一种压电谐振式传感器力敏单元的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，适用基于压电谐振原理的力传感器，特别是涉及一种压电谐振式传感器力敏单元，该类传感器被广泛应用于工程建筑、称重、机械设备和科研装置等诸多领域，可精确测量力值。


背景技术：

2.传感器的未来，已朝向智能化、微小化与集成化发展，与传统结构式传感器不同，现代传感器更具备高度灵敏性、精度与分辨率等功能，如压电谐振式传感器，以压电效应与逆压电效应作为敏感单元运作原理，并量测其谐振频率，可取得超高性能与抗电磁干扰结果。
3.由于待测力传递到力敏芯片通常需要经过承载结构，如果承载结构设计不当，会导致力传递效率低，降低传感器的灵敏度。而且，目前技术上缺乏工业可量产化的压电谐振式传感器力敏单元设计。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种压电谐振式传感器力敏单元，承载体具有应力集中结构，能够有效传递待测外部力至力敏芯片，提升传感器的灵敏度；承载体的上部力承载边和下部力承载边结构可有效与待测物体连接，可满足拉/压两个方向的测力需求。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种压电谐振式传感器力敏单元，包括力敏芯片以及两个上下叠放的承载体；
6.所述的承载体包括上部力承载边、下部力承载边、内六边形框架和力敏芯片平台，所述的内六边形框架内壁的两侧均开设有一凹槽，两个凹槽形成力敏芯片平台，所述的上部力承载边和下部力承载边分别设置于内六边形框架的上下两侧；
7.所述的力敏芯片安装固定在力敏芯片平台上；
8.两个承载体之间采用封合部连接固定。
9.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的承载体的厚度为t，t的范围为0.1mm≤t≤5mm。
10.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的承载体的材料为可伐合金、铝合金或者钢。
11.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的封合部的材料为粘接胶或可焊接金属。
12.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的粘接胶为环氧树脂或者玻璃胶。
13.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的可焊接金属为可伐合金或者焊锡。
14.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的力敏芯片包括上部电极、下部电极和力敏芯片平板，所述的上部电极和下部电极分别镀于力敏芯片平板的上下两侧。
15.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的上部电极和下部电极的材料为可导电材料，可导电材料选用金、银、铝其中一种。
16.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的力敏芯片平板的材料为压电晶体或者压电陶瓷，如石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。
17.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的力敏芯片平板的厚度为t，t的范围为0.01mm≤t≤1mm。
18.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的上部力承载边与内六边形框架之间以及下部力承载边与内六边形框架之间均设置有应力集中结构，该应力集中结构的结构为圆边、方边或多边形。
19.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的上部力承载边、下部力承载边、内六边形框架、力敏芯片平台以及应力集中结构为一体化结构。
20.作为对本实用新型所述的技术方案的一种补充，所述的力敏芯片平台的高度大于等于力敏芯片平板的厚度。
21.有益效果：本实用新型涉及一种压电谐振式传感器力敏单元，具有以下的优点和积极效果：
22.1、承载体具有应力集中结构，能够有效传递待测外部力至力敏芯片，提升传感器的灵敏度；
23.2、承载体的上部力承载边和下部力承载边结构可有效与待测物体连接，其连接方式可采用粘接、夹持或焊接等方式，可满足拉/压两个方向的测力需求；
24.3、产品整体封装结构属于片式堆叠，具有工业化可大量产的优势；
25.4、内六边形框架上设计了力敏芯片平台，方便力敏芯片安装固定；
26.5、承载体不仅是一体化结构，而且整体材料还采用金属，具有高刚性特性。
附图说明
27.图1是本实用新型的结构示意图；
28.图2是本实用新型所述的承载体的结构示意图；
29.图3是本实用新型所述的力敏芯片的结构示意图。
30.图示：101、承载体，102、上部力承载边，103、下部力承载边，104、内六边形框架，105、力敏芯片平台，106、应力集中结构，107、封合部，201、力敏芯片，202、上部电极，203、下部电极，24、力敏芯片平板。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
32.本实用新型的实施方式涉及一种压电谐振式传感器力敏单元，如图1-3所示，包括力敏芯片201以及两个上下叠放的承载体101；
33.所述的承载体101包括上部力承载边102、下部力承载边103、内六边形框架104和力敏芯片平台105，所述的内六边形框架104内壁的两侧均开设有一凹槽，两个凹槽形成力敏芯片平台105，所述的上部力承载边102和下部力承载边103分别设置于内六边形框架104的上下两侧；
34.所述的力敏芯片201安装固定在力敏芯片平台105上；
35.两个承载体101之间采用封合部107连接固定，所述的封合部107的材料为粘接胶或可焊接金属。所述的粘接胶为环氧树脂或者玻璃胶；所述的可焊接金属为可伐合金或者焊锡。
36.外部力作用于传感器上，可为压力、扭力、惯性力等。
37.外部力作用于承载体101上，由上部力承载边102等与下部力承载边103进入承载体101内，同时上部力承载边102与下部力承载边103设计方便安装于传感器内。
38.所述的承载体101的厚度为t，t的范围为0.1mm≤t≤5mm。
39.参照图1所示，所述的上部力承载边102与内六边形框架104之间以及下部力承载边103与内六边形框架104之间均设置有应力集中结构106，该应力集中结构106的结构为圆边、方边或多边形等；外部力进入承载体101后，经由应力集中结构106，将外部力集中与放大，增加力敏芯片201侦测能力与敏感度。
40.所述的力敏芯片平台105的高度大于等于力敏芯片平板204的厚度。
41.所述的力敏芯片201包括上部电极202、下部电极203和力敏芯片平板204，所述的上部电极202和下部电极203分别镀于力敏芯片平板204的上下两侧。
42.所述的上部电极202和下部电极203的材料为可导电材料，可导电材料选用金、银、铝其中一种。
43.力敏芯片201经由胶材黏贴于力敏芯片平台105上，外部力经由应力集中结构106传递至力敏芯片201上。
44.力敏芯片201由上部电极202与下部电极203起振，产生一基频，外部力作用于力敏芯片平板204上，引起谐振频率后，频率讯号传递至讯号处理单元。
45.所述的力敏芯片平板204的材料为压电晶体或者压电陶瓷，如石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。
46.所述的力敏芯片平板204的厚度为t，t的范围为0.01mm≤t≤1mm。
47.所述的上部力承载边102、下部力承载边103、内六边形框架104、力敏芯片平台105以及应力集中结构106为一体化结构，一体化结构能保证各部件之间的连接强度以及结构稳定性；所述的承载体101的材料为可伐合金、铝合金或者钢。所述的承载体101为一金属结构，具有高刚性特性，可安装力敏芯片201于承载体101内，并将外部作用力集中至力敏芯片201上，使力敏芯片201感应到力能，改变石英谐振式晶体振荡频率，达到传感器功用。
48.本实用新型的承载体101具有应力集中结构106，能够有效传递待测外部力至力敏芯片201，提升传感器的灵敏度。承载体101的上部力承载边102和下部力承载边103结构可有效与待测物体连接，其连接方式可采用粘接、夹持或焊接等方式，可满足拉/压两个方向的测力需求。产品整体封装结构属于片式堆叠，具有工业化可大量产的优势。
49.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
51.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
52.以上对本技术所提供的一种压电谐振式传感器力敏单元，进行了详细介绍，本文中应用了具体例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：
1.一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：包括力敏芯片(201)以及两个上下叠放的承载体(101)；所述的承载体(101)包括上部力承载边(102)、下部力承载边(103)、内六边形框架(104)和力敏芯片平台(105)，所述的内六边形框架(104)内壁的两侧均开设有一凹槽，两个凹槽形成力敏芯片平台(105)，所述的上部力承载边(102)和下部力承载边(103)分别设置于内六边形框架(104)的上下两侧；所述的力敏芯片(201)安装固定在力敏芯片平台(105)上；两个承载体(101)之间采用封合部(107)连接固定。2.根据权利要求1所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的承载体(101)的厚度为t，t的范围为0.1mm≤t≤5mm。3.根据权利要求1所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的封合部(107)的材料为粘接胶或可焊接金属。4.根据权利要求3所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的粘接胶为环氧树脂或者玻璃胶。5.根据权利要求3所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的可焊接金属为可伐合金或者焊锡。6.根据权利要求1所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的力敏芯片(201)包括上部电极(202)、下部电极(203)和力敏芯片平板(204)，所述的上部电极(202)和下部电极(203)分别镀于力敏芯片平板(204)的上下两侧。7.根据权利要求6所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的力敏芯片平板(204)的材料为压电晶体或者压电陶瓷。8.根据权利要求6所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的力敏芯片平板(204)的厚度为t，t的范围为0.01mm≤t≤1mm。9.根据权利要求1所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的上部力承载边(102)与内六边形框架(104)之间以及下部力承载边(103)与内六边形框架(104)之间均设置有应力集中结构(106)，该应力集中结构(106)的结构为圆边、方边或多边形。10.根据权利要求9所述的一种压电谐振式传感器力敏单元，其特征在于：所述的上部力承载边(102)、下部力承载边(103)、内六边形框架(104)、力敏芯片平台(105)以及应力集中结构(106)为一体化结构。

技术总结
本实用新型涉及一种压电谐振式传感器力敏单元，包括力敏芯片以及两个上下叠放的承载体；所述的承载体包括上部力承载边、下部力承载边、内六边形框架和力敏芯片平台，所述的内六边形框架内壁的两侧均开设有一凹槽，两个凹槽形成力敏芯片平台，所述的上部力承载边和下部力承载边分别设置于内六边形框架的上下两侧；所述的力敏芯片安装固定在力敏芯片平台上；两个承载体之间采用封合部连接固定。本实用新型的承载体具有应力集中结构，能够有效传递待测外部力至力敏芯片，提升传感器的灵敏度；承载体的上部力承载边和下部力承载边结构可有效与待测物体连接，可满足拉/压两个方向的测力需求。的测力需求。的测力需求。


技术研发人员：周强 程继光 巫晟逸 赵岷江
受保护的技术使用者：台晶（宁波）电子有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/9/13