[發明專利]壓電驅動器制作方法及壓電驅動器

有效

• 申請號: 201210147357.3
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102683576A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 董蜀湘;陳建國
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/22
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及壓電驅動器技術，尤其涉及一種壓電驅動器制作方法及壓電驅動器。

背景技術

壓電驅動器，例如壓電陶瓷微驅動器是利用壓電材料的逆壓電效應制作而成的新型固態執行器，其具有尺寸小、線性好、控制方便、位移分辨率高、頻率響應好、能耗低、無噪聲等優點，在精密光學、微型機械、微電子技術等高新技術領域得到了廣泛應用。

其中，根據驅動方式的不同，可將壓電驅動器劃分為剛性位移驅動器和諧振位移驅動器，剛性位移驅動器包括多層式驅動器、單（雙）晶片驅動器、彩虹式（Rainbow）驅動器、月牙式（Moonie）驅動器和鈸式（Cymbals）驅動器等。由于多層式驅動器具有承載力大、響應速度快、位移重復性好、體積效率高、電場控制相對簡單等優點，是一種常見的壓電驅動器，在精密機械領域得到了廣泛應用。

目前，多層式驅動器制作時，通常是采用傳統流延成膜多層共燒制備工藝，包括以下步驟：（1）流延成型，其是在原料中加入有機溶劑后制作漿料，并將漿料流延得到膜層；（2）烘干，即對流延得到的膜層進行烘干；（3）疊加，將烘干后的膜層鍍上銀電極，并進行疊加；（4）共燒，即將疊加后得到的多層膜高溫煅燒，得到多層結構的壓電驅動器?，F有采用傳統流延成膜多層共燒制備工藝中，需要使用有機溶劑，而有機溶劑通常有毒；共燒過程中，膜層上鍍的銀電極容易擴散，導致制作后的壓電驅動器性能下降、退化；同時，現有制備工藝流程復雜，安全性較差，制作成本較高。此外，現有技術也有通過采用環氧樹脂黏貼方式得到壓電驅動器。

綜上，現有壓電驅動器的多層共燒制備工藝中，多層共燒過程中易導致膜層上銀電極擴散，壓電陶瓷層之間易產生蠕變，使得壓電驅動器的能量轉換效率低，位移損失較大，壓電驅動器性能較差；此外，現有壓電驅動器制備工藝復雜，質量不易控制。而現有采用環氧樹脂方式制備壓電驅動器時，制備得到的壓電驅動器無法適用于高溫環境工作。

發明內容

本發明提供一種壓電驅動器制作方法及壓電驅動器，可有效克服現有技術采用共燒和通過環氧樹脂制備得到的壓電驅動器存在的問題，在簡化壓電驅動器制備工藝的前提下，可有效改進壓電驅動器的驅動性能和提高工作溫度適用范圍。

本發明提供一種壓電驅動器制作方法，包括：

在壓電陶瓷片的上下表面分別制作預設圖案的內電極；

通過耐高溫無機聚合硅凝膠材料，將制作內電極后的多個壓電陶瓷片粘結在一起，形成一體化結構的多層陶瓷；

在所述一體化結構的多層陶瓷的相對的兩個側面上分別制作外電極，以將各壓電陶瓷片在電路上形成并聯連接；

對所述一體化結構的多層陶瓷進行極化，得到所述壓電驅動器。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述耐高溫無機聚合硅凝膠為硅酸鎂、磷酸鋁與無機高分子聚合物混合形成。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述耐高溫無機聚合硅凝膠為耐500℃以上高溫的無機聚合硅凝膠。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述壓電陶瓷片為采用居里溫度高于120℃的壓電材料制作得到。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述壓電陶瓷片材料的一個例子是采用鈧酸鉍-鈦酸鉛固溶體，所述鈧酸鉍-鈦酸鉛固溶體的化學式為(1-x)BiScO3-xPbTiO3，其中：0.2≤x<1。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述在壓電陶瓷片的上下表面分別制作預設圖案的電極之前還包括：

利用固相反應法制備壓電陶瓷片。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述壓電陶瓷片上下表面的電極寬度w小于陶瓷片的寬度W，且上下表面的電極相對兩側面反對稱設置；

所述陶瓷片的任一表面上的電極到側面的間隙d=W-w，且所述間隙d大于所述壓電陶瓷片的厚度t。

上述的壓電驅動器制作方法中，所述內電極和外電極均為銀電極。其中，所述內電極和外電極通過燒制而成，且燒制溫度為500℃-900℃。所述內電極也可以是銅、鎳或金，或它們的混合電極；內電極也可以采用濺射方法制備。

此外，本發明還提供一種壓電驅動器，其采用上述本發明提供的壓電驅動器制作方法制作得到。