[發明專利]一種基于MEMS的壓電裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201911194701.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110971140B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李以貴;王保志;張成功;董璇
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06;H02N2/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種基于MEMS的壓電裝置，包括PZT基板和支撐基板，PZT基板上設有布置于內圈的驅動部、布置于外圈的固定部、以及與所述驅動部和固定部連接的引線線路；所述固定部和驅動部均為PZT材料，所述支撐基板上覆蓋于驅動部和固定部上，支撐基板上與所述固定部對應的位置處設有連接凸起，支撐基板上與所述驅動部對應的位置設有驅動凸起，所述連接凸起與固定部固定連接，所述驅動凸起與驅動部固定連接。與現有技術相比，本發明具有形狀可變、生產成本低、容易大批量生產等優點。

技術領域

本發明涉及MEMS技術及光學領域，尤其是涉及一種基于MEMS的壓電裝置及其制備方法。

背景技術

微光機電系統作為MEMS領域一個活躍的分支，由微光學與微機電系統技術融合而成。目前，微光機電系統主要應用在控制MEMS裝置的扭轉而使形狀發生改變和利用PZT驅動微流體系統中。該應用裝置具有體積小、能源損耗低、高可靠性和可批量生產等優勢，其通常尺寸在毫米或者微米級別，能完成大尺寸系統難以完成的任務。

基于MEMS的驅動機制主要包括壓電驅動、熱驅動、靜電驅動和電磁驅動四種類型，然而，熱驅動方式功耗大、響應速度慢，不能滿足高頻掃描應用領域的需求；靜電驅動方式需要較高的驅動電壓；電磁驅動方式則制造工藝較為復雜，致使其應用范圍較窄，只適用于一些特殊要求的場合。而壓電驅動技術利用壓電材料的正反向壓電效應將電信號轉換為力，能夠精準輸出毫米、微米甚至納米級的位移，具有應用范圍廣、響應速度快、精準度高的優點。因此，設計一種基于MEMS技術的壓電驅動裝置來完成驅動任務的裝置具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的輸出不精確的缺陷而提供一種基于MEMS的壓電裝置及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于MEMS的壓電裝置，包括PZT基板和支撐基板，所述PZT基板上設有布置于內圈的驅動部、布置于外圈的固定部、以及與所述驅動部和固定部連接的引線線路；所述固定部和驅動部均為PZT材料，所述支撐基板上覆蓋于驅動部和固定部上，支撐基板上與所述固定部對應的位置處設有連接凸起，支撐基板上與所述驅動部對應的位置設有驅動凸起，所述連接凸起與固定部固定連接，所述驅動凸起與驅動部固定連接。

本發明中的壓電裝置以壓電驅動作為驅動方式，通過驅動部的PZT材料，加載電壓，使驅動部的PZT伸縮，并將其伸縮傳遞給上部的支撐部，進而向裝置施加位移；本申請設立了分開的若干個驅動部和固定部，不同于現有技術中的一整塊PZT材料連接于Si薄膜上，本申請在支撐基板上設計的驅動部為多個，使支撐基板的形變受力更加均勻可調，避免了支撐基板受力造成損壞；另外，本發明還在支撐基板上設計了連接凸起，使得本發明中驅動部沒有完全與支撐基板結合，而是通過連接面積較小的連接凸起與支撐基板相互作用，而不是將整個PZT材料均與支撐基板連接，這進一步防止了PZT材料本身發生的形變對裝置造成破壞。

所述連接凸起與固定部的截面尺寸匹配，所述驅動凸起的截面尺寸小于驅動部。改設計進一步降低了PZT驅動部與支撐基板之間的連接面積。

所述內圈和外圈均為正方形狀內圈，所述驅動部設有四個，分別位于內圈邊部的中間位置；所述固定部設有四個，分別位于外圈邊部的中間位置。

所述驅動部和固定部分別與獨立的引線線路連接。

通過向驅動部和固定部獨立施加電壓，通過控制輸入到各個驅動部分的電壓，控制x，y方向的位移大小，來達到裝置自身形變使得焦點可調的目的，提高了裝置的適用范圍。

所述固定部和驅動部的高度均為1.5～2.5mm；在驅動部的伸縮作用下，所述支撐基板發生在伸縮方向上的形變，該形變的量為0.01～0.1mm。

本發明還提供了上述的基于MEMS的壓電裝置的制備方法，包括以下步驟：