压电式换能器设备的制作方法

本发明涉及一种压电式换能器设备。本发明也涉及一种用于压电式换能器设备的制造方法。

背景技术：

1、由现有技术已知压电换能器机构，例如在de 10 2004 030 308 a1中所描述的用于流量和质量流测量的弯曲梁传感器。

技术实现思路

1、本发明实现一种具有权利要求1特征的压电式换能器设备和具有权利要求11特征的用于压电式换能器设备的制造方法。

2、本发明实现一种压电式换能器设备，该压电式换能器设备有利地可以选择性地用作用于调节至少一个部件的促动器装置或用作用于探测作用到其承载元件上的外力或相应于外力的物理参量的传感器装置。如根据下面的描述明显地看出，根据本发明的压电式换能器设备尽管其有利的可使用性，但仍可以相对成本低地制造。

3、由于根据本发明的压电式换能器设备配备有至少一个压电换能器装置而消除了静电驱动器的常规使用的缺点，例如其非线性特性(即所引起的吸引力随着电极间距的减小而增大)、由于所谓的崩溃电压而对最大引起的偏转的限制以及不同电势的两个结构发生意外接触的风险，这可能触发意外的点焊接过程和从而静电驱动器的损坏/失效。因此，与现有技术相比，能够更有利地使用借助本发明实现的促动器装置和传感器装置。

4、根据本发明的压电式换能器设备在其用作促动器装置时的另一优点在于，即使在对应的压电式换能器设备的低功耗的情况下，在调节至少一个部件时也可以引起大的偏转。相应地，在使用根据本发明的压电式换能器设备作为传感器装置时，即使在对应的压电式换能器设备的低功耗的情况下，也可以由待确定的外力或物理参量触发至少一个相对较高/明显的传感器信号。

5、在压电式换能器设备的一个有利实施方式中，对于第一桥结构中的每个空腔，能够如此限定各一个与该空腔在中间相交并且垂直于承载元件的第一表面定向的第一对称平面，使得对应的空腔关于与该空腔在中间相交的第一对称平面是镜像对称的，其中，每个第一对称平面与各一个第一压电换能器装置如此在中间相交，使得对应的第一压电换能器装置关于与该空腔在中间相交的第一对称平面是对称镜像的。第一压电换能器装置相对于第一桥结构中的空腔的这种布置能够实现将借助第一压电换能器装置产生的机械力经由第一桥结构有利地对称地引入/耦合到支撑结构中，用于承载元件的有利变形。

6、替代地或补充地，对于第一桥结构中的各两个相邻空腔也能够限定各一个位于这两个空腔之间且垂直于承载元件的第一表面定向的第二对称平面，使得这两个空腔关于在其中间的第二对称平面是镜像对称的，其中，每个第二对称平面与各一个第一压电换能器装置在中间相交，使得对应的第一压电换能器装置关于与其在中间相交的第二对称平面是镜像对称的。在该段落中所阐述的第一压电换能器装置相对于第一桥结构的空腔的布置能够实现将借助第一压电换能器装置产生的机械力有利地对称地耦合到支撑结构中，用于承载元件的弹性变形。

7、优选地，至少一个第一压电换能器装置构造有各一个第一电极和对应的至少一个压电或压阻材料，中间体积至少部分地填充以所述压电或压阻材料，所述中间体积在其第一侧上被对应的第一压电换能器装置的第一电极限界并且在其第二侧上被同一第一压电换能器装置的第二电极或至少一个相邻的桥元件限界。在这里所描述的第一压电换能器装置的构造易于实现、易于互连并且能够实现借助相对简单且相对成本低地构造的电子器件可靠地操控和/或读取第一压电换能器装置。选择性地，桥元件还可以被用作用于至少一个第一压电换能器装置的“至少一个第二电极”。由此，除了桥元件外也消除了构造至少一个第二电极的必要性。

8、在压电式换能器设备的一个特别有利的实施方式中，与其第一对称平面在中间相交的至少一个第一压电换能器装置的至少一个第一电极附接在第一印制导线上并且与其第二对称平面在中间相交的至少一个第一压电换能器装置的至少一个第一电极附接在第二印制导线上。在这里所描述的压电式换能器设备可以同时用作促动器和传感器装置，其方式是：附接在印制导线之一上的第一压电换能器装置用作促动器并且附接在另一印制导线上的第一压电换能器装置用作传感装置。

9、作为有利的扩展方案，承载元件可以在其支撑结构和指离其第一表面的第二表面之间具有第二桥接结构，该第二桥接结构具有在第二桥接结构中形成多个空腔，所述空腔在其朝向第二表面定向的一侧上被各一个桥元件跨接，其中，第二桥结构的桥元件锚定在支撑结构上，并且其中，至少一个第二压电换能器装置布置和/或构造在承载元件的第二表面上。至少一个第二压电换能器装置在这种情况下和/或在按照促动器利用至少一个第一压电换能器装置用作用于偏转测量的传感装置时或在按照传感器利用至少一个第一压电换能器装置用作促动装置时可以支持至少一个第一压电换能器装置的促动器或传感器功能。换言之，能够以这种方式求取并且通过有针对性的再调节校正与期望的目标偏转的偏差。

10、在压电式换能器设备的另一有利实施方式中，支撑结构具有第一弯曲刚度，该第一弯曲刚度大于第一桥结构的第二弯曲刚度和/或大于第二桥结构的第三弯曲刚度。尤其，借助在第一桥结构和/或第二桥结构中形成空腔，能够容易地将第二弯曲刚度和/或第三弯曲刚度减小到低于第一弯曲刚度。

11、例如，第一桥结构中的空腔可以通过局部去除至少第一桥结构的材料形成，和/或第二桥结构中的空腔可以通过局部去除至少第二桥结构的材料形成。在这里所描述的压电式换能器设备的实施方式能够相对简单并且相对成本低地制造。

12、尤其，第一桥结构的桥元件和/或第二桥结构的桥元件可以完全由与支撑结构相同的材料构成。尽管通过在第一桥结构中形成空腔和/或在第二桥结构中形成空腔确保第一桥结构和/或第二桥结构的更能弯曲的构造。

13、在压电式换能器设备的另一有利实施方式中，借助由至少一个电压或电流强度信号或外力引起的、支撑结构的至少无承载的部分区域相对于支撑结构的至少锚定的部分区域的调节运动能够将承载元件从承载元件的第一形状变换到承载元件的第二形状中，其中，穿过保持装置延伸的流体通道在承载元件的位置处在承载元件以其第一形状存在时具有第一开口横截面，并且在承载元件以其第二形状存在时具有与第一开口横截面不同的第二开口横截面。因此，在这里所描述的压电式换能器设备的实施方式可以有利地用作阀、泵、扬声器、麦克风或用作流体流-测量装置。

14、在执行用于压电式换能器设备的对应的制造方法时也确保前面所描述的优点。需明确指出的是，可以扩展根据上面所阐述的压电式换能器设备的实施方式的制造方法。

技术特征：

1.一种压电式换能器设备，具有：

2.根据权利要求1所述的压电式换能器设备，其中，对于所述第一桥结构(18)中的每个空腔(20)能够限定各一个与所述空腔(20)在中间相交且垂直于所述承载元件(12)的第一表面(12a)定向的第一对称平面(26)，使得对应的空腔(20)关于与其在中间相交的第一对称平面(26)是镜像对称的，并且其中，每个第一对称平面(26)与各一个第一压电换能器装置(14)在中间相交，使得对应的第一压电换能器装置(14)关于与其在中间相交的第一对称平面(26)是镜像对称的。

3.根据权利要求1所述的压电式换能器设备，其中，对于所述第一桥结构(18)中的各两个相邻的空腔(20)能够限定各一个位于这两个空腔之间且垂直于所述承载元件(12)的第一表面(12a)定向的第二对称平面(36)，使得所述两个空腔(20)关于位于这两个空腔之间的第二对称平面(36)是镜像对称的，并且其中，每个第二对称平面(36)与各一个第一压电换能器装置(14)在中间相交，使得对应的第一压电换能器装置(14)关于与其在中间相交的第二对称平面(36)是镜像对称的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，所述至少一个第一压电换能器装置(14)构造为具有各一个第一电极(14a)和对应的至少一个压电或压阻材料(14c)，中间体积至少部分地填充以所述压电或压阻材料，所述中间体积在其第一侧上被对应的第一压电换能器装置(14a)的第一电极(14a)限界并且在其第二侧上被同一第一压电换能器装置(14)的第二电极(14b)或至少一个相邻的桥元件(22)限界。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的压电式换能器设备，其中，与其第一对称平面(26)在中间相交的所述至少一个第一压电换能器装置(14)的至少一个第一电极(14a)附接在第一印制导线(28a)上和与其第二对称平面(36)在中间相交的所述至少一个第一压电换能器装置(14)的至少一个第一电极(14a)附接在第二印制导线(28b)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，所述承载元件(12)在其支撑结构(16)和远离其第一表面(12a)指向的第二表面(12b)之间具有第二桥结构(44)，该第二桥结构具有在所述第二桥结构(44)中形成的多个空腔(46)，所述空腔在其朝向所述第二表面(12b)定向的一侧上被各一个桥元件(48)跨越，其中，所述第二桥结构(44)的桥元件(48)锚定在所述支撑结构(16)上，并且其中，至少一个第二压电换能器装置(52)布置和/或构造在所述承载元件(12)的第二表面(12b)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，所述支撑结构(16)具有第一弯曲刚度，该第一弯曲刚度大于所述第一桥结构(18)的第二弯曲刚度和/或大于所述第二桥结构(44)的第三弯曲刚度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，通过局部去除至少所述第一桥结构(18)的材料在所述第一桥结构(18)中形成空腔(20)和/或通过局部去除至少所述第二桥结构(44)的材料在所述第二桥结构(18)中形成空腔(46)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，所述第一桥结构(18)的桥元件(22)和/或所述第二桥结构(44)的桥元件(48)完全由与所述支撑结构(16)相同的材料构成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的压电式换能器设备，其中，借助由所述至少一个电压或电流强度信号或外力引起的、所述支撑结构(16)的至少无承载的部分区域(16b)相对于所述支撑结构(16)的至少锚定的部分区域(16a)的调节运动，能够将所述承载元件(12)从所述承载元件(12)的第一形状转换成所述承载元件(12)的第二形状，并且其中，穿过所述保持装置(10)延伸的流体通道(56)在所述承载元件(12)的位置处在所述承载元件(12)以其第一形状存在时具有第一开口横截面并且在所述承载元件(12)以其第二形状存在时具有与所述第一开口横截面不同的第二开口横截面。

11.一种用于压电式换能器设备的制造方法，具有以下步骤：

技术总结本发明涉及一种压电式换能器设备，具有保持装置(10)；能弹性变形的承载元件(12)，该承载元件具有至少一个支撑结构(16)；和至少一个第一压电换能器装置(14)，所述第一压电换能器装置布置和/或构造在所述承载元件(12)的第一表面(12a)上，使得能够引起所述支撑结构(16)的至少一个无承载的部分区域(16b)相对于所述支撑结构(16)的至少一个锚定在所述保持装置(10)上的部分区域(16a)的调节运动，其中，所述承载元件(12)在其第一表面(12a)和所述支撑结构(16)之间具有第一桥结构(18)，该第一桥结构具有在所述第一桥结构(18)中形成的多个空腔(20)，所述空腔分别在其朝向所述第一表面(12a)定向的一侧上被各一个桥元件(22)跨越，其中，所述第一桥接结构(18)的桥元件(22)锚定在所述支撑结构(16)上。技术研发人员：C·舍林受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9