一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器及制备方法，包括金属微齿

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器及制备方法


[0001]本专利技术属于微型压电执行器领域，涉及一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器及制备方法
。

技术介绍

[0002]微型压电执行器具有结构简单紧凑
、
响应时间短
、
电磁兼容性强等特点，在机器人
、
精密仪器仪表
、
航空航天
、
医疗器械等领域有着很广泛的应用前景
。
微型压电执行器的关键部分为压电陶瓷与弹性体，在压电执行器工作过程中，压电陶瓷由于逆压电效应会带动弹性体产生形变，在弹性体上的驱动足处会形成特定轨迹，并通过接触摩擦作用驱动动子进行运动，因此需要压电陶瓷与弹性体进行良好的连接
。
[0003]目前微型压电执行器中压电陶瓷与弹性体的连接主要采用有机胶粘接法，将压电陶瓷粘接到弹性体表面，此方法连接精度差，在压电执行器长时间使用过程中，有机物容易发生老化，导致压电陶瓷与弹性体的连接不可靠，并且有机物的导电性较差，会导致微型压电执行器的输出性能受到影响
。
此外，粘接方法对工艺人员要求较高，难以实现微型化
。
[0004]专利号为
201020219439.0
的专利公开的一种压电执行器
。
其压电执行器的压电陶瓷采用粘接的方式进行固定，精度不高，又由于胶层的柔性连接，传递的振动能量损耗较多，由于工艺问题，本身难以实现微型化
。

技术实现思路

>[0005]为了解决现有连接方法导电性差
、
精度不高
、
连接层易老化失效的技术问题，本专利技术提出了一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器及制备方法，通过焊接的方式实现晶圆级压电功能块材与晶圆级金属基体的连接，焊接层为金属，具有良好的导电性与较高的连接强度，也避免了由于连接层的老化失效降低连接的稳定性，从而影响压电执行器的输出性能
。
通过
MEMS
工艺的表面光刻，磁控溅射等工艺对压电陶瓷块材与金属材料的焊接基片进行微加工，提高了微型多齿压电驱动器的工艺精度，避免了传统有机物胶粘工艺引发的精度较低的问题，并实现压电驱动器的微型化和批量化制造
。
本专利技术的微型多齿压电执行器，驱动电压低，体积小，推重比大
。
多个微型多齿压电执行器呈阵列排布于晶圆级压电器件阵列基片上，并由晶圆级压电器件阵列基片分割而成
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电驱动器，所述的微型多齿压电驱动器包括依次叠层排列的驱动足
1、
金属基体层
2、
焊料层
3、
压电功能层
4、
分区微电极
5、
微电极间隔层
6、
微电极连通线7，以及与微电极间隔层6相连的柔性电路引脚
8。
[0008]所述的驱动足1为金属齿形结构，位于金属基体层2下方，用于微型多齿压电执行器的摩擦驱动；所述的压电功能层4通过焊接的方式与金属基体层2连接，具体的：压电功能层4与金属基体层2通过焊料层3连接在一起；所述焊料层3为金属材料，与金属基体层2一起构成弹性体结构，并作为电极接收外部控制信号；
[0009]所述压电功能层4与驱动足1通过弹性体结构实现刚性连接，使压电功能层4通过逆压电效应产生的振动能够传递给驱动足1，从而产生摩擦驱动的动力；
[0010]所述分区微电极制备5位于压电功能层4的上表面；所述微电极间隔层6布置在分区微电极5的上表面，实现对分区微电极5的间隔绝缘；所述微电极连通线7布置在分区微电极5与微电极间隔层6的下表面，实现分区微电极5各部分的连接；所述柔性电路引脚8通过与柔性电路的连接提供对外接口，外部控制信号通过柔性电路引脚8实现对微型多齿压电执行器的实时控制
。
[0011]一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电驱动器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1
：制备的晶圆级压电器件阵列基片
[0013]将晶圆级压电功能块材
、
晶圆级金属基体和晶圆级焊料层进行真空焊接得到晶圆级压电器件阵列基片，焊接温度为
850℃
至
900℃
，在
2Mpa
压力下保温
30min。
其中，晶圆级压电陶瓷块材用于形成压电陶瓷功能层4，晶圆级焊料用于形成焊料层3，晶圆级金属基体用于形成金属基体层2，焊料层3位于微型多齿压电驱动器的压电功能层4金属基体层2间呈夹心式结构
。
所述压电功能层4与晶圆级金属基体通过焊料层实现刚性连接；在晶圆级金属基体一侧设有并列排布的呈线状的金属微齿结构
。
[0014]S2
：使用紫外光刻工艺，在压电陶瓷功能层4表面制备分区微电极牺牲层
。
[0015]S3:
使用磁控溅射并剥离的工艺，在压电陶瓷表面制备一层图形化的分区微电极
5。
[0016]S4
：所述分区微电极5在晶圆级压电功能块材一侧的表面，“+”区域极化方向为正，
“‑”
区域极化方向为负，用于对压电功能层4的极化
。
[0017]S5:
使用紫外光刻工艺在压电陶瓷功能层4表面制备微电极间隔层
6。
[0018]S6:
使用磁控溅射的工艺，对压电陶瓷功能层4与微电极间隔绝缘层6的表面制备金属层
。
[0019]S7:
使用紫外光刻工艺，在金属层的表面制备微电极连通线7的掩蔽层，实现对微电极连通线7的保护
。
[0020]S8:
使用湿法腐蚀工艺，对未被掩蔽层保护的部分进行湿法腐蚀，去除表面的掩蔽层后，得到微电极连通线7，实现分区微电极5的连接
。
[0021]S9:
使用切割技术对上述制备的晶圆级压电器件阵列基片进行切割，得到单个微型多齿压电执行器
。
[0022]S10
：制备柔性电路层
12
，将柔性电路层粘贴至微电极连通线7的上表面，作为激励信号的输入与反馈通道
。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]相较于传统的有机物粘接工艺，本专利技术的微型多齿压电执行器采用焊接技术实现了压电陶瓷块材与金属弹性体的刚性连接，避免了传统压电驱动器中压电陶瓷粘接对传递能量有损失，胶层容易老化的问题，显著提高了用压电陶瓷与金属弹性体间的结合强度，同时结合
MEMS
工艺，完成压电驱动器的微型化和批量化制造，为高端精密仪器
、
狭窄空间内的驱动提供了更广阔的发展空间
。
附图说明
[0025]图
1(a)
和图
1(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器，其特征在于，所述的微型多齿压电驱动器包括依次叠层排列的驱动足
(1)、
金属基体层
(2)、
焊料层
(3)、
压电功能层
(4)、
分区微电极
(5)、
微电极间隔层
(6)、
微电极连通线
(7)
，以及与微电极间隔层
(6)
相连的柔性电路引脚
(8)
；其中，压电功能层
(4)
通过焊接的方式与金属基体层
(2)
连接
。2.
根据权利要求1所述的所述的一种基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电执行器，其特征在于，所述的微型多齿压电驱动器具体如下：所述的驱动足
(1)
为金属齿形结构，位于金属基体层
(2)
下方，用于微型多齿压电执行器的摩擦驱动；所述的压电功能层
(4)
与金属基体层
(2)
通过焊料层
(3)
连接在一起；所述焊料层
(3)
为金属材料，与金属基体层
(2)
一起构成弹性体结构，并作为电极接收外部控制信号；所述压电功能层
(4)
与驱动足
(1)
通过弹性体结构实现刚性连接，使压电功能层
(4)
通过逆压电效应产生的振动能够传递给驱动足
(1)
，从而产生摩擦驱动的动力；所述分区微电极制备5位于压电功能层
(4)
的上表面；所述微电极间隔层
(6)
布置在分区微电极
(5)
的上表面，实现对分区微电极
(5)
的间隔绝缘；所述微电极连通线
(7)
布置在分区微电极
(5)
与微电极间隔层
(6)
的下表面，实现分区微电极
(5)
各部分的连接；所述柔性电路引脚
(8)
通过与柔性电路的连接提供对外接口，外部控制信号通过柔性电路引脚
(8)
实现对微型多齿压电执行器的实时控制
。3.
一种权利要求1或2所述的基于压电陶瓷钎焊的微型多齿压电驱动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：制备的晶圆级压电器件阵列基片将晶圆级压电功能块材
、
晶圆级金属基体和晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，李泽飞，段宇，杨明洛，孔令杰，梁世文，于成治，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：