专利名称：带绝缘性能的刚柔结合压电夹层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，属于结构健康监测技术领域。
背景技术：
目前，基于压电传感器和兰姆(Lamb)波主动诊断技术的结构健康监测法是一种典型的、行之有效的识别结构健康状态的方法。结构健康监控系统在研究过程中，大多采用手工方式将压电传感器粘贴在结构上，这种方法难以保证结构的可靠性和性能的一致性， 传感器在批量使用时，设置不便。“智能夹层”概念的提出很好的解决了这个问题，根据结构形状及监测要求设计传感网络连线，并预制于柔性印刷电路板内，通过一个标准接口输出信号，最后将压电传感器封装于柔性印刷电路板上形成压电夹层。通过这种方法制成的夹层可以直接布置在结构上，应用方便，可以保证生产工艺对压电传感器性能影响的一致性， 且线路对结构影响小，压电夹层夹层可以针对不同应用对象，进行三维设计。但是在实际工程应用中，由于压电夹层主体为柔性印刷电路板，结构脆弱，尤其是电路板的信号输出接口处，容易受到意外拉拽导致破坏；其次，由于压电夹层上的压电传感器表面为镀银电极，当结构为导电材料时，压电传感器与结构直接接触会导致电荷流走，同时易引入结构噪声，增加信号处理的难度。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有压电夹层信号输出接口容易受到外力导致破损以及压电传感器与导电结构导通致使信号噪声大的缺陷，本发明提供一种带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，可提高夹层接口与信号传输线互连的可靠性，实现压电传感器与结构绝缘并且不对传感信号造成影响。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案
本发明带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，包括柔性印刷电路板、底层刚性板、顶层刚性板、SMA接头，柔性印刷电路板一端的上下表面分别层压底层和顶层刚性板，在顶层刚性板上设置多个通孔直至柔性印刷电路板，并在顶层刚性板上设置焊盘，所述通孔和焊盘与SMA 接头形成SMA封装；压电传感器焊接在柔性印刷电路板的另一端的底部。所述压电传感器的下表面及侧面采用真空镀膜或磁控溅射镀膜喷镀镀层。所述镀层材料为二氧化硅。所述底层和顶层刚性板为FR-4材料。本发明具有如下优点(1)提高了接头受力部位的可靠性，即使信号线受到意外拉拽，也不会造成夹层损坏；(2)通过在压电传感器与结构接触面镀膜形成绝缘层，使得压电传感器感应出的电荷不会流失到结构上去，降低了噪声干扰，降低信号处理的困难；(3) 二氧化硅镀膜可应用温度范围广，同时具有很好的防潮防湿性能，给压电传感器提供了一层保护；(4)压电夹层的应用范围更加广泛，使用更为可靠。
图1是带绝缘性能的刚柔结合压电夹层主视图与俯视图2是带绝缘性能的刚柔结合压电夹层的刚柔结合接头部分剖视图； 图3是带绝缘性能的刚柔结合压电夹层的带绝缘性能压电传感器部分； 图4是带绝缘性能的刚柔结合压电夹层应用于铝板结构健康监测； 图5是带绝缘性能的刚柔结合压电夹层应用于铝板结构健康监测中压电传感器部分细节图。图中101为柔性印刷电路板；102、103为刚性板；104为焊盘；201为压电传感器； 202为镀层；401为铝板结构；402为SMA接头；501为胶层。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明
图1所示为带绝缘性能的刚柔结合压电夹层主视图与俯视图，为简便起见，只设置一个压电传感器为例进行说明。柔性印刷电路板101左端为刚柔结合接头部位，接头选用 SMA，在主视图中正面朝上；右端为压电传感器201封装部位，在主视图中位于柔性印刷电路板101底面，压电传感器201为圆柱形，直径8mm，厚度0. 48mm，表面为镀银电极，上表面电极直接与柔性印刷电路板101上对应焊盘连结，下表面电极通过圆柱侧面引至上表面一部分小岛区域内再与印刷电路板101上对应焊盘连结。本发明方法如下(1)在压电夹层柔性印刷电路板上的信号输出接口部位采用刚柔结合工艺，使得该部分区域得到加固。刚柔结合结构是一种多层P C B，由刚性层和柔性层组成。刚性层为FR-4材料，硬度大，无导电性；柔性层即为柔性印刷电路板的聚酰亚胺材料。在柔性印刷电路板上的信号输出接口处预制好接头管脚线路；通过层压的方式将两层刚性保护层与柔性印刷电路板的两个面结合在一起；在随后的工艺步骤中对刚性板进行钻孔和表面镀层处理形成与柔性印刷电路板上接头管脚对应的焊盘，从而形成完整的刚柔结合智能夹层。(2)采用镀膜的方式将压电夹层上压电传感器裸露在外面的部分(侧面及与结构胶结的负电极面)覆盖以一层二氧化硅涂层保护膜。涂层保护膜是很薄的元器件保护层，它可增强元器件的防潮防污能力和防止导体受到侵蚀，也可以起到防止线路短路的作用，此外，涂层保护膜也有利于元器件的耐磨擦和耐溶剂性能，并能释放温度周期性变化所造成的压力。二氧化硅材料广泛应用于光纤光栅结构中，具有极佳的防潮、抗化学腐蚀和介电阻隔特性。在图2所示刚柔结合接头部分剖视图中，柔性印刷电路板101内部通过蚀刻的方法布好传感网络线路，并引至接头部位；在该区域上下表面覆胶，盖上预制尺寸的刚性板 102、103，材料一般采用FR-4，通过层压的方式使他们结合成一体；在顶层刚性板103上做通孔，制焊盘104等，形成与柔性印刷电路板101相通的SMA封装；底层刚性板无需额外处理，它在提高接头部位刚性的同时，起到绝缘防护的作用。图3所示为带绝缘性能压电传感器部分，压电传感器201焊接在柔性印刷电路板 101上，其下表面与侧面均勻喷镀二氧化硅薄膜202，形成一层涂层防护膜。喷镀方法可根据实际条件选用真空镀膜、磁控溅射镀膜等。图4为带绝缘性能的刚柔结合压电夹层应用于铝板结构401健康监测的主视图、俯视图，其中带绝缘性能的刚柔结合压电夹层粘接在铝板结构上；图5所示为右侧压电传感器部分，501为胶粘剂。
权利要求
1.一种带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，其特征在于包括柔性印刷电路板(101)、底层刚性板(102)、顶层刚性板(103)、SMA接头(401)，柔性印刷电路板(101)—端的上下表面分别层压底层和顶层刚性板(102、103)，在顶层刚性板(103)上设置多个通孔直至柔性印刷电路板(101)，并在顶层刚性板(103)上设置焊盘(104)，所述通孔和焊盘(104)与SMA接头(401)形成SMA封装；压电传感器(201)焊接在柔性印刷电路板(101)的另一端的底部。
2.根据权利要求1所述的带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，其特征在于所述压电传感器(201)的下表面及侧面采用真空镀膜或磁控溅射镀膜喷镀镀层(202 )。
3.根据权利要求2所述的带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，其特征在于所述镀层 (202)材料为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，其特征在于所述底层和顶层刚性板(102、103)为FR-4材料。
全文摘要
本发明公布了一种带绝缘性能的刚柔结合压电夹层，包括柔性印刷电路板、底层刚性板、顶层刚性板、SMA接头，柔性印刷电路板一端的上下表面分别层压底层和顶层刚性板，在顶层刚性板上设置多个通孔直至柔性印刷电路板，并在顶层刚性板上设置焊盘，所述通孔和焊盘与SMA接头形成SMA封装；压电传感器焊接在柔性印刷电路板的另一端的底部。本发明提高了压电传感器使用的稳定、可靠、一致性，同时解决了由于压电传感器与结构导通带来的噪声干扰问题，且不会对信号造成影响。这一发明可以促进压电夹层在结构健康监测中的广泛应用。
文档编号H01L41/053GK102157677SQ201110044459
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者张逍越, 杨伟博, 王昊, 石晓玲, 童瑶, 袁慎芳, 邱雷 申请人:南京航空航天大学