of the bimorph design consists of two flat piezoelectric elements (PE), rigidly interconnected on one of two flat surfaces. Flat surfaces are coated with a layer of metal conductor. Piezoelectric elements can be in the form of discs, washers or plate-rods [1-2]. Figure 1 shows the design of a bimorph formed by two piezoelectric ceramic plates-rods polarized in thickness. These PEs have electrodes and can form, with a rigid connection, bimorphs of both serial and parallel type [2] (Fig. 1 shows a variant of parallel bimorph).

Наиболее распространенным материалом, из которого изготавливаются ПЭ для биморфов является пьезокерамика, например ЦТС-19. Наиболее распространенным материалом, из которого формируются электроды на плоских поверхностях ПЭ является серебро. Наиболее распространенным жестким соединением, образующим из этих ПЭ биморф (иногда называемый двухслойным ПЭ [2]), является клеевое их соединение, обеспечивающее при этом надежный электрический контакт между соединенными металлизированными плоскостями [3].The most common material from which PE is made for bimorphs is piezoceramics, for example, TsTS-19. The most common material from which electrodes are formed on the flat surfaces of PE is silver. The most common rigid connection, forming a bimorph from these PEs (sometimes called bilayer PEs [2]), is their glue connection, which ensures reliable electrical contact between the connected metallized planes [3].

Основными базовыми конструкциями ЧЭ изгибного типа, с использованием пьезоэлектрических биморфов, являются конструкции на основе дисковых биморфов [1], или конструкции на основе биморфов пластино-стержневого типа [2]. В первом случае биморф жестко закрепляется по центру на цилиндрической опоре, во втором - жестко закрепляется путем заделки в специальном посадочном месте ЧЭ одним из концов, образуя, таким образом, консоль [4]. В обоих случаях биморф разделяется на две зоны - рабочую, свободную от закрепления, в которой и осуществляется, за счет прямого пьезоэффекта, генерация электрического сигнала (заряда) пропорционального воздействующему ускорению, и нерабочую, в которой обеспечивается электрический контакт внешних выводов с электродами биморфа, и фиксация самого биморфа и внешних выводов с контактными зонами. Под биморфом пластино-стержневого типа понимается биморф, полученный жестким соединением двух ПЭ с произвольным соотношением длины к ширине, при закреплении по ширине. На практике, как правило, просматривается наиболее широкое применение биморфов, у которых длина в несколько раз превышает ширину, что позволяет рассматривать их как биморфы стержневого типа.The main basic constructions of FE bending type using piezoelectric bimorphs are constructions based on disk bimorphs [1], or constructions based on plate-rod type bimorphs [2]. In the first case, the bimorph is rigidly fixed in the center on a cylindrical support, in the second - it is rigidly fixed by sealing one of the ends in a special landing place of the CE, thus forming a console [4]. In both cases, the bimorph is divided into two zones - the working one, free from fixing, in which, due to the direct piezoelectric effect, the electric signal (charge) is generated proportional to the acting acceleration, and the non-working one, in which the external terminals are electrically contacted with the bimorph electrodes, and fixation of the bimorph and external outputs with contact zones. By a plate-rod type bimorph is meant a bimorph obtained by rigidly joining two PEs with an arbitrary ratio of length to width when fixed in width. In practice, as a rule, the most widespread use of bimorphs is seen, in which the length is several times greater than the width, which allows us to consider them as rod-type bimorphs.

При этом, одной из важнейших задач является выполнение требования уменьшения габаритов ЧЭ без потери эффективности. Такое требование является противоречивым, поскольку с уменьшением габаритов ЧЭ неизбежно должны уменьшаться и габариты ПЭ, составляющих биморф, в частности их толщина. Это обстоятельство усиливает отрицательное влияние ряда факторов на параметры ЧЭ, пренебрежительно малое при его больших габаритах.At the same time, one of the most important tasks is to fulfill the requirement of reducing the size of SE without loss of efficiency. This requirement is contradictory, since with a decrease in the size of the SE, the dimensions of the PE constituting the bimorph must inevitably decrease, in particular, their thickness. This circumstance strengthens the negative influence of a number of factors on the parameters of the SE, which is negligibly small for its large dimensions.

Так, в частности, электрод на ПЭ полученный вжиганием серебра становится по толщине и массе все более соизмеримым с уменьшаемой толщиной и массой самого ПЭ, поскольку его толщина и масса практически неизменны. Это, в свою очередь, приведет к снижению эффективности ЧЭ.So, in particular, the electrode on PE obtained by burning silver is becoming more and more commensurate in thickness and mass with the decreasing thickness and mass of PE itself, since its thickness and mass are practically unchanged. This, in turn, will lead to a decrease in the effectiveness of SE.

Таким образом становится все более важной совокупность особенностей базовой конструкции ЧЭ в части заделки биморфа и базовой конструкции в части металлизации ПЭ составляющих биморфа.Thus, the combination of features of the basic design of the SE in terms of embedding the bimorph and the base structure in terms of metallization of the PE constituents of the bimorph becomes more and more important.

В свою очередь, это приводит к важности оптимизации совокупности допустимых конструктивных особенностей биморфа в его рабочей и нерабочей зонах для решения упомянутой задачи. Поскольку задача практически одинакова как для дисковых биморфов, так и для биморфов пластино-стержневого типа, дальнейшее описание материалов заявки будет опираться на последний тип биморфов.In turn, this leads to the importance of optimizing the totality of permissible design features of a bimorph in its working and non-working zones for solving the mentioned problem. Since the task is almost the same for both disk bimorphs and plate-rod type bimorphs, the further description of the application materials will be based on the latter type of bimorphs.

Известен биморф стержневого типа, содержащий два ПЭ из ЦТС-19 с электродами из вожженного серебра и жестко соединенными между собой, внешние выводы, имеющие электрический контакт с электродами в нерабочей зоне, например, полученный путем пайки к электродам, заделку из компаунда, фиксирующую биморф нерабочей зоной в посадочном месте ЧЭ и контактные области внешних выводов и электродов, образующую ЧЭ консольного типа [4].A rod-type bimorph is known, containing two PZT-19 PEs with burned silver electrodes and rigidly interconnected, external leads having electrical contact with electrodes in the inoperative zone, for example, obtained by soldering to electrodes, a compound seal that fixes the inoperative bimorph zone in the seat of the CE and the contact areas of the external terminals and electrodes, forming the console-type CE [4].

Недостатком конструкции является большая толщина серебряного электрода неконтролируемой величины в пределах от нескольких мкм до десяти и более мкм [5]. При толщинах ПЭ менее 300 мкм, как показывает практика, а так же экспериментальные результаты, приводимые далее в описании данной заявки, влияние электрода, полученного вжиганием серебра, на 2 поверхности ПЭ, а в биморфе их будет 4 слоя, начинает проявляться в виде уменьшения коэффициента преобразования ЧЭ.The design drawback is the large thickness of the silver electrode of an uncontrolled value ranging from a few microns to ten or more microns [5]. With PE thicknesses less than 300 μm, as practice shows, as well as the experimental results given later in the description of this application, the effect of an electrode obtained by burning silver on 2 surfaces of PE, and there will be 4 layers in bimorph, begins to appear as a decrease in the coefficient CHE transformations.

Этот недостаток может быть устранен применением в конструкции биморфа ПЭ с электродами, полученными путем вакуумного напыления, например, серебра [6]. В этом случае толщина электрода не превысит 0,1÷1,0 мкм, что не менее чем на порядок тоньше, чем при вжигании серебра. Но в этом случае, помимо снижения влияния толщины электрода на параметры ЧЭ и снижения расходов серебра, неизбежно возникновение нового недостатка - создание технологических осложнений при создании электрического контакта электродов биморфа и внешних выводов, например, невозможность их соединения обычной пайкой [6].This disadvantage can be eliminated by the use of PE bimorph with electrodes obtained by vacuum deposition of, for example, silver [6]. In this case, the thickness of the electrode does not exceed 0.1 ÷ 1.0 μm, which is no less than an order of magnitude thinner than when burning silver. But in this case, in addition to reducing the influence of the electrode thickness on the SE parameters and reducing silver costs, a new drawback is inevitable - the creation of technological complications when creating the electrical contact of the bimorph electrodes and external leads, for example, the impossibility of their connection by soldering [6].

Наиболее близким к заявляемой полезной модели, с технической точки зрения, является биморф, в конструкции которого используют ПЭ с электродами, полученными комбинацией вакуумного напыления серебра и вжигания серебряных точек в местах будущей пайки внешних выводов к электродам биморфа [6].The closest to the claimed utility model, from a technical point of view, is a bimorph, in the construction of which PE is used with electrodes obtained by a combination of vacuum deposition of silver and firing of silver dots in places of future soldering of external leads to bimorph electrodes [6].

Биморф состоит из двух ПЭ с электродами, полученными путем вакуумного напыления металла - серебра на рабочую, определяющую параметры ЧЭ и нерабочую, не влияющую на параметры ЧЭ зоны, дополнительных проводящих слоев на участках нерабочей зоны биморфа в виде вожженных серебряных точек, обеспечивающих электрический контакт внешних выводов и электродов биморфа путем пайки, участки нерабочей зоны, в которых осуществляется его закрепление и фиксация в посадочном месте ЧЭ, а так же фиксация областей контакта внешних выводов и электродов биморфа путем его заделки компаундом. Основными недостатками биморфа являются:Bimorph consists of two PEs with electrodes obtained by vacuum deposition of metal - silver on the working one, which determines the parameters of the SE and the inoperative one, which does not affect the parameters of the SE zone, additional conductive layers in the areas of the inoperative zone of the bimorph in the form of ignited silver dots, providing electrical contact of the external terminals and bimorph electrodes by soldering, sections of the inoperative zone in which it is fixed and fixed in the CE seat, as well as the fixation of the contact areas of the external terminals and bimor electrodes but by its termination compound. The main disadvantages of bimorph are:

1. Ввиду заимствования технологии изготовления пьезокерамических элементов из технологии изготовления кварцевых резонаторов (в прототипе [6]) возникло ограничение материалов электрода одним из возможных - серебром.1. Due to the borrowing of the manufacturing technology of piezoceramic elements from the manufacturing technology of quartz resonators (in the prototype [6]), there was a limitation of the electrode materials to one of the possible ones - silver.

2. По той же причине возникло ограничение материалов дополнительных проводящих слоев на участках нерабочей зоны в виде одного - вожженного серебра.2. For the same reason, there was a limitation of the materials of additional conductive layers in the areas of the inoperative zone in the form of one - ignited silver.

3. Геометрия дополнительных проводящих слоев в виде точек усложняет технологию изготовления биморфов, требует строгого указания на конкретные места нерабочей зоны биморфа, в которых эти точки должны быть созданы, и на их геометрию.3. The geometry of the additional conductive layers in the form of points complicates the technology of manufacturing bimorphs, requires strict reference to the specific places of the non-working zone of the bimorph, in which these points must be created, and their geometry.

4. В соответствии с п.3 возникает дополнительное ограничение на допустимые отклонения габаритов и формы ПЭ в участках, формирующих нерабочую зону биморфа (в части допусков на размеры и сколы), что необоснованно снижает процент выхода годных.4. In accordance with Clause 3, an additional restriction arises on the permissible deviations of the dimensions and shape of PE in the areas forming the non-working zone of the bimorph (in terms of tolerances for sizes and chips), which unreasonably reduces the yield rate.

Совокупность недостатков по п.п. 1-4 необоснованно завышает себестоимость биморфа, усложняет технологию его изготовления.The set of shortcomings in p.p. 1-4 unreasonably overestimates the cost of bimorph, complicates the technology of its manufacture.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является достижение технического результата в виде снижения влияния электродов ПЭ, составляющих биморф, на параметры ЧЭ, расширения номенклатуры материалов для металлизации ПЭ и для создания дополнительных проводящих слоев на участках нерабочей зоны биморфа, а так же расширения номенклатуры технологий их осуществления за счет того, что нерабочая зона биморфа не влияет на параметры ЧЭ и это позволяет помимо всего существенно снизить требования к ее геометрии, в частности допустить сколы, сравнимые с ее размерами, и другим ее качествам, в частности допустить ее располяризацию при пайке выводов, а так: же в виде снижения расходов материалов на электроды ПЭ, что становится особенно актуальным при использовании для этого драгоценных металлов (серебра, золота и др.).The problem to which the claimed utility model is directed is to achieve a technical result in the form of reducing the influence of PE electrodes constituting a bimorph on the CE parameters, expanding the range of materials for PE metallization and for creating additional conductive layers in areas of the bimorph inoperative zone, as well as expanding the nomenclature of technologies for their implementation due to the fact that the non-working zone of the bimorph does not affect the parameters of the SE and this, in addition, significantly reduces the requirements for its geometry, in particular and to allow chips, comparable with its size, and its other qualities, in particular, to allow its polarization when soldering the conclusions, and also: in the form of reducing the cost of materials on PE electrodes, which becomes especially relevant when using precious metals (silver, gold and etc.).

Поставленная задача решается в конструкции пьезоэлектрического биморфа для ЧЭ изгибного типа, содержащего два ПЭ с электродами, полученными путем вакуумного напыления металла, рабочую зону, Определяющую параметры ЧЭ, и нерабочую зону, не влияющую на параметры ЧЭ, дополнительные проводящие слои на участках нерабочей зоны, обеспечивающие электрический контакт внешних выводов и электродов биморфа, участки нерабочей зоны, предназначенные для его закрепления и фиксации в посадочном месте ЧЭ, а так же для фиксации областей контакта внешних выводов и электродов биморфа, причем вакуумное напыление осуществлено с помощью металлов, обеспечивающих заданные проводимость и адгезию электродов к пьезоэлектрику, а дополнительные проводящие слои нанесены на произвольные участки нерабочей зоны, допускающие сколы и другие ее несовершенства, сравнимые с размерами самой нерабочей зоны и не влияющие на качество закрепления и фиксации биморфа в посадочном месте ЧЭ и на качество фиксации областей контакта внешних выводов и электродов биморфа, с помощью проводящих материалов - металлов или контактолов, позволяющих обеспечить электрический контакт электродов биморфа и внешних выводов, причем:The problem is solved in the design of a piezoelectric bimorph for bending type CE containing two PEs with electrodes obtained by vacuum deposition of metal, a working zone that determines the parameters of the CE, and a non-working zone that does not affect the parameters of the CE, additional conductive layers on the sections of the non-working zone, providing electrical contact of the external terminals and electrodes of the bimorph, sections of the inoperative zone, intended for its fastening and fixing in the seat of the CE, as well as for fixing the contact areas of the external leads and bimorph electrodes, and the vacuum deposition was carried out using metals that provide specified conductivity and adhesion of the electrodes to the piezoelectric, and additional conductive layers deposited on arbitrary sections of the inoperative zone, allowing chips and other imperfections comparable with the size of the inactive zone and not affecting the quality of fastening and fixation of the bimorph in the seat of the CE and the quality of the fixation of the contact areas of the external terminals and electrodes of the bimorph using conductive materials - metals and and kontaktolov, allowing to provide electrical contact bimorph electrodes and external terminals, wherein:

- ПЭ для биморфа выполнены из пьезокерамики в виде плоских стержней, электроды на них нанесены путем вакуумного напыления серебра, а дополнительные проводящие слои на участках ПЭ, формирующих нерабочую зону биморфа, выполнены вжиганием на них серебра;- PE for bimorph is made of piezoceramic in the form of flat rods, the electrodes on them are deposited by vacuum deposition of silver, and additional conductive layers on the sections of PE that form the inoperative zone of the bimorph are made by burning silver on them;

- биморф выполнен в виде стержня, образуя консоль при его закреплении в посадочном месте ЧЭ;- the bimorph is made in the form of a rod, forming a console when it is fixed in the seat of the CE;

- биморф выполнен в виде параллельного типа соединения ПЭ;- bimorph made in the form of a parallel type of connection PE;

- закрепление и фиксация биморфа осуществлены путем его заделки нерабочей зоной заливкой компаундом в посадочном месте ЧЭ, обеспечивающей, кроме того, ее герметизацию, расширяющую технологические возможности создания электрического контакта внешних выводов с электродами биморфа.- the bimorph was fixed and fixed by sealing it with a non-working zone by filling it with a compound in the CE seat, which, in addition, provided its sealing, expanding the technological capabilities of creating electrical contact between the external terminals and the bimorph electrodes.

Таким образом, отличительными признаками полезной модели является то, что вакуумное напыление осуществлено с помощью металлов, обеспечивающих заданные проводимость и адгезию электродов к пьезоэлектрику, а дополнительные проводящие слои нанесены на произвольные участки нерабочей зоны, допускающие сколы и другие несовершенства ее свойств, сравнимые с размерами самой нерабочей зоны и не влияющие на качество закрепления и фиксации биморфа в посадочном месте ЧЭ; и на качество фиксации областей контакта внешних выводов и электродов биморфа, с помощью проводящих материалов - металлов и контактолов, позволяющих обеспечить электрический контакт электродов биморфа и внешних выводов, причем;Thus, the distinguishing features of the utility model is that the vacuum deposition is carried out using metals that provide the specified conductivity and adhesion of the electrodes to the piezoelectric, and additional conductive layers are deposited on arbitrary sections of the inoperative zone, allowing chips and other imperfections of its properties, comparable with the size of a non-working zone and not affecting the quality of fastening and fixation of a bimorph in the CE seat; and on the quality of the fixation of the contact areas of the external terminals and the bimorph electrodes, with the help of conductive materials - metals and contact pads, allowing to ensure the electrical contact of the bimorph electrodes and the external terminals, moreover;

- ПЭ для биморфа выполнены из пьезокерамики в виде плоских стержней, а электроды на них нанесены путем вакуумного напыления серебра, а дополнительные проводящие слои на участках ПЭ, формирующих нерабочую зону биморфа, выполнены вжиганием на них серебра;- PE for bimorph is made of piezoelectric ceramics in the form of flat rods, and the electrodes on them are deposited by vacuum deposition of silver, and additional conductive layers on the sections of PE forming the non-working zone of the bimorph are made by burning silver on them;

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата в виде снижения влияния электродов ПЭ, составляющих биморф, на параметры ЧЭ, расширения номенклатуры материалов для металлизации ПЭ и для создания дополнительных проводящих слоев на участках нерабочей зоны биморфа, а так же расширения номенклатуры технологий их осуществления за счет того, что нерабочая зона биморфа не влияет на параметры ЧЭ и это позволяет помимо всего существенно снизить требования к ее геометрии, в частности допустить сколы, сравнимые с ее размерами, и другим ее качествам, в частности, допустить ее располяризацию при пайке выводов, а так же в виде снижения расходов материалов на электроды ПЭ, что становится особенно актуальным при использовании для этого драгоценных металлов (серебра, золота и др.).The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result in the form of reducing the influence of PE electrodes constituting a bimorph on the CE parameters, expanding the range of materials for PE metallization and for creating additional conductive layers in areas of the bimorph non-working zone, as well as expanding the range of technologies for their implementation due to the fact that the non-working zone of the bimorph does not affect the parameters of the SE and this, in addition, significantly reduces the requirements for its geometry, in particular, allows chips, cf which are comparable with its size and other qualities, in particular, allow its polarization when soldering conclusions, as well as in the form of reducing the cost of materials on PE electrodes, which becomes especially relevant when using precious metals (silver, gold, etc.) .

Это достигнуто за счет особенностей конструкции ЧЭ изгибного типа, делящих биморф на рабочую и нерабочую зоны. При этом жесткие требования, предъявляемые к рабочей зоне, в которой собственно и происходит преобразование измеряемой величины - ускорения в электрический сигнал, и которая определяет параметры ЧЭ, а именно, минимальная толщина электродов и минимальные допуска на габариты и электрические параметры пьезоэлементов, совершенно излишни в нерабочей зоне. Основная задача нерабочей зоны - это закрепление и фиксация биморфа в посадочном месте ЧЭ и обеспечение электрического контакта электродов биморфа и внешних выводов и его фиксация. Это обстоятельство позволяет допустить сколы на участках нерабочей зоны и другие ее геометрические несовершенства, сравнимые с размерами самой зоны, металлизацию на этих участках, существенно большей толщины, чем толлцина электродов в рабочей зоне, позволяющую обеспечить наиболее оптимальную технологию контактирования электродов биморфа и внешних выводов. Это может быть обеспечено путем обычной пайки при создании на упомянутых участках дополнительных проводящих их слоев, например, вжиганием, серебра или с использованием токопроводящих контактолов. Заделка биморфа в посадочном месте ЧЭ путем его заливки нерабочей зоной в этом посадочном месте компаундом создает герметизацию, расширяющую технологические возможности контактирования электродов биморфа и внешних выводов. Совокупность перечисленных возможностей особенно эффективна при создании ЧЭ консольного типа с использованием пьезокерамических биморфов параллельного типа соединения ПЭ при уменьшении их габаритов, например, при использовании ПЭ, изготовленных по пленочной технологии. Высокая эффективность будет достигнута и при использовании биморфов последовательного типа соединения ПЭ, а так же в большинстве иных практических случаев создания ЧЭ изгибного типа.This was achieved due to the design features of the bending type CE, dividing the bimorph into the working and non-working zones. At the same time, stringent requirements are imposed on the working area, in which the measured value is actually converted - acceleration into an electrical signal, and which determines the SE parameters, namely, the minimum thickness of the electrodes and the minimum tolerances on the dimensions and electrical parameters of the piezoelectric elements, are completely redundant in non-working zone. The main task of the non-working zone is the fastening and fixing of the bimorph in the CE seat and ensuring the electrical contact of the bimorph electrodes and the external terminals and its fixation. This circumstance makes it possible to admit chips in areas of the inoperative zone and its other geometric imperfections, comparable with the size of the zone itself, metallization in these areas, which is significantly thicker than the tollzin of the electrodes in the working area, which allows for the most optimal contact technology of bimorph electrodes and external leads. This can be achieved by conventional soldering when creating additional conductive layers in the said areas, for example, by burning, silver or using conductive contacts. The embedding of a bimorph in the CE seat by filling it with a non-working zone in this seat with a compound creates a seal that expands the technological capabilities of contacting the bimorph electrodes and external terminals. The combination of the above possibilities is especially effective when creating a cantilever type CE using piezoelectric ceramic bimorphs of a parallel type of PE compound while reducing their dimensions, for example, when using PE made by film technology. High efficiency will also be achieved by using bimorphs of the sequential type of the PE compound, as well as in most other practical cases of creating FE bending type.

Полезная модель поясняется фигурами.The utility model is illustrated by figures.

На фиг.1 приведена конструкция ЧЭ изгибного типа, содержащего биморф 1, собранный из двух ПЭ стержневого типа с одинаковым направлением поляризации 2, закрепленной нерабочей зоной 3 в посадочном месте ЧЭ 4, образуя консоль, генерирующий электрический сигнал U в рабочей зоне 5 при ее деформации ∆Y, вызванной воздействующим ускорением а.Figure 1 shows the design of a bending type CE containing a bimorph 1 assembled from two rod-type PEs with the same polarization direction 2, fixed by a non-working zone 3 in the CE seat 4, forming a cantilever generating an electric signal U in the working zone 5 when it is deformed ∆Y caused by acting acceleration a.

На фиг.2а приведена конструкция биморфа стержневого типа 1 с параллельным соединением двух ПЭ с одинаковым направлением поляризации 2 с электродами, полученными путем вакуумного напыления серебра 6, и дополнительными проводящими слоями, полученными путем вжигания серебра на участки нерабочей зоны 7, жестко соединенными между собой клеевым соединением 8, образуя, таким образом, биморф 1, с вешними выводами 9, обеспечивающими электрический контакт с электродами биморфа путем их обычной пайки с дополнительными проводящими слоями.Figure 2a shows the construction of a rod-type bimorph with parallel connection of two PEs with the same polarization direction 2 with electrodes obtained by vacuum deposition of silver 6, and additional conductive layers obtained by burning silver into areas of the inoperative zone 7, rigidly connected to each other by glue connection 8, thus forming a bimorph 1, with external terminals 9, providing electrical contact with the bimorph electrodes by their usual soldering with additional conductive layers.

На фиг.2б приведен вариант нерабочей зоны с допустимым сколом, сравнимым с размерами самой нерабочей зоны.Figure 2b shows a variant of a non-working zone with a permissible chip, comparable with the size of the non-working zone itself.

Пример реализации:Implementation Example:

На предприятии разработан ЧЭ, применяемый в сейсмодатчиках (фиг.3). В нем используется пьезокерамический биморф 6, собранный на 2-х ПЭ из ЦТС-19 толщиной 0,25 мм, а также: держатель 1, площадка для крепления дополнительных устройств (например, печатной платы предусилителя) 2, отверстия для крепления дополнительных устройств 3, отверстие для жесткого винтового соединения держателя на поверхности, с которой снимаются показания 4, компаунд 5, и выводы 7. Эта конструкция и была принята за базовую в примере реализации. Реализация заключалась в следующем. Была изготовлена партия ПЭ по обычной технологии - электроды были получены путем вжигания серебра. Затем была изготовлена партия ЧЭ с использованием этих ПЭ в составе биморфов.The company has developed the SE used in seismic sensors (figure 3). It uses piezoceramic bimorph 6 assembled on 2 PEs from TsTS-19 0.25 mm thick, as well as: holder 1, a platform for attaching additional devices (for example, a preamplifier circuit board) 2, holes for attaching additional devices 3, hole for a rigid screw connection of the holder on the surface from which readings 4, compound 5, and conclusions 7 are taken. This design was taken as the base in the example implementation. The implementation was as follows. A batch of PE was manufactured using conventional technology - the electrodes were obtained by burning silver. Then a batch of CEs was made using these PEs as part of bimorphs.

Затем была изготовлена партия таких же ПЭ по обычной технологии за исключением того, что электроды на них нанесены были в два этапа - нанесением дополнительного проводящего слоя путем вжигания серебра на участках нерабочей зоны с последующим вакуумным напылением тонкого основного слоя серебра на обе зоны - рабочую и нерабочую одновременно, после чего из них была изготовлена экспериментальная партия таких же ЧЭ. В обеих партиях - экспериментальной, с тонкими электродами, порядка 0,5 мкм на рабочей зоне и обычной, с электродами на рабочей зоне на порядок большей толщины, количество ЧЭ составляло по 10 шт. В каждой партии определялся коэффициент преобразования ускорения в напряжение (заряд деленный на емкость, которая была практически неизменна) K(U/q), который достигал величины 36÷37 мВ/g в экспериментальной партии и не превышал 31 мВ/g в обычной. Повторные эксперименты показали аналогичные результаты. Таким образом, показана положительная тенденция снижения влияния толщины электродов рабочей зоны ЧЭ при уменьшении их толщины.Then, a batch of the same PEs was manufactured using conventional technology, except that the electrodes were deposited on them in two stages — by applying an additional conductive layer by burning silver in areas of the non-working zone, followed by vacuum deposition of a thin main layer of silver on both zones — working and non-working at the same time, after which an experimental batch of the same SE was made from them. In both batches - the experimental one, with thin electrodes, of the order of 0.5 μm in the working area and the usual one, with the electrodes in the working area of an order of magnitude thicker, the number of SEs was 10 pieces. In each batch, the conversion coefficient of acceleration to voltage (charge divided by capacitance, which was almost unchanged) K (U / q) was determined, which reached 36–37 mV / g in the experimental batch and did not exceed 31 mV / g in the usual one. Repeated experiments showed similar results. Thus, a positive tendency is shown to reduce the influence of the thickness of the electrodes of the working area of the SE while reducing their thickness.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ RU 2119678 с 1 от 27.09.98 г.1. RF patent RU 2119678 with 1 dated 09/27/98.

2. Пьезоэлектрическая керамика: принципы и применение, APS Internetional Ltd. Минск, ООО «ФУА информ», 2003, стр. 49-50, 56, 65.2. Piezoelectric ceramics: principles and applications, APS Internetional Ltd. Minsk, LLC “FUA Inform”, 2003, pp. 49-50, 56, 65.

3. И.А.Глозман Пьезокерамика «Энергия», М., 1972 стр. 83÷86.3. I. A. Glozman Piezoceramics "Energy", M., 1972 p. 83 ÷ 86.

4. http//www.elpapiezo.ru/sensor element.shtml4. http // www.elpapiezo.ru / sensor element.shtml

5. И.А.Глозман Пьезокерамика «Энергия», М., 1972 стр. 28.5. I. A. Glozman Piezoceramics "Energy", M., 1972 p. 28.

6. Там же стр. 17-18, 148.6. Ibid. Pp. 17-18, 148.

Claims

1. Piezoelectric bimorph for a bending type sensitive element (SE), consisting of two piezoelectric elements (PE) with electrodes obtained by vacuum deposition of metal, a working zone that determines the parameters of the SE and a non-working zone that does not affect the parameters of the SE, additional conductive layers in areas non-working zone, providing electrical contact of the external terminals and electrodes of the bimorph, sections of the non-working zone, intended for its fastening and fixing in the seat of the CE, as well as for fixing the contact areas of the external x leads and bimorph electrodes, characterized in that the vacuum deposition is carried out using metals that provide the specified conductivity and adhesion of the electrodes to the piezoelectric, and additional conductive layers are deposited on arbitrary sections of the inoperative zone, allowing chips, comparable to the size of the inoperative zone and its other imperfections that do not affect the quality of fixation and fixation of the bimorph in the CE seat and the quality of fixation of the contact areas of materials for additional conductive layers - metals or con acts of materials to provide electrical contact bimorph electrodes and external leads.

2. Bimorph according to claim 1, characterized in that the PE for it is made of piezoelectric ceramics in the form of flat rods, the electrodes on them are deposited by vacuum deposition of silver, and the additional conductive layers on the PE sections forming the non-working zone of the bimorph are applied by burning silver.

3. Bimorph according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a rod forming a console, when it is fixed in the seat of the CE.

4. Bimorph according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a parallel type of PE compound.

5. Bimorph according to claim 1, characterized in that its fastening and fixing are carried out by sealing it with a non-working zone by filling with a compound in the CE seat, which also provides its sealing, expanding the technological capabilities of creating an electrical contact with an external terminal with bimorph electrodes.