專利名稱：一種壓電夾層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓電夾層的設(shè)計(jì)制作方法，特別涉及制作過程中的壓電元件加固方法。
背景技術(shù)：
隨著對結(jié)構(gòu)安全性、可靠性要求的不斷提高，結(jié)構(gòu)損傷的在線監(jiān)測和診斷日益引起人們的高度重視。由于對裂紋、脫層等小損傷敏感，基于壓電元件與Lamb波方法的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測與診斷技術(shù)是目前最行之有效的技術(shù)方法之一。該技術(shù)方法在結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部集成一定數(shù)量的壓電激勵(lì)器和傳感器(利用壓電元件的正反壓電效應(yīng))，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)出Lamb波信號，同時(shí)實(shí)時(shí)在線采集結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號，通過對這些響應(yīng)信號的處理、分析和特征提取，獲得結(jié)構(gòu)健康狀況。由于結(jié)構(gòu)損傷的在線監(jiān)測要求相關(guān)信號發(fā)生和采集設(shè)備要具有小型化、集成化以及低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)監(jiān)測信號必須具有很高的準(zhǔn)確性和一致性，因此該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)中，主要采用壓電陶瓷薄片作為激勵(lì)器和傳感器。然而在技術(shù)研究和應(yīng)用過程中，大量采用的手工粘貼壓電片方法和手工焊接壓電片電極導(dǎo)線工藝，難以保證激勵(lì)器/傳感器的性能一致性以及電氣特性，尤其是針對大型結(jié)構(gòu)的多激勵(lì)器/傳感器網(wǎng)絡(luò)安裝與電氣連接?！爸悄軌弘妸A層”思想為這一問題的解決提供了很好的思路，即借助于柔性電路技術(shù)，將壓電片預(yù)置在柔性電路中，并根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)電路和接口。這樣的設(shè)計(jì)即保證了壓電激勵(lì)器/傳感器的電氣特性，又便于安裝。為了保證激勵(lì)與傳感性能，壓電夾層設(shè)計(jì)中往往采用單面雙電極類型的壓電片，即壓電片其中的一個(gè)側(cè)面電極通過邊緣的細(xì)導(dǎo)電層翻轉(zhuǎn)到另一側(cè)面，以“小島”的形式與另一側(cè)面電極絕緣共存于同一面上，便于電極的引出；同時(shí)無電極引出的側(cè)面可以直接與結(jié)構(gòu)粘貼，使得壓電片與結(jié)構(gòu)之間的耦合更加高效。然而，由于壓電片電極只是覆蓋在壓電片上的一層薄導(dǎo)電層，如導(dǎo)電銀漿，兩電極中的“小島”一極又十分細(xì)小，與壓電片之間的連接強(qiáng)度不高；而壓電夾層中的柔性電路較為柔軟，與壓電片電極通過焊接或者導(dǎo)電膠連接導(dǎo)通，在制造、攜帶以及安裝過程中容易與壓電片之間產(chǎn)生拉扯而難以起到保護(hù)作用，這就會造成“小島”電極十分容易脫落，使得壓電夾層失效。而在壓電夾層的壓電片位置外加保護(hù)膜的方式，又會影響壓電片與結(jié)構(gòu)之間的耦合效果，降低壓電夾層的性能?；谝陨峡紤]，本發(fā)明人針對現(xiàn)有的壓電夾層設(shè)計(jì)制作方法進(jìn)行研究改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種壓電夾層的制作方法，其可增強(qiáng)柔性電路板與壓電片之間的連接強(qiáng)度，以保護(hù)電極的電氣連接，提高壓電夾層的可靠性。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種壓電夾層的制作方法，利用柔性電路板、壓電片和通用接口制作壓電夾層，包括如下步驟
(1)根據(jù)壓電片的電極位置在柔性電路板的一側(cè)預(yù)留電路焊盤，并在柔性電路板的另一側(cè)預(yù)留通用接口的管腳焊盤，將柔性電路板的其余位置全部用絕緣層覆蓋；
(2)將柔性電路板上的管腳焊盤與通用接口通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，再將柔性電路板上的電路焊盤與壓電片的電極通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，從而將壓電片的電極與通用接口實(shí)現(xiàn)電路連接；
(3)將柔性電路板與壓電片的結(jié)合面除電極以外區(qū)域通過膠層互相連接加固。上述步驟(3 )中，進(jìn)行膠層加固時(shí)，首先在柔性電路板上預(yù)留注膠孔，然后由該注膠孔注入加固膠層。 采用上述方案后，本發(fā)明通過在柔性電路板與壓電片之間加入固化膠層，增強(qiáng)二者之間的連接強(qiáng)度，使得壓電片電極與電路之間的焊接或?qū)щ娔z導(dǎo)通部分受到的分離外力大大降低，從而保護(hù)壓電片與柔性電路板之間的電氣連接，進(jìn)而提高壓電夾層的可靠性。


圖I是依照本發(fā)明制成的壓電夾層主視 圖2是依照本發(fā)明制成的壓電夾層俯視 圖3是依照本發(fā)明制成的壓電夾層剖視 圖4是依照本發(fā)明制成的壓電夾層應(yīng)用于板結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的俯視 圖5是依照本發(fā)明制成的壓電夾層應(yīng)用于板結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的主視 圖6是依照本發(fā)明制成的壓電夾層應(yīng)用于板結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測時(shí)壓電片部分的細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種壓電夾層的制作方法，用于利用柔性電路板、壓電片和通用接口制作壓電夾層，壓電片作為激勵(lì)器/傳感器元件，具體包括如下步驟
(1)根據(jù)壓電片的電極位置在柔性電路板的一側(cè)預(yù)留電路焊盤的位置，而在柔性電路板的另一側(cè)預(yù)留通用接口的管腳焊盤的位置，再將柔性電路板的其余區(qū)域全部用絕緣層覆蓋，防止使用過程中短路；
(2)將柔性電路板上的管腳焊盤與通用接口通過焊接或?qū)щ娔z連接方式建立電路連接，再將柔性電路板上的電路焊盤與壓電片的電極通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，從而通過柔性電路板將壓電片的兩個(gè)電極連通至通用接口，并最終與信號發(fā)生、放大與采集設(shè)備相連構(gòu)成系統(tǒng)；
(3)將柔性電路板與壓電片的結(jié)合面除電極以外區(qū)域通過膠層互相連接加固，從而保護(hù)電極電路，且由于膠層不具有導(dǎo)電性，因此不會影響整體的工作性能；加固膠層的工藝可以與步驟(2)同步進(jìn)行，也可以在完成步驟(2)后，再由壓電片與柔性電路板之間的縫隙加入膠層，更可在柔性電路板的適當(dāng)位置開設(shè)注膠孔，由該注膠孔注入膠層。圖I和圖2所示分別為依照本發(fā)明所提供的制作方法制成的壓電夾層主視圖和俯視圖，簡單起見，僅圖示單壓電片壓電夾層情況，壓電片采用雙電極共面型壓電片。圖示壓電夾層由柔性電路板1(包括薄膜15和上下面導(dǎo)線4)、壓電片2以及通用接口 3組成，壓電片2的電極與柔性電路板I上的預(yù)留焊盤11導(dǎo)接，并通過導(dǎo)線4與通用接口 3電氣相連。圖3顯示了壓電夾層的壓電片部分加固結(jié)構(gòu)剖視圖，該部分從上到下分為三層第一層為柔性電路板薄膜，主要作用為電路保護(hù)；中間層為電路層和連接層，其中，壓電片2電極與電路板焊盤之間采用焊接或?qū)щ娔z12連接(如圖3所示焊錫或?qū)щ娔z)，在壓電片2與柔性電路板I結(jié)合面的其他區(qū)域，通過膠層5實(shí)現(xiàn)二者之間連接的加固，如圖3所示的加固膠層，該加固膠層5可以在電氣連接工序中加入，也可以通過柔性電路板薄膜上預(yù)留的注膠孔13注入(如圖3所示)，該加固膠層5增強(qiáng)了壓電片2與柔性電路板I之間的連接強(qiáng)度，進(jìn)而保護(hù)了導(dǎo)通電極電路，該層中除焊盤11外其他電路全部采用絕緣層14覆蓋，避免使用過程中短路；第三層為壓電片2，這部分為壓電夾層的核心部分，為激勵(lì)器或傳感器元件。
圖4和圖5分別顯示了本發(fā)明中加固壓電片的壓電夾層在板結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用主視圖和俯視圖；圖6顯示了應(yīng)用時(shí)，壓電夾層的加固壓電片部分與結(jié)構(gòu)連接情況，連接通過膠層實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本發(fā)明所提供的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)提高了壓電夾層中壓電片與柔性電路板之間連接的強(qiáng)度和可靠性，能夠更好的保護(hù)壓電片電極；
(2)本發(fā)明方法中壓電片與柔性電路板之間的加固膠層加入方法簡便，既可以在電路焊接過程中加入，也可以在加工成形后通過預(yù)留的注膠孔加入，便于操作和實(shí)現(xiàn)；
(3)本發(fā)明的方法不會在壓電激勵(lì)器/傳感器與被監(jiān)測結(jié)構(gòu)之間引入新的結(jié)構(gòu)部分，也就不會對應(yīng)用過程中壓電片性能產(chǎn)生明顯的影響；
(4 )本發(fā)明的方法可以使得壓電夾層更加便于攜帶、安裝和保護(hù)。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓電夾層的制作方法，利用柔性電路板、壓電片和通用接口制作壓電夾層，其特征在于包括如下步驟 (1)根據(jù)壓電片的電極位置在柔性電路板的一側(cè)預(yù)留電路焊盤，并在柔性電路板的另一側(cè)預(yù)留通用接口的管腳焊盤，將柔性電路板的其余位置全部用絕緣層覆蓋； (2)將柔性電路板上的管腳焊盤與通用接口通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，再將柔性電路板上的電路焊盤與壓電片的電極通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，從而將壓電片的電極與通用接口實(shí)現(xiàn)電路連接； (3)將柔性電路板與壓電片的結(jié)合面除電極以外區(qū)域通過膠層互相連接加固。
2.如權(quán)利要求I所述的一種壓電夾層的制作方法，其特征在于所述步驟(3)中，進(jìn)行膠層加固時(shí)，首先在柔性電路板上預(yù)留注膠孔，然后由該注膠孔注入加固膠層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種壓電夾層的制作方法，利用柔性電路板、壓電片和通用接口制作壓電夾層，包括如下步驟根據(jù)壓電片的電極位置在柔性電路板的一側(cè)預(yù)留電路焊盤，并在柔性電路板的另一側(cè)預(yù)留通用接口的管腳焊盤，將柔性電路板的其余位置全部用絕緣層覆蓋；將柔性電路板上的管腳焊盤與通用接口通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，再將柔性電路板上的電路焊盤與壓電片的電極通過焊接或?qū)щ娔z連接方式導(dǎo)通，從而將壓電片的電極與通用接口實(shí)現(xiàn)電路連接；將柔性電路板與壓電片的結(jié)合面除電極以外區(qū)域通過膠層互相連接加固。此種制作方法可增強(qiáng)柔性電路板與壓電片之間的連接強(qiáng)度，以保護(hù)電極的電氣連接，提高壓電夾層的可靠性。
文檔編號G01N29/22GK102636573SQ20121012008
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者江兵, 王強(qiáng), 袁慎芳 申請人:南京郵電大學(xué)