壓電薄膜傳感器的製作方法

2023-05-01 20:30:01

專利名稱：壓電薄膜傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具備壓電薄膜的壓電薄膜傳感器。
背景技術：
以往，具備由高分子材料構成、尤其是由聚偏氟乙烯(PVDF)構成的壓電薄膜的壓 電傳感器，例如被用作對床、墊子、片材等具有彈性力的支承體所被施加的負重進行檢測， 來判定有無人、動物、物體等的存在的壓力傳感器。在將壓電傳感器作為這樣的壓力傳感器 使用的情況下，為了將壓電傳感器準確地配置到支承體上的負重檢測位置，將壓電體對應 於壓力傳感器向支承體的配置形狀而形成，通過在其表面設置電極及布線，形成了壓力傳 感器。 作為這樣的壓電傳感器，公知有一種在壓電薄膜的兩面塗敷銀膏，將一側形成為
信號電極，將另一側形成為接地電極的壓電傳感器(例如參照專利文獻l)。該壓電傳感器
中，在壓電薄膜的信號電極一側進而分別藉助粘接劑層疊有絕緣層和保護層，在壓電體的
接地電極一側藉助粘接劑層疊有絕緣層。 專利文獻1 :日本特開平10-332509號公報

發明內容
但是，由於專利文獻1中記載的壓電傳感器通過層疊壓電薄膜、電極層、保護層、 粘接層、絕緣層等多個層來製造，所以，存在工程費用增大、實際上無法產品化之類的問題。 而且，為了在進行層疊時高精度地定位各層的端子部分，存在著需要大量的勞力及成本這 樣的問題。 並且，在專利文獻1所記載的壓電傳感器中，直接對由聚偏氟乙烯(PVDF)構成的 壓電薄膜的表面塗敷銀膏並設置了電極。但是，PVDF的耐熱溫度低至12(TC以下，如果想要 以通常的乾燥溫度、即15(TC左右使銀膏乾燥，則有可能導致PVDF的壓電特性劣化，因此， 難以在PVDF自身上形成穩定的電極。進而，因熱膨脹率之差，還有可能發生剝離、斷線，其 包含著可靠性受損的主要原因。 本發明鑑於上述課題提出，其目的在於，提供一種能夠實現組裝工序簡潔化、且可 靠性高的壓電傳感器。 用於實現該目的本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵構成在於，具有基材，其被 彎折成形成於表面的信號電極及接地電極在俯視時重合；壓電薄膜，其被插入到形成於所 述基材的所述信號電極與所述接地電極之間；和粘接層，其用於粘接被彎折的所述基材，將 所述信號電極、所述接地電極及所述壓電薄膜固定。 如本構成那樣，通過對應被彎折成形成在表面的信號電極及接地電極在俯視時重 合的基材的、兩個電極重合的部分，配置壓電薄膜，由此能夠預先在一張基材上形成兩個電 極，僅通過在彎折部彎折基材來製造壓電薄膜傳感器。因此，可以使組裝工序簡化、降低制 造成本。
而且，本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵在於，將所述信號電極及所述接地電極的兩端子，集中設置在通過彎折而被劃分的所述基材的多個區域中的至少一個區域。
根據上述構成，當在組裝工序中彎折基材時，可容許信號電極及接地電極稍微發
生位移。即，為了在壓電薄膜傳感器上形成兩電極的端子部，在本構成中將兩端子預先形成在基材通過彎折而被劃分的多個區域中的至少一個區域。由此，在彎折基材之際，端子間不會發生位移。因此，能夠大幅簡化壓電薄膜傳感器的組裝工序，可以降低製造成本。 並且，本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵在於，所述信號電極及所述接地電極形成在所述基材的同一面上。 根據上述的構成，由於僅在基材的單面形成電極即可，所以可簡化電極形成的工序，能夠進一步降低製造成本。 另外，本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵在於，在具有所述信號電極的面的背面，還形成有第二接地電極。 根據上述的構成，可以構成為由兩個接地電極夾持信號電極的兩面。結果，來自外部的噪聲被第二接地電極遮斷，不會混入到信號電極。由此，可以提供靈敏度高的壓電薄膜傳感器。並且，由於在具有信號電極的面的背面預先形成第二接地電極，僅彎折基材即可，所以，可同時實現壓電薄膜傳感器的高靈敏度化和組裝工序的簡化。 而且，本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵在於，通過在至少兩個部位彎折所述基材，將所述信號電極構成為以被接地電極夾持的狀態在俯視時重合。這裡，夾持信號電極的接地電極當然包括由不同的接地電極構成的情況，還包括將一個接地電極彎折來構成的情況。 根據上述的構成，由於通過由接地電極夾持信號電極，使得來自外部的噪聲被遮斷，所以，能夠通過以不那麼高的位置精度僅兩次彎折基材這一極其簡單的組裝工序，製造靈敏度高的壓電薄膜傳感器。 並且，本發明涉及的壓電薄膜傳感器的特徵在於，將所述信號電極及所述接地電極的端子集中設置於所述基材的彎折部。 根據本構成，可以將從其他區域向設置於彎折部的端子部鋪設的電極的長度設定得短。由此，能夠高效地進行電極的形成。 而且，根據上述的構成，如果將連接器連接在例如信號電極及接地電極的端子存在的部分，則端子連接器固定基材的彎折部，作為對被彎折的基材發生剝離的方向的力進行限制的夾具發揮功能。由此，能夠更進一步簡化組裝工序且提高作為壓電薄膜傳感器的可靠性。 另外，在以上說明的壓電薄膜傳感器的構成中，優選構成為所述基材具備通過對該基材進行彎折而被劃分的基材第一部和基材第二部，所述信號電極設置於所述基材第一部，所述接地電極設置於所述基材第二部。 或者，優選如下構成通過在至少兩個部位彎折所述基材，將所述信號電極構成為以被接地電極夾持的狀態在俯視時重合，所述基材具備通過彎折該基材而被劃分的基材第一部、基材第二部和基材第三部，所述基材第一部與所述基材第二部被第一彎折部劃分，所述基材第二部與所述基材第三部被第二彎折部劃分，所述信號電極設置於所述基材第一部，所述接地電極設置於所述基材第二部，所述第二接地電極設置於所述基材第三部。
根據這些構成，能夠容易地實現具有下述部件的壓電薄膜傳感器的構成，即具有基材，其被彎折成形成於表面的信號電極及接地電極在俯視時重合；壓電薄膜，其被插入到形成於基材的信號電極與接地電極之間；和粘接層，其用於粘接被彎折的基材，將信號電極、接地電極及壓電薄膜固定。 另外，優選在所述集中設置的所述信號電極及所述接地電極的兩端子的周圍形成切槽，通過彎折所述基材，所述兩端子露出。 根據該構成，在將信號電極及接地電極的端子集中設置於基材的彎折部的情況下，能夠容易且恰當地構成端子部。


圖1是第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成了電極的基材的俯視展開圖。
圖2是表示第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的製造過程的立體圖。 圖3是第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的檢測部的剖視圖。 圖4是第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的端子部的立體圖。 圖5是第二實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成了電極的基材的俯視展開圖。 圖6是第三實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成了電極的基材的俯視展開圖。
具體實施例方式(第一實施方式) 下面，參照圖1 圖4，對本發明涉及的壓電薄膜傳感器的第一實施方式進行說明。 本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器具備具有彎折部11的基材1、形成在基材1的表面的信號電極2及接地電極3、由聚偏氟乙烯(PVDF)構成的壓電薄膜5、和用於粘接彎折後的基材l的粘接層6。 壓電薄膜5用於通過壓電效應產生電荷，在壓電薄膜傳感器被賦予外力使得壓電薄膜傳感器發生了變形的情況下，可以從藉助粘接層6而設置的電極，將由壓電薄膜5產生的電荷作為電信號取出。 圖1是表示本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成於基材1的電極圖案的俯視展開圖。圖1 (a)表示了基材1的一側的面(表面)，圖1 (b)表示了基材1的另一側的面(背面)。如圖1所示，基材1通過在其彎折部11處彎折而被分成兩個區域(在本說明書中，分別表現為基材第一部、基材第二部)。在基材第一部la的表面設置有信號電極2，在基材第二部lb的表面設置有接地電極3。這些部件被設置在基材1的同一面上。並且，在基材第一部la的形成有信號電極2的面的背面，形成有第二接地電極4。這些電極例如通過電極印刷或蝕刻等公知的方法形成。 此時，接地電極3遍布基材第二部lb的表面整個區域地形成，並且形成為越過彎折部11延伸到基材第一部la。
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如圖2所示，基材1通過彎折部11被彎折成形成有信號電極2及接地電極3的面成為內側。通過彎折，這些電極成為相對的構成，在相對的2個電極間插入有由聚偏氟乙烯(PVDF)構成的壓電薄膜5。信號電極2與壓電薄膜5、以及接地電極3與壓電薄膜5通過介於它們之間的粘接層6來固定。圖3示出如此得到的壓電薄膜傳感器的檢測部9的剖面。
壓電薄膜5被插入到形成在基材第一部la的信號電極2、與形成在基材第二部lb的接地電極3重合的區域。在本實施方式中，插入了與信號電極2中構成檢測部9的區域對應的大小的壓電薄膜5。作為壓電薄膜5的材料，除了PVDF之外，例如還可以使用採用了作為面狀高分子材料的聚丙烯等的駐極體材料。 粘接層6形成在整個基材1上。即，粘接層6遍布整個面地粘接基材第一部la和基材第二部lb。作為構成粘接層6的材料，可以使用反應類、溶液類、熱熔類等粘結劑或粘接劑，並沒有特殊的限定。不過，由於粘接層6為存在於電極間的構成，所以，從維持壓電薄膜傳感器的靈敏度的觀點出發，優選選擇介電常數高的粘接劑。並且，從同樣的觀點出發，粘接層6薄的為優選。 另外，為了降低製造成本而抑制PVDF的使用量，由此也可以採用將壓電薄膜5局部地插入到重合的信號電極2與接地電極3之間的構成。該情況下，比起接地電極3和信號電極2相對的區域來，構成為減小了壓電薄膜5存在的區域，粘接層6按照基材1的大小構成。其結果，粘接層6起到防止在不存在壓電薄膜5的區域兩個電極間發生短路的作用。
粘接層6也可以由相當於基材1的"帶基材的粘接劑"構成。 第二接地電極4作為保護電極發揮功能。由此，可以防止來自外部的噪聲混入到信號電極2中，提高作為壓電薄膜傳感器的靈敏度。不過，當在不要求那樣高的靈敏度的情況下使用時，第二接地電極4不一定必須。 另外，圖3中表示了藉助固定劑7在被彎折的基材1的外側(在基材第一部la中為第二接地電極4的外側)設置了保護薄膜8的例子。雖然本例子中示出了在彎折的基材1的上下各面分別設置保護薄膜8的例子，但也可以將一張保護薄膜8彎折構成。對保護薄膜8而言，如果是絕緣薄膜則沒有特殊的限定，但如果是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)等樹脂薄膜，則由於機械強度高故優選採用。尤其是若保護薄膜8使用與基材l相同的材質，則即使在固定二者時進行了熱處理，因熱膨脹率相同所以能夠防止發生翹曲等。另外，固定劑7可以使用與構成粘接層6的粘接劑相同的材料，但其與所述粘接劑既可以相同也可以不同。 保護薄膜8用於保護基材1不受外部的機械應力的損傷，優選設置，但也並非必須設置。 如圖1及圖2所示，基材第一部la上形成有端子部10。接地電極3經過基材1的彎折部11的內側面與基材第一部la導通，以到達端子部10。這樣，通過將信號電極2及接地電極3的端子集中於基材第一部la，可以容許在組裝工序中被彎折成基材1的形成有信號電極2及接地電極3的面成為內側時的位移。S卩，由於不需要端子彼此的對位作業，所以，可以使組裝工序簡化。 在本實施方式中，如圖4所示，接地電極3進而經過基材1的側面還與第二接地電
極4導通，成為第二接地電極4的端子也集中於基材第一部la的構成。 其中，在檢測部9以外的部分未插入壓電薄膜5。因此，在該部分不具有靈敏度，成為可以防止噪聲產生的構成。 這樣的壓電傳感器能夠用於通過安裝到例如車輛用座席、電影院、劇場等的座椅或床等與人接觸的面上，而取得人的各種信息的系統中。
(第二實施方式) 接著，根據圖5，對本發明涉及的壓電薄膜傳感器的第二實施方式進行說明。
本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器是與第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器大致相同的構成，但其特徵在於將端子部10設置於基材1的彎折部11這一方面。
圖5是表示本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成於基材1的電極圖案的俯視展開圖。在本實施方式中，從彎折部ll的中央部到基材第二部lb—側形成有-字型的切槽13。信號電極2超過彎折部11延伸到被切槽13分離的區域內。另一方面，接地電極3形成在基材第二部lb中被切槽13分離的區域以外的整個區域及被切槽13分離的區域內的端部，並且，為了將它們連接而形成一體的電極，還從彎折部11向基材第一部la—側稍微形成。這樣一來，在被切槽13分離的區域，集中設置有信號電極2及接地電極3的兩端子。該情況下，通過彎折基材1，信號電極2及接地電極3的兩端子露出，而與未圖示的連接器連接。 通過採用這樣的構成，壓電薄膜傳感器的端子部IO被集中於彎折部11。由此，可以將從其他區域開始鋪設到彎折部11的電極的長度設定得短。從而，能夠高效地形成電極。另外，通過採用將端子部10設置於彎折部11的構成，例如在將連接器與端子部10連接時，端子連接器作為固定基材1的彎折部11、對彎折後的基材1發生剝離的方向的力進行限制的夾具發揮功能。由此，能夠提高作為壓電薄膜傳感器的可靠性。
為了防止進一步的復原，有效的方法例如有在彎折部11處設置切槽來降低剝離應力、或將彎折部11自身熔融等。
(第三實施方式) 接著，根據圖6，對本發明涉及的壓電薄膜傳感器的第三實施方式進行說明。
本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器是與第一實施方式涉及的壓電薄膜傳感器大致相同的構成，但其特徵在於在基材1具有2處彎折部11、12這一方面。
圖6是表示本實施方式涉及的壓電薄膜傳感器的、形成於基材1的電極圖案的俯視展開圖。在本實施方式中，基材1通過在2個部位的彎折部11、12處被彎折而被分成3個區域(在本說明書中分別表現為基材第一部、基材第二部、基材第三部)。這裡，基材第一部la與基材第二部lb被第一彎折部11劃分，基材第二部lb與基材第三部lc被第二彎折部12劃分。在基材第一部la的表面設置有信號電極2，在基材第二部lb的表面設置有接地電極3，在基材第三部lc的表面設置有第二接地電極4。它們被設置在基材1的同一面上。 基材1與其他的實施方式同樣地，通過彎折部11被彎折成形成有信號電極2及接地電極3的面成為內側。通過彎折，這些電極成為重合的構成，並在信號電極2與接地電極3之間插入由聚偏氟乙烯(PVDF)構成的壓電薄膜5。並且，基材1通過第二彎折部12被彎折成由接地電極3和第二接地電極4夾持信號電極2。其結果，通過基材1在兩個部位被彎折，信號電極2以被接地電極3和第二接地電極4夾持的狀態在俯視時變得重合。第二接地電極4作為保護電極發揮功能。彎折後的基材1被粘接層6固定。
這樣，通過在基材1上設置2處彎折部11、12，能夠僅在單面形成電極。由此，能夠
製造進一步抑制製造成本，同時組裝簡易、且靈敏度高的壓電薄膜傳感器。(其他的實施方式) (1)在上述的各實施方式中，示出了將信號電極2和接地電極3形成在基材1的同一面上，並將基材1彎折成形成有這些電極的面成為內側的例子。但是，如果在基材1被彎折時，成為在形成於基材第一部la的信號電極2與形成於基材第二部lb的接地電極3之間插入壓電薄膜5的構成，則可以將基材1彎折成形成於同一面的這些電極成為外側，而且也可以彎折成將兩個電極分別形成在不同的面上。 (2)在上述的第三實施方式中，示出了將信號電極2、接地電極3及第二接地電極4形成在基材1的同一面，並彎折基材1的例子。但如果當基材1在兩處被彎折時，成為在形成於基材第一部la的信號電極2與形成於基材第二部lb的接地電極3之間插入壓電薄膜5的構成，則這些電極不一定必須形成於同一面。 (3)在上述的第一及第三實施方式中，示出了遍及基材第二部lb的表面整個區域地形成接地電極3，並且將其形成為越過彎折部11延伸到基材第一部la，由此將端子集中到基材第一部la的例子。但是，將端子集中到基材第一部la的方案不限定於此，例如可以利用經過基材1的側面使其導通；使用其他的部件使其導通；預先形成與基材第一部la及基材第二部lb對置的電極且不藉助粘接層6使它們直接接觸而使之導通等方案。
(4)在上述的第一及第三實施方式中，示出了將接地電極3形成為延伸到基材第一部la，以使端子集中到基材第一部la的例子，但不一定必須集中到基材第一部la，例如也可以採用將信號電極2形成為延伸到基材第二部lb等，以使端子集中到基材第二部lb的構成。 (5)在上述的各實施方式中，示出了將信號電極2及接地電極3的端子集中在接近的位置來形成端子部10的例子，但如果是設置於基材1的第一部或第二部中任意一方的結構，則各電極的端子的位置可以分離。
(6)在上述的各實施方式中，示出了將基材1在一處或兩處彎折的例子。但是，如果當基材1被彎折時，成為在形成於基材1的信號電極2與接地電極3之間插入壓電薄膜5的構成，則也可以是將基材1在3處以上彎折的構成。
產業上的可利用性 本發明可以優選利用在例如用於對人、動物、物體等的存在與否進行判定的壓力傳感器中。
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權利要求
一種壓電薄膜傳感器，其特徵在於，具有基材，其被彎折成形成於表面的信號電極及接地電極在俯視時重合；壓電薄膜，其被插入到形成於所述基材的所述信號電極與所述接地電極之間；和粘接層，其用於粘接被彎折的所述基材，將所述信號電極、所述接地電極及所述壓電薄膜固定。
2. 根據權利要求1所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於，將所述信號電極及所述接地電極的兩端子，集中設置在通過彎折而被劃分的所述基材 的多個區域中的至少一個區域。
3. 根據權利要求1或2所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 所述信號電極及所述接地電極形成在所述基材的同 一面上。
4. 根據權利要求1 3中任意一項所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 在具有所述信號電極的面的背面，還形成有第二接地電極。
5. 根據權利要求1 3中任意一項所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 通過在至少兩個部位彎折所述基材，所述信號電極構成為以被接地電極夾持的狀態在俯視時重合。
6. 根據權利要求1 5中任意一項所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 將所述信號電極及所述接地電極的端子集中設置於所述基材的彎折部。
7. 根據權利要求1 6中任意一項所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 所述基材具備通過對該基材進行彎折而被劃分的基材第一部和基材第二部， 所述信號電極設置於所述基材第一部，所述接地電極設置於所述基材第二部。
8. 根據權利要求1 3中任意一項所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 通過在至少兩個部位彎折所述基材，所述信號電極被構成為以被接地電極夾持的狀態在俯視時重合，所述基材具備通過彎折該基材而被劃分的基材第一部、基材第二部和基材第三部， 所述基材第一部與所述基材第二部被第一彎折部劃分，並且，所述基材第二部與所述基材第三部被第二彎折部劃分，所述信號電極設置於所述基材第一部，所述接地電極設置於所述基材第二部，所述第二接地電極設置於所述基材第三部。
9. 根據權利要求6所述的壓電薄膜傳感器，其特徵在於， 在所述集中設置的所述信號電極及所述接地電極的兩端子的周圍形成切槽， 通過彎折所述基材，所述兩端子露出。
全文摘要
一種壓電薄膜傳感器，具有基材(1)，其被彎折成形成於表面的信號電極(2)及接地電極(3)在俯視時重合；壓電薄膜(5)，其被插入形成於基材(1)的信號電極(2)與接地電極(3)之間；和粘接層(6)，其用於粘接被彎折的基材(1)，將信號電極(2)、接地電極(3)及壓電薄膜固定。
文檔編號G01L1/16GK101784874SQ20088010233
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月8日 優先權日2007年8月28日
發明者安藤充宏, 小暮俊介, 森山信宏, 藤岡英二, 須藤隆一, 高柳均 申請人:愛信精機株式會社;株式會社吳羽