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专利名称：压电传感器，压电传感器的制造方法和脉波检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电传感器，具体地说，本发明涉及一种压电传感器，该压电传感器和一种制造方法和一种用于检测人体内部与物体内部信息的脉波检测器。
背景技术：
现参照附图16、17和18，对用作超声波探测器或类似装置的一种传统的压电传感器进行解释。
图16是一种传统压电传感器的透视图，图17是图16所示的该压电传感器的侧视图。
压电传感器100包括声匹配层110、支撑材料130、压电元件101和用于向压电元件施加电压的弹性基底120。
用这样的一种方式来组成压电传感器100将弹性基底120和压电元件101贴在由钨粉和环氧树脂的混合物制成的支撑材料130上，下一步，将声匹配层110，如树脂，外加于或贴在压电元件101上，最后，将压电元件101切成条块状。如图17所示，压电元件101配有电极102和103。电极102通过压电元件的上表面101a与弹性基底120实现了电气连接，这样电极102也就与压电元件101的侧表面实现了电气连接。
作为另外一种可供选择的方案，图18显示了这样一种压电传感器，其中的压电元件嵌在树脂中。在压电元件210和220的相对的表面上，将用来施加电压的导线240与导电的粘接物等焊在一起，使得该导线嵌于树脂230里。
普通的超声波探测器，也就是普通的嵌于树脂中的压电传感器，其结构正如上面所描述的那样。
对于传统的用作超声波探测器的压电传感器，必须对该压电元件应用特殊的排列，会导致这样一种问题传统的压电传感器难于制造，且传统结构的制造成本比较高。
作为另外一种可供选择的方案，根据该压电传感器通常应用于生物体，可在压电元件的上表面配备声匹配层，该声匹配层由树脂等制成，用于向生物体内部有效地发送超声波。
声匹配层的最佳厚度是使用的超声波的波长的大约1/4。如果该声匹配层变厚，超声波就会受到衰减，结果是使对脉波等的检测灵敏度被恶化。因此，对于使用导电的粘接物等将导线焊在例如树脂中的压电传感器的压电元件上的情况，必须使该导电粘接物的厚度和该导线的厚度小于或等于上述声匹配层的厚度，这样就难以制造这种压电传感器，且该声匹配层的厚度变得比最佳厚度更厚。这就涉及到一个问题检测灵敏度被恶化。
另外，如果使用由厚或硬的材料制成的导线，那么压电元件的振动特性会受到影响，且如果使用厚的导线，会在压电元件中产生不必要的应力和不必要的固定点，振动模式也会受到影响。进一步，谐振频率将发生偏移，并且谐振频率的阻抗也改变了，这样就不可能有效地振动压电元件。因此，这就涉及一个问题不能获得最佳的检测灵敏度。

发明内容
为了解决上述问题，将一种根据本发明的压电传感器构建在这样的一种叠片层结构上，在该叠片层中，至少有一片在相对的两个表面具有电极的压电元件固定在具有多个电极(下文中被称作基底电极)的基底上，进一步，在上述的压电元件上放置声匹配层，在将两个表面电极中的一个与上述基底电极互相叠加，并具有导电性地相连，而另一个表面电极通过导电部件具有导电性地连接到上述的基底电极，进一步，上述的导电部件的一端还要与上述的压电元件的声匹配层侧面的表面电极相连，即上述的其他表面电极具有侧置连接结构，因而上述的导电部件的一端能够在声匹配层的厚度中连接而不暴露出来，即这样的一种连接结构上述的导电部件是位于其他电极侧面。作为另外一种可供选择的方案，考虑到该压电元件和该基底电极之间的连接条件和超声波发送/接收的特性的改善，根据本发明的压电传感器除了上述组成部分外，还包含这样一种压电元件支撑部件，它位于基底与压电元件之间，使得压电元件得到了支撑。
特别是，为了实现上述的侧置连接结构，发明并使用了一种用于压电元件的侧面连接方法用未在半导体制造步骤中使用的根据球焊的第二焊接来实现的元件侧面线连接和用楔焊实现的元件侧面线连接。
根据这种结构，就有可能提供一种具有最佳厚度且便于制造的声匹配层。因此，就有可能提供一种低成本、高灵敏度的压电传感器。


参照以下附图来解释本发明的优化形式图1是根据本发明的一种脉波检测器的简图；图2是显示根据本发明的脉波检测器的安装情况的视图；图3是根据本发明的脉波检测器的处理单元的简图；图4是根据本发明的压电传感器的简图；图5是根据本发明的该压电传感器的简图；图6是根据本发明的该压电传感器与生物体的排列视图；图7是显示该声匹配层的厚度与其灵敏度的关系的视图；图8是根据本发明的一种压电传感器的简图；图9是根据本发明的一种压电传感器的简图；图10是线焊接的步骤的简图；图11是根据本发明的一种压电传感器的简图；图12是一种压电传感器的简图；图13是一种压电传感器的简图；图14是根据本发明的一种压电传感器的简图；图15是根据本发明的一种压电传感器的简图；图16是一种传统的压电传感器的简图；图17是一种传统的压电传感器的简图；和图18是一种传统的压电传感器的简图。
具体实施例方式
根据本发明的实施方案，在这样一种压电传感器中，该压电传感器特征在于至少一片在相对表面上具有电极的压电元件固定在具有电极(下文中被称作基底电极)的基底上，在上述压电元件上放置声匹配层，根据输入的驱动信号来驱动上述的压电元件向要测量的物体发送超声波，以便接收来自上述要测量的物体的反射波，在上述压电元件的声匹配层侧面的电极(下文中被称作上表面电极)通过导电部件实现到上述的基底电极的电气连接，且该上表面电极上具有的导电部件的厚度限定为不大于该超声波波长的1/4。作为这种导电部件，可以使用一种具有导电性的薄膜和一种通过线焊接提供的线。
这样一种结构使得不对压电元件应用复杂的排列，就可以得到最佳的声匹配层的厚度。另外，由于不必要的应力不通过导线传播，所以可以得到理想的振动特性，从而减少能量损失且能够更有效地发送和接收超声波。因此也就可以提高检测灵敏度。根据本实施方案，使用的超声波频率为9.6MHz，且声匹配层的声速为2,000m/s，因而将线焊接部分的高度限定为大约50μm。
作为另外一种可供选择的方案，一种压电传感器，该压电传感器包括至少一片在相对表面上具有电极的压电元件，具有电极(下文中被称作基底电极)的基底和在上述压电元件上的声匹配层，其中在上述压电元件的声匹配层侧面的电极(下文中被称作上表面电极)通过线焊接实现到上述的基底电极的电气连接，并根据输入的驱动信号来启动上述压电元件，向要测量的物体发送超声波，以便接收来自上述要测量的物体的反射波，根据上述压电传感器，提供这样一种结构将导电部件连接到上述压电元件的上表面电极上，以便通过使用根据球焊接方法或楔焊接方法的第二焊接来对其进行跟踪，并提供一种制造方法。根据这样一种结构，可以将对于压电元件的线部分的高度设得更低，这样就可能制造不从声匹配层暴露出线焊接的感应器。
作为另外一种可供选择的方案，将上述基底以这样一种方式进行配置该基底具有压电元件支撑部分，而该压电元件支撑部分与压电元件的顶部表面相接触，将上述下表面电极用导电粘接物等固定在用于与下表面相连的基底电极上，并在位于固定部分的相对表面上的上电极上实现上述的线焊接，其中固定部分是通过压电元件上的粘接物来固定的。
进一步，将上述用于压电元件上的声匹配层的厚度限定为上述超声波波长的1/4左右。
根据这种结构，就有可能容易地实现具有最佳厚度的声匹配层。
下面的实施方案将会描述其具体的步骤
第一实施方案下面参照图1到10，将会详细地描述使用根据本发明的压电传感器的脉波检测器的第一实施方案。
首先，参照图1和图2，将对脉波检测器1的外形进行描述。图1是应用本发明的脉波检测器1的外形结构的侧视图。图2显示了将图1所示的脉波检测器1安装在生物体2(例如一条手臂)上的情况。
如图1所示，脉波检测器1包含处理单元3，压电传感器4，带子5和收紧盘6。如图2所示，通过将该脉波检测器1安装在生物体2上，就可以实现随时佩戴该脉波检测器1。在这种情况中，处理单元3和压电传感器4连接在带子5上，以便通过带子5和收紧盘6来安装到生物体上(图1中用虚线圈起的部分)，此时，压电传感器4贴在生物体2的桡动脉或尺动脉(未示出)附近。进一步，处理单元3通过导线(未示出)连接到压电传感器4。于是，通过这根导线从处理单元3向压电传感器4输入驱动电压信号，并将压电传感器4测量得到的电压信号输入到处理单元3。
下面将参照图3来解释脉波检测器1的处理单元3。图3是处理单元3的内部结构和处理单元3与压电传感器4的连接情况的框图。如图3所示，处理单元3包括算术处理单元31，驱动电路32和显示单元33。
算术处理单元31通过执行存储在内部存储区域(该释图被略去)的处理程序，来对检测到的脉搏进行各种处理，并将其处理结果在显示单元33上显示。在检测脉搏时，该算术处理单元31从驱动电路32向压电传感器4的压电元件41输出一个特定的驱动电压信号(下面将会详细描述)。另外，算术处理单元31将从压电元件41发送的超声波的频率与由压电元件42接收到的，并由于血流的多普勒效应而改变的超声波的频率进行对比，从而该算术处理单元31对脉波进行了检测。
驱动电路32根据来自算术处理单元31的指令，向压电传感器4的压电元件41输出一个特定驱动电压信号。显示单元33包括液晶显示屏等来显示由算术处理单元31输入的脉波检测结果等。
下面参照图3和图6来描述脉波检测器1的处理单元3和压电传感器4的工作情况。首先，如果生物体佩戴了脉波检测器1，如图6所示，那么压电传感器4就紧贴生物体2(即，生物体2的桡动脉或尺动脉附近)。然后当检测脉搏时，如图3所示的算术处理单元31从驱动电路32向压电元件41(该释图被略去)的相对表面上的电极输出一个特定驱动电压信号。
当压电元件41在输入于压电元件41的相对表面的电极上的驱动电压信号的基础上振动时，该压电元件会产生一种超声波，并将该超声波通过声匹配层49发送至生物体2(参照图6)的内部。发送至生物体2内部的超声波被血流2a反射，并由压电传感器4的压电元件42对其进行接收。压电元件42将接收到的超声波转换为电压信号，并将其从相对表面上的电极输出到算术处理单元31。
下面，该算术处理单元31将从压电元件41发射的超声波的频率与由压电元件42接收到的，并由于血流的多普勒效应而改变的超声波的频率进行对比，从而算术处理单元31对生物体的脉波进行了检测。然后，算术处理单元31将脉搏的检测结果显示在显示单元33上。用这种方式，脉波检测器1测量并显示该生物体的脉搏。根据本实施方案，超声波的发送和接收由不同的压电元件执行，然而，也可以使用一片压电元件，通过在超声波的发送和接收之间造成时间差，来切换对该超声波的发送和接收。
下面参照图4和图5来描述脉波检测器1的压电传感器4。图4是压电传感器4结构的示意图，图5是压电传感器4的侧视图。压电元件41和42具有上表面电极52和下表面电极53(它们在图4中被略去)。如图4所示，压电传感器4包括基底43，压电元件41，压电元件42，为实现与下表面相连的基底电极47a，为实现与上表面相连的基底电极47b和基底43的上表面所具有的声匹配层49。用于与下表面相连的基底电极47a和在压电元件41与42的下表面(基底43的侧边)的下表面电极53(参照图5)实现了电气连接，并且通过线61，用于与上表面相连的基底电极47b和在压电元件41与42(声匹配层49的侧面)的上表面上的上表面电极52(参照图5)实现了电气连接。
首先，下面参照图4解释根据本发明的压电传感器的制造方法。第一步，将压电元件处理成预定的尺寸。根据本实施方案，对压电元件进行切割处理。然后将处理成预定尺寸的压电元件(在其上、下表面上放置未图示的电极)固定在基底43上。根据本实施方案，对压电元件进行切割处理。
在这种情况中，将用于与下表面相连的基底电极47a和压电元件41与42互相叠加在一起。为了将用于与下表面相连的基底电极47a固定到压电元件41与42上，可以使用绝缘和导电的粘接物，或者可以通过热压的方式将压电元件41与42连接到下表面的基底电极47a上。然而，必须使压电元件41与42的下表面电极53和为实现与下表面相连的基底电极47a实现有导电性的电气连接。作为另外一种可供选择的方案，当使用绝缘粘接物时，通过在压电元件41和42与为实现与下表面相连的基底电极47a之间使用绝缘粘接物，和通过向压电元件外加压力来使该压电元件局部地接触基底电极，就可以将它们具有导电性地连接起来，并相互固定。
下一步，通过线焊接提供的线61使上表面电极52和在压电元件41与42的为实现与上表面相连的表面电极47b实现了电气连接。进一步，将声匹配层49安装在基底43上。该声匹配层49由热的可调整树脂、紫外线可调整树脂或冷的可调整树脂制成。将该声匹配层49涂上一层旋转涂层或薄膜。在使用薄膜的情况中，由于要在声匹配层49上均匀涂上一层厚度不超过0.1mm的涂层，对于这一点将在下文中给予描述，所以要使用一种具有特定厚度的薄膜。如图4所示，电极47a与压电元件41和41的下表面实现电气连接，电极47b与压电元件41和41的上表面实现电气连接，这样就可以对压电元件41的上、下表面施加具有不同电势的电压。
接下来，下面将描述应用根据本发明的压电传感器的一种部件。使用厚度为0.2mm(谐振频率9.6MHz)且外形为0.5×8mm的PZT作为压电元件41和42。另外，在压电元件41和42的两侧，通过喷镀、电镀等手段来形成用于施加电压的电极。从线焊接的可靠性和线焊接的强度的角度来看，最好将金用作压电元件41和42的上表面电极52的材料。作为另外一种可供选择的方案，如果在压电元件41和42的上、下表面安装金电极，会使制造成本变高，因此，也可以通过排列，来使金电极只安装在实施线焊接的一部分区域。另外，由于下电极53不需要线焊接，就可以使用例如A1的廉价材料。
使用一种玻璃环氧树脂作为基底43。通过将金电镀到Cu上来制作电极47a和47b，该电极厚度为大约50μm。根据压电传感器要检查、测量的物体的材料，来选择适当的材料作为声匹配层的材料。然而，根据本实施方案，由于该声匹配层是用于检测生物体(例如人体)内部的信息的，所以这里的材料选择要在适合于该生物体的基础之上。
为了使超声波可以有效地通过声匹配层传播于生物体和各个的压电单元41与42之间，声匹配层49的声阻抗的取值必须在生物体的声阻抗Z1和压电元件的声阻抗Zc之间。声阻抗的值体现了声波传播的能力，且该值受杨氏模量和其强度的影响而改变。
于是可以通过Zm＝(Zc×Z1)1/2…公式(1)来代表声匹配层49的最佳声阻抗Zm。因此，如果对公式(1)指定众所周知的Z1＝1.5M(N·sec/m3)和Zc(使用了PZT)＝30M(N·sec/m3)，就可以获得Zm＝大约6.7M(N·sec/m3)。
根据本实施方案，在此计算值的基础上，使用声阻抗大约为6M(N·sec/m3)且经过紫外线硬化的环氧树脂作为声匹配层49。作为另外一种可供选择的方案，对于超声波的传播，声匹配层49的厚度也是一个重要的因素。在声匹配层49的厚度不合适的情况中，和上述的声阻抗的情况相同，超声波在声匹配层49中被反射，且进一步，超声波在声匹配层49中被减弱，这样超声波就不能有效地传播。
压电元件41和42上的声匹配层49的厚度最好是被该声匹配层49传播的超声波波长的1/4左右。具体来讲，在超声波频率为9.6MHz(通常，使用2.3到10MHz的超声波)，且声匹配层中的声速为大约2,000m/s时，该声匹配层49的厚度为50μm比较合适。在这种情况中，上表面电极52比声匹配层足够薄，这样在通常情况下，就不必考虑上表面电极52的厚度。然而，在电镀几μm的金作为电极，且将使用的超声波的频率设定为更高的情况中(即在使波长变短的情况中)，为了加强线焊接点的强度，也必须考虑该厚度。
图7显示了对声匹配层49的厚度和受放在水中的铜盘反射的超声波的反射强度(即，当从压电元件41发射的超声波被压电元件42检测到时的信号比率，该超声波被反射到放在水中的铜盘上，该铜盘离开压电传感器大约4.0mm，并与之相对)进行测量的结果。由图7可以理解当声匹配层49的厚度在大约40到50μm之间时，反射强度变强，并该反射强度不低于当该声匹配层49的厚度在80到90μm之间时的反射强度的两倍。
下面，将会参照图8、图9和图10描述线焊接部分。如上所述，声匹配层49的厚度为50μm时比较合适，如果更厚就会使灵敏度恶化。图8和图9是根据本发明的压电传感器的放大图。图8是对压电元件41和42的上电极52采用采用球焊接方法的第二焊接的情况的简图，图9是对上电极52提供根据球焊接方法的第一焊接的情况的简图。在图8和图9中，略去了下电极53。
图10是一般线焊接步骤的简图。根据线焊接，将金等制成的线61(该线的直径大约为25μm)穿入如图10所示称为细管66的针中，通过放电(图10A)在线61的前端形成球61a(该线的直径大约为100μm)。然后，通过将该细管66压在例如IC的芯片部件67，外加超声波并使该球熔化，就使该球与芯片部件实现了电气连接(第一焊接)(图10B)。
下面，通过将该细管移动到基底电极68的表面，将细管66压到基底电极并外加超声波，来使该基底电极68与该线61实现连接(第二焊接)(图10C和图10D)。在第二焊接的情况中，压力和超声波能量更大，这样，根据安装电子部件的一般方法，为了防止芯片部件的折断，在芯片部件的侧面执行第一焊接，且在基底电极的侧面执行第二焊接。如上所述，线焊接步骤(球焊接方法)已普遍地应用于IC安装步骤等中。
也可以使用这样一种系统(楔焊接方法)，通过使用该系统，不用在第一焊接时形成球61a，只需像第二焊接那样挤压细管，就可以形成线。
在这种情况中，如上所述，线焊接61的线直径为25μm，该球61a的直径大约在50到100μm的范围内。作为另外一种可供选择的方案，声匹配层49的最佳厚度大约为50μm。因此，如图9所示，如果对于上电极52执行根据球焊接方法的第一焊接，那么，该线焊接部分变得高于该声匹配层49，这样该线焊接部分就会从该声匹配层49中突出来。
因此，如果该线焊接部分从该声匹配层49中突出来，该线就很容易折断，并且会产生其他电子噪声。如果生物体在使用本实施方案时出汗，压电元件41和42就会出现短路，这样就会导致如不能获得最佳信号的问题。
另一方面，如图8所示，如果对于上电极52执行根据球焊接方法的第二焊接，就可以实现线以侧面放置形式与上电极52连接，进一步，线嵌于声匹配层中，因而该线不从声匹配层49中暴露出来。另外，根据第二焊接，可以在与该线直径相同的高度进行电气连接，这样就有可能使线焊接部分比声匹配层49薄。作为另外一种可供选择的方案，用于线焊接的线的直径很细，即25μm，这样在压电元件中几乎不会产生不必要的应力，并且可以获得最佳的振动特性。作为另外一种可供选择的方案，根据本实施方案，执行了根据球焊接方法的第二焊接，然而，根据楔焊接，也可能通过与球焊接方法相同的方式进行线焊接，即，可以进行线焊接，这是因为当线以与线直径相同的高度置于上电极52时，线是嵌入的。可以通过第一焊接或第二焊接来达到上述目的。
另外，对于基底43，，可以通过基底43后表面上的电极向压电元件施加电压，而这是通过对基底43应用穿过电镀等，并在基底43的后表面(即，其上没有声匹配层49形成的表面)提供电极来实现的。进一步，本实施方案的详细部分不限于上面描述的实施方案内容，可以在不偏离本发明的主体范围内，适当地进行修改。
例如，根据本实施方案，使用的超声波的频率是9.6MHz，因而对上电极52执行第二焊接。然而，例如，如果使用的超声波的频率是1.0MHz，那么声匹配层49的最佳厚度是不大于0.45mm，且如果使用的超声波的频率是3.0MHz，声匹配层49的最佳厚度是不多于0.15mm，这样即使用根据普通球焊接方法的第一焊接，线的部分也不会暴露于声匹配层49之外，也就可以使用该第一焊接。作为另外一种可供选择的方案，在波长入的1/4(即入/4)不大于球的直径(即入/4不大于100μm)，且入/4不小于线的直径(即入/4不小于25μm)的情况中，也就是，所使用的频率的波长在100到400μm的范围内的情况中，对于上述的压电元件的上电极52执行第二焊接是极为有效的。
进一步，作为对线焊接的替代，可以使用排列了电极的弹性基底。然而，必须精确地控制该弹性基底的厚度，而且在使用粘接物来将弹性基底焊接到上电极52的情况中，该粘接物的厚度也应得到控制。进一步，如果弹性基底的硬度过大，恐怕会影响压电元件的振动模式，这样就很难使用该弹性基底。
作为另外一种可供选择的方案，对于基底43，不需要宽大的外形，但是可以使用这样一种方式来形成基底43在支撑材料上配备电极。而且，也可以通过在上电极52上配备金属膜等制成的膜来取代线焊接。例如，图15显示了这样一种例子配有一种薄膜类型的电极62。尽管与上面相同可以得到这样的结构，但由于该压电元件的振动模式会受该薄膜的区域和硬度影响，所以最好使用柔软，小型的薄膜。
第二实施方案下面将参照图11到12解释根据本发明的压电传感器。图11是压电传感器4的纵向截面图(即，将图4中的压电传感器4从PZT的纵向切割的A-A’截面图)。在图11中，在基底43上配有压电元件支撑部件59。这里，用虚线代表电极47b。
通过振动压电元件41，超声波就会在压电元件和其他物体之间的交界表面出发生反射。该反射波造成噪声，并大幅降低检测信号的S/N比。在将压电元件41和42直接固定在电极47b的情况中，通常使用的电极是由铜和金制成的，这样使得电极比粘接物等的层硬度大，且那里的声阻抗的差别变大。因此，在电极和粘接物之间交界表面上的反射波，或在电极和基底的基本材料之间交界表面上的反射波变大。因此，如本实施方案，可以通过使用压电元件支撑部件59将压电元件41和42固定在基底上，来缓解上述的问题。
在这种情况中，通过导电的粘接物55将压电元件41和42固定在电极47a上，且其他部分接触A支撑部分59。如图11所示，该A支撑部件59具有这样一种凹裂部分，用于隔离电极47a，以便压电元件41和42可以通过导电的粘接物55与电极47实现具有导电性的连接。根据本实施方案，使用保护膜作为A支撑部分59。根据这种结构，在压电元件41、42和A支撑部分59之间交界表面的反射变小，这样就可以获得最佳的检测灵敏度。
另外，如根据第一实施方案所述，当实施第二焊接时，必须使用比第一焊接时更高的压力和超声波，且在按压细管时，会在局部产生高应力，这样恐怕压电元件41和42会折断。例如，图12是电极47b高于A支撑部分59的情况的简图。然而，当实施如图12所示的第二焊接时，在压电元件41中局部产生了高应力，且压电元件41会折断。在电极47b和A支撑部分59一样高的情况中，在电极47b和支撑部分59之间没有高度差，即使在压电元件中产生了应力，也不用害怕该压电元件41会折断。然而，压电元件的弹性很低，这样即使只有一点高度差，也会导致该压电元件41折断。
作为另外一种可供选择的方案，如图12所示该压电元件处于飘浮状态时，压电传感器用于接触要测量的皮肤和物体，这样就会导致一种问题当使用它的时候，压电元件会折断。另外，如图13所示，在这样一种情况中将该电极47b排列在压电元件41和42的整个区域上，来将该压电元件41和42固定在该电极47b的整个区域上，会产生上述关于反射波的问题和电极47b材料僵硬、体积过大的问题，在当连接时未均匀施加粘接物等的情况下，会产生这样的问题振动模式发生变化，且最佳频率的振幅变小。
因此，如图11所示，电极47b的形成位置低于A支撑部分59，并且线焊接61是在电极47b的固定部分和压电元件41的固定部分的相对表面执行的。这样，即使对于该压电元件的上电极52执行第二焊接，由于该压电元件在该相对表面的底表面上得到必然的保护，且A支撑部分59是柔软的，所以应力被分散，且该压电元件不会折断。因此，可以容易地制造根据本发明的压电传感器，进一步，可以减少超声波的反射，这样就可以保持和提升检测灵敏度。
作为另外一种可供选择的方案，如果如上所述地考虑交界表面上的反射被降低的效应，最好使A支撑部分59的材料的声阻抗(即，杨氏模量及其强度)在压电元件41和42和基底43之间。另外，为了防止在线焊接时该压电元件的折断，最好使支撑部分59的材料是柔软的(至少比电极47b柔软)，这样即使在线焊接时或使用它们时在该压电元件中产生了应力，它也可以吸收掉该应力。根据本实施方案，考虑到排列，使用了保护膜。
第三实施方案下面参照图14解释根据本发明的压电传感器。图14是该压电传感器4的截面图(即在图4中的PZT的纵向切割的纵向截面图)。
如上所述，需要将声匹配层49设定为不超过超声波波长的1/4(在9.6MHz的情况下，不超过50μm)。然而，当线焊接61高于声匹配层49时，和当该声匹配层49的厚度应被设为低于该线的直径时，如图14所示，通过使该声匹配层47仅仅在线焊接61附近变厚一些，就可以将灵敏度的恶化压到最低，也可以密封住该线焊接。进一步，就可能提升其耐用性。
可以通过在将声匹配层49涂覆一定厚度一次之后，使用与声匹配层49相同的材料或其他材料，来形成该声匹配层一个突出的部分49b，从而制造上述的结构。
如上所述，根据压电传感器，制造该压电传感器的方法以及使用根据本发明的压电传感器的脉波检测器，不用对压电元件应用复杂的排列，就可以驱动该压电元件，这样在该压电元件中就几乎不会产生应力，且可以将声匹配层的厚度制成预定的厚度。因此，可以提升检测灵敏度，并降低制造成本。进一步，由于可以在线焊接的时候不破坏压电元件地制造压电传感器，所以产生了降低压电传感器的制造成本的效果。
权利要求
1.一种压电传感器，该压电传感器包括一种基底，该基底具有用于形成输入和输出终端的第一基底电极和第二基底电极；一个或多个压电元件，该压电元件用于发送超声波到要测量的物体和接收来自要测量的物体的反射波；其中的压电元件位于基底上，并提供了要连接到位于该基底上的第一基底电极的第一表面电极，和通过连接导电部件的另一端，经该导电部件连接到第二基底电极的第二表面电极，其中导电部件的一端连在与第一基底电极相对的第二基底电极上；并提供声匹配层，用于在要测量的物体的一侧的第二表面电极上有效地传播超声波；当嵌在该声匹配层中时，将连接到其厚度不大于该声匹配层的第二表面电极的该导电部件的另一端置于横向。
2.根据权利要求1的压电传感器；其中在基底上还提供用作支撑压电元件的压电元件，同时，压电元件置于压电元件支撑部分上，该压电元件支撑部分具有一个用来隔离第一基底电极的凹陷部分。
3.根据权利要求2的压电传感器；其中该压电元件支撑部件由机械强度低于第一基底电极的机械强度的材料制成。
4.根据权利要求2的压电传感器；其中该压电元件支撑部件由机械强度低于粘接物的机械强度的材料制成，其中的粘接物是为了将第一基底电极具有导电性地连接到第一表面电极而形成和固化的。
5.根据权利要求2的压电传感器；其中导电部件的另一端连接到在与第二表面电极凹陷部分的对照位置的第二表面电极。
6.根据权利要求1的压电传感器；其中导电部件包括一层具有导电性的薄膜。
7.根据权利要求1的压电传感器；其中导电部件包括根据线焊接方法配备的线。
8.根据权利要求7的压电传感器；其特征在于通过根据球焊接方法的第二焊接将该导电部件的另一端连接到第二表面电极。
9.根据权利要求7的压电传感器；其中通过根据楔焊接方法的第二焊接将该导电部件的另一端连接到第二表面电极。
10.根据权利要求1的压电传感器；其中声匹配层的厚度与超声波波长的1/4相等。
11.根据权利要求1的压电传感器；其中放置在压电元件上的第一表面电极的材料与放置在压电元件上的第二表面电极的材料不同。
12.根据权利要求1的压电传感器；其中第一表面电极的材料是金。
13.一种脉波检测器，该脉波检测器包括根据权利要求1的压电传感器；一种驱动单元，该驱动单元用于驱动该压电传感器，使得从压电传感器发送超声波到生物体；和一种检测单元，用于通过压电传感器接收从生物体反射回来的反射波，来检测脉波。
14.一种压电传感器的制造方法，该制造方法至少包括步骤将压电元件固定在基底上，其中压电元件的两个相对表面分别装有第一表面电极和第二表面电极，而基底上具有用以形成输入、输出终端的第一基底电极和第二基底电极，这样第一基底电极导电性地与第一表面电极连接；和将一端连接在第二基底电极的导电部件的另一端以侧面放置的方式连接到第二表面电极，这样所形成的另一端的高度不超过超声波波长的1/4。
15.根据权利要求14的压电传感器的制造方法；其中根据线焊接方法将导电部件的另一端连接到第二表面电极。
16.根据权利要求14的压电传感器的制造方法；其中使用根据球焊接方法的第二焊接方法将导电部件的另一端连接到第二表面电极。
17.根据权利要求14的压电传感器的制造方法；其中根据楔焊接方法将导电部件的另一端连接到第二表面电极。
18.根据权利要求14的压电传感器的制造方法；其中通过使用薄膜导电部件将导电部件的另一端连接到第二表面电极。
全文摘要
本发明的压电传感器构建在这样的一种叠片层结构之上，其中，在相对两个表面配有电极的压电元件固定在具有多个基底电极的基底上，并且还在上述的压电元件上放置用于有效地发送和接收超声波的声匹配层。另外，两个表面电极中的一个表面电极与上述的基底电极以相互叠加的形式实现了具有导电性的连接，其中两个表面电极是配备于上述压电元件的相对的两个表面上的，而另一个表面电极通过导电部件具有导电性地连接到上述的基底电极，而且，另一个表面电极具有这样一种连接结构上述的导电部件能够在声匹配层的厚度之中连接到这个表面电极，而不暴露出来。
文档编号G01N29/24GK1419895SQ02150498
公开日2003年5月28日 申请日期2002年11月15日 优先权日2001年11月16日
发明者村松博之, 新荻正隆, 仲村隆 申请人:精工电子有限公司