压电器件及电子设备的制作方法

本发明涉及一种压电器件及电子设备。

背景技术：

请参阅图1a-图1b，图1a为现有压电元件150固定于电路板134上的正视结构示意图，图1b为现有压电元件150固定于电路板134上的俯视结构示意图。电路板134包括第一顶面1341与第一底面1342，第一顶面1341设置有压电元件150。压电元件150包括第二顶面151与第二底面152，第二底面152贴合于第一顶面1341上。

压电元件150固定于电路板134上之后，利用封装层110比如薄膜，封装于电路板134上，压电元件150除第二底面152之外的五个表面与外界环境之间采用封装层隔离，容易受到水汽侵入。

技术实现要素：

本发明一方面提供一种压电器件，包括：

金属基印刷电路板，包括金属板及设置于所述金属板上的电路板，所述电路板包括背离所述金属板设置的第一顶面，所述电路板形成一通孔，该通孔贯穿所述第一顶面朝向所述金属板的表面；

压电元件，用于在激励电压的驱动下产生振动，所述压电元件至少部分容置于所述通孔内，并且包括背离所述金属板设置的第二顶面；以及

封装层，覆盖所述第二顶面并延伸至所述压电元件周围的电路板上。

本发明另一方面还提供一种电子设备，包括如上所述的压电器件，所述电子设备包括电源与处理器，所述电源用于为所述压电器件提供所述激励电压，所述处理器用于对所述压电器件的输出信号进行分析处理。

本发明提供的压电器件中，所述压电元件至少部分容置于开设于金属基印刷电路板的通孔中，从而保证所述压电元件的与第二顶面连接的多个侧面至少部分容置于所述通孔中，所述压电元件的与第二顶面相对设置的第二底面以及多个侧面位于所述通孔中的部分不容易受到水汽侵入，有利于提高所述压电元件、所述压电器件及包括所述压电器件的电子设备的可靠性及使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为现有压电元件固定于电路板上的正视结构示意图。

图1b为现有压电元件固定于电路板上的俯视结构示意图。

图2为本发明第一实施方式提供的压电器件的立体结构示意图。

图3为图2所示的压电器件沿iii-iii线的剖视结构示意图。

图4为图2所示的压电器件在第二实施方式中的沿iv-iv线的剖视结构示意图。

图5为图2所示的压电器件沿v-v线的剖视结构示意图。

图6a为电阻应变片的立体结构示意图。

图6b为图6a所示的电阻应变片的分解结构示意图。

图7为图5所示的应力感测组件的等效电路示意图。

图8为包括图2所示的压电器件的键盘的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图2-图3，图2为本发明第一实施方式提供的压电器件10的立体结构示意图，图3为图2所示的压电器件10沿iii-iii线的剖视结构示意图。本发明提供的压电器件10可以实现电能与机械能的相互转换，能够广泛应用于多种电子设备中，比如触控面板、键盘等多种领域。电子设备还可以包括电源与处理器等部件，电源用于为压电器件10提供电压信号，比如激励电压，处理器用于对压电器件10的输出信号进行分析处理。

压电器件10包括封装层110、金属基印刷电路板130以及压电元件150。其中，金属基印刷电路板130包括金属板131及设置于金属板131上的电路板134。电路板134包括背离金属板131的第一顶面1341与邻近金属板131的第一底面1342，其中第一顶面1341与第一底面1342相对设置。电路板134形成一贯通其厚度方向的通孔134a，即通孔134a贯穿第一顶面1341与第一底面1342。压电元件150用于在电源提供的激励电压的驱动下产生振动，并至少部分容置于通孔134a内。具体地，压电元件150包括背离金属板131的第二顶面151与邻近金属板131的第二底面152。

压电元件150至少部分容置于通孔134a内。在一种实施方式中，第二顶面151不凸出于第一顶面1341。比如，第二顶面151与第一顶面1341平齐，使得压电元件150除第二顶面151之外的五个表面完全容置于通孔134a中。压电元件150连接在第二顶面151与第二底面152之间的多个侧面，第二底面152的外围封装有金属基印刷电路板130，多个侧面的位于通孔134a内部分的外围封装有电路板134，从而位于通孔134a内的第二底面152与多个侧面不容易受到水汽侵入，有利于减小压电元件150容易受到水汽侵入表面的面积，提高压电元件150以及压电器件10的使用寿命。封装层110覆盖第二顶面151并延伸至压电元件150周围的电路板134上，在一种实施方式中，封装层110为压敏胶层。

在一种实施方式中，第二顶面151到金属板131的距离小于第一顶面1341到金属板131的距离，即压电元件150的第二顶面151低于电路板134的第一顶面1341，第二顶面151覆盖有封装层110，使得封装层110的外表面与第一顶面1341平齐，一方面有利于减少压电元件150容易受到水汽侵入表面的面积，另一方面，电路板134表面对应压电元件150的区域是平坦的，封装层110厚度均匀不易破损。

在一种实施方式中，压电元件150部分容置于通孔134a中，压电元件150包括设置于第二顶面151与第二底面152之间的多个侧面，每个侧面至少部分位于通孔134a中，压电元件150的第二底面152以及每个侧面容置于通孔134a中的部分不容易受到水汽侵入。

现有的压电元件150呈长方体状或其他形状并具有尖角，本实施例提供的压电器件10将压电元件150至少部分容置于通孔134a中，即压电元件150的第二底面152以及多个侧面容置于通孔134a中的部分不容易受到水汽侵入，有利于提高压电元件150、压电器件10及包括压电器件10的电子设备的可靠性及使用寿命。

金属基印刷电路板130中在电路板134上设置金属板131以提高金属基印刷电路板130的散热性能。在一种实施方式中，金属板131为304不锈钢或316不锈钢。金属板131与电路板134之间通过绝缘的导热层132连接，在一种实施方式中，导热层132可为预浸有聚丙烯(pp)的玻璃纤维层或导热树脂层，厚度小于100um。

导热层132背离金属板131一侧的设置有多个电极，比如铜电极，以与电路板134及/或压电元件150电连接形成导电通路。其中，至少部分电极与电路板134邻接，压电元件150通过粘接层140与至少两个电极电性连接。此导热层132上形成电极工艺方式与传统pcb电路板相同，即是将具有铜箔的pi膜与金属板131贴合之后将铜箔图案化形成。本实施方式中，粘接层140设置有非导电性胶(non-conductivefilm，ncf)。

电路板134为多层印刷电路板，包括多层fr-4材料，相邻层的fr-4材料通过胶体粘接固定。电路板134中设置导电线路，比如图3中电路板134设置的过孔1343与一电极电连接，在一种实施方式中，至少一层fr-4材料中设置有导电铜箔，此时，通孔134a可以形成在电路板134不包含导电线路的区域。在一实施方式中，电路板134中不具有导电线路，相应地，电路板134直接通过导热层132连接金属板131，多个电极夹设于粘接层140与导热层132之间。

进一步地，多个电极上还设置有压电元件150，压电元件150包括压电陶瓷层155及分别覆盖压电陶瓷层155两端的第一电极156与第二电极157，第一电极156与第二电极157用于传输电压信号，比如激励电压。压电陶瓷层155用于在第一电极156与第二电极157形成的电位差的驱动下产生机械振动，并与金属板131产生共振。多个电极中包括分别对应第一电极156与第二电极157设置的第三电极1331与第四电极1332，第一电极156用于与第三电极1331电连接，第二电极157用于与第四电极1332电连接，第三电极1331与第四电极1332用于将电源输出的电压信号，比如激励电压传输至第一电极156与第二电极157，及/或将第一电极156与第二电极157输出的电压信号传输至处理器。第一电极156与第二电极157还可以分别与多个电极电连接，在数量上没有限定。

具体地，第一电极156与第二电极157间隔设置，并且第一电极156与第二电极157均为反向电极。即第一电极156包括分别覆盖了压电陶瓷层155的顶面与底面的第一区段156a与第二区段156b，以及连接第一区段156a与第二区段156b的第三区段156c。第二电极157包括分别覆盖了压电陶瓷层155的顶面与底面的第一区段157a与第二区段157b，以及连接第一区段157a与第二区段157b的第三区段157c。在一实施方式中，粘接层140在垂直于金属板131的方向上导电，在平行于金属板131的方向上绝缘，比如各向异性导电胶(anisotropicconductivefilm，acf)，以实现第二区段156b与第三电极1331的电连接，以及第二区段157b与第四电极1332的电连接。

第三电极1331、电路板134及第一电极156之间形成第一凹槽134b，第四电极1332、电路板134及第二电极157之间形成第二凹槽134c。导热层132与金属板131作为第一凹槽134b与第二凹槽134c底壁的一部分，金属板131杨氏模量大于150gpa，有利于降低金属基印刷电路板130发生形变的几率，第三电极1331与第四电极1332作为第一凹槽134b与第二凹槽134c底壁的另一部分，第三区段156c与第三区段157c分别作为第一凹槽134b与第二凹槽134c的侧壁，以分别实现第三区段156c与第三电极1331的电连接，以及第三区段157c与第四电极1332的电连接。

在一实施方式中，第一凹槽134b与第二凹槽134c中均填充有导电介质135，比如通过滴墨法填充导电银浆，导电银浆电连接第三区段156c与第三电极1331，以及第三区段157c与第四电极1332。

可以理解的是，压电元件150的电极可以通过粘接层140及/或导电介质135实现与第三电极1331及第四电极1332的电性连接。

请参阅图4，为图2所示的压电器件10在第二实施方式中的沿iv-iv线的剖视结构示意图。本发明中为方便起见，相同的元器件采用相同的标号。压电元件150与导热层132之间的粘接层141中包括第一导电胶层141a与第二导电胶层141b，第一电极156通过第一导电胶层141a电连接第三电极1331，第二电极157通过第二导电胶层141b电连接第四电极1332。其中，第一导电胶层141a与第二导电胶层141b均设置有导电性胶，比如各向同性导电胶(isotropicconductivefilm，icf)，第一导电胶层141a与第二导电胶层141b之间还设置有非导电胶层141c。在一种实施方式中，第一导电胶层141a与第二导电胶层141b省略设置非导电胶层141c。

第一凹槽134b与第二凹槽134c中省略填充导电介质135(图3)，在一种实施方式中，第一凹槽134b与第二凹槽134c中可以填充导电介质135，有利于减小压电器件10的内阻。

请结合图2、图3参阅图5，图5为图2所示的压电器件10沿v-v线的剖视结构示意图。在本种实施方式中，压电器件10还包括用于根据金属基印刷电路板130的振动频率及强度输出对应反馈电压的两个应力感测组件160，两个应力感测组件160分别设置于压电元件150的两侧。应力感测组件160形成于导热层132背离金属板131的一侧，以与包括第三电极1331及第四电极1332的多个电极形成于同层。在一种实施方式中，压电器件10可以设置一个或其他数量的应力感测组件160。

在应力测试领域中一般会应用应变片，图6a为电阻应变片50的立体结构示意图，图6b为图6a所示的电阻应变片50的分解结构示意图。电阻应变片50包括依次层叠设置的覆盖层51、敏感栅52及基底53。基底53可以设置双面胶膜，以方便粘贴于构件上。敏感栅52是由导体或半导体材料制成的导电图案，其形状不限于图6所示的“弓”形。使用时，将电阻应变片50牢固地粘贴在构件上，待构件受力后由于发生应变，敏感栅52也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为构件的应变值。

请再次参阅图5，本发明中的应力感测组件160与图5中的电阻应变片50结构不同。具体地，每个应力感测组件160包括主动敏感栅r1与补偿敏感栅r4，优选地，主动敏感栅r1与补偿敏感栅r4均为铜/镍铬合金形成的绕线，且绕线图案相同。主动敏感栅r1与补偿敏感栅r4绕线图案排布方向相互正交。请结合参阅图5及图7，图7为图5所示的应力感测组件160的等效电路示意图。应力感测组件160的等效电路为半桥式测量电路，主动敏感栅r1、补偿敏感栅r4与应力感测组件的内阻r2及内阻r3组成桥臂。具体的，主动敏感栅r1的两端分别邻接补偿敏感栅r4与内阻r2，主动敏感栅r1与补偿敏感栅r4未相互接触的两端输出反馈电压vout，主动敏感栅r1与内阻r2未相互接触的两端接入输入电压vin。输入电压vin与反馈电压vout分别通过电极电连接至电源与处理器。

其中，主动敏感栅r1、补偿敏感栅r4与应力感测组件的内阻r2及内阻r3的阻值分别为r1、r2、r3及r4，反馈电压vout满足公式1：

假设r1＝r2＝r3＝r4＝r，并且主动敏感栅r1在应变的作用下产生电阻增量△r，则反馈电压vout与电阻增量△r正相关，并满足公式2：

请参阅图8，图8为包括图2所示的压电器件10的键盘60的结构示意图。键盘60优选为图8所示的平面键盘，可以理解的是，键盘60还可以是其他类型的键盘。

键盘60包括投影装置61与盖板62，以及设置于盖板62上的多个个压电器件10、电源(图未示)与处理器(图未示)。电源用于为压电器件10提供电压信号，比如激励电压与输入电压vin，处理器用于根据接收到的多个压电器件10输出的反馈电压计算按压操作的压力大小。

本发明还提供一种压电器件10的制作方法，包括以下步骤：

s1：制作电路板134，在电路板134贯通其厚度方向形成一用于容置压电元件150的通孔134a，比如可以利用多层fr-4材料相互粘接以得到多于两层的积层电路板，粘接剂可以为预浸有聚丙烯(pp)的玻璃纤维层或导热树脂层。若电路板134上具有需要开孔及填铜的位置，比如过孔1343，则需保证过孔1343与通孔134a之间保持预设距离，以保证电路板134的机械强度。

s2：提供金属板131及压电元件150，压电元件150包括分别覆盖其一端的第一电极156与第二电极157。

s3：在金属板131上形成导热层132及多个电极，其中导热层132形成于金属板131与多个电极之间，多个电极中包括分别对应第一电极156与第二电极157的第三电极1331与第四电极1332，将压电元件150的第一电极156与第二电极157对应粘接于第三电极1331与第四电极1332表面。在一种实施方式中，在pi膜上形成铜箔，将具有铜箔的pi膜贴合于导热层132上，后续对铜箔图案化形成多个电极。在一种实施方式中，在多个电极同层还图案化形成主动敏感栅r1与补偿敏感栅r4的导电图案。

s4：将电路板134粘接于金属板131的设置多个电极的一侧，使得压电元件150至少部分容置于通孔134a中，第三电极1331、电路板134及第一电极156之间形成第一凹槽134b，第四电极1332、电路板134及第二电极157之间形成第二凹槽134c。

s5：通过滴墨法向第一凹槽134b与第二凹槽134c中填入导电介质135并进行固化，导电介质135优选为导电银浆。

s6：在压电元件150及电路板134背离金属板131的一侧表面形成封装层110。优选地，封装层为压敏胶，比如丙烯酸压敏胶psa(pressuresensitiveadhesive)。

前述应用于压电器件10的各个技术方案可以适用于压电器件10的制作方法中，在此不做赘述。本发明提供的压电器件10将压电元件150至少容置于通孔134a中，即压电元件150的第二顶面151与第二底面152之间的多个侧面至少部分容置于通孔134a中，压电元件150的第二底面152与每个侧面容置于通孔134a中的部分不容易受到水汽侵入，有利于提高压电元件150、压电器件10及包括压电器件10的电子设备的可靠性及使用寿命。

需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于各个方式中的各具体方案可以相互适用，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。“连接”是指两个部件接触连接或者两个部件之间通过其他部件连接在一起。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。