[發明專利]具有腔體和壓電島的微機電裝置及形成具有壓電換能器的裝置的方法

有效

• 申請號: 200580040481.8
• 申請日: 2005-10-11
• 公開（公告）號: CN101069295A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 安德列亞斯·拜布爾;約翰·A·希金森;克里斯托弗·門澤爾;保羅·A·霍伊辛頓
• 申請（專利權）人: 富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/22;B41J2/14;B41J2/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波

技術領域

本發明涉及形成用于微機電裝置的壓電驅動器。

背景技術

在受到機械應力時，壓電材料可以產生電或電極性。備選地，對壓電材料施加電壓可以導致逆壓電性，即，壓電材料在被施加電壓時機械形變。逆壓電性可以導致壓電材料內極高的彎曲力。產生電和逆壓電性這兩個性能都被約束以用于電子和機械裝置，例如諸如驅動器和傳感器的換能器。包括驅動器和傳感器的組合的多個換能器可以組合在一起成為微機電系統(MEMS)。

MEMS通常具有使用常規半導體工藝技術形成于半導體襯底內的機械結構。MEMS可包括單個結構或多個結構。MEMS具有電學元件，其中電學信號激勵各個電學元件，或者由MEMS各個結構內的驅動產生。

MEMS的一個實施包括主體，該主體內形成有腔體，以及形成于該主體外表面上的壓電驅動器。壓電驅動器具有一層壓電材料，例如陶瓷，以及用于傳輸電壓的元件，例如電極。壓電驅動器的電極可以對壓電材料施加電壓，或者傳輸當壓電材料變形時產生的電壓。

具有壓電驅動器的一種類型的MEMS為微流體噴射裝置。驅動器可包括壓電材料，該壓電材料可以被電極驅動，導致壓電材料朝裝置的腔體變形。這種變形的驅動器對腔體施加壓力，導致腔體內的流體例如通過噴嘴流出。包括驅動器、腔體和噴嘴的各個結構元件可以影響噴射多少流體。在具有多個結構的MEMS中，為整個MEMS上的各個結構形成尺寸均勻的元件，可以改善MEMS性能的均勻性，例如噴射的流體量的均勻性。當試圖加工各個結構以具有在MEMS內其他結構的幾微米以內的測量時，形成均勻結構則變得具有挑戰性。

發明內容

一般而言，一方面，描述了一種微機電裝置。該裝置具有主體以及多個壓電島。該主體具有多個腔體。該多個壓電島由該主體支撐，其中各個壓電島具有第一表面、與該第一表面相對的第二表面、以及與該第一和第二表面相交的第三平面表面。該壓電島具有基本上含有壓電材料顆粒且相對沒有壓電材料松動顆粒的表面。導電材料在該第一表面上，且導電材料在該壓電島的第二表面上。至少一個該多個壓電島置為基本上毗鄰該多個腔體的相應腔體。至少一個該壓電島具有在第三表面上的導電材料，該第三表面上的導電材料電學接觸位于該第一和第二表面上的導電材料。

一般而言，在另一個方面，描述了一種微機電裝置。該裝置具有多個腔體。該裝置還具有換能器層。該換能器層提供多個換能器，各個換能器置為基本上毗鄰該多個腔體的相應腔體，各個換能器包括由該主體支撐的壓電島。該壓電島由第一表面以及與該第一表面相對的第二表面界定，該第一和第二表面基本上是平面的，且該第一表面基本上平行于第二表面。結合層在換能器層和主體之間。該結合層在該換能器層內在至少兩個換能器之間延伸。

在另一方面，描述了一種形成具有壓電換能器的裝置的方法。壓電材料主體的第一表面結合到半導體材料。在壓電材料主體的第二表面內形成凹形，該凹形具有壁。在形成該凹形之后，壓電材料主體的第二表面附著到裝置主體。在將該壓電材料主體附著到裝置主體之后，從該壓電材料主體的第一表面除去半導體材料。

本發明包括一個或多個下述潛在優點(或者不包含下述潛在優點)。在形成導電層之前在壓電材料內形成底切口，使得可以形成卷繞電極。這些卷繞電極使得可以在與其上形成該電極的側相對的壓電材料側上產生電極接觸區域。該卷繞電極可以電學連接該電極與該電極接觸區域。通過將柔性電路僅接觸到壓電材料的一側，則柔性電路可附著到驅動電極和接地電極。

在附著到腔體主體之前由被加工的壓電材料形成壓電驅動器可以提高可用于形成壓電材料的工藝步驟的種類，因為腔體主體對于用于形成該驅動器的工藝的靈敏度不需要被考慮。在結合到腔體主體上之前切割該壓電材料可以減少或消除形成于腔體主體內的切口，由此降低腔體主體內的泄漏。與壓電驅動器中最終壓電層深度相比在壓電材料塊內切割至更深并研磨該壓電材料至最終壓電層的期望深度，可以允許形成一組厚度一致的壓電驅動器。當在開始壓電材料塊內形成切口的深度大于最終壓電層的厚度時，鋸條的磨損和半徑對壓電驅動器一致性的影響較小。厚度一致的驅動器可以提供對施加驅動電壓的一致的壓電響應。一致的壓電響應可以使MEMS內各結構之間的類似性能。流體噴射MEMS中一致的壓電響應可以導致，當相近量的功率施加到各個結構的驅動器時，從各個結構噴射一致數量的流體。此外，維持厚度一致的壓電驅動器可以維持從一個MEMS內的結構到另一個MEMS內的結構所噴射的流體的數量。在形成驅動器時，在將壓電材料結合到腔體主體之前切割該材料可以消除驅動器之間的壓電材料突出，由此降低結構之間的串擾。