一種集成一體化壓電傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及壓電傳感器技術領域，更具體地說涉及一種集成一體化壓電傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著物聯網、智能家居、信息化系統等技術的發展，傳感器的微型化、集成化越來越得到重視，成為研究的熱點。壓電傳感器基于壓電材料的壓電效應而工作，在加速度、壓力、振動、沖擊等測量方面具有廣闊的應用前景。
[0003]傳統的壓電傳感器體積較大，一般含有壓電陶瓷片、電極、質量塊、導線、封裝結構、連接器等組成；另需與二次儀表(如電壓放大器、電荷放大器)或外圍處理電路配合使用，將傳感器輸出的電荷信號轉化為電壓、電流等可測信號。
[0004]國家知識產權局于2007年11月21日，公開了一件公開號為CN101074895A，名稱為“陣列壓電傳感器”的發明專利，該發明專利的傳感器金屬外殼由上至下依次設置有橡膠封裝層、壓電敏感層、電極轉接板和電荷讀出集成電路。壓電敏感層包括PVDF片，PVDF片的一面為整片電極，另一面為陣列電極。陣列電極與突出位置一一對應。電荷讀出集成電路為帶有電荷注入電極的CCD集成電路。該發明專利利用壓電原理與集成電路相結合的方法，不僅使陣列壓電傳感器的動態性能和抗干擾能力得到明顯改善，穩定性也得到大大加強，同時具有表面柔順、體積小、集成度高的特點。
[0005]上述現有技術中，雖然克服了傳統普通壓電傳感器體積大、集成度不高的特點，但是其含有電極、絕緣板等，結構復雜，組成部件較多;且采用的壓電敏感層為PVDF片，其壓電常數較低，相對的靈敏度也降低了，不能在減小其體積的情況下保證壓電傳感器的靈敏度；該傳感器線性度低僅適用于壓力分布測量，無法應用于振動、沖擊的精確測量。
【實用新型內容】
[0006]為了克服上述現有技術中存在的缺陷和不足，本實用新型提供了一種集成一體化壓電傳感器，本實用新型的實用新型目的旨在于解決現有壓電傳感器體積大、集成度不高，在較小體積情況下且傳感器靈敏度不高的缺陷和問題。本實用新型組成部件少、結構簡單，在小型設計的同時保證壓電傳感器較高的靈敏度，而且內部集成處理電路，輸出可用的電壓/電流信號，可用于振動、沖擊加速度及壓力的精確測量。
[0007]為了解決上述現有技術中的不足，本實用新型是通過下述技術方案實現的:
[0008]—種集成一體化壓電傳感器，包括封裝外殼、壓電敏感兀件、蓋板和接口處理芯片，其特征在于:所述壓電敏感元件壓緊在封裝外殼上;所述接口處理芯片倒置貼裝在封裝外殼內部底部;所述蓋板固定在封裝外殼上端且與壓電敏感元件連接。
[0009]所述壓電敏感元件是由基于LTCC(低溫共燒陶瓷)工藝制備的多層獨石壓電陶瓷；包括電極層和壓電陶瓷層，電極層與壓電陶瓷層交錯疊加而成，每層壓電陶瓷層均與正負電極層連接。
[0010]所述蓋板中間部分凸出于四周邊沿形成突出部，所述邊沿處設置有凹槽，所述凹槽與封裝外殼相對應;所述突出部分與壓電敏感元件壓緊接觸。
[0011 ]所述封裝外殼內部設置有觸點，底部設置有焊盤和管腳，所述管腳通過焊盤連接在封裝外殼底部。
[0012]所述封裝外殼內觸點通過金屬化線條相應連接，分別與壓電敏感元件和接口處理芯片電連接。
[0013]與現有技術相比，本實用新型所達到的有益的技術效果表現在:
[0014]1.本實用新型的壓電傳感器結構簡單，組成部件少，極大地優化了裝配工藝，可生產性提高，降低了成本。
[0015]2.壓電敏感元件使用基于LTCC(低溫共燒陶瓷)工藝的多層獨石壓電陶瓷，其壓電常數d33是同樣大小的常規單層壓電陶瓷片的數倍，可使傳感器獲得較高的靈敏度。
[0016]3.壓電敏感元件、接口處理芯片直接焊接在集成式封裝外殼內部金屬化電極觸點，減少了壓電傳感器的電極和導線，集成度高。
[0017]4.蓋板實現了質量塊與蓋板集成化設計，通過調節彈簧凹槽的尺寸可進行結構的剛度調整，從而實現傳感器的靈敏度可調。
[0018]5.傳感器內部集成接口處理芯片，輸出為可用的電壓/電流信號。
[0019]6.采用集成式封裝外殼封裝，利于傳感器的安裝和應用，可PCB印制板表面貼裝，利于傳感器系統的進一步集成。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型集成一體化壓電傳感器的結構示意圖。
[0021 ]圖2是集成一體化壓電傳感器的分解示意圖。
[0022]圖3是壓電敏感元件的示意圖。
[0023]附圖標記:1、蓋板，2、壓電敏感元件，21、電機層，22、壓電陶瓷層，3、接口處理芯片，4、封裝外殼，41、觸點，42、管腳，43、焊盤。
【具體實施方式】
[0024]本實用新型提出的集成一體化壓電傳感器體積小，微小空間安裝，應用便利。
[0025]結構特征通過下述附圖予以詳細說明。
[0026]圖1中接口處理芯片3焊接在封裝外殼4內下部，用高強度灌封材料填充防護；電信號通過金屬化觸點傳輸，封裝外殼的觸點通過金屬化線按照電路設計要求進行互聯，起到導線的作用;壓電敏感元件2位于封裝外殼4內上部，焊接在封裝外殼相應的觸點41;壓電陶瓷產生的電荷信號由封裝外殼與接口處理芯片3電連接，最終電信號通過封裝外殼4的管腳42和底部焊盤43輸出。
[0027]圖2對集成一體化壓電傳感器的結構組成進行了分解示意。蓋板I呈臺階狀，與壓電敏感元件2接觸部分絕緣處理(增加絕緣墊或者接觸面絕緣噴涂)；中間接觸區域加厚，增大質量，邊沿有凹槽;周圍固定在封裝外殼上，在敏感振動、沖擊慣性加速度時，可起慣性質量塊作用;通過改變凹槽的尺寸，可調節剛度，從而控制傳感器的靈敏度。
[0028]為提高一體化壓電傳感器的靈敏度，壓電敏感元件2使用多層獨石壓電陶瓷。圖3是壓電敏感元件的結構示意圖，該壓電敏感元件基于低溫共燒陶瓷(LTCC)技術疊層燒結而成；電極層21收集和傳輸壓電陶瓷的正負電荷，其材料為可導電的Ag/Pd(銀/鈀)層，由內電極和外電極組成;壓電陶瓷層23材料為PZT(鋯鈦酸鉛)系壓電陶瓷；內電極層為叉指狀，可保證相鄰的壓電陶瓷層23極化方向相反，實現多層壓電陶瓷層并聯，保證整片壓電陶瓷產生高電荷輸出，從而傳感器具有較高的靈敏度;壓電敏感元件2與封裝外殼4的焊接部分為底面不導通的兩個金屬化電極觸點41。
[0029]實施例1
[0030]作為本實用新型一較佳實施例，參照說明書附圖1、2和3，本實施例公開了:一種集成一體化壓電傳感器，包括封裝外殼4、壓電敏感元件2、蓋板I和接口處理芯片3，所述壓電敏感元件2壓緊在封裝外殼4上;所述接口處理芯片3倒置貼裝在封裝外殼4內部底部;所述蓋板I固定在封裝外殼4上端且與壓電敏感元件2連接。
[0031 ] 實施例2
[0032]作為本實用新型又一較佳實施例，參照說明書附圖1、2和3，本實施例公開了:一種集成一體化壓電傳感器，包括封裝外殼4、壓電敏感元件2、蓋板I和接口處理芯片3，所述壓電敏感元件2壓緊在封裝外殼4上;所述接口處理芯片3倒置貼裝在封裝外殼4內部底部;所述蓋板I固定在封裝外殼4上端且與壓電敏感元件2連接。所述壓電敏感元件2是由基于LTCC(低溫共燒陶瓷)工藝制備的多層獨石壓電陶瓷;包括電極層21和壓電陶瓷層22，電極層21與壓電陶瓷層22交錯疊加而成，每層壓電陶瓷層22均與正負電極層21連接。
[0033]實施例3
[0034]作為本實用新型又一較佳實施例，參照說明書附圖1、2和3，本實施例公開了:一種集成一體化壓電傳感器，包括封裝外殼4、壓電敏感元件2、蓋板I和接口處理芯片3，所述壓電敏感元件2壓緊在封裝外殼4上;所述接口處理芯片3倒置貼裝在封裝外殼4內部底部;所述蓋板I固定在封裝外殼4上端且與壓電敏感元件2連接。所述壓電敏感元件2是由基于LTCC(低溫共燒陶瓷)工藝制備的多層獨石壓電陶瓷;包括電極層21和壓電陶瓷層22，電極層21與壓電陶瓷層22交錯疊加而成，每層壓電陶瓷層22均與正負電極層21連接。所述蓋板I中間部分凸出于四周邊沿形成突出部，所述邊沿處設置有凹槽，所述凹槽與封裝外殼4相對應；所述突出部分與壓電敏感元件2壓緊接觸。
[0035]所述封裝外殼4內部設置有觸點41，底部設置有焊盤43和管腳42，所述管腳42通過焊盤42連接在封裝外殼4底部。
[0036]所述封裝外殼4內觸點41通過金屬化線條相應連接，分別與壓電敏感元件2和接口處理芯片3電連接。
[0037]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種集成一體化壓電傳感器，包括封裝外殼(4)、壓電敏感元件(2)、蓋板(I)和接口處理芯片(3)，其特征在于:所述壓電敏感元件(2)壓緊在封裝外殼(4)上;所述接口處理芯片(3)倒置貼裝在封裝外殼(4)內部底部;所述蓋板(I)固定在封裝外殼(4)上端且與壓電敏感元件(2)連接。2.如權利要求1所述的一種集成一體化壓電傳感器，其特征在于:所述壓電敏感元件(2)是由基于LTCC工藝制備的多層獨石壓電陶瓷;包括電極層(21)和壓電陶瓷層(22)，電極層(21)與壓電陶瓷層(22)交錯疊加而成，每層壓電陶瓷層(22)均與正負電極層(21)連接。3.如權利要求1所述的一種集成一體化壓電傳感器，其特征在于:所述蓋板(I)中間部分凸出于四周邊沿形成突出部，所述邊沿處設置有凹槽，所述凹槽與封裝外殼(4)相對應；所述突出部分與壓電敏感元件(2)壓緊接觸。4.如權利要求1-3任意一項所述的一種集成一體化壓電傳感器，其特征在于:所述封裝外殼(4)內部設置有觸點(41)，底部設置有焊盤(43)和管腳(42)，所述管腳(42)通過焊盤(43)連接在封裝外殼(4)底部。5.如權利要求4所述的一種集成一體化壓電傳感器，其特征在于:所述封裝外殼(4)內觸點(41)通過金屬化線條相應連接，分別與壓電敏感元件(2 )和接口處理芯片(3 )電連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種集成一體化壓電傳感器，涉及傳感器技術領域。本實用新型包括封裝外殼（4）、壓電敏感元件（2）、蓋板（1）和接口處理芯片（3），其特征在于：所述壓電敏感元件（2）壓緊在封裝外殼（4）上；所述接口處理芯片（3）倒置貼裝在封裝外殼（4）內部底部；所述蓋板（1）固定在封裝外殼（4）上端且與壓電敏感元件（2）連接。本實用新型的壓電傳感器結構簡單，組成部件少，極大地優化了裝配工藝，可生產性提高，降低了成本。
【IPC分類】G01D5/14
【公開號】CN205280097
【申請號】CN201520982556
【發明人】劉天國, 趙寶林, 張德, 陶逢剛
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月2日