CN101777884A - 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法 - Google Patents

叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101777884A
CN101777884A CN200910312591A CN200910312591A CN101777884A CN 101777884 A CN101777884 A CN 101777884A CN 200910312591 A CN200910312591 A CN 200910312591A CN 200910312591 A CN200910312591 A CN 200910312591A CN 101777884 A CN101777884 A CN 101777884A
Authority
CN
China
Prior art keywords
potsherd
beryllium
micro
polarization
piezoelectric vibrator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910312591A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101777884B (zh
Inventor
施云波
荣鹏志
修德斌
冯侨华
赵文杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN2009103125915A priority Critical patent/CN101777884B/zh
Publication of CN101777884A publication Critical patent/CN101777884A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101777884B publication Critical patent/CN101777884B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，它涉及一种微电子机械系统压电振子的制造方法。它解决了现有的微电子机械系统压电振子无法解决其微驱动组装的多层片式结构和优化、以及无法满足微电子机械系统集成化、小型化要求的问题。它的步骤是：步骤一、对铍青铜基片进行热处理；步骤二、在陶瓷片的上下表面溅射铜膜并进行热处理；步骤三、对步骤二处理后的陶瓷片做极化处理；步骤四、将步骤三处理后的陶瓷片陈化放置后采用超声波清洗；步骤五、将清洗后的压电陶瓷片按照一定的结构设计固定在铍青铜基片的上、下表面上。本发明适用于主动振动控制、强振隔离体、航空航天、机器人、动力机械等多领域的驱动场合。

Description

叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微电子机械系统压电振子的制造方法。
背景技术
近年来压电陶瓷得到了广泛的应用，压电陶瓷材料的性能也日趋完善，它已成为功能陶瓷中应用最广泛的一类材料。它不仅应用在工业和民用产品上，如通讯设备中的陶瓷滤波器、陶瓷鉴频器、陶瓷衰减器；水下通讯和探测的水声换能器和鱼雷探测器；雷达、电视机、计算机中的陶瓷变压器和陶瓷表面波器件，而且在军事上同样也获得了大量应用，如将压电陶瓷做成水声换能器，可以完成水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷等工作；用压电陶瓷做成的压电引信，可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器。除此以外，在精密测量、导航、超声探伤、超声清洗、超声诊断等方面也有广泛应用。随着表面组装技术(SMT)的发展，逐步要求功能陶瓷元器件多层片式化、片式元件集成化、集成元件模拟化和多功能化等。如何实现压电陶瓷的多功能集成，获得集成化、智能化、小型化的新型压电器件成为新的需求，压电陶瓷叠片式设计制造成为了重要的研究内容，以适应主动振动控制、强振隔离体、航空航天、机器人、动力机械等的各种驱动要求。现有的微电子机械系统压电振子无法解决MEMS(微电子机械系统)微驱动组装的多层片式结构实现及优化，无法满足MEMS驱动元件集成化、小型化的需求。
发明内容
本发明是为了解决现有的微电子机械系统压电振子无法解决其微驱动组装的多层片式结构和优化、以及无法满足微电子机械系统集成化、小型化要求，从而提出叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法。
叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，它由以下步骤完成：
步骤一、对厚度为0.1nm～0.8nm的预制备的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理，获得热处理后的铍青铜基片；
步骤二、采用真空溅射镀膜技术，在预制备的陶瓷片的上下表面溅射厚度为300nm～800nm的铜膜，然后将所述陶瓷片在600℃～800℃的温度下进行热处理，获得热处理后的陶瓷片；
步骤三、将步骤二获得的热处理后的陶瓷片在二甲基硅油保护下、80℃～140℃的温度下、2.2kv/mm～3.5kv/mm的场强下做极化处理，获得经过极化处理的陶瓷片；
步骤四、将步骤三获得的极化处理后的陶瓷片室温条件下陈化放置至其内部极化的电畴结构稳定后，采用超声波进行清洗，获得清洗后的极化处理的陶瓷片；
步骤五、在步骤一所述热处理后的铍青铜基片的上表面的中心和下表面的中心上分别固定经步骤四所述经过极化处理的陶瓷片，完成压电振子的制造过程。
有益效果：本发明提出了一种叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，是一种微加工工艺的实现方法，它实现了叠片式压电振子的集成微结构，提高了压电振子的振幅；同时，本发明的满足了微电子机械系统中集成化、小型化驱动场合对压电振子的要求。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图；图2是本发明的压电振子的结构示意图；图3是本发明具体实施方式九中极化方向为相反的压电振子结构示意图；图4是本发明具体实施方式九中极化方向为相同的压电振子结构示意图；图5是本发明具体实施方式一中圆形振子结构示意图；图6是本发明具体实施方式十所述的三层叠片并联式结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，它由以下步骤完成：
步骤一、对厚度为0.1nm～0.8nm的预制备的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理，获得热处理后的铍青铜基片1；
步骤二、采用真空溅射镀膜技术，在预制备的陶瓷片的上下表面溅射厚度为300nm～800nm的铜膜，然后将所述陶瓷片在600℃～800℃的温度下进行热处理，获得热处理后的陶瓷片；
步骤三、将步骤二获得的热处理后的陶瓷片在二甲基硅油保护下、80℃～140℃的温度下、2.2kv/mm～3.5kv/mm的场强下做极化处理，获得经过极化处理的陶瓷片2；
步骤四、将步骤三获得的极化处理后的陶瓷片2室温条件下陈化放置至其内部极化的电畴结构稳定后，采用超声波进行清洗，获得清洗后的经过极化处理的陶瓷片2；
步骤五、在步骤一所述热处理后的铍青铜基片1的上表面的中心和下表面的中心上分别固定经步骤四所述经过极化处理的陶瓷片2，完成压电振子的制造过程。
本实施方式步骤一中对厚度为0.1mm～0.8mm的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理，其目的是去除铍青铜基片1表面的张力，使其质地更加均匀。
本实施方式中，可以采用激光切割技术对步骤一获得的热处理后的铍青铜基片1和在真空溅射之前的压电陶瓷片2进行激光切割，尺寸可以得到精确的控制，满足精密要求。
本实施方式中采用上述切割方法，将铍青铜基片1切割为圆片为主体并在其边缘有两个相对的凸起的形状，所述两个凸起可以方便电极的引出；并且将压电陶瓷片2切割为圆片形状，具体结构如图5所示。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤一中所述对厚度为0.1nm～0.8nm的预制备的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理的热处理时间为10min～30min。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤二所述在陶瓷片的上下表面溅射厚度为300nm～800nm的铜膜是在氩气保护下完成的。
本实施方式的溅射条件为：氩气的流量为14.0，压强为0.7帕、电压为210V，电流为0.2A，镀膜时间为3～8小时。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤二所述的铜模的纯度大于或等于99％。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤二中所述陶瓷片在600℃～800℃的温度下进行热处理的热处理时间为10min～30min。
本实施方式可以使铜膜更好的固化在陶瓷片上。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤三中所述极化处理的时间为10min～30min。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式六所述的叠片式微机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤四中所述极化处理后的压电陶瓷片是放置在室温条件下陈化放置的时间为24h～48h。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式七所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，步骤五所述铍青铜基片1的上表面的中心和下表面的中心上固定的极化处理的陶瓷片2是通过导电胶实现的。
具体实施方式九、结合图3和图4说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式八所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法的区别在于，所述步骤五中热处理后的铍青铜基片1的数量为一片，极化处理的陶瓷片2的数量为两片，所述热处理后的铍青铜基片1的上表面的中心和下表面的中心上分别固定一片极化处理的陶瓷片2，所述两片极化处理的陶瓷片2的极化方向相同或相反。
本实施方式是双层叠片式设计，两片陶瓷片2的极化方向相同或相反，根据要连入电路中的形式设置极化方向，并联式结构要求极化方向相反，如图3所示；串联式结构要求极化方向相同，如图4所示。
具体实施方式十、结合图6说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式九所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤五中铍青铜基片1的数量为两片，陶瓷片2为三片，所述三片陶瓷片2分别固定在第一片铍青铜基片1的上表面的中心、两片铍青铜基片1之间和第二片铍青铜基片1的下表面的中心，所述固定在第一片铍青铜基片1的上表面的中心的极化处理的陶瓷片2与固定在两片铍青铜基片1之间的极化处理的陶瓷片2的极化方向相反；固定在两片铍青铜基片1之间的极化处理的陶瓷片2与固定在第二片铍青铜基片1的下表面的中心的极化处理的陶瓷片2的极化方向相同。
本实施方式为三层叠片式设计，极化方向如图6所示，其结构相当于三片压电陶瓷片并联在电路里，可满足大幅度振动需求。

Claims (10)

1.叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征是：它由以下步骤完成：
步骤一、对厚度为0.1nm～0.8nm的预制备的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理，获得热处理后的铍青铜基片(1)；
步骤二、采用真空溅射镀膜技术，在预制备的陶瓷片的上下表面溅射厚度为300nm～800nm的铜膜，然后将所述陶瓷片在600℃～800℃的温度下进行热处理，获得热处理后的陶瓷片；
步骤三、将步骤二获得的热处理后的陶瓷片在二甲基硅油保护下、80℃～140℃的温度下、2.2kv/mm～3.5kv/mm的场强下做极化处理，获得经过极化处理的陶瓷片(2)；
步骤四、将步骤三获得的极化处理的陶瓷片(2)室温条件下陈化放置至其内部极化的电畴结构稳定后，采用超声波进行清洗，获得清洗后的极化处理的陶瓷片(2)；
步骤五、在步骤一所述热处理后的铍青铜基片(1)的上表面的中心和下表面的中心上分别固定步骤四所述经过极化处理的陶瓷片(2)，完成压电振子的制造过程。
2.根据权利要求1所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤一中所述对厚度为0.1nm～0.8nm的预制备的铍青铜基片在500℃～700℃的温度下进行热处理的热处理时间为10min～30min。
3.根据权利要求2所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤二所述在陶瓷片的上下表面溅射厚度为300nm～800nm的铜膜是在氩气保护下完成的。
4.根据权利要求3所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤二所述的铜模的纯度大于或等于99％。
5.根据权利要求4所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤二中所述陶瓷片在600℃～800℃的温度下进行热处理的热处理时间为10min～30min。
6.根据权利要求5所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤三中所述极化处理的时间为10min～30min。
7.根据权利要求6所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤四中所述极化处理后的压电陶瓷片是放置在室温条件下陈化放置的时间为24h~48h。
8.根据权利要求7所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤五所述铍青铜基片(1)的上表面的中心和下表面的中心上固定的极化处理的陶瓷片(2)是通过导电胶实现的。
9.根据权利要求8所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于所述步骤五中热处理后的铍青铜基片(1)的数量为一片，极化处理的陶瓷片(2)的数量为两片，所述热处理后的铍青铜基片(1)的上表面的中心和下表面的中心上分别固定一片极化处理的陶瓷片(2)，所述两片极化处理的陶瓷片(2)的极化方向相同或相反。
10.根据权利要求9所述的叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法，其特征在于步骤五中热处理后的铍青铜基片(1)的数量为两片，极化处理的陶瓷片(2)为三片，所述三片极化处理的陶瓷片(2)分别固定在第一片铍青铜基片(1)的上表面的中心、两片铍青铜基片(1)之间和第二片铍青铜基片(1)的下表面的中心，所述固定在第一片铍青铜基片(1)的上表面的中心的极化处理的陶瓷片(2)与固定在两片铍青铜基片(1)之间的极化处理的陶瓷片(2)的极化方向相反；固定在两片铍青铜基片(1)之间的极化处理的陶瓷片(2)与固定在第二片铍青铜基片(1)的下表面的中心的极化处理的陶瓷片(2)的极化方向相同。
CN2009103125915A 2009-12-30 2009-12-30 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法 Expired - Fee Related CN101777884B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103125915A CN101777884B (zh) 2009-12-30 2009-12-30 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103125915A CN101777884B (zh) 2009-12-30 2009-12-30 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101777884A true CN101777884A (zh) 2010-07-14
CN101777884B CN101777884B (zh) 2011-12-07

Family

ID=42514242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009103125915A Expired - Fee Related CN101777884B (zh) 2009-12-30 2009-12-30 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101777884B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103674358A (zh) * 2013-11-25 2014-03-26 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种膜片式光纤f-p腔压力传感器温度补偿方法
CN114097024A (zh) * 2020-06-05 2022-02-25 株式会社海上 附带状态监视功能的超声波振子及使用其的超声波清洗装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3717034B2 (ja) * 1998-11-10 2005-11-16 株式会社村田製作所 弾性表面波素子
JP2002009583A (ja) * 2000-06-26 2002-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電デバイス及びその製造方法
CN1314583A (zh) * 2001-02-20 2001-09-26 重庆大学 压电谐振阵列芯片及其制备方法
CN2847536Y (zh) * 2005-12-02 2006-12-13 王伟 超声清洗用平板式压电振子
CN2886967Y (zh) * 2006-04-20 2007-04-04 常州美欧电子有限公司 叠层共烧压电陶瓷蜂鸣片

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103674358A (zh) * 2013-11-25 2014-03-26 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种膜片式光纤f-p腔压力传感器温度补偿方法
CN103674358B (zh) * 2013-11-25 2015-06-17 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种膜片式光纤f-p腔压力传感器温度补偿方法
CN114097024A (zh) * 2020-06-05 2022-02-25 株式会社海上 附带状态监视功能的超声波振子及使用其的超声波清洗装置
CN114097024B (zh) * 2020-06-05 2022-09-09 株式会社海上 超声波清洗装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101777884B (zh) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Uchino Glory of piezoelectric perovskites
Uchino The development of piezoelectric materials and the new perspective
CN105679929B (zh) 基于超声驻波场的包覆压电单元薄膜的制造方法及装置
CN101712028B (zh) 一种薄膜超声换能器及其制备方法
EP2728903A1 (en) Acoustic generator and acoustic generation device using same
CN101777884B (zh) 叠片式微电子机械系统压电振子的制造方法
Kumar et al. Fabrication and annealing temperature optimization for a piezoelectric ZnO based MEMS acoustic sensor
CN105842348A (zh) 用于激励和接收非弥散超声导波的压电换能器及制备方法
CN110277485B (zh) 复合材料叠层弯曲振动元件及其制备方法
JP4909607B2 (ja) ２軸加速度センサ
Kumar et al. Fabrication and simulation of piezoelectric aluminium nitride based micro electro mechanical system acoustic sensor
Ci et al. A square-plate piezoelectric linear motor operating in two orthogonal and isomorphic face-diagonal-bending modes
CN215187369U (zh) 一种多层式双面无铅压电声频元件
Cheng et al. Design, fabrication, and performance of a flextensional transducer based on electrostrictive polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer
EP3551349B1 (en) Thickness-planar mode transducers and related devices
US7969073B2 (en) Tangentially poled single crystal ring resonator
CN215183049U (zh) 一种多层式单面无铅压电声频元件
US9154885B2 (en) Sound generator, sound generation device, and electronic apparatus
Schubert et al. A novel sensor design for generation and detection of shear-horizontal waves based on piezoelectric fibres
Lee et al. Aeroelastic flutter energy harvesting performance from piezoelectric fiber composite array using Pb (Zr, Ti) O3-Pb (Ni, Nb) O3 laminates
Kuzmin et al. Magnetoelectric material for energy harvesting
CA3044846C (en) Thickness mode transducers and related devices and methods
Suma et al. Study on the suitability of ZnO thin film for dynamic pressure sensing application
JP2007107990A (ja) 加速度センサ
Hiruta et al. Vibration Experiment for a Conductive Structure with Curved Surface Using a Dielectric Elastomer Actuator with Electro Adhesion Technique

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111207

Termination date: 20141230

EXPY Termination of patent right or utility model