CN201741727U - 压电组件 - Google Patents

Abstract

一种压电组件(10)包括具有顶表面(13)、底表面(14)和至少一个侧表面(16，18，20，22)的压电基板(12)。顶电极(40)被限定在顶表面上和第一孔(46)被限定在该顶电极中。底电极(50)布置在底表面上。电极由薄膜金属制成。第一厚膜焊接垫(60)被布置在第一孔中并且接触该压电基板。第一厚膜焊接垫电接触该顶电极。在另一个实施例中，第二厚膜焊接垫(70)布置在顶表面上或者布置在在底电极中限定的第二孔(56)中。

Description

压电组件

[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 该申请要求2007年8月31日提交的美国临时专利申请序列号60/967，033的权 益，其通过作为在这里所有引用的参考而被明确地包括在这里。

技术领域

[0003] 本发明总地涉及压电基板，更具体地，涉及用于压电基板的焊接垫和电极。 背景技术

[0004] 压电装置应用到各种系统和应用设备中。压电装置被用在超生换能器、水中听音 器、致动器、移动控制装置、振动发生器、和喷墨打印机。

[0005] 压电装置需要用于给该压电装置提供电功率的源或者移除该压电装置产生的电 功率的接口。

[0006] 一个可能的接口是通过将为一个或多个电极形式的接触材料施加到压电基板来 提供。现有技术的压电装置已经使用了通过溅射或无电镀的化学沉积来沉积的电极，该电 极由可焊性的以接附导线或金属线的材料制成。现有技术的一些电极是由例如镍、金或锡 的材料来形成的。

[0007] 不幸的是，金用作电极材料很昂贵，无电镀的镍对于陶瓷基板具有低的粘接强度。

[0008] 所需要的是一种与压电基板一起使用的焊接垫，其具有对陶瓷基板良好的粘接 性、价格低、具有良好的可焊性并且允许压电基板机械震动而不会有来自该焊接垫的任何 显著的阻尼效应。

实用新型内容

[0009] 本发明的一个特征是提供压电组件，其包括具有顶表面和底表面以及至少一个侧 表面的压电基板。顶电极设置在该顶表面上和第一孔位于该顶电极中。底电极布置在该底 表面上。

[0010] 在一个实施例中，第一厚膜焊接垫布置在第一孔中并且电接触该顶电极。在另一 个实施例中，第二焊接垫位于在底电极中的第二孔中。该第二焊接垫电接触该底电极。

[0011] 在另一个实施例中，第二厚膜焊接垫布置在顶表面上并且延伸至第一侧表面上。 该第二厚膜焊接垫电接触该底电极。在又一个实施例中，顶电极伸长小于顶表面的整个长 度并且第二厚膜焊接垫布置在顶表面的未被该顶电极覆盖的区域上。

[0012] 在再一个实施例中，第二厚膜焊接垫环绕压电基板的顶表面和其中一个侧表面。

[0013] 本发明的另一个特征是提供一种压电组件，包括：

[0014] 具有顶表面、底表面和至少一个侧表面的压电基板；

[0015] 限定在顶表面的一部分上的顶电极；

[0016] 限定在顶电极中的第一孔；

[0017] 限定在底表面上的底电极；[0018] 在该第一孔中布置的第一厚膜焊接垫，该第一厚膜焊接垫电接触该顶电极；和

[0019] 第二厚膜焊接垫，其布置在顶表面上并且延伸到该侧表面上面，该第二厚膜焊接 垫电接触底电极。

[0020] 在一个实施例中，第一和第二厚膜焊接垫位于顶表面上面并且彼此间隔开。 [0021 ] 在另一个实施例中，该第二厚膜焊接垫布置在压电基板的顶表面的端部上面。

[0022] 本发明的再一个特征是提供一种压电组件，包括：

[0023] 至少具有顶表面和底表面的压电基板；

[0024] 分别限定在该压电基板的顶表面和底表面上的顶电极和底电极；

[0025] 分别限定在该顶电极和底电极中的第一孔和第二孔；和

[0026] 分别布置在该第一孔和第二孔中的第一和第二厚膜焊接垫，该第一和第二厚膜焊 接垫分别电接触所述顶电极和底电极。

[0027] 在一个实施例中，该第一和第二厚膜焊接垫以正好相对的关系被布置。

[0028] 在另一个实施例中，该顶电极和底电极由薄膜材料形成并且具有小于第一和第二 厚膜焊接垫的厚度的厚度。

附图说明

[0029] 本发明的这些和其它特征能够通过如下面的附图的随后描述被更好地理解：

[0030] 图1是根据本发明的压电组件的透视图；

[0031] 图2是在图1中示出的压电组件的垂直横截面图；

[0032] 图3是图1的压电组件的制作工艺流程图；

[0033] 图4是根据本发明的压电组件的另一个实施例的透视图；

[0034] 图5是图4中示出的压电组件的垂直横截面图；和

[0035] 图6是图4的压电组件的制作工艺的流程图。

具体实施方式

[0036] 根据本发明的压电组件10被示出在图1和2中。

[0037] 压电组件10包括大体上矩形的压电基板12，其具有顶表面13、底表面14和四个 侧表面或面16、18、20和22。基板12在侧表面之间的相交处限定边缘24(图1)和在顶表 面和侧表面之间的相交处限定边缘26 (图1)。基板12还限定相对的纵向端部28和30。尽 管没有示出，但是可以理解该基板12还可以具有如圆形或正方形的其它形状。

[0038] 压电基板12可以由各种压电陶瓷材料制成，例如锆钛酸铅（Pb (ZrTi)O3),公知简 写为PZT，或者由其它材料制成，例如石英或者铌酸锂。压电基板12具有压电效应，其中当 基板被施加了电压时其整个形状发生改变。

[0039] 压电组件10可以具有长度为大约0. 400英寸*宽度为大约0. 100英寸*高度为 大约0. 025英寸的总尺寸。

[0040] 薄膜顶电极40位于并且覆盖在顶表面13的整个面积（即整个长度和宽度）上并 且薄膜底电极50位于并且覆盖在底表面14的整个面积（即整个长度和宽度）上。薄膜电 极40和50可以由例如镍和钒的不可焊的金属成分形成或者可以由镍和铬的成分形成。使 用常规的溅射工艺来沉积该成分。顶电极40限定相对的纵向端部42和44和与该端部44相邻定位的圆形孔46 (图1和2)。底电极50限定相对的纵向端部52和54和与该端部54 相邻定位的圆形孔56 (图2)。在所示的实施例中，以正好相对的关系布置孔46和56。

[0041] 圆形厚膜顶部焊接垫60 (图1和2)位于孔46中并且坐落于基板12的顶表面13 的一部分上。圆形厚膜底部焊接垫70(图2)位于孔56中并且覆盖基板12的底表面14的 一部分。厚膜焊接垫60和70由例如银或金的可焊性金属形成或者由例如银和钯的成分 形成。使用常规的厚膜丝网印刷和烧制工艺（screening and firing process)来沉积厚 膜成分。 [0042] 顶焊接垫60限定了顶表面62、与基板12的顶表面13成邻接关系的底表面64、和 外周表面66。底焊接垫70限定了顶表面72、与基板12的底表面14成邻接关系的底表面 74、和外周侧表面76。焊接垫60和70比电极40和50厚并且因此延伸高于相邻电极40和 50的顶表面，如图1和2所示。电极40和50具有大约750埃的典型厚度。焊接垫60和 70具有大约350微英寸（μ inch)的典型厚度。焊接垫60和70具有大约0. 070英寸的典 型直径或宽度。

[0043] 电极40和50沿着焊接垫60和70的外围侧板表面66和76连接到该焊接垫60 和70，以在制作工艺期间形成机械和电结合。

[0044] 焊接垫60和70使压电组件10连接到其它外部电路，例如印刷电路板。焊接垫60 和70能够通过使用回流焊料膏或者导电粘接剂来接附于印刷电路板。

[0045] 因为使用厚膜材料和工艺形成焊接垫60和70，该焊接垫60和70具有对于基板 12的高结合强度。使用小直径的厚膜焊接垫和大的厚膜电极允许压电组件机械振动而不会 有来自焊接垫的任何显著阻尼效应。如果整个电极都将由厚膜材料制作，那么大量的厚膜 材料将在压电陶瓷中起到减弱振动能量的作用，由此改变期望的工作特性。

[0046] 制作工艺

[0047] 在图3中示出了对于压电组件10的制作工艺100的流程图，其包括下面的工艺序 列：

[0048] 1.在步骤102，将一列PZT基板12磨成或者抛光至最后的厚度。

[0049] 2.在步骤104，使用厚膜银膏材料和常规的丝网印刷工艺，将焊接垫60丝网印刷 在基板12的顶表面13上。

[0050] 3.在步骤106，干燥焊接垫60。

[0051] 4.在步骤108，将基板12放置到烤箱中并且加热至大约900摄氏度，使得该焊接 垫60烧结并且结合至顶表面13。

[0052] 5.在步骤110，如果使用焊接垫70，使用厚膜银膏材料和常规的丝网印刷工艺，将 焊接垫70丝网印刷在基板12的底表面14上。

[0053] 6.在步骤112，干燥焊接垫70。

[0054] 7.在步骤114，将基板12放置到烤箱中并且加热至大约900摄氏度，使得该焊接 垫70烧结并且结合至底表面14。

[0055] 8.在步骤115，将掩蔽板放置在基板12的顶表面13、底表面14和侧表面20和22 上面，从而覆盖焊接垫60和70。

[0056] 9.在步骤116，将衬底12放置在溅射腔内并且将NiV或NiCr溅射沉积在表面13 和14的暴露部分上以形成电极40和50。[0057] 10.在步骤118，如果基板12是作为一列被处理的话，可以将基板12切割成各个 小块或者单个化。

[0058] 可选择的实施例

[0059] 在图4和5中示出了根据本发明的压电组件200的另一个实施例。压电组件200 包括大体上矩形形状的压电基板12，其具有顶表面13、底表面14和四个侧表面或面16、18、 20和22。基板12在侧表面之间的相交处限定边缘24(图4)和在顶表面和侧表面之间的 相交处限定边缘26(图4)。基板12限定相对的纵向端部28和30。该基板12还可以具有 如圆形或正方形的其它形状。

[0060] 压电基板12可以由各种压电陶瓷材料制成，例如锆钛酸铅（Pb (ZrTi)O3),公知简 写为PZT。压电基板12也可以由其它材料制成，例如石英或者铌酸锂。压电基板12具有压 电效应，其中当基板被施加了电压时其整个形状发生改变。

[0061] 压电组件200可以具有长度为大约0. 400英寸*宽度为大约0. 100英寸*高度为 大约0. 025英寸的总尺寸。

[0062] 薄膜顶电极40位于并且覆盖顶表面13的一部分上并且薄膜底电极50位于并且 覆盖底表面14上。薄膜电极40和50可以由例如镍和钒的不可焊的金属成分形成或者可 以由镍和铬的成分形成。使用常规的溅射工艺来沉积该成分。顶电极40限定相对的端部 42和44和与其端部44相邻形成的圆形孔46。在图4和5的实施例中，电极40在顶表面 13上延伸一个长度，该长度小于顶表面13的整个长度，即电极的端部44与侧表面22间隔 开并在顶表面13上离侧表面22不远的一点处终止。电极50延伸了底表面14的整个长度 和宽度。底电极50限定相对的端部52和54。

[0063] 大体上圆形厚膜顶部焊接垫60位于孔46中并且坐落于基板12的顶表面13上。 厚膜焊接垫60可以由可焊性的金属成分例如银和钯来形成或者能够由银或金成分来形 成。顶部焊接垫60限定顶表面62、底表面64、和外周侧表面66。焊接垫60具有允许其延 伸超过电极40的顶表面和其厚度的厚度。

[0064] 环绕焊接垫210位于并且覆盖顶表面13的端部30和相邻的侧表面22的整个长 度和宽度。环绕焊接垫210可以由可焊的金属成分例如银和钯来形成或者能够由银或金成 分来形成。环绕电极210因此限定布置在顶表面13上的顶部220和布置在侧表面22上的 侧部，并且整体地端接到底表面14中并与底表面14上的电极50的终端端部54端接。顶 部220限定上表面222和与顶表面13邻接接触的下表面224。侧部230限定外表面232和 与侧表面22接触的内表面234。

[0065] 电极40与垫210间隔开，和更具体地与其顶部220间隔开，以限定在位于电极40 的远端44和垫210的近端225 (图5)之间的顶表面13的区域中限定的电绝缘区或沟槽或 空间240。电绝缘区240将电极40与环绕焊接垫210电隔离。

[0066] 环绕焊接垫210具有大于电极40的厚度的厚度。电极40具有典型的大约750埃 的厚度。焊接垫60具有典型的大约350微英寸的厚度和典型的大约0. 070英寸的直径或 宽度。焊接垫60的最大直径可以小于电极40的表面积的大约50%。

[0067] 电极50具有典型的大约750埃的厚度。环绕焊接垫210具有典型的大约350微 英寸的厚度。

[0068] 使用常规的厚膜丝网印刷和烧制工艺来沉积厚膜合金。

6[0069] 电极40沿着外周表面66连接焊接垫60以在制作工艺期间形成机械和电结合。如 上所述，电极50沿着侧部230连接环绕焊接垫210以在制作工艺期间形成机械和电结合。

[0070] 焊 接垫60和210使压电组件200连接其它外部电路，例如印刷电路板。焊接垫60 和210通过使用回流焊料膏或导电粘接剂来接附于印刷电路板。

[0071] 因为使用厚膜材料和工艺形成焊接垫60和210，所以焊接垫60和210具有对基板 12的高结合强度。

[0072] 尽管基板12被示为具有多个侧面的矩形晶片形式并且焊接垫被示为圆形，但是 可以理解基板和垫可以以任意适合的形状形成。例如，基板可以是圆形而焊接垫可以是正 方形。

[0073] 制作工艺

[0074] 在图6中示出了对于压电组件200的制作工艺300的流程图，其包括下面的工艺 序列：

[0075] 1.在步骤302，将一列PZT基板12磨成或者抛光至最后的厚度。

[0076] 2.在步骤304，使用厚膜银膏材料和常规的丝网印刷工艺，将焊接垫60和焊接垫 210的顶部220丝网印刷在基板12的顶表面13上。

[0077] 3.在步骤306，干燥焊接垫60和焊接垫210的顶部220。

[0078] 4.在步骤308，将基板12放置到烤箱中并且加热至大约900摄氏度，使得该焊接 垫60和焊接垫210的顶部220烧结并且结合至顶表面13。

[0079] 5.在步骤310，使用厚膜银膏材料和常规的丝网印刷工艺，将焊接垫210的侧部 230丝网印刷在基板12的侧表面22上。

[0080] 6.在步骤312，干燥焊接垫210的侧部230。

[0081] 7.在步骤314，将基板12放置到烤箱中并且加热至大约900摄氏度，使得该焊接 垫210的侧部230烧结并且结合至底表面14。

[0082] 8.在步骤315，将掩蔽板放置在基板12的顶表面13、底表面14和侧表面20和22 上面，从而覆盖焊接垫60和焊接垫210的220和230部分。

[0083] 9.在步骤316，将衬底12放置在溅射腔内并且将NiV或NiCr溅射沉积在基板12 的表面13和14的暴露部分上以形成电极40和50。

[0084] 10.在步骤318，如果基板12是作为一列被处理的话，可以将基板12切割成各个 小块或者单个化。

[0085] 总结

[0086] 尽管已经具体参考这两个实施例讲授了本发明，但是本领域的技术人员将认识到 可以进行形式上和细节上的改变而不脱离本发明的精神和范围。所描述的实施例在所有方 面都将只被认为是示例性而不是限制性。由此本发明的范围由附属的权利要求指示而不是 由前面的描述指示。在权利要求书的等价物的含义和范围内的所有修改都被包含在它们的 范围内。

Claims (12)

1. 一种压电组件，其特征在于，包括：至少具有顶表面和底表面的压电基板；限定在顶表面上的顶电极；限定在顶电极中的第一孔；限定在底表面上的底电极；和在该第一孔中布置的第一厚膜焊接垫，该第一厚膜焊接垫电接触该顶电极。
2. 2.根据权利要求1所述的压电组件，还包括被限定在底电极中的第二孔。
3. 3.根据权利要求2所述的压电组件，还包括布置在第二孔中的第二厚膜焊接垫，该第 二厚膜焊接垫电接触该底电极。
4. 4.根据权利要求1所述的压电组件，还包括被布置在顶表面上的第二厚膜焊接垫。
5. 5.根据权利要求4所述的压电组件，其中该顶电极伸长小于顶表面的整个长度并且第 二厚膜焊接垫布置在顶表面的未被该顶电极覆盖的区域上。
6. 6.根据权利要求5所述的压电组件，其中该第二厚膜焊接垫环绕压电基板的顶表面和 其中一个侧表面。
7. 7. 一种压电组件，其特征在于，包括：具有顶表面、底表面和至少一个侧表面的压电基板； 限定在顶表面的一部分上的顶电极； 限定在顶电极中的第一孔； 限定在底表面上的底电极；在该第一孔中布置的第一厚膜焊接垫，该第一厚膜焊接垫电接触该顶电极；和 第二厚膜焊接垫，其布置在顶表面上并且延伸到该侧表面上面，该第二厚膜焊接垫电 接触底电极。
8. 8.根据权利要求7所述的压电组件，其中第一和第二厚膜焊接垫位于顶表面上面并且 彼此间隔开。
9. 9.根据权利要求7所述的压电组件，其中该第二厚膜焊接垫布置在压电基板的顶表面 的端部上面。
10. 10. 一种压电组件，其特征在于，包括： 至少具有顶表面和底表面的压电基板；分别限定在该压电基板的顶表面和底表面上的顶电极和底电极； 分别限定在该顶电极和底电极中的第一孔和第二孔；和分别布置在该第一孔和第二孔中的第一和第二厚膜焊接垫，该第一和第二厚膜焊接垫 分别电接触所述顶电极和底电极。
11. 11.根据权利要求10所述的压电组件，其中该第一和第二厚膜焊接垫以正好相对的关 系被布置。
12. 12.根据权利要求10所述的压电组件，其中该顶电极和底电极由薄膜材料形成并且具有小于第一和第二厚膜焊接垫的厚度的厚度。