用于轮胎补片中的压电装置的一个向上、一个向下的连接结构的制作方法
用于轮胎补片中的压电装置的一个向上、一个向下的连接结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及一种用作轮胎补片的一部分的压电装置，并且更确切地说，涉 及一种用于用作轮胎补片的一部分的压电装置的电连接结构。
【背景技术】
[0002] 电子装置与轮胎结构的结合已经显示出产生很多实践优势。压电装置已与轮胎补 片结合以向用以测量轮胎参数的轮胎补片的各种传感器以及其它组件提供电源。压电装置 还已经用以获取关于在轮胎旋转期间轮胎的各种物理参数的数据。此类信息可以适用于轮 胎监控和警报系统以及适用于轮胎测试和设计。
[0003] 用于压电装置的一种已知结构包含具有一个或多个压电组件的衬底，所述压电组 件例如发电组件以及信号产生组件。每一压电组件可以包含夹层结构，所述夹层结构包含 将压电层夹在中间的上导电层以及下导电层。衬底可以包含各种绝缘层，例如用以保护压 电组件并且使压电组件绝缘的上绝缘层以及下绝缘层。压电装置的各种压电组件可以使用 导电端子电耦合到例如印刷电路板等外部装置上。
[0004] 在用于压电装置的典型连接中，用于衬底的压电组件的导电端子全部接近于衬底 的单个表面定位并且暴露于所述表面，例如压电衬底的上表面。在这些连接中，使用加压连 接在接近于压电衬底的上表面定位的导电端子与下导电层之间进行电连接。这种加压连接 包括使用经局部施加的高压压缩技术使接近上导电层的导体与导电端子连通以及使一导 体与下导电层连通，从而在导电端子与下导电层之间形成电接触。
[0005] 例如，图1描绘了具有已知连接结构30的示例性压电装置10。如图所示，连接结 构30包含多个导电端子32、34、36、38。导电端子32、34、36以及38中的每一者通过压电 装置10的同一绝缘层40暴露于压电装置10的同一表面。导电端子34以及36中的某些 通过加压连接50耦合到压电装置10中的压电组件上。加压连接50要求将安置在压电装 置10的一层中的导体通过高压压缩与安置在压电装置10的另一层中的导体接触。如所描 绘，用于加压连接50所需的空间可能占据压电装置10上的宝贵占据面积。
[0006] 鉴于压电装置在轮胎旋转期间可能经受的应变，将导电端子耦合到压电装置中的 下导电层上的加压连接在压电装置使用期间可能破坏或可能失效。另外，在许多应用中，例 如FR4等相对刚性材料用于衬底的绝缘层。可能难以使用经局部施加的高压压缩技术通过 这些刚性绝缘层形成可实行加压连接。
[0007] 因此，存在用于压电装置的经改进电连接结构的需要。容易使压电装置结合到轮 胎补片中的连接结构将特别有用。
【发明内容】
[0008] 本发明的各方面以及优点将部分在以下描述中进行阐述，或者可以从所述描述中 显而易见，或者可以通过本发明的实践来习得。
[0009] 本发明的一个示例性方面涉及一种轮胎可安装设备。所述轮胎可安装设备包含具 有压电组件的衬底。压电组件包含第一导电层和第二导电层以及布置在第一导电层与第二 导电层之间的压电层。衬底进一步包含安置在第一导电层上的第一绝缘层以及安置在第二 导电层上的第二绝缘层，使得压电组件在衬底中布置在第一绝缘层与第二绝缘层之间。衬 底进一步包含导电端子结构。导电端子结构包含多个导电端子，所述多个导电端子包含电 耦合到第一导电层上的第一导电端子以及电耦合到第二导电层上的第二导电端子。第一导 电端子通过衬底的第一绝缘层暴露并且第二导电端子通过衬底的第二绝缘层暴露。
[0010] 本发明的另一示例性方面涉及一种制造轮胎可安装设备的方法。所述方法包含将 第一支撑杆与在衬底中形成的多个导电端子对准，衬底包括布置在第一绝缘层与第二绝缘 层之间的压电组件。多个导电端子包含通过衬底的第一绝缘层暴露的第一导电端子以及通 过衬底的第二绝缘层暴露的第二导电端子。所述方法进一步包含在形成于衬底的第二绝缘 层中的第二焊料井中提供焊料。第二焊料井与第二导电端子相关联。所述方法进一步包含 将位于第一支撑杆中的电连接器与第二导电端子焊接。
[0011] 在本发明的此示例性方面的特定实施方案中，所述方法可以进一步包含在形成于 衬底的第一绝缘层中的第一焊料井中提供焊料。第一焊料井可以与第一导电端子相关联。 所述方法可以进一步包含将电连接器与第一导电端子焊接。
[0012] 参考以下描述以及所附权利要求书，本发明的这些以及其它特征、方面以及优点 将得到更好的理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的 实施例，并且与所述描述一起用以说明本发明的原理。
【附图说明】
[0013] 本发明的针对所属领域的技术人员的完整且能够实现的揭示（包含其最佳模式） 在说明书中得到阐述，所述揭示参考附图，在所述附图中：
[0014] 图1描绘了具有已知连接结构的压电装置的平面视图；
[0015] 图2描绘了根据本发明的示例性实施例的示例性轮胎可安装设备的分解视图；
[0016] 图3描绘了包含根据本发明的示例性实施例的压电组件的衬底的截面视图；
[0017] 图4描绘了包含根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的衬底的第一表面 的平面视图；
[0018] 图5描绘了包含根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的衬底的第二表面 的平面视图；
[0019] 图6描绘了根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的截面视图；
[0020]图7描绘了根据本发明的示例性实施例的轮胎可安装设备的分解视图；以及
[0021] 图8描绘了根据本发明的示例性实施例的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022] 现将详细参考本发明的实施例，本发明的实施例中的一个或多个实例在附图中图 示。每个实例作为本发明的说明而非本发明的限制来提供。事实上，所属领域的技术人员将 清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改以及改变。举 例来说，图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生再另 一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改以及变化，所述修改以及变化处于所附权利要求 书以及其等效物的范围内。
[0023] 本发明大体上涉及一种用于用作轮胎可安装设备的一部分的压电装置的经改进 导电端子结构，所述轮胎可安装设备例如，可以与轮胎结合以测量轮胎的各种参数的轮胎 补片。确切地说，压电装置可以包含用以收集能量和/或提供指示轮胎旋转/应变的信号的 一个或多个压电组件。压电组件可以具有夹层结构，夹层结构包含布置在一对导电层之间 的压电层，例如，锆钛酸铅（PZT)层。压电组件可以布置在一对绝缘层（例如FR4层）之间。 压电装置可以实施为衬底或可以采用任何其它合适的形式，例如膜。在压电装置中可以提 供电连接结构以将压电组件电连接到印刷电路板或用作轮胎补片的一部分的其它装置上。 压电组件可以通过电连接结构向位于印刷电路板上的各种装置提供能量和/或信号。
[0024] 与包含全部通过衬底的单个绝缘层（例如，衬底的上层）暴露的多个导电端子的 已知电连接结构不同，根据本发明的各方面的电连接结构以一个向上、一个向下的配置来 布置。在这种配置中，电耦合到压电组件的上导电层上的至少一个导电端子通过衬底的上 绝缘层暴露。另外，电耦合到压电组件的下导电层上的至少一个导电端子通过衬底的下绝 缘层暴露。因此，电连接结构的至少一对导电端子通过衬底的相对表面暴露用于电连接，使 得存在至少一个"向上的"导电端子以及一个"向下的"导电端子。
[0025] 根据本发明的各方面的一个向上、一个向下的电连接结构消除了对于将导电端子 与压电组件的导电层电耦合的加压连接的需要。加压连接的消除提供了许多优点。举例来 说，加压连接的消除改进了在压电组件与印刷电路板之间的电连接的耐久性，从而导致提 高了轮胎补片的可靠性以及使用寿命。此外，在不影响衬底内的电连接的质量的情况下，例 如FR4材料等相对刚性材料可以用作衬底的绝缘层。
[0026] 根据本发明的特定方面，一个向上、一个向下的电连接结构可以与经设计以保持 电连接结构与印刷电路板之间的电连接完整性的连接器组合件组合使用。举例来说，电连 接结构可以布置在第一支撑杆与第二支撑杆之间。安置在第一支撑杆中的电连接器可以焊 接到通过邻接于第一支撑杆的绝缘材料层暴露的"向下的"导电端子上。类似地，电连接器 可以焊接到通过邻接于第二支撑块的绝缘 材料层暴露的"向上的"导电端子上。印刷电路 板可以使用导电柱电气地以及机械地耦合到电连接结构上，所述导电柱（例如螺杆）可用 以压缩在第一支撑杆与第二支撑杆之间的连接结构。因此，可以使用普通焊料以及压缩负 载以化学方式以及以电气方式保持在印刷电路板与电连接结构之间的电接口。
[0027] 现参考图式，现将详细论述本发明的示例性实施例。图2描绘了根据本发明的示 例性实施例的示例性轮胎可安装设备1〇〇(例如轮胎补片）的分解视图。轮胎可安装设备 100可以固定到轮胎，例如充气轮胎的内衬，以监控轮胎的各种参数。
[0028] 如图所示，轮胎可安装设备100包含具有长度L以及宽度W的衬底200。如图所 示，衬底200的宽度W明显小于长度L。举例来说，长度L可以是宽度W的至少两倍。就此 而言，轮胎可安装设备可以被认为是一维轮胎可安装设备100,因为长度L维度明显大于宽 度W维度。然而，如从图2可见，一维轮胎可安装设备100实际上具有三个维度。
[0029] 衬底200可以固定到弹性体补片110上，所述弹性体补片包含基底部分112以及 凸起的台面部分114,所述台面部分在弹性体补片110的基底部分112上方具有高度H。弹 性体补片110可以由弹性体材料形成，例如通常在充气轮胎的构造中用作侧壁材料的橡胶 材料。在一个实例中，可以通过以下步骤将衬底200固定到弹性体补片110上：在衬底200 上涂覆胶粘剂，将衬底200放置在经设计以容纳衬底200的专门设计的模具中，用弹性体材 料填充模具的其余部分以及固化补片110。
[0030] 如图2中所图示，衬底200包含第一压电组件210以及第二压电组件220。第一压 电组件210可以是发电机压电组件，其在第一压电组件210弯曲时用以收集能量。第二压 电组件220可以是信号/传感器压电组件，其在第二压电组件220弯曲时用以提供用于分 析的电信号。通过第二压电组件220提供的电信号可经分析（举例来说）以确定轮胎的接 触补片的特征或以对轮胎的转数计数。
[0031] 压电组件210以及220中的每一者可以包含夹层结构，夹层结构包含布置在两个 导电层之间的压电层。图3描绘了衬底200的压电组件210的截面视图。压电组件210包 含压电层216,压电层216布置在压电层216的第一侧上的第一导电层212与压电层216的 第二侧上的第二导电层214之间。压电层216可以由任何合适的压电材料形成，例如PZT 材料。导电层212以及214可以由任何合适的导电材料形成，例如铜。
[0032] 如图3中所图示，压电组件210布置在衬底200的第一绝缘层240与衬底200的 第二绝缘层250之间。由于在轮胎旋转期间衬底200经受的应变，因此第一绝缘层240以 及第二绝缘层250可以由相对刚性材料形成，例如耐火材料FR4或其它合适的材料。在一 个方面中，第二绝缘层250可以比绝缘层240更厚，以在压电组件210弯曲时使压电层216 偏离中性平面离开衬底200从而增加能量的产生。
[0033] 返回参考图2,轮胎可安装设备100可以进一步包含印刷电路板120。印刷电路 板120可以包含各种组件以及装置，例如微处理器、存储器、温度和/或压力传感器、滤波电 路、通信电路、电池、用于将信息传送至远程装置的一个或多个天线、以及其它装置。发电机 压电组件210可以在压电组件210弯曲时提供能量以给印刷电路板120的各种组件供电。 信号压电组件220可以在压电组件220弯曲时向印刷电路板提供与轮胎中诱发的应变相关 联的信号以用于分析。
[0034] 如下文将更详细地论述，印刷电路板120可以通过一个向上、一个向下的电连接 结构230电耦合到衬底的发电机压电组件210以及信号压电组件220上。连接结构230可 以包含多个导电端子。尽管在图2中描绘了四个导电端子，但是所属领域的一般技术人员 使用本文所提供的揭示内容将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以提供更多或更少 导电端子。
[0035] 如图2中所示，多个导电端子可以一般线性关系来布置。应了解，如本文所用，短 语"一般线性关系"既定表示在对准方面可能存在与理想线性关系的变化。导电端子可以 沿着与衬底200的长度垂直的直线布置，使得在使用期间施加到导电端子的机械应变可以 减少。
[0036] 一个向上、一个向下的连接结构230布置多个导电端子，使得至少一个导电端子 通过衬底200的上表面暴露并且至少一个其它导电端子通过衬底200的下表面暴露。连接 结构230可以布置在第一支撑杆130与第二支撑杆140之间，这可用以向连接结构230提 供压缩负载。此压缩负载可用以通过使用普通焊料连接确保在印刷电路板140与电连接结 构230之间的电连接的化学完整性以及电气完整性，如下文将更详细地论述。
[0037] 参考图4到6将论述一个向上、一个向下的连接结构230的示例性方面。图4描 绘了包含根据本发明的示例性实施例的一个向上、一个向下的连接结构230的衬底200的 俯视图。连接结构230包含经由合适的导电线路233电耦合到压电组件210的第一导电层 212上的第一导电端子232。第一导电端子232包含通过衬底200的第一绝缘层240暴露 于衬底200的上表面的导电环或其它合适导电结构。
[0038] 图5描绘了衬底200的相对表面的平面视图。如图所示，连接结构230包含经由合 适的导电线路235电耦合到压电组件210的第二导电层214上的第二导电端子234。第二 导电端子234包含通过衬底200的第二绝缘层250暴露于衬底200的下表面的导电环或其 它合适导电结构。以此方式，压电组件210包含通过第一绝缘层240暴露的一个导电端子 232以及通过第二绝缘层250暴露的另一导电端子234。不需要加压连接来将第一导电端 子232耦合到压电组件210的第一导电层212或将第二导电端子234耦合到压电组件210 的第二导电层214。
[0039] 返回参考图4,连接结构230可以进一步包含经由合适的导电线路237电耦合到第 二压电组件220的第一导电层222上的第三导电端子236。第三导电端子236包含通过第 一绝缘层240暴露于衬底200的上表面的导电环或其它合适导电结构。
[0040] 如图5中所示，连接结构230还可以包含经由合适的导电线路239电耦合到压电 组件220的第二导电层224上的第四导电端子238。第四导电端子238包含通过衬底200 的第二绝缘层250暴露于衬底200的下表面的导电环或其它合适导电结构。以此方式，压 电组件220包含通过第一绝缘层240暴露的一个导电端子236以及通过第二绝缘层250暴 露的另一导电端子238。类似于用于第一压电组件210的导电端子232、234,不需要加压连 接来将第三导电端子236耦合到压电组件220的第一导电层222或将第二导电端子238耦 合到压电组件220的第二导电层224。
[0041] 图6描绘了沿着图4的衬底200的连接结构230的直线6-6'截取的截面视图。 图6图示了与第一压电组件210相关联的导电端子232以及234暴露在衬底200的相对侧 上。确切地说，导电端子232通过第一绝缘层240暴露。导电端子234通过第二绝缘层250 暴露。导电端子232可以电耦合到压电组件210的第一导电层212上（图4中所示）。导 电端子234可以电耦合到压电组件210的第二导电层214上（图5中所示）。参考图6,导 电端子232包含在第一绝缘层240中形成的焊料井242。导电端子234包含在第二绝缘层 250中形成的焊料井254。焊料井234以及254可以接收焊料以用于向电连接器提供焊接。
[0042] 图6进一步图示了与第二压电组件220相关联的导电端子236以及238暴露在衬 底200的相对侧上。确切地说，导电端子236通过第一绝缘层240暴露。导电端子238通 过第二绝缘层250暴露。导电端子236可以电耦合到压电组件220的第一导电层222上 (图4中所示）。导电端子238可以电耦合到压电组件220的第二导电层224上（图5中 所示）。类似于导电端子232以及234,导电端子236包含在第一绝缘层240中形成的焊料 井246。导电端子238包含在第二绝缘层250中形成的焊料井258。焊料井246以及258 可以接收焊料以用于向电连接器提供焊接。
[0043] 图4到6描绘了用于提供到压电组件210以及220的连接的电连接结构的一个向 上、一 个向下配置的一个示例性配置。所属领域的一般技术人员使用本文所提供的揭示内 容将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以各种方式修改示例性连接结构。举例来说， 外部导电端子可以耦合到信号压电组件210上。内部导电端子可以耦合到发电机压电组件 220上。还可能有其它合适的配置。
[0044] 图7描绘了用于将印刷电路板120电气地以及机械地耦合到电连接结构230上的 示例性连接器组合件300的分解视图。如图所示，连接器组合件300包含与连接结构230 对准的第一支撑杆130。第一支撑杆130可以具有一定程度的刚性以便为连接结构230的 导线端子232、234、236以及238提供机械支撑以及保护。第一支撑杆130可以由任何绝缘 的或非导电的材料形成，例如FR4。
[0045] 第一支撑杆130可以通过胶粘剂粘合到弹性体补片110(图2中所示），所述胶粘 剂例如可购自LORD公司的Chemlok?胶粘剂。在另一实施例中，第一支撑杆130可以由 硬质橡胶或其它刚性材料形成，所述材料嵌入弹性体补片110中、与所述弹性体补片成一 体或作为所述弹性体补片的一部分。在此实施例中，不需要胶粘剂将第一支撑杆130粘合 到弹性体补片110。第一支撑杆130还可以包含磨圆的或锥形化边缘以便减少施加到弹性 体补片110或施加到衬底200的局部应力集中。
[0046] 返回参考图7,连接组合件300可以进一步包含第二支撑杆140。第二支撑杆140 可以与连接结构230对准以保护连接结构230的导电端子232、234、236以及238。第二支 撑杆140还可以用作在衬底200与印刷电路板120之间的间隔物。第二支撑杆140可以具 有足够的高度以在经受机械应变时（例如，在轮胎旋转期间）防止印刷电路板120接触衬 底200。类似于第一支撑杆130,第二支撑杆140可以由绝缘的或非导电的材料形成，例如 FR4〇
[0047] 如图7中所示，多个导电端子232、234、236以及238布置在第一支撑杆130与第 二支撑杆140之间。第一支撑杆130以及第二支撑杆140可以共同起作用以向导电端子 232、234、236以及238提供机械支撑以及保护，包含保护在导电端子232、234、236以及238 处的焊料接口的机械完整性。举例来说，第一支撑杆130以及第二支撑杆140可共同经压 缩以在连接结构230的导电端子232、234、236以及238上提供压缩负载，从而保持与连接 结构230的导电端子232、234、236以及238的电接触。
[0048] 印刷电路板120可以使用导电柱310和320以及各种电连接器机械地且电气地连 接到连接结构230的导电端子232、234、236以及238上。确切地说，第一支撑杆130可以 包含多个螺纹电连接器332、334、336以及338。电连接器332以及336可以是无法兰的黄 铜嵌件。电连接器334以及338可以是带法兰的黄铜嵌件。电连接器334以及338可以焊 接到连接结构230的"向下的"导电端子234以及238上，以提供在导电端子234、238与电 连接器334、338之间的电连接。
[0049] 连接器组合件300还可以包含耦合到"向上的"导电端子232以及236上的螺纹 电连接器342以及346。电连接器342以及346可以焊接到连接结构230的"向上的"导电 端子232以及236上，以提供在导电端子232、236与电连接器342、346之间的电连接。电 连接器342可以是带法兰的黄铜嵌件。在一个实施方案中，电连接器342可以与电连接器 332对准以匹配在电连接器342与电连接器332之间的螺纹。电连接器346可以是拧入电 连接器336中的螺纹托脚。
[0050] 导电柱310以及320可以布置在连接器组合件300中以提供印刷电路板120与连 接结构230之间的机械以及电气连接。导电柱310以及320可以由任何合适的导电材料形 成，例如不锈钢。导电柱310以及320可以包含用于连接到螺纹电连接器上的螺纹。
[0051] 导电柱310可以电耦合到第一支撑杆130中的电连接器332上，并且可以经布置 以从第一支撑杆130延伸通过导电端子232以及电连接器342并且通过第二支撑杆140。 导电柱310可以随后使用螺母362以及任选的垫圈352布置电气地且机械地耦合到印刷电 路板120上。确切地说，螺母362以及任选的垫圈352布置可经紧固以提供在导电柱310 与印刷电路板120上的导电端子122之间的电连接。
[0052] 导电柱320可以电耦合到第一支撑杆130中的电连接器334上，并且可以经布置 以从第一支撑杆130延伸通过导电端子234并且通过第二支撑杆140。导电柱320可以随 后使用螺母364以及任选的垫圈354布置电气地且机械地耦合到印刷电路板120上。确切 地说，螺母364以及任选的垫圈354布置可经紧固以提供在导电柱320与印刷电路板120 上的导电端子124之间的电连接。
[0053] 导电柱310以及导电柱320可以共同经由导电端子232以及234提供在印刷电路 板120与衬底200的第一压电组件210之间的电连接。导电柱310以及320同样用于提供 在印刷电路板120与衬底200之间的机械连接，并且可以用来通过压缩第一支撑杆130以 及第二支撑杆140在连接结构230上提供压缩负载。
[0054] 印刷电路板120还可以经由电连接器366以及368电耦合到衬底的第二压电组件 220上。确切地说，电连接器366以及368可以使用任选的垫圈356以及358耦合到印刷电 路板120上的导电端子上。电连接器366以及368可以是导电螺钉。电连接器366可以延 伸通过任选的垫圈356、印刷电路板120的导电端子126以及第二支撑杆140,并且拧入托 脚电连接器346中，以便提供在印刷电路板120的导电端子126与导电端子236之间的电 连接。
[0055] 电连接器368可以延伸通过任选的垫圈358、印刷电路板120的导电端子128、第 二支撑杆140、导电端子138并且进入电连接器338,以提供在印刷电路板120的导电端子128与导电端子238之间的电连接。在不偏离本发明的范围的情况下，可以在连接器组合件 中使用其它合适的电连接器以将印刷电路板120电耦合到连接结构230上。
[0056] 图8描绘了制造根据本发明的示例性实施例的轮胎可安装设备的示例性方法 (500)的流程图。尽管图8出于说明以及讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本 文所论述的方法不限于任何特定顺序或布置。所属领域的技术人员使用本文所提供的揭示 内容将了解，所述方法的各个步骤可以省略、重排、组合和/或以各种方式调适。
[0057] 在（502)处，所述方法包含将电连接器固定到第一支撑杆上。举例来说，图7的电 连接器332、334、336以及338可以压入支撑杆130中。在（504)处，所述方法包含向与衬 底的"向下的"导电端子相关联的焊料井提供焊料。举例来说，可以向与在衬底200的第二 绝缘层250中界定的向下的导电端子234以及238相关联的焊料井254以及258(图5中 所示）提供焊料。
[0058] 在图8的（506)处，将第一支撑杆与衬底的连接结构对准。举例来说，将具有电连 接器332、334、336以及338的图7的第一支撑杆130与衬底200的连接结构230对准，使得 电连接器332、334、336以及338与连接结构230的导电端子232、234、236以及238对准。 在图9的（508)处，将电连接器焊接到向下的导电端子上。举例来说，将带法兰的电连接器 334以及338焊接到衬底200的连接结构230的向下的导电端子234以及238上。
[0059] 在图8的（510)处，所述方法包含将衬底固化到弹性体补片上。举例来说，如图1 中所示，可以将包含第一支撑杆130的衬底200与弹性体补片110 -起固化，以将衬底200 以及第一支撑杆130固定到弹性体补片110的台面部分114上。可以将第一支撑块130嵌 入弹性体构件110中。在一个实例中，可以通过以下步骤将衬底200固定到弹性体补片110 上：在衬底200上涂覆胶粘剂，将衬底200放置在经设计以容纳衬底200的专门设计的模具 中，用例如橡胶等弹性体材料填充模具的其余部分以及固化补片110。
[0060] 在图8(512)处，所述方法包含向与衬底的"向上的"导电端子相 关联的焊料井提 供焊料。举例来说，可以向与在衬底200的第一绝缘层240中界定的向上的导电端子232以 及236相关联的焊料井242以及246(图5中所示）提供焊料。在图8的（514)处，将电连 接器焊接到衬底的向上的导电端子上。举例来说，可以将图7的电连接器342以及346焊 接到向上的导电端子232以及236上。
[0061] 在图8的（516)处，所述方法包含将导电柱固定到连接结构上。举例来说，可以将 图7的导电柱310固定到电连接器332和342以及导电端子232上。可以将导电柱320固 定到电连接器334以及导电端子234上。
[0062] 在图8的（518)处，将第二支撑杆与连接结构对准。举例来说，将图7的第二支撑 杆140定位在连接结构130上方，使得导电柱310和320以及电连接器346至少部分延伸 通过第二支撑杆140。在图8的（520)处，将印刷电路板固定到导电柱上。举例来说，使用 螺母362以及任选的垫圈352将图7的印刷电路板120固定到导电柱310上，使得导电柱 310与印刷电路板120的导电端子122电连通。同样使用螺母364以及任选的垫圈354将 电路板120固定到导电柱320上，使得导电柱320与印刷电路板120的导电端子124电连 通。
[0063] 在图8的（522)处，完成在衬底与印刷电路板之间的任何其余电连接。举例来说， 使图7的电连接器366穿透任选的垫圈356以及印刷电路板120的导电端子126并且拧入 托脚电连接器346中。使电连接器368穿透任选的垫圈358、印刷电路板的导电端子128、 连接结构230的导电端子238以及电连接器338。
[0064] 尽管已经相对于本发明的具体示例性实施例以及其方法详细地描述了本发明，但 所属领域的技术人员应了解，在理解前述内容的基础上可以容易地对此类实施例进行更 改、制得此类实施例的变化以及等效物。因此，本发明的范围是示例性的而非限制性的，并 且本发明并不排除包括所属领域的技术人员使用本文所揭示的教示将容易地显而易见的 对本发明的这些修改、变化和/或增加。
【主权项】
1. 一种包括衬底的轮胎可安装设备，所述衬底包括： 压电组件，所述压电组件包括第一导电层和第二导电层以及布置在所述第一导电层与 所述第二导电层之间的压电层； 安置在所述第一导电层上的第一绝缘层以及安置在所述第二导电层上的第二绝缘层， 使得所述压电组件在所述衬底中布置在所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间；以及 导电端子结构，所述导电端子结构包括多个导电端子，所述多个导电端子包括电耦合 到所述第一导电层上的第一导电端子以及电耦合到所述第二导电层上的第二导电端子； 其中所述第一导电端子通过所述衬底的所述第一绝缘层暴露并且所述第二导电端子 通过所述衬底的所述第二绝缘层暴露。2. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一导电端子包括在所述第一绝 缘层中形成的第一焊料井并且所述第二导电端子包括在所述第二绝缘层中形成的第二焊 料井。3. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述衬底包括布置在所述第一绝缘层 与所述第二绝缘层之间的第二压电组件，所述第二压电组件包括第三导电层和第四导电层 以及布置在所述第三导电层与所述第四导电层之间的第二压电层。4. 根据权利要求3所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子包括电耦合到所述 第三导电层上的第三导电端子以及电耦合到所述第四导电层上的第四导电端子，所述第三 导电端子通过所述衬底的所述第一绝缘层暴露并且所述第四导电端子通过所述衬底的所 述第二绝缘层暴露。5. 根据权利要求4所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子以一般线性关系来 布置。6. 根据权利要求4所述的轮胎可安装设备，其中所述第三导电端子包括在所述第一绝 缘层中形成的第三焊料井并且所述第二导电端子包括在所述第二绝缘层中形成的第四焊 料井。7. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子各自包括导电环。8. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一绝缘层以及所述第二绝缘层 由FR4形成。9. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备进一步包括具有 基底部分以及台面部分的弹性体层，所述衬底固定到所述弹性体层的所述台面部分上。10. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备包括第一支撑 杆以及第二支撑杆，所述多个导电端子布置在所述第一支撑杆与所述第二支撑杆之间。11. 根据权利要求10所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备进一步包括电 气地以及机械地耦合到所述多个导电端子上的印刷电路板。12. 根据权利要求11所述的轮胎可安装设备，其中所述印刷电路板使用多个导电柱通 过所述第一导电端子以及所述第二导电端子耦合到所述压电组件上，所述多个导电柱中的 每一者从所述第一支撑杆延伸并且通过所述第一导电端子以及所述第二导电端子中的一 者，所述多个导电柱中的每一者进一步延伸通过第二导电元件并且可操作地连接到所述印 刷电路板上，以便在所述印刷电路板与所述第一导电端子以及所述第二导电端子中的一者 之间提供电连接，并且以便提供用于所述印刷电路板的机械支撑。13. 根据权利要求11所述的轮胎可安装设备，其中所述印刷电路板通过多个电连接器 耦合到所述第二压电组件上，所述多个电连接器中的每一者延伸通过所述第二支撑杆并且 接触所述第三导电端子或所述第四导电端子中的一者，以便在所述印刷电路板与所述第三 导电端子以及所述第四导电端子中的一者之间提供电连接。14. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一绝缘层以及所述第二绝缘 层具有不同厚度。15. -种制造轮胎可安装设备的方法，其包括： 将第一支撑杆与在衬底中形成的多个导电端子对准，所述衬底包括布置在第一绝缘层 与第二绝缘层之间的压电组件，所述多个导电端子包括通过所述衬底的所述第一绝缘层暴 露的第一导电端子以及通过所述衬底的所述第二绝缘层暴露的第二导电端子； 在形成于所述衬底的所述第二绝缘层中的第二焊料井中提供焊料，所述第二焊料井与 所述第二导电端子相关联；并且 将位于所述第一支撑杆中的电连接器与所述第二导电端子焊接。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述衬底固化到弹性体 构件上，所述弹性体构件包括基底部分以及台面部分，所述衬底固定到所述弹性体构件的 所述台面部分上，使得所述第一支撑杆嵌入所述弹性体构件中。17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括： 在形成于所述衬底的所述第一绝缘层中的第一焊料井中提供焊料，所述第一焊料井与 所述第一导电端子相关联；并且 将电连接器与所述第一导电端子焊接。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述方法进一步包括： 将第一导电柱固定到焊接到所述第一导电端子上的所述电连接器上；并且 将第二导电柱固定到焊接到所述第二导电端子上的所述电连接器上。19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括将第二支撑杆定位在所述多个导 电端子上方使得所述第一导电柱以及所述第二导电柱延伸通过所述第二支撑杆。20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述方法包括将印刷电路板固定到所述第一 导电柱以及所述第二导电柱上，使得所述印刷电路板电连接到所述第一导电端子以及所述 第二导电端子上，并且使得所述印刷电路板由所述第一导电柱以及所述第二导电柱机械支 撑。
【专利摘要】本发明提供一种用于用作轮胎可安装设备的一部分的压电装置的导电端子结构。与包含全部通过所述压电装置的单个绝缘层(例如，所述压电装置的上层)暴露的多个导电端子的已知电连接结构不同，所述电连接结构可以一个向上、一个向下的配置来布置。在这种配置中，至少一个导电端子通过所述压电装置的上绝缘层暴露。另外，压电组件的至少一个导电端子通过所述压电装置的下绝缘层暴露。所述电连接结构可以与经设计以保持所述电连接以及机械连接结构与印刷电路板之间的所述电连接的完整性的连接器组合件组合使用。
【IPC分类】B60C23/02
【公开号】CN104903125
【申请号】CN201280075506
【发明人】D·A·韦斯顿, R·L·霍奇金森
【申请人】米其林集团总公司, 米其林研究和技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月15日
【公告号】EP2920009A2, US20150249198, WO2014077816A2, WO2014077816A3
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及一种用作轮胎补片的一部分的压电装置，并且更确切地说，涉 及一种用于用作轮胎补片的一部分的压电装置的电连接结构。
【背景技术】
[0002] 电子装置与轮胎结构的结合已经显示出产生很多实践优势。压电装置已与轮胎补 片结合以向用以测量轮胎参数的轮胎补片的各种传感器以及其它组件提供电源。压电装置 还已经用以获取关于在轮胎旋转期间轮胎的各种物理参数的数据。此类信息可以适用于轮 胎监控和警报系统以及适用于轮胎测试和设计。
[0003] 用于压电装置的一种已知结构包含具有一个或多个压电组件的衬底，所述压电组 件例如发电组件以及信号产生组件。每一压电组件可以包含夹层结构，所述夹层结构包含 将压电层夹在中间的上导电层以及下导电层。衬底可以包含各种绝缘层，例如用以保护压 电组件并且使压电组件绝缘的上绝缘层以及下绝缘层。压电装置的各种压电组件可以使用 导电端子电耦合到例如印刷电路板等外部装置上。
[0004] 在用于压电装置的典型连接中，用于衬底的压电组件的导电端子全部接近于衬底 的单个表面定位并且暴露于所述表面，例如压电衬底的上表面。在这些连接中，使用加压连 接在接近于压电衬底的上表面定位的导电端子与下导电层之间进行电连接。这种加压连接 包括使用经局部施加的高压压缩技术使接近上导电层的导体与导电端子连通以及使一导 体与下导电层连通，从而在导电端子与下导电层之间形成电接触。
[0005] 例如，图1描绘了具有已知连接结构30的示例性压电装置10。如图所示，连接结 构30包含多个导电端子32、34、36、38。导电端子32、34、36以及38中的每一者通过压电 装置10的同一绝缘层40暴露于压电装置10的同一表面。导电端子34以及36中的某些 通过加压连接50耦合到压电装置10中的压电组件上。加压连接50要求将安置在压电装 置10的一层中的导体通过高压压缩与安置在压电装置10的另一层中的导体接触。如所描 绘，用于加压连接50所需的空间可能占据压电装置10上的宝贵占据面积。
[0006] 鉴于压电装置在轮胎旋转期间可能经受的应变，将导电端子耦合到压电装置中的 下导电层上的加压连接在压电装置使用期间可能破坏或可能失效。另外，在许多应用中，例 如FR4等相对刚性材料用于衬底的绝缘层。可能难以使用经局部施加的高压压缩技术通过 这些刚性绝缘层形成可实行加压连接。
[0007] 因此，存在用于压电装置的经改进电连接结构的需要。容易使压电装置结合到轮 胎补片中的连接结构将特别有用。
【发明内容】
[0008] 本发明的各方面以及优点将部分在以下描述中进行阐述，或者可以从所述描述中 显而易见，或者可以通过本发明的实践来习得。
[0009] 本发明的一个示例性方面涉及一种轮胎可安装设备。所述轮胎可安装设备包含具 有压电组件的衬底。压电组件包含第一导电层和第二导电层以及布置在第一导电层与第二 导电层之间的压电层。衬底进一步包含安置在第一导电层上的第一绝缘层以及安置在第二 导电层上的第二绝缘层，使得压电组件在衬底中布置在第一绝缘层与第二绝缘层之间。衬 底进一步包含导电端子结构。导电端子结构包含多个导电端子，所述多个导电端子包含电 耦合到第一导电层上的第一导电端子以及电耦合到第二导电层上的第二导电端子。第一导 电端子通过衬底的第一绝缘层暴露并且第二导电端子通过衬底的第二绝缘层暴露。
[0010] 本发明的另一示例性方面涉及一种制造轮胎可安装设备的方法。所述方法包含将 第一支撑杆与在衬底中形成的多个导电端子对准，衬底包括布置在第一绝缘层与第二绝缘 层之间的压电组件。多个导电端子包含通过衬底的第一绝缘层暴露的第一导电端子以及通 过衬底的第二绝缘层暴露的第二导电端子。所述方法进一步包含在形成于衬底的第二绝缘 层中的第二焊料井中提供焊料。第二焊料井与第二导电端子相关联。所述方法进一步包含 将位于第一支撑杆中的电连接器与第二导电端子焊接。
[0011] 在本发明的此示例性方面的特定实施方案中，所述方法可以进一步包含在形成于 衬底的第一绝缘层中的第一焊料井中提供焊料。第一焊料井可以与第一导电端子相关联。 所述方法可以进一步包含将电连接器与第一导电端子焊接。
[0012] 参考以下描述以及所附权利要求书，本发明的这些以及其它特征、方面以及优点 将得到更好的理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的 实施例，并且与所述描述一起用以说明本发明的原理。
【附图说明】
[0013] 本发明的针对所属领域的技术人员的完整且能够实现的揭示（包含其最佳模式） 在说明书中得到阐述，所述揭示参考附图，在所述附图中：
[0014] 图1描绘了具有已知连接结构的压电装置的平面视图；
[0015] 图2描绘了根据本发明的示例性实施例的示例性轮胎可安装设备的分解视图；
[0016] 图3描绘了包含根据本发明的示例性实施例的压电组件的衬底的截面视图；
[0017] 图4描绘了包含根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的衬底的第一表面 的平面视图；
[0018] 图5描绘了包含根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的衬底的第二表面 的平面视图；
[0019] 图6描绘了根据本发明的示例性实施例的导电端子结构的截面视图；
[0020]图7描绘了根据本发明的示例性实施例的轮胎可安装设备的分解视图；以及
[0021] 图8描绘了根据本发明的示例性实施例的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022] 现将详细参考本发明的实施例，本发明的实施例中的一个或多个实例在附图中图 示。每个实例作为本发明的说明而非本发明的限制来提供。事实上，所属领域的技术人员将 清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改以及改变。举 例来说，图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生再另 一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改以及变化，所述修改以及变化处于所附权利要求 书以及其等效物的范围内。
[0023] 本发明大体上涉及一种用于用作轮胎可安装设备的一部分的压电装置的经改进 导电端子结构，所述轮胎可安装设备例如，可以与轮胎结合以测量轮胎的各种参数的轮胎 补片。确切地说，压电装置可以包含用以收集能量和/或提供指示轮胎旋转/应变的信号的 一个或多个压电组件。压电组件可以具有夹层结构，夹层结构包含布置在一对导电层之间 的压电层，例如，锆钛酸铅（PZT)层。压电组件可以布置在一对绝缘层（例如FR4层）之间。 压电装置可以实施为衬底或可以采用任何其它合适的形式，例如膜。在压电装置中可以提 供电连接结构以将压电组件电连接到印刷电路板或用作轮胎补片的一部分的其它装置上。 压电组件可以通过电连接结构向位于印刷电路板上的各种装置提供能量和/或信号。
[0024] 与包含全部通过衬底的单个绝缘层（例如，衬底的上层）暴露的多个导电端子的 已知电连接结构不同，根据本发明的各方面的电连接结构以一个向上、一个向下的配置来 布置。在这种配置中，电耦合到压电组件的上导电层上的至少一个导电端子通过衬底的上 绝缘层暴露。另外，电耦合到压电组件的下导电层上的至少一个导电端子通过衬底的下绝 缘层暴露。因此，电连接结构的至少一对导电端子通过衬底的相对表面暴露用于电连接，使 得存在至少一个"向上的"导电端子以及一个"向下的"导电端子。
[0025] 根据本发明的各方面的一个向上、一个向下的电连接结构消除了对于将导电端子 与压电组件的导电层电耦合的加压连接的需要。加压连接的消除提供了许多优点。举例来 说，加压连接的消除改进了在压电组件与印刷电路板之间的电连接的耐久性，从而导致提 高了轮胎补片的可靠性以及使用寿命。此外，在不影响衬底内的电连接的质量的情况下，例 如FR4材料等相对刚性材料可以用作衬底的绝缘层。
[0026] 根据本发明的特定方面，一个向上、一个向下的电连接结构可以与经设计以保持 电连接结构与印刷电路板之间的电连接完整性的连接器组合件组合使用。举例来说，电连 接结构可以布置在第一支撑杆与第二支撑杆之间。安置在第一支撑杆中的电连接器可以焊 接到通过邻接于第一支撑杆的绝缘材料层暴露的"向下的"导电端子上。类似地，电连接器 可以焊接到通过邻接于第二支撑块的绝缘 材料层暴露的"向上的"导电端子上。印刷电路 板可以使用导电柱电气地以及机械地耦合到电连接结构上，所述导电柱（例如螺杆）可用 以压缩在第一支撑杆与第二支撑杆之间的连接结构。因此，可以使用普通焊料以及压缩负 载以化学方式以及以电气方式保持在印刷电路板与电连接结构之间的电接口。
[0027] 现参考图式，现将详细论述本发明的示例性实施例。图2描绘了根据本发明的示 例性实施例的示例性轮胎可安装设备1〇〇(例如轮胎补片）的分解视图。轮胎可安装设备 100可以固定到轮胎，例如充气轮胎的内衬，以监控轮胎的各种参数。
[0028] 如图所示，轮胎可安装设备100包含具有长度L以及宽度W的衬底200。如图所 示，衬底200的宽度W明显小于长度L。举例来说，长度L可以是宽度W的至少两倍。就此 而言，轮胎可安装设备可以被认为是一维轮胎可安装设备100,因为长度L维度明显大于宽 度W维度。然而，如从图2可见，一维轮胎可安装设备100实际上具有三个维度。
[0029] 衬底200可以固定到弹性体补片110上，所述弹性体补片包含基底部分112以及 凸起的台面部分114,所述台面部分在弹性体补片110的基底部分112上方具有高度H。弹 性体补片110可以由弹性体材料形成，例如通常在充气轮胎的构造中用作侧壁材料的橡胶 材料。在一个实例中，可以通过以下步骤将衬底200固定到弹性体补片110上：在衬底200 上涂覆胶粘剂，将衬底200放置在经设计以容纳衬底200的专门设计的模具中，用弹性体材 料填充模具的其余部分以及固化补片110。
[0030] 如图2中所图示，衬底200包含第一压电组件210以及第二压电组件220。第一压 电组件210可以是发电机压电组件，其在第一压电组件210弯曲时用以收集能量。第二压 电组件220可以是信号/传感器压电组件，其在第二压电组件220弯曲时用以提供用于分 析的电信号。通过第二压电组件220提供的电信号可经分析（举例来说）以确定轮胎的接 触补片的特征或以对轮胎的转数计数。
[0031] 压电组件210以及220中的每一者可以包含夹层结构，夹层结构包含布置在两个 导电层之间的压电层。图3描绘了衬底200的压电组件210的截面视图。压电组件210包 含压电层216,压电层216布置在压电层216的第一侧上的第一导电层212与压电层216的 第二侧上的第二导电层214之间。压电层216可以由任何合适的压电材料形成，例如PZT 材料。导电层212以及214可以由任何合适的导电材料形成，例如铜。
[0032] 如图3中所图示，压电组件210布置在衬底200的第一绝缘层240与衬底200的 第二绝缘层250之间。由于在轮胎旋转期间衬底200经受的应变，因此第一绝缘层240以 及第二绝缘层250可以由相对刚性材料形成，例如耐火材料FR4或其它合适的材料。在一 个方面中，第二绝缘层250可以比绝缘层240更厚，以在压电组件210弯曲时使压电层216 偏离中性平面离开衬底200从而增加能量的产生。
[0033] 返回参考图2,轮胎可安装设备100可以进一步包含印刷电路板120。印刷电路 板120可以包含各种组件以及装置，例如微处理器、存储器、温度和/或压力传感器、滤波电 路、通信电路、电池、用于将信息传送至远程装置的一个或多个天线、以及其它装置。发电机 压电组件210可以在压电组件210弯曲时提供能量以给印刷电路板120的各种组件供电。 信号压电组件220可以在压电组件220弯曲时向印刷电路板提供与轮胎中诱发的应变相关 联的信号以用于分析。
[0034] 如下文将更详细地论述，印刷电路板120可以通过一个向上、一个向下的电连接 结构230电耦合到衬底的发电机压电组件210以及信号压电组件220上。连接结构230可 以包含多个导电端子。尽管在图2中描绘了四个导电端子，但是所属领域的一般技术人员 使用本文所提供的揭示内容将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以提供更多或更少 导电端子。
[0035] 如图2中所示，多个导电端子可以一般线性关系来布置。应了解，如本文所用，短 语"一般线性关系"既定表示在对准方面可能存在与理想线性关系的变化。导电端子可以 沿着与衬底200的长度垂直的直线布置，使得在使用期间施加到导电端子的机械应变可以 减少。
[0036] 一个向上、一个向下的连接结构230布置多个导电端子，使得至少一个导电端子 通过衬底200的上表面暴露并且至少一个其它导电端子通过衬底200的下表面暴露。连接 结构230可以布置在第一支撑杆130与第二支撑杆140之间，这可用以向连接结构230提 供压缩负载。此压缩负载可用以通过使用普通焊料连接确保在印刷电路板140与电连接结 构230之间的电连接的化学完整性以及电气完整性，如下文将更详细地论述。
[0037] 参考图4到6将论述一个向上、一个向下的连接结构230的示例性方面。图4描 绘了包含根据本发明的示例性实施例的一个向上、一个向下的连接结构230的衬底200的 俯视图。连接结构230包含经由合适的导电线路233电耦合到压电组件210的第一导电层 212上的第一导电端子232。第一导电端子232包含通过衬底200的第一绝缘层240暴露 于衬底200的上表面的导电环或其它合适导电结构。
[0038] 图5描绘了衬底200的相对表面的平面视图。如图所示，连接结构230包含经由合 适的导电线路235电耦合到压电组件210的第二导电层214上的第二导电端子234。第二 导电端子234包含通过衬底200的第二绝缘层250暴露于衬底200的下表面的导电环或其 它合适导电结构。以此方式，压电组件210包含通过第一绝缘层240暴露的一个导电端子 232以及通过第二绝缘层250暴露的另一导电端子234。不需要加压连接来将第一导电端 子232耦合到压电组件210的第一导电层212或将第二导电端子234耦合到压电组件210 的第二导电层214。
[0039] 返回参考图4,连接结构230可以进一步包含经由合适的导电线路237电耦合到第 二压电组件220的第一导电层222上的第三导电端子236。第三导电端子236包含通过第 一绝缘层240暴露于衬底200的上表面的导电环或其它合适导电结构。
[0040] 如图5中所示，连接结构230还可以包含经由合适的导电线路239电耦合到压电 组件220的第二导电层224上的第四导电端子238。第四导电端子238包含通过衬底200 的第二绝缘层250暴露于衬底200的下表面的导电环或其它合适导电结构。以此方式，压 电组件220包含通过第一绝缘层240暴露的一个导电端子236以及通过第二绝缘层250暴 露的另一导电端子238。类似于用于第一压电组件210的导电端子232、234,不需要加压连 接来将第三导电端子236耦合到压电组件220的第一导电层222或将第二导电端子238耦 合到压电组件220的第二导电层224。
[0041] 图6描绘了沿着图4的衬底200的连接结构230的直线6-6'截取的截面视图。 图6图示了与第一压电组件210相关联的导电端子232以及234暴露在衬底200的相对侧 上。确切地说，导电端子232通过第一绝缘层240暴露。导电端子234通过第二绝缘层250 暴露。导电端子232可以电耦合到压电组件210的第一导电层212上（图4中所示）。导 电端子234可以电耦合到压电组件210的第二导电层214上（图5中所示）。参考图6,导 电端子232包含在第一绝缘层240中形成的焊料井242。导电端子234包含在第二绝缘层 250中形成的焊料井254。焊料井234以及254可以接收焊料以用于向电连接器提供焊接。
[0042] 图6进一步图示了与第二压电组件220相关联的导电端子236以及238暴露在衬 底200的相对侧上。确切地说，导电端子236通过第一绝缘层240暴露。导电端子238通 过第二绝缘层250暴露。导电端子236可以电耦合到压电组件220的第一导电层222上 (图4中所示）。导电端子238可以电耦合到压电组件220的第二导电层224上（图5中 所示）。类似于导电端子232以及234,导电端子236包含在第一绝缘层240中形成的焊料 井246。导电端子238包含在第二绝缘层250中形成的焊料井258。焊料井246以及258 可以接收焊料以用于向电连接器提供焊接。
[0043] 图4到6描绘了用于提供到压电组件210以及220的连接的电连接结构的一个向 上、一 个向下配置的一个示例性配置。所属领域的一般技术人员使用本文所提供的揭示内 容将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以各种方式修改示例性连接结构。举例来说， 外部导电端子可以耦合到信号压电组件210上。内部导电端子可以耦合到发电机压电组件 220上。还可能有其它合适的配置。
[0044] 图7描绘了用于将印刷电路板120电气地以及机械地耦合到电连接结构230上的 示例性连接器组合件300的分解视图。如图所示，连接器组合件300包含与连接结构230 对准的第一支撑杆130。第一支撑杆130可以具有一定程度的刚性以便为连接结构230的 导线端子232、234、236以及238提供机械支撑以及保护。第一支撑杆130可以由任何绝缘 的或非导电的材料形成，例如FR4。
[0045] 第一支撑杆130可以通过胶粘剂粘合到弹性体补片110(图2中所示），所述胶粘 剂例如可购自LORD公司的Chemlok?胶粘剂。在另一实施例中，第一支撑杆130可以由 硬质橡胶或其它刚性材料形成，所述材料嵌入弹性体补片110中、与所述弹性体补片成一 体或作为所述弹性体补片的一部分。在此实施例中，不需要胶粘剂将第一支撑杆130粘合 到弹性体补片110。第一支撑杆130还可以包含磨圆的或锥形化边缘以便减少施加到弹性 体补片110或施加到衬底200的局部应力集中。
[0046] 返回参考图7,连接组合件300可以进一步包含第二支撑杆140。第二支撑杆140 可以与连接结构230对准以保护连接结构230的导电端子232、234、236以及238。第二支 撑杆140还可以用作在衬底200与印刷电路板120之间的间隔物。第二支撑杆140可以具 有足够的高度以在经受机械应变时（例如，在轮胎旋转期间）防止印刷电路板120接触衬 底200。类似于第一支撑杆130,第二支撑杆140可以由绝缘的或非导电的材料形成，例如 FR4〇
[0047] 如图7中所示，多个导电端子232、234、236以及238布置在第一支撑杆130与第 二支撑杆140之间。第一支撑杆130以及第二支撑杆140可以共同起作用以向导电端子 232、234、236以及238提供机械支撑以及保护，包含保护在导电端子232、234、236以及238 处的焊料接口的机械完整性。举例来说，第一支撑杆130以及第二支撑杆140可共同经压 缩以在连接结构230的导电端子232、234、236以及238上提供压缩负载，从而保持与连接 结构230的导电端子232、234、236以及238的电接触。
[0048] 印刷电路板120可以使用导电柱310和320以及各种电连接器机械地且电气地连 接到连接结构230的导电端子232、234、236以及238上。确切地说，第一支撑杆130可以 包含多个螺纹电连接器332、334、336以及338。电连接器332以及336可以是无法兰的黄 铜嵌件。电连接器334以及338可以是带法兰的黄铜嵌件。电连接器334以及338可以焊 接到连接结构230的"向下的"导电端子234以及238上，以提供在导电端子234、238与电 连接器334、338之间的电连接。
[0049] 连接器组合件300还可以包含耦合到"向上的"导电端子232以及236上的螺纹 电连接器342以及346。电连接器342以及346可以焊接到连接结构230的"向上的"导电 端子232以及236上，以提供在导电端子232、236与电连接器342、346之间的电连接。电 连接器342可以是带法兰的黄铜嵌件。在一个实施方案中，电连接器342可以与电连接器 332对准以匹配在电连接器342与电连接器332之间的螺纹。电连接器346可以是拧入电 连接器336中的螺纹托脚。
[0050] 导电柱310以及320可以布置在连接器组合件300中以提供印刷电路板120与连 接结构230之间的机械以及电气连接。导电柱310以及320可以由任何合适的导电材料形 成，例如不锈钢。导电柱310以及320可以包含用于连接到螺纹电连接器上的螺纹。
[0051] 导电柱310可以电耦合到第一支撑杆130中的电连接器332上，并且可以经布置 以从第一支撑杆130延伸通过导电端子232以及电连接器342并且通过第二支撑杆140。 导电柱310可以随后使用螺母362以及任选的垫圈352布置电气地且机械地耦合到印刷电 路板120上。确切地说，螺母362以及任选的垫圈352布置可经紧固以提供在导电柱310 与印刷电路板120上的导电端子122之间的电连接。
[0052] 导电柱320可以电耦合到第一支撑杆130中的电连接器334上，并且可以经布置 以从第一支撑杆130延伸通过导电端子234并且通过第二支撑杆140。导电柱320可以随 后使用螺母364以及任选的垫圈354布置电气地且机械地耦合到印刷电路板120上。确切 地说，螺母364以及任选的垫圈354布置可经紧固以提供在导电柱320与印刷电路板120 上的导电端子124之间的电连接。
[0053] 导电柱310以及导电柱320可以共同经由导电端子232以及234提供在印刷电路 板120与衬底200的第一压电组件210之间的电连接。导电柱310以及320同样用于提供 在印刷电路板120与衬底200之间的机械连接，并且可以用来通过压缩第一支撑杆130以 及第二支撑杆140在连接结构230上提供压缩负载。
[0054] 印刷电路板120还可以经由电连接器366以及368电耦合到衬底的第二压电组件 220上。确切地说，电连接器366以及368可以使用任选的垫圈356以及358耦合到印刷电 路板120上的导电端子上。电连接器366以及368可以是导电螺钉。电连接器366可以延 伸通过任选的垫圈356、印刷电路板120的导电端子126以及第二支撑杆140,并且拧入托 脚电连接器346中，以便提供在印刷电路板120的导电端子126与导电端子236之间的电 连接。
[0055] 电连接器368可以延伸通过任选的垫圈358、印刷电路板120的导电端子128、第 二支撑杆140、导电端子138并且进入电连接器338,以提供在印刷电路板120的导电端子128与导电端子238之间的电连接。在不偏离本发明的范围的情况下，可以在连接器组合件 中使用其它合适的电连接器以将印刷电路板120电耦合到连接结构230上。
[0056] 图8描绘了制造根据本发明的示例性实施例的轮胎可安装设备的示例性方法 (500)的流程图。尽管图8出于说明以及讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本 文所论述的方法不限于任何特定顺序或布置。所属领域的技术人员使用本文所提供的揭示 内容将了解，所述方法的各个步骤可以省略、重排、组合和/或以各种方式调适。
[0057] 在（502)处，所述方法包含将电连接器固定到第一支撑杆上。举例来说，图7的电 连接器332、334、336以及338可以压入支撑杆130中。在（504)处，所述方法包含向与衬 底的"向下的"导电端子相关联的焊料井提供焊料。举例来说，可以向与在衬底200的第二 绝缘层250中界定的向下的导电端子234以及238相关联的焊料井254以及258(图5中 所示）提供焊料。
[0058] 在图8的（506)处，将第一支撑杆与衬底的连接结构对准。举例来说，将具有电连 接器332、334、336以及338的图7的第一支撑杆130与衬底200的连接结构230对准，使得 电连接器332、334、336以及338与连接结构230的导电端子232、234、236以及238对准。 在图9的（508)处，将电连接器焊接到向下的导电端子上。举例来说，将带法兰的电连接器 334以及338焊接到衬底200的连接结构230的向下的导电端子234以及238上。
[0059] 在图8的（510)处，所述方法包含将衬底固化到弹性体补片上。举例来说，如图1 中所示，可以将包含第一支撑杆130的衬底200与弹性体补片110 -起固化，以将衬底200 以及第一支撑杆130固定到弹性体补片110的台面部分114上。可以将第一支撑块130嵌 入弹性体构件110中。在一个实例中，可以通过以下步骤将衬底200固定到弹性体补片110 上：在衬底200上涂覆胶粘剂，将衬底200放置在经设计以容纳衬底200的专门设计的模具 中，用例如橡胶等弹性体材料填充模具的其余部分以及固化补片110。
[0060] 在图8(512)处，所述方法包含向与衬底的"向上的"导电端子相 关联的焊料井提 供焊料。举例来说，可以向与在衬底200的第一绝缘层240中界定的向上的导电端子232以 及236相关联的焊料井242以及246(图5中所示）提供焊料。在图8的（514)处，将电连 接器焊接到衬底的向上的导电端子上。举例来说，可以将图7的电连接器342以及346焊 接到向上的导电端子232以及236上。
[0061] 在图8的（516)处，所述方法包含将导电柱固定到连接结构上。举例来说，可以将 图7的导电柱310固定到电连接器332和342以及导电端子232上。可以将导电柱320固 定到电连接器334以及导电端子234上。
[0062] 在图8的（518)处，将第二支撑杆与连接结构对准。举例来说，将图7的第二支撑 杆140定位在连接结构130上方，使得导电柱310和320以及电连接器346至少部分延伸 通过第二支撑杆140。在图8的（520)处，将印刷电路板固定到导电柱上。举例来说，使用 螺母362以及任选的垫圈352将图7的印刷电路板120固定到导电柱310上，使得导电柱 310与印刷电路板120的导电端子122电连通。同样使用螺母364以及任选的垫圈354将 电路板120固定到导电柱320上，使得导电柱320与印刷电路板120的导电端子124电连 通。
[0063] 在图8的（522)处，完成在衬底与印刷电路板之间的任何其余电连接。举例来说， 使图7的电连接器366穿透任选的垫圈356以及印刷电路板120的导电端子126并且拧入 托脚电连接器346中。使电连接器368穿透任选的垫圈358、印刷电路板的导电端子128、 连接结构230的导电端子238以及电连接器338。
[0064] 尽管已经相对于本发明的具体示例性实施例以及其方法详细地描述了本发明，但 所属领域的技术人员应了解，在理解前述内容的基础上可以容易地对此类实施例进行更 改、制得此类实施例的变化以及等效物。因此，本发明的范围是示例性的而非限制性的，并 且本发明并不排除包括所属领域的技术人员使用本文所揭示的教示将容易地显而易见的 对本发明的这些修改、变化和/或增加。
【主权项】
1. 一种包括衬底的轮胎可安装设备，所述衬底包括： 压电组件，所述压电组件包括第一导电层和第二导电层以及布置在所述第一导电层与 所述第二导电层之间的压电层； 安置在所述第一导电层上的第一绝缘层以及安置在所述第二导电层上的第二绝缘层， 使得所述压电组件在所述衬底中布置在所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间；以及 导电端子结构，所述导电端子结构包括多个导电端子，所述多个导电端子包括电耦合 到所述第一导电层上的第一导电端子以及电耦合到所述第二导电层上的第二导电端子； 其中所述第一导电端子通过所述衬底的所述第一绝缘层暴露并且所述第二导电端子 通过所述衬底的所述第二绝缘层暴露。2. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一导电端子包括在所述第一绝 缘层中形成的第一焊料井并且所述第二导电端子包括在所述第二绝缘层中形成的第二焊 料井。3. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述衬底包括布置在所述第一绝缘层 与所述第二绝缘层之间的第二压电组件，所述第二压电组件包括第三导电层和第四导电层 以及布置在所述第三导电层与所述第四导电层之间的第二压电层。4. 根据权利要求3所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子包括电耦合到所述 第三导电层上的第三导电端子以及电耦合到所述第四导电层上的第四导电端子，所述第三 导电端子通过所述衬底的所述第一绝缘层暴露并且所述第四导电端子通过所述衬底的所 述第二绝缘层暴露。5. 根据权利要求4所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子以一般线性关系来 布置。6. 根据权利要求4所述的轮胎可安装设备，其中所述第三导电端子包括在所述第一绝 缘层中形成的第三焊料井并且所述第二导电端子包括在所述第二绝缘层中形成的第四焊 料井。7. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述多个导电端子各自包括导电环。8. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一绝缘层以及所述第二绝缘层 由FR4形成。9. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备进一步包括具有 基底部分以及台面部分的弹性体层，所述衬底固定到所述弹性体层的所述台面部分上。10. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备包括第一支撑 杆以及第二支撑杆，所述多个导电端子布置在所述第一支撑杆与所述第二支撑杆之间。11. 根据权利要求10所述的轮胎可安装设备，其中所述轮胎可安装设备进一步包括电 气地以及机械地耦合到所述多个导电端子上的印刷电路板。12. 根据权利要求11所述的轮胎可安装设备，其中所述印刷电路板使用多个导电柱通 过所述第一导电端子以及所述第二导电端子耦合到所述压电组件上，所述多个导电柱中的 每一者从所述第一支撑杆延伸并且通过所述第一导电端子以及所述第二导电端子中的一 者，所述多个导电柱中的每一者进一步延伸通过第二导电元件并且可操作地连接到所述印 刷电路板上，以便在所述印刷电路板与所述第一导电端子以及所述第二导电端子中的一者 之间提供电连接，并且以便提供用于所述印刷电路板的机械支撑。13. 根据权利要求11所述的轮胎可安装设备，其中所述印刷电路板通过多个电连接器 耦合到所述第二压电组件上，所述多个电连接器中的每一者延伸通过所述第二支撑杆并且 接触所述第三导电端子或所述第四导电端子中的一者，以便在所述印刷电路板与所述第三 导电端子以及所述第四导电端子中的一者之间提供电连接。14. 根据权利要求1所述的轮胎可安装设备，其中所述第一绝缘层以及所述第二绝缘 层具有不同厚度。15. -种制造轮胎可安装设备的方法，其包括： 将第一支撑杆与在衬底中形成的多个导电端子对准，所述衬底包括布置在第一绝缘层 与第二绝缘层之间的压电组件，所述多个导电端子包括通过所述衬底的所述第一绝缘层暴 露的第一导电端子以及通过所述衬底的所述第二绝缘层暴露的第二导电端子； 在形成于所述衬底的所述第二绝缘层中的第二焊料井中提供焊料，所述第二焊料井与 所述第二导电端子相关联；并且 将位于所述第一支撑杆中的电连接器与所述第二导电端子焊接。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述衬底固化到弹性体 构件上，所述弹性体构件包括基底部分以及台面部分，所述衬底固定到所述弹性体构件的 所述台面部分上，使得所述第一支撑杆嵌入所述弹性体构件中。17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括： 在形成于所述衬底的所述第一绝缘层中的第一焊料井中提供焊料，所述第一焊料井与 所述第一导电端子相关联；并且 将电连接器与所述第一导电端子焊接。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述方法进一步包括： 将第一导电柱固定到焊接到所述第一导电端子上的所述电连接器上；并且 将第二导电柱固定到焊接到所述第二导电端子上的所述电连接器上。19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括将第二支撑杆定位在所述多个导 电端子上方使得所述第一导电柱以及所述第二导电柱延伸通过所述第二支撑杆。20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述方法包括将印刷电路板固定到所述第一 导电柱以及所述第二导电柱上，使得所述印刷电路板电连接到所述第一导电端子以及所述 第二导电端子上，并且使得所述印刷电路板由所述第一导电柱以及所述第二导电柱机械支 撑。
【专利摘要】本发明提供一种用于用作轮胎可安装设备的一部分的压电装置的导电端子结构。与包含全部通过所述压电装置的单个绝缘层(例如，所述压电装置的上层)暴露的多个导电端子的已知电连接结构不同，所述电连接结构可以一个向上、一个向下的配置来布置。在这种配置中，至少一个导电端子通过所述压电装置的上绝缘层暴露。另外，压电组件的至少一个导电端子通过所述压电装置的下绝缘层暴露。所述电连接结构可以与经设计以保持所述电连接以及机械连接结构与印刷电路板之间的所述电连接的完整性的连接器组合件组合使用。
【IPC分类】B60C23/02
【公开号】CN104903125
【申请号】CN201280075506
【发明人】D·A·韦斯顿, R·L·霍奇金森
【申请人】米其林集团总公司, 米其林研究和技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月15日
【公告号】EP2920009A2, US20150249198, WO2014077816A2, WO2014077816A3
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