專利名稱：壓電加速傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用壓電元件的壓電加速傳感器。
背景技術(shù)：
加速傳感器廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)以及類似領(lǐng)域，例如作為傳感器應(yīng)用于控制汽車上的氣囊。加速傳感器可分為單軸型、三軸型以及依靠檢測方向的數(shù)量的類型等等，且檢測的類型包括壓敏電阻型、電容型、壓電型等等。
圖5是說明與本發(fā)明有關(guān)的傳統(tǒng)的壓電加速傳感器的配置圖。圖5A是簡化的總體剖面圖，且圖5B是基本部分的局部剖面圖。壓電加速傳感器是其中振動膜由重力加速引起畸變的傳感器，且利用壓電效應(yīng)可以檢測這一畸變。如圖5A所示，廣泛作為加速檢測單元2的配置是，重物22與振動膜21的下表面相連，壓電元件23則與其上表面相連。檢測電極、連接這些電極的線路、析取檢測電極輸出的連接電極形成在壓電元件23的正表面上。此外，背面電極25以與檢測電極相反的方式形成在壓電元件25的背面上。這些背面電極25在其與表面布線圖之間產(chǎn)生浮動電容。由于浮動電容引起檢測敏感性的下降，背面電極25只形成在與檢測電極形成部分相對應(yīng)的部分，這樣可防止檢測敏感性的下降。
壓電元件23的背面通過在電極未形成部分31中和振動膜21與背面電極25包圍的粘合層27中填充絕緣的丙烯酸粘合劑與振動膜21連接。粘合層27的厚度由背面電極25的厚度所限制。如上所述，如果背面電極25只在對應(yīng)正表面上檢測電極形成部分的部分形成，在圖5A所示，則背面電極25來限制粘合層27的厚度是不可能的，尤其是壓電元件23的末端部分。因此，壓電元件23與振動膜21的連接狀態(tài)是，壓電元件23或振動膜21中出現(xiàn)部分翹曲。當(dāng)出現(xiàn)粘合上的這種不均勻，粘合層27的厚度也發(fā)生變化，這樣浮動電容在電極未形成部分31的各部分之間不同。在圖5B所示的示例中，由于粘合層27的厚度在末端側(cè)小于背面電極25的鄰近區(qū)域，在正表面形成的線路和類似區(qū)域與振動膜21之間產(chǎn)生的每單位區(qū)域的靜電電容C1與C2(包括浮動電容)之間保持C1＜C2的關(guān)系。例如，若壓電元件23(介電常數(shù)1850)的厚度設(shè)定為150μm，且每個背面電極25的厚度形成為2μm(粘合物的介電常數(shù)4)，則每平方毫米的靜電電容C1成為15.2pF。另一方面，如果粘合層27的厚度部分地變?yōu)?.3μm，并發(fā)生粘合上的不均勻，則每平方毫米的靜電電容C2變?yōu)?0.6pF，這大約是C1的3.3倍的容量。加速檢測單元2的各個不同部分發(fā)生靜電電容的變化，且對壓電元件23的正表面上形成的X軸、Y軸和Z軸的每個以分散的方式影響其檢測敏感性。如果假設(shè)每軸的線路區(qū)域是2平方毫米，且檢測電極(靜電容量240pF)也形成在同一區(qū)域，并且如果假設(shè)連接用于檢測X軸方向的加速的電極的所有線路形成在壓電元件23的靜電電容C1部分中，且假設(shè)連接用于檢測Y軸方向加速的電極的所有線路在靜電電容C2部分中形成，則Y軸方向的檢測敏感性相對X軸方向下降約20％。這樣，使用傳統(tǒng)的加速傳感器每個軸的檢測敏感性是不同的。如果使用這樣的加速傳感器，有必要在用于處理加速傳感器的輸出信號的處理電路側(cè)對每個軸的敏感性進(jìn)行調(diào)整。因此，這將導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種壓電加速傳感器，使抑制壓電元件與振動膜連接時的粘合上的不均勻，和消除每個軸的檢測敏感性的變化成為可能。
根據(jù)本發(fā)明，提供的壓電加速傳感器包括一個加速檢測單元，它具有固定在振動膜一個表面上的重物，以及固定在其另一個表面上的薄板狀壓電元件，通過粘合壓電元件的背面而將其固定在此；在壓電元件的各個表面上分別形成的表面電極和背面電極，其特征是，在壓電元件的背面上形成的用于在振動膜和表面電極之間維持均勻距離的支持圖。
根據(jù)本發(fā)明，由于在壓電元件背面上形成用于維持振動膜與表面電極之間均勻距離的支持圖，使抑制壓電元件與振動膜連接時粘合上的不均勻，和統(tǒng)一每個軸產(chǎn)生的浮動電容成為可能。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，形成壓電元件的背面電極使得與表面電極相反，且形成支持圖以與連接表面電極的布線圖相反。
根據(jù)本發(fā)明，對于壓電元件各個表面上的電極和圖案，由于形成的背面電極與表面電極相反，且形成的支持圖與布線圖相反，使降低布線圖與反向電極之間發(fā)生的浮動電容成為可能。
另外，在本發(fā)明中，支持圖最好是與布線圖基本垂直。
根據(jù)本發(fā)明，由于壓電元件的布線圖與支持圖彼此基本垂直，使布線圖和支持圖的重疊區(qū)域最小化成為可能。這樣有可能抑制浮動電容的發(fā)生。此外，即使在制造時各個模式的分布發(fā)生一點偏差，由于布線圖與支持圖的重疊區(qū)域不變，各個軸的浮動電容的變化將是較小的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一個壓電加速傳感器的簡化平面圖；圖2是圖1中沿線II-II的橫截面圖；圖3A到3C是根據(jù)實施例的壓電元件23的正表面圖、背面圖和從正表面看的透視圖；圖4是圖3C中加速檢測單元2的沿線IV-IV的部分橫截面圖；圖5A和5B是傳統(tǒng)壓電加速傳感器的總體橫截面圖和橫截面圖。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明實施例的壓電加速傳感器的簡化剖面圖。圖2是沿圖1中線II-II的橫截面圖。在圖中，參考數(shù)字1表示一個外殼，2表示一個加速檢測單元。應(yīng)指出的是，圖1是略去了外殼1的上部繪制的圖，以利于理解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
外殼1包括金屬罩1a和樹脂制造的基底1b。圓形壁凹11形成于基底1b的內(nèi)部中心。此外，放置加速檢測單元2的梯形部分12環(huán)繞壁凹11形成。多個端子5在基底1b的一對相互平行的邊緣部分穿過基底1b，且他們的上端彎曲成L或U形。如圖1所示，具有L形部分的端子5與加速檢測單元2相連，同時具有U形部分的端子5與罩1a相連，且端子5的下末端配置為與外部相連的端子。在此，與罩1a的連接增強(qiáng)了對外部噪聲的密封效果。
如圖2所示，對于加速檢測單元2，盤狀重物22用如焊接的方法與振動膜21的下表面的中心相連，其中振動膜21由矩形金屬薄板制成。陶瓷制的壓電元件23具有與振動膜21基本相同的形狀和大小，與振動膜21的上表面相連。
圖3A表示壓電元件23的上表面(正表面)，圖3B表示壓電元件23的下表面(背面)，且圖3C顯示從正表面一側(cè)看的壓電元件23的透視圖。圖4是圖3C中沿線IV-IV的局部橫截面圖。如這些圖所示，表面電極24形成于壓電元件23的正表面上，且背電極25形成于其背表面上。這些電極各自通過烘烤導(dǎo)電材料而形成。
如圖3A所示，表面電極24相對壓電元件23的中心呈放射狀圖形，可分為整體呈環(huán)形的多個扇形加速檢測電極(下文稱為檢測電極)24a，和形成于檢測電極24a的四個周圍部分的半圓形噪聲消除電極24b。進(jìn)一步，通過線路28與各個電極24相連的連接電極26形成于壓電元件23的正表面的拐角部分。線路28分為連接電極24的線路28a和從線路28a以及連接電極26分支的以支路形式形成的線路28b。線路28b調(diào)整每個軸的線路28的長度，且線路28a和28b的線路長度的總和要與各個軸彼此一致，由此抑制各個軸發(fā)生的靜電電容的變化。同時，如圖3B所示，背面電極25分為中央電極25a和隅部電極25b，中央電極25a以環(huán)形形式形成于檢測電極24a的背面上以覆蓋整個的電極24a，隅部電極25b形成于每個噪聲消除電極24b的背面邊上，以覆蓋電極24b。此外，支持圖29以從中央電極24a向壓電元件23的末端部分放射狀延伸的方式形成于壓電元件23的背面上。支持圖29的厚度與中央電極25a和隅部電極25b的厚度一致。
圖3C是從正表面一側(cè)看壓電元件23的透視圖，且表面電極24、連接電極26和線路28以實線表示，而背面電極25和支持圖29以虛線表示。如圖3C所示，背面電極25的中央電極25a和隅部電極25b的各自位置與表面電極24的檢測電極24a和噪聲消除電極24b的位置相反，以覆蓋電極24。另外，支持圖29的位置與線路28相反，基本垂直于線路28。
如圖4所示，壓電元件23的背面通過絕緣丙烯酸粘合劑與振動膜21相連，且粘合層27形成于振動膜21與壓電元件23之間，并受限于背面電極25的厚度。由于該粘合層27由厚度與背面電極25的厚度相同而形成的支持圖29支持，因此，壓電元件23的任何區(qū)域維持基本一致的厚度。背面電極25和振動膜21通過粘合劑連接而在電氣上相互耦合，以形成共用電極。如圖2所示，這樣形成為一個單元的加速檢測單元2容納于外殼1內(nèi)，其狀態(tài)是，重物22容納在壁凹11內(nèi)，振動膜21的末端部分和壓電元件23放置在梯形部分12之上，梯形12位于外殼1中壁凹11的周圍。
如上所述，根據(jù)本實施例，由于支持圖形成于壓電元件23的背面上，使防止與振動膜21連接時出現(xiàn)的粘合的不均勻成為可能。因此，可統(tǒng)一各個軸上發(fā)生的浮動電容成為可能，由而，使抑制各軸的檢測敏感性的變化成為可能。
另外，因為背面電極25和表面電極24彼此相反，互相重疊，且支持圖29的位置與正表面上的線路28相反，所以有可能使浮動電容的發(fā)生最小化。另外，由于支持圖29和線路28彼此相交，以致相互基本垂直，所以即使支持圖29和線路28之間的位置在制造階段出現(xiàn)小的偏差，支持圖29和線路28之間的重疊區(qū)域也沒有變化。因此，對于每件產(chǎn)品，不會發(fā)生與檢測敏感性有關(guān)的變化。
盡管在實施例中，實例顯示其中支持圖29呈現(xiàn)從壓電元件23的中心向外放射的狀態(tài)，但在它與引線28相反并維持粘合層27的統(tǒng)一厚度條件下，支持圖29可以以任何形式滿足要求。例如，可以想象提供一種具有圍繞在中央電極25a的外周的不同直徑的環(huán)狀圖，以包圍電極25a。此外，也可能通過這一環(huán)狀圖和實施例中放射狀圖的結(jié)合來實現(xiàn)。還可以在壓電元件23的背面上不同部分分布柱狀圖來達(dá)到類似效果。
發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明，由于有可能抑制壓電元件與振動膜連接時的粘合不均勻，統(tǒng)一加速檢測單元每個部分的浮動電容的發(fā)生，所以抑制檢測敏感性的變化是可能的。因此，調(diào)整檢測敏感性和調(diào)整電路將變得不必要，因而允許儀器的簡化和費用的降低。另外，由于線路圖中產(chǎn)生的浮動電容減少，以及制造狀態(tài)下的變化較小，所以使提供出色的檢測敏感性和高可靠性的加速傳感器成為可能。
權(quán)利要求
1.一種壓電加速傳感器包括一個加速檢測單元，具有固定在振動膜一表面上的重物，和固定在其另一個表面的薄板狀壓電元件，通過將所述壓電元件的背面粘合在此而將其固定；和分別形成在所述壓電元件的各個表面上的表面電極和背面電極，其特征是用于在所述振動膜和所述表面電極之間維持均勻距離的一個支持圖形成在所述壓電元件的背面上。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電加速傳感器，其特征是形成的所述壓電元件的背面電極與表面電極相反，和形成所述支持圖使得與用于連接所述表面電極的布線圖相反。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電加速傳感器，其特征是形成的所述壓電元件的背面電極與表面電極相反，和形成所述支持圖使得與用于連接所述表面電極的布線圖基本垂直。
全文摘要
一種壓電加速傳感器包括一個加速檢測單元，它具有固定在振動膜一個表面上的重物，以及另一個表面上的壓電元件，通過將壓電元件的背面在此粘合而固定該壓電元件；以及分別形成在壓電元件的各表面上的表面電極和背面電極，其中用于在振動膜和表面電極之間維持均勻距離的一個支持圖形成在壓電元件的背面上，以抑制壓電元件和振動膜連接時的粘合不均勻，并消除每個軸的檢測敏感性的變化。
文檔編號G01P15/18GK1618021SQ0282785
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月4日
發(fā)明者和氣尚美, 勝岡健太郎, 山田博巳, 武田秀樹 申請人:星精密株式會社