CN111682097A - 一种压电结构及压电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电结构及压电装置，其中，包括基底、设于所述基底上方的第一导电层以及与所述第一导电层间隔的第二导电层，还包括位于所述基底上方的固定臂以及沿所述固定臂延伸的连接部，所述固定臂包括与所述第一导电层背离所述基底一侧固定连接的第一固定臂、与所述第二导电层背离所述基底一侧固定连接的第二固定臂以及连接所述第一固定臂和所述第二固定臂的悬臂，所述连接部依次沿所述第一固定臂、悬臂及第二固定臂延伸并电连接所述第二导电层和所述第一导电层。本发明通过设置悬臂，可避免依赖压电薄膜表面设置连接部。

Description

一种压电结构及压电装置
【技术领域】
本发明涉及压电式MEMS芯片领域，尤其涉及压电结构。
【背景技术】
压电式MEMS装置应用领域越来越广泛，对器件的可靠性要求也越来越高。压电式MEMS装置中的压电MEMS的膜片层一般由单层或者多层压电材料和电极材料组成。请参阅图1及图2，现有的压电式MEMS装置主要是典型的悬臂梁薄膜压电式MEMS装置，包括有效电极100、结构电极200、压电材料300及压电薄膜的固定端400。
请参阅图3，典型的压电MEMS薄膜包括多组有效电极部，如图中所示有效电极部A、B、C，有效电极部A、B、C分别包括多层电极以及夹设于电极之间的压电材料，且各个有效电极部的对应层的压电材料一体设置。每个有效电极部的不同电极层之间以及各个有效电极部的电极之间通过电极连接体40电连接，并最终通过金线60将压电信号输出，具体的，每个有效电极部设有连通不同电极层的电极连接孔，电极连接体40的一部分设于电极连接孔的孔壁以电连接每个有效电极部不同层的电极，电极连接体的另一部分设于薄膜表面以电连接各个相邻的有效电极部的电极。但，在某些情形下，为避免短路等风险，相邻的有效电极部之间并不适于通过设于薄膜表面的电极连接体40电连接。另，在如图4的情形下，焊接金线的焊盘与有效电极部的压电材料相分离，焊盘与有效电极部的电极无法通过设置于薄膜表面的电极连接体导通。同样，当各个有效电极部及其压电材料相分离设置时，各个有效电极部之间也无法通过设置于压电材料表面的电极连接体40导通，以将有效电极收集到的信号传递到焊盘并通过金线60接出。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种压电结构，旨在解决现有技术中，两电极或电极与焊盘间无法或不适宜直接通过压电薄膜表面的电极连接体电连接的问题。
本发明采用的第一个技术方案为：提供一种压电结构，包括基底、设于所述基底上方的第一导电层以及与所述第一导电层间隔的第二导电层，还包括位于所述基底上方的固定臂以及沿所述固定臂延伸的连接部，所述固定臂包括与所述第一导电层背离所述基底一侧固定连接的第一固定臂、与所述第二导电层背离所述基底一侧固定连接的第二固定臂以及连接所述第一固定臂和所述第二固定臂的悬臂，所述连接部依次沿所述第一固定臂、悬臂及第二固定臂延伸并电连接所述第二导电层和所述第一导电层。
进一步地，所述连接部至少部分设置于所述固定臂的表面。
进一步地，所述连接部埋设于所述固定臂内。
进一步地，所述压电结构包括设于所述基底上方的第一电极部，所述第一电极部包括间隔且叠层设置的若干电极层，所述压电结构还包括设于所述第一电极部的各电极层之间的第一压电材料部，所述第一导电层为所述第一电极部的远离所述基底一侧的电极层。
进一步地，所述压电结构还包括与所述第一电极部间隔的第二电极部，所述第二电极部包括间隔且叠层设置的若干电极层，所述压电结构还包括设于所述第二电极部的各电极层之间的第二压电材料部，所述第二导电层为所述第二电极部的远离所述基底一侧的电极层。
进一步地，所述第一压电材料部和所述第二压电材料部间隔设置。
进一步地，所述第一压电材料部和所述第二压电材料部一体设置。
进一步地，所述压电结构还包括与所述第一电极部间隔的焊接部，所述焊接部包括所述第二导电层。本发明采用的第二技术方案为：提供一种压电装置，包括上述的压电结构。
本发明的有益效果在于：通过设置于基底上方的悬臂及沿悬臂延伸的连接部，可在任意位置导通两电极或电极与焊盘，使得电极信号引出结构设置更灵活。
【附图说明】
图1为现有技术中典型的具有悬臂梁薄膜的压电式薄膜结构俯视图；
图2为现有技术中典型的具有悬臂梁薄膜的压电式薄膜结构剖视图；
图3为现有技术中典型的压电结构的电极连接方式的示意图；
图4为现有技术中典型的压电结构的示意图；
图5为本发明第一实施例中压电结构的电极连接方式的示意图；
图6为本发明第二实施例中压电结构的电极连接方式的示意图；
图7为本发明第三实施例中压电结构的电极连接方式的示意图；
图8为本发明第四实施例中压电结构的电极连接方式的示意图；
图9为本发明第五实施例中压电结构的电极连接方式的示意图；
图10为本发明第六实施例中压电结构的电极连接方式的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图5，图5为本发明第一实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本发明的实施例中，该压电结构，包括基底1、设于基底1上的薄膜部11和焊接部8，其中薄膜部11和焊接部8分离设置，薄膜部11包括层叠设置的第一电极部2，该压电结构还包括位于基底1上方的固定臂7以及沿固定臂7延伸的连接部5，固定臂7包括与焊接部8固定连接的第一固定臂73、与第一电极部2背离基底1一侧固定连接的第二固定臂71以及连接第一固定臂73和第二固定臂71的悬臂72，连接部5依次沿第一固定臂73、悬臂72及第二固定臂71延伸并电连接焊接部8和第一电极部2。
本实施例中采用上悬式的电极连接方式，固定臂7由绝缘材料构成。通过设置于基底1上方的固定臂7以及沿固定臂7延伸的连接部5，可导通设于基底1表面的分离的电极或分离的电极与焊盘，不仅解决了电极信号引出的问题，同时能保证连接部连接的稳定性，并大大减少外部器件对连接部的信号干扰，提升信号传输的有效性及可靠性。
在本实施例中，薄膜部11包括第一压电材料部3和第一电极部2，其中第一电极部2包括设于基底1表面的第一电极层21以及依次叠设于第一电极层21之上的第二电极层22和第三电极层23，第一压电材料部3包括设于第一电极层21与第二电极层22之间的第一压电材料层31以及设于第二电极层22与第三电极层23之间的第二压电材料层32。焊接部8包括设于基底1表面的导电层81，该导电层81为用于与金线6焊接的焊盘。
在本实施例中，连接部5至少部分设置于固定臂7的表面。其中连接部5包括第一中心部52及与第一中心部52两端分别连接的第一弯折部51和第二弯折部53。第一弯折部51埋设于第二固定臂71内，第一中心部52设置于悬臂72的表面，第二弯折部53设置于第一固定臂73表面，从而能够保证连接部的稳定性，解决了分离的电极和用于与金丝焊接的焊盘之间无法通过压电薄膜表面直接连接的问题。
在本实施例中，薄膜部11还设有连通各电极层的电极连接孔13，第一电极部2的各电极层通过设于电极连接孔13的孔壁的电极连接体4电连接。电极连接体4通过连接部5与焊盘81连接，最终由与焊盘81连接的金线6将产生的压电信号进行输出。
本实施例中，薄膜部11还包括设于第一压电材料部3的各压电材料层上且与第一电极部2间隔的其他电极部2’，第一电极部2和其他电极部之间通过设于薄膜部表面的电极连接体4电连接。
请参阅图6，图6为本发明第二实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本实施中，压电结构与实施例一的区别主要在于，本实施例中连接部5埋设于固定臂7内，这样可以防止导电电极表面出现氧化、腐蚀或剥落等现象。在本实施中，第一弯折部51埋设于第二固定臂71内，第一中心部52埋设于悬臂72内，第二弯折部53埋设于第一固定臂73。相较于实施例一，本实施例解决了分离的电极和用于与金丝焊接的焊盘之间无法通过压电薄膜表面直接连接的问题的同时，本实施例中的固定臂7固定连接部5的效果更佳，可防止连接部5断裂，提高连接的稳定性，进而保证电信号的有效传输。
请参阅图7，图7为本发明第三实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本实施中，压电结构与实施例一的区别主要在于，本实施例中与薄膜部11电连接的不是与金丝焊接的焊盘结构，而是与实施例一的薄膜部11相似的另一薄膜部12。该薄膜部12包括第二压电材料部9和第二电极部10。其中第二电极部10包括设于基底1表面的第四电极层101以及依次叠设于第四电极层101之上的第五电极层102和第六电极层103，第二压电材料部9包括设于第四电极层101与第五电极层102之间的第三压电材料层91以及设于第五电极层102与第六电极层103之间的第四压电材料层92。第一压电材料部8与第二压电材料部9间隔设置。通过沿悬臂72延伸的连接部5使薄膜部11与另一薄膜部12连接，解决了分离的电极之间无法直接通过压电薄膜表面的电极连接体电连接的问题。
请参阅图8，图8为本发明第四实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本实施中，压电结构与实施例二的区别主要在于，本实施例中与薄膜部11电连接的不是与金丝焊接的焊盘结构，而是与实施例二的薄膜部11相似的另一薄膜部12。通过沿悬臂72延伸的连接部5使薄膜部11与另一薄膜部12连接，解决了分离的电极之间无法直接通过压电薄膜表面的电极连接体电连接的问题。
请参阅图9，图9为本发明第五实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本实施中，压电结构与实施例三的区别主要在于，本实施例中第一压电材料部8与第二压电材料部9一体设置。通过沿悬臂72延伸的连接部5使薄膜部11与另一薄膜部12连接，解决了电极之间不适于直接通过压电薄膜表面的电极连接体电连接的问题。
请参阅图10，图10为本发明第六实施例的压电薄膜电极连接方式示意图。在本实施中，压电结构与实施例四的区别主要在于，本实施例中第一压电材料部8与第二压电材料部9一体设置。通过沿悬臂72延伸的连接部5使薄膜部11与另一薄膜部12连接，解决了电极之间不适于直接通过压电薄膜表面的电极连接体电连接的问题。本发明还提供一种压电装置，该压电装置包括上述的压电结构。压电结构的具体结构请参照上述的实施例，此处不再赘述。压电装置包括压电MEMS麦克风，压电扬声器，超声压电模块等。
本发明针对分离的电极或者电极与焊盘之间不能直接通过结构表面进行电导通提出了几种电极连接方案，不仅解决了电极信号引出的问题，同时能保证连接部连接的稳定性，并大大减少外部器件对连接部的信号干扰，提升信号传输的有效性及可靠性。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种压电结构，包括基底、设于所述基底上方的第一导电层以及与所述第一导电层间隔的第二导电层，其特征在于，还包括位于所述基底上方的固定臂以及沿所述固定臂延伸的连接部，所述固定臂包括与所述第一导电层背离所述基底一侧固定连接的第一固定臂、与所述第二导电层背离所述基底一侧固定连接的第二固定臂以及连接所述第一固定臂和所述第二固定臂的悬臂，所述连接部依次沿所述第一固定臂、悬臂及第二固定臂延伸并电连接所述第二导电层和所述第一导电层。
2.根据权利要求1所述的压电结构，其特征在于，所述连接部至少部分设置于所述固定臂的表面。
3.根据权利要求1所述的压电结构，其特征在于，所述连接部埋设于所述固定臂内。
4.根据权利要求1所述的压电结构，其特征在于，所述压电结构包括设于所述基底上方的第一电极部，所述第一电极部包括间隔且叠层设置的若干电极层，所述压电结构还包括设于所述第一电极部的各电极层之间的第一压电材料部，所述第一导电层为所述第一电极部的远离所述基底一侧的电极层。
5.根据权利要求4所述的压电结构，其特征在于，所述压电结构还包括与所述第一电极部间隔的第二电极部，所述第二电极部包括间隔且叠层设置的若干电极层，所述压电结构还包括设于所述第二电极部的各电极层之间的第二压电材料部，所述第二导电层为所述第二电极部的远离所述基底一侧的电极层。
6.根据权利要求5所述的压电结构，其特征在于，所述第一压电材料部和所述第二压电材料部间隔设置。
7.根据权利要求5所述的压电结构，其特征在于，所述第一压电材料部和所述第二压电材料部一体设置。
8.根据权利要求4所述的压电结构，其特征在于，所述压电结构还包括与所述第一电极部间隔的焊接部，所述焊接部包括所述第二导电层。
9.一种压电装置，包括如权利要求1-8任意一项所述的压电结构。
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