超声波传感器的制作方法

文档序号:14398723

本实用新型涉及传感器技术领域,尤其涉及一种超声波传感器。



背景技术:

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。近年来,随着电子元器件微小型化的要求,超声波传感器装置小型化趋势也越来越显著。但是,超声波传感器具有高阻特性,驱动电流小,故而需要较高的输出电压驱动,同时需要输出较高的声压特性,从而又在一定程度上限制了超声波传感器的小型化发展。



技术实现要素:

基于此,有必要提供一种超声波传感器,该超声波传感器能够输出较高的声压特性,有利于超声波传感器的小型化发展。

其技术方案如下:

一种超声波传感器,包括基座、超声波压电振子以及外壳盖体,所述基座的中部设有放音口,所述基座的正面上设有至少两个承载焊盘,至少两个所述承载焊盘围绕所述放音口设置,相邻所述承载焊盘之间形成超声波传输路径开口,所述超声波压电振子设置在所述基座的正面上并与所述承载焊盘导电连接,所述超声波压电振子包括依次叠设的第一压电振子、中间框体和第二压电振子,所述中间框体上开设有连通所述第一压电振子和第二压电振子的阻尼孔,所述外壳盖体盖设在所述超声波压电振子的外侧并与所述基座的正面连接。

在其中一个实施例中,所述超声波传输路径开口包括开口宽度d与开口长度l,相邻所述承载焊盘之间形成的开口宽度d与开口长度l相同或接近。

在其中一个实施例中,所述承载焊盘的厚度h≥90μm,所述外壳盖体的上面板的内侧与所述超声波压电振子之间的间隙≥90μm。

在其中一个实施例中,所述开口宽度d为0.7mm≤d≤0.86mm,所述开口长度l为0.35mm≤l≤0.45mm。

在其中一个实施例中,所述基座的厚度h′为l-0.1mm≤h′≤l+0.1mm。

在其中一个实施例中,所述基座为矩形平板状,所述承载焊盘为四个,四个所述承载焊盘分别对应设置在所述基座的四个角处,所述超声波压电振子为矩形平板状,所述超声波压电振子的四个边角分别与对应的所述承载焊盘导电连接。

在其中一个实施例中,所述基座的背面上设有与所述承载焊盘一一对应的背面焊盘,对应的所述背面焊盘与对应的所述承载焊盘导通。

在其中一个实施例中,所述中间框体上还开设有开槽,所述开槽连通所述中间框体的边缘与所述阻尼孔。

在其中一个实施例中,所述第一压电振子包括依次叠设的第一陶瓷层和第二陶瓷层,所述第一陶瓷层与第二陶瓷层的极化电压方向相同,所述第二压电振子包括依次叠设的第三陶瓷层和第四陶瓷层,所述第三陶瓷层与第四陶瓷层的极化电压方向相同,所述第一陶瓷层与所述第三陶瓷层的极化电压方向相反,所述第一压电振子的侧面与所述第二压电振子的侧面导电连接。

在其中一个实施例中,所述第一压电振子包括第一压电陶瓷片和第一金属片,所述第一压电陶瓷片贴合在所述第一金属片上,所述第二压电振子包括第二压电陶瓷片和第二金属片,所述第二压电陶瓷片贴合在所述第二金属片上,所述第一压电陶瓷片与第二压电陶瓷片的极化电压方向相反,所述第一压电振子的侧面与所述第二压电振子的侧面导电连接。

本实用新型的有益效果在于:

所述超声波传感器,通过对超声波压电振子施加电压,第一压电振子与第二压电振子产生单独弯曲振动工作模态,中间框体上开设有阻尼孔分别与第一压电振子和第二压电振子形成阻尼腔,基座上的承载焊盘能够承载超声波压电振子并形成超声波传输路径开口,第一压电振子弯曲振动推动第一压电振子与外壳盖体所形成的空间的空气形成超声波,第一压电振子产生的超声波沿着其外周面传输至基座附近时,继续沿着超声波传输路径开口进行传播,在通过超声波传输路径开口处时,能够对空气进行压缩进一步提高声压,形成谐振,第二压电振子推动与外壳盖体所形成的空间的空气形成超声波,最后,第一压电振子产生的超声波与第二压电振子产生的超声波在放音口处进行谐振叠加,达到声音集中加强的效果,输出较高的声压特性,进而有利于超声波传感器的小型化发展。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述的超声波传感器的爆炸结构示意图;

图2为本实用新型实施例一所述的超声波传感器的内部结构示意图;

图3为本实用新型实施例一所述的超声波传感器的背面结构示意图;

图4为本实用新型实施例一所述的基座的正面结构示意图;

图5为本实用新型实施例一所述的基座的背面结构示意图;

图6为本实用新型实施例一所述的基座的侧面结构示意图;

图7为本实用新型实施例二所述的超声波传感器的爆炸结构示意图;

图8为本实用新型实施例二所述的超声波传感器的内部结构示意图。

附图标记说明:

100、基座,110、放音口,120、超声波传输路径开口,200、超声波压电振子,210、第一压电振子,220、中间框体,222、阻尼孔,224、开槽,230、第二压电振子,300、外壳盖体,400、承载焊盘,500、背面焊盘。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反,当元件被称作“直接在”另一元件“上”时,不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象,但这些对象不受这些术语限制。

实施例一

如图1、图2所示,一种超声波传感器,包括基座100、超声波压电振子200以及外壳盖体300。所述基座100的中部设有放音口110。所述基座100的正面上设有至少两个承载焊盘400,至少两个所述承载焊盘400围绕所述放音口110设置。相邻所述承载焊盘400之间形成超声波传输路径开口120。所述超声波压电振子200设置在所述基座100的正面上并与所述承载焊盘400导电连接。所述超声波压电振子200包括依次叠设的第一压电振子210、中间框体220和第二压电振子230。所述中间框体220上开设有连通所述第一压电振子210和第二压电振子230的阻尼孔222。所述外壳盖体300盖设在所述超声波压电振子200的外侧并与所述基座100的正面连接。

所述超声波传感器,通过对超声波压电振子200施加电压,第一压电振子210与第二压电振子230产生单独弯曲振动工作模态,中间框体220上开设有阻尼孔222分别与第一压电振子210和第二压电振子230形成阻尼腔,基座100上的承载焊盘400能够承载超声波压电振子200并形成超声波传输路径开口120,第一压电振子210弯曲振动推动第一压电振子210与外壳盖体300所形成的空间的空气形成超声波,如图2中示意的第一压电振子210产生的超声波的传输路径S1,第一压电振子210产生的超声波沿着其外周面传输至基座100附近时,继续沿着超声波传输路径开口120进行传播,在通过超声波传输路径开口120处时,能够对空气进行压缩进一步提高声压,形成谐振,如图2中示意的第二压电振子230产生的超声波的传输路径S2,第二压电振子230推动与外壳盖体300所形成的空间的空气形成超声波,最后,第一压电振子210产生的超声波与第二压电振子230产生的超声波在放音口110处进行谐振叠加,进而达到声音集中加强的效果,输出较高的声压特性,有利于超声波传感器的小型化发展。所述超声波传感器,通过在基座100上设置放音口110,并设置承载焊盘400之间形成超声波传输路径开口120,第一压电振子210产生的超声波在超声波传输路径开口120处能够对空气进行压缩进一步提高声压,并且使得超声波传输角度较小,尤其适用于对超声波传输角度要求较小的应用场景。

本实施例中,所述中间框体220由陶瓷或者刚性结构体构成。所述中间框体220的厚度可以为0.3mm。所述阻尼孔222可以为一个、两个或多个,具体可根据实际需要进行设置。可选地,所述阻尼孔222为一个,所述阻尼孔222的直径为3.5mm。进一步地,如图1所示,所述中间框体220上还开设有开槽224,所述开槽224连通所述中间框体220的边缘与所述阻尼孔222。通过采用上述结构,可使得超声波压电振子200的内部空间与外部空间连通,在将超声波压电振子200安装在基座100上等制造工序中,能够防止超声波压电振子200暴露于较高温度时,内部空间内的水蒸气等的膨胀,防止超声波压电振子200被破坏。可选地,所述开槽为方形槽,所述开槽的截面边长为0.15mm。

所述基座100为FR4材质。可选地,所述放音口110为放音孔,所述放音口110的直径可以为0.8mm。所述外壳盖体300为一端开口的封闭式外壳,所述外壳盖体300的开口端边缘与所述基座100的正面粘接,连接简单可靠。可选地,所述外壳盖体300的边长为5.1mm,厚度为0.8mm。

本实施例中,所述第一压电振子210、第二压电振子230分别与中间框体220通过粘结剂刚性固定。可选地,所述第一压电振子210的厚度为120μm,所述第二压电振子230的厚度为120μm。第一压电振子210与第二压电振子230均为矩形平板状,第一压电振子210与第二压电振子230的截面尺寸可以为40mm*40mm。

本实施例中,如图1、图2所示,所述第一压电振子210包括依次叠设的第一陶瓷层和第二陶瓷层,所述第一陶瓷层与第二陶瓷层的极化电压方向相同。所述第二压电振子230包括依次叠设的第三陶瓷层和第四陶瓷层,所述第三陶瓷层与第四陶瓷层的极化电压方向相同。所述第一陶瓷层与所述第三陶瓷层的极化电压方向相反。所述第一压电振子210的侧面与所述第二压电振子230的侧面导电连接。通过对第一压电振子210及第二压电振子230的侧面施加相同的电压进行驱动,可实现第一压电振子210和第二压电振子230的工作模态为弯曲振动模式。

本实施例中,第一压电振子210的侧面与第二压电振子230的侧面通过印刷或者溅射方式涂敷连接,实现导电连接。可选地,第一陶瓷层、第二陶瓷层、第三陶瓷层和第四陶瓷层的厚度均为60μm。

如图2、图4所示,所述超声波传输路径开口120包括开口宽度d与开口长度l,相邻所述承载焊盘400之间形成的开口宽度d与开口长度l相同或接近。具体地,接近是指相邻所述承载焊盘400之间形成的开口宽度d之间的差值在0.1mm范围内,开口长度l之间的差值在0.1mm范围内。进而,通过控制各超声波传输路径开口120相同或接近,可使得第一压电振子210产生的超声波与第二压电振子230产生的超声波沿各个方向上的传输路径相同或接近,从而能够进一步提高超声波在放音口110处的谐振叠加效果,提升声压特性。

进一步地,所述承载焊盘400的厚度h≥90μm,所述外壳盖体的上面板的内侧与所述超声波压电振子之间的间隙≥90μm。如此,可通过调整承载焊盘400的厚度,即通过调整超声波传输路径开口120的高度来调整声音路径的高度,进而对声压特性进行调整,通过将承载焊盘400的厚度设置为≥90μm,外壳盖体300的上面板的内侧与所述超声波压电振子200之间的间隙设置为≥90μm,本实施例的超声波传感器的声压特性较好,声压频率较好,实际应用较好。在本实施例中,所述承载焊盘400的厚度可以为140μm。

可选地,所述开口宽度d为0.7mm≤d≤0.86mm。所述开口长度l为0.35mm≤l≤0.45mm。如此,可通过调整承载焊盘400的尺寸,使得超声波传输路径开口120的开口宽度d和开口长度l可调,进一步来调整声音路径的大小尺寸,通过将开口宽度d与开口长度l设置为上述范围,能够使得超声波传感器的频率响应趋于较平坦的曲线,使得本实施例的超声波传感器获得较好的分辨率,声压特性较好,声压频率较好,实际应用较好。在本实施例中,所述开口宽度d可以为0.78mm,所述开口长度l可以为0.4mm。

进一步地,所述基座100的厚度h′为l-0.1mm≤h′≤l+0.1mm。进而,基座100的厚度h′与承载焊盘400的开口长度l相同或接近,可使得第一压电振子210产生的超声波与第二压电振子230产生的超声波频率接近,进一步提高声压特性。本实施例中,所述开口长度l为0.4mm时,所述基座100的厚度h′可以为0.5mm。此外,一般第一压电振子210产生的超声波与第二压电振子230产生的超声波在放音口110处存在相位差,可通过控制超声波压电振子200的厚度使得第一压电振子210产生的超声波与第二压电振子230产生的超声波在放音口110处的相位波长差短,可近似忽略,进一步提升声压特性。

进一步地,如图1、图2、图4所示,所述基座100为矩形平板状。所述承载焊盘400为四个,四个所述承载焊盘400分别对应设置在所述基座100的四个角处。所述超声波压电振子200为矩形平板状。所述超声波压电振子200的四个边角分别与对应的所述承载焊盘400导电连接。采用上述结构,超声波压电振子200的四个边角分别与对应的所述承载焊盘400导电连接,便于进行电压驱动;此外,第一压电振子210产生的超声波进行传播时,可通过四个承载焊盘400形成的四个超声波传输路径开口120进行传播形成谐振,声压特性好。具体地,所述超声波压电振子200的四个边角可通过导电胶黏剂或者贴焊工艺与基座100的四个承载焊盘400进行固定。

进一步地,如图3、图5、图6所示,所述基座100的背面上设有与所述承载焊盘400一一对应的背面焊盘500,对应的所述背面焊盘500与对应的所述承载焊盘400导通。进而,实际对超声波压电振子200进行电压驱动时,可直接对基座100的背面进行操作,使用方便;此外,对应的背面焊盘500与对应的承载焊盘400两两导通,制造方便,成本较低。

实施例二

实施例二所述的超声波传感器与实施例一所述的超声波传感器的区别在于:在实施例二中,第一压电振子与第二压电振子的组成结构及大小尺寸不同,承载焊盘400的厚度h、基座100的厚度h′以及放音口110的直径大小不同。

具体地,如图7、图8所示,所述第一压电振子210包括第一压电陶瓷片和第一金属片,所述第一压电陶瓷片贴合在所述第一金属片上。所述第二压电振子230包括第二压电陶瓷片和第二金属片,所述第二压电陶瓷片贴合在所述第二金属片上。所述第一压电陶瓷片与第二压电陶瓷片的极化电压方向相反。所述第一压电振子210的侧面与所述第二压电振子230的侧面导电连接。同样的,通过对第一压电振子210及第二压电振子230的侧面施加相同的电压进行驱动,可实现第一压电振子210和第二压电振子230的工作模态为弯曲振动模式。

可选的,所述第一压电振子210的厚度为490μm,第二压电振子230的厚度也同样为490μm。具体地,所述第一压电陶瓷片与第二压电陶瓷片的厚度均为160μm,所述第一金属片和第二金属片的厚度均为330μm。第一压电振子210的侧面及第二压电振子230的侧面通过印刷或者溅射方式涂敷连接起来,实现导电连接。

在本实施例中,所述承载焊盘400的厚度h为90μm。基座100的厚度h′为0.4mm。所述放音口110的直径为1mm。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

再多了解一些
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