CN207765479U - 一种压电薄膜器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及压电元件技术领域，涉及一种压电薄膜器件，该器件具有覆盖在一空腔上的振动板以及形成于所述振动板上的压电薄膜叠层，所述压电薄膜叠层至少具有一层压电薄膜及设在压电薄膜上下表面的电极层，上下配对施加电压的电极层投影到所夹压的压电薄膜上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。本实用新型能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，空腔提供释放空间，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电元件技术领域，尤其是涉及压电薄膜器件。
背景技术
压电功能执行器件通常具有一个振动板覆盖在一个空腔上，压电薄膜层叠在振动板上形成一个驱动器。电极层叠在每层压电材料的上下两个表面形成电极，以使得压电薄膜能够被施加在电极上的电压所驱动。现有的技术中，压电薄膜上下两侧电极形成的有效电场区域在压电薄膜几何中心面上的投影与边框在该面上的投影部分相交。当压电薄膜两侧的电极被施加电压时，压电薄膜将被电压驱动而产生几何运动。这个过程同时也会导致结构内应力的产生，结构内应力越高，该结构被电压驱动而发生破坏的风险就越高。前述提到的投影相交的区域在压电薄膜被电压驱动时具有高于其他区域的内应力，因而在压电薄膜被电压驱动时发生破坏的区域通常位于该区域，产品使用寿命短。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种压电薄膜器件，能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，从而降低结构发生破坏的风险。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种压电薄膜器件，该器件具有覆盖在一空腔上的振动板以及形成于所述振动板上的压电薄膜叠层，所述压电薄膜叠层至少具有一层压电薄膜及设在压电薄膜上下表面的电极层，上下配对施加电压的电极层投影到所夹压的压电薄膜上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。
上述方案中，所述压电薄膜叠层具有两层或两层以上的压电薄膜，各层压电薄膜之间的电极层被相邻两层压电薄膜所共享或由相邻两层压电薄膜各自独立设置。
上述方案中，所述压电薄膜的厚度小于5微米。
上述方案中，所述各层压电薄膜具有不同的相结构。
上述方案中，所述振动板覆盖在空腔上形成一个振膜结构。
上述方案中，所述振动板覆盖在空腔上形成一个振动桥结构。
上述方案中，所述振动板覆盖在空腔上形成一个悬臂梁结构。
上述方案中，所述振动板是单晶硅板、氧化硅板、氮化硅板、多晶硅板、压电陶瓷板或者它们的任意组合。
与现有技术相比，本实用新型提供的压电薄膜器件，形成于振动板上的压电薄膜叠层至少具有一层压电薄膜及设在压电薄膜上下表面的电极层，上下配对施加电压的电极层投影到所夹压的压电薄膜上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。这样能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，空腔提供释放空间，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。压电薄膜被电压驱动而产生几何运动稳定，适合在高温或低温的环境下工作，可用于制作如打印头、微泵、压电薄膜扬声器，压电薄膜超声传感器等微机电系统器件。
附图说明：
附图1为本实用新型单层压电薄膜其一实施结构示意图；
附图2为本实用新型单层压电薄膜其二实施结构示意图；
附图3为本实用新型双层压电薄膜其一实施结构示意图；
附图4为本实用新型双层压电薄膜其二实施结构示意图；
附图5为本实用新型双层压电薄膜其三实施结构示意图；
附图6为本实用新型三层压电薄膜其一实施结构示意图；
附图7为本实用新型三层压电薄膜其二实施结构示意图；
附图8为本实用新型三层压电薄膜其三实施结构示意图；
附图9为本实用新型三层压电薄膜其四实施结构示意图；
附图10为本实用新型振动板覆盖在空腔上形成一个振膜结构示意图；
附图11为本实用新型振动板覆盖在空腔上形成一个振动桥结构示意图；
附图12为本实用新型振动板覆盖在空腔上形成一个悬臂梁结构示意图。
具体实施方式：
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
参阅图1~12所示，系本实用新型的较佳实施例示意图，本实用新型有关一种压电薄膜器件，该器件具有覆盖在一空腔1上的振动板2以及形成于所述振动板2上的压电薄膜叠层3，所述压电薄膜叠层3至少具有一层压电薄膜31及设在压电薄膜31上下表面的电极层32，上下配对施加电压的电极层32投影到所夹压的压电薄膜31上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。这样能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，空腔提供释放空间，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。
图1、2所示，本实施例的压电薄膜叠层3具有一层压电薄膜31及设在压电薄膜31上下表面的电极层32；图1中的压电薄膜31及设在压电薄膜31上下表面的电极层32均在空腔1在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内，满足上下配对施加电压的电极层32投影到所夹压的压电薄膜31上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。这样，有效电场驱动的压电薄膜部分空腔提供的释放空间中运动，降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。图2中的压电薄膜31及设在压电薄膜31下表面的电极层32的边缘虽然延伸到空腔1的边框上，但设在压电薄膜31上表面的电极层32的边缘在压电薄膜31几何中心面上的投影要完全处于空腔1在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内，同样能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。
图3~9所示，本实施例的压电薄膜叠层3具有两层或两层以上的压电薄膜31，各层压电薄膜之间的电极层32被相邻两层压电薄膜所共享或由相邻两层压电薄膜各自独立设置。图3中，双层压电薄膜31及设在压电薄膜31上下表面的电极层32均在空腔1在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内；图4中，双层压电薄膜的边缘均覆盖在空腔1的边框上，单侧或两侧电极在空腔投影区域内；图5中，单层压电薄膜的边缘覆盖在空腔1的边框上，单侧或两侧电极在空腔投影区域内；图6中，三层压电薄膜31及设在压电薄膜31上下表面的电极层32均在空腔1在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内；图7中，三层压电薄膜的边缘及靠近振动板的电极层32的边缘均覆盖在空腔1的边框上，其它电极层的边缘则在空腔投影区域内；图8中，靠近振动板的两层压电薄膜的边缘及靠近振动板的电极层32的边缘覆盖在空腔1的边框上，其它电极层的边缘则在空腔投影区域内；图9中，靠近振动板的一层压电薄膜及电极层的边缘覆盖在空腔1的边框上，其它压电薄膜及电极层的边缘则在空腔投影区域内。这些结构同样能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际，延长使用寿命。
图1~12所示，本实施例中，所述压电薄膜31的厚度小于5微米，制作成本低，运动性好。各层压电薄膜31具有不同的相结构，当施加交流电压到压电薄膜31时，在压电薄膜31上会发生电荷增加，从而增大压电薄膜31的矫顽力，继而可达到更大的施加电场而不会产生去极化，且在高温或低温的环境下，压电薄膜31的放电电压比更稳定，其放电电压曲线中不会出现明显的跌宕，具有良好工作性能，延长使用寿命。
图1~12所示，本实施例中，振动板2可以是单晶硅板、氧化硅板、氮化硅板、多晶硅板、压电陶瓷板或者它们的任意组合。在能够降低压电薄膜被电压驱动时产生的内应力，从而降低结构发生破坏的风险，提高结构使用的安全边际的同时，振动板2依据实际实施要求可组装成不同结构体。图10所示，所述振动板2覆盖在空腔1上形成一个振膜结构，振动板完全覆盖空腔。图11所示，所述振动板2覆盖在空腔1上形成一个振动桥结构，振动板两相对边搭接空腔的边框形成桥状。图12所示，所述振动板2覆盖在空腔1上形成一个悬臂梁结构，振动板单边搭接边框形成悬臂梁。以致适合用于制作如打印头、微泵、压电薄膜扬声器，压电薄膜超声传感器等微机电系统器件。
当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种压电薄膜器件，其特征在于：该器件具有覆盖在一空腔（1）上的振动板（2）以及形成于所述振动板（2）上的压电薄膜叠层（3），所述压电薄膜叠层（3）至少具有一层压电薄膜（31）及设在压电薄膜（31）上下表面的电极层（32），上下配对施加电压的电极层（32）投影到所夹压的压电薄膜（31）上相互重叠的部分在压电薄膜厚度方向上所包络的几何空间将在该上下配对的电极层被施加电压后形成有效电场区域，所述该有效电场区域在对应的压电薄膜几何中心面上的投影要完全处于振动板所覆盖的空腔在该压电薄膜几何中心面上的投影区域内。
2.根据权利要求1所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述压电薄膜叠层（3）具有两层或两层以上的压电薄膜（31），各层压电薄膜之间的电极层（32）被相邻两层压电薄膜所共享或由相邻两层压电薄膜各自独立设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述压电薄膜（31）的厚度小于5微米。
4.根据权利要求2所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述各层压电薄膜（31）具有不同的相结构。
5.根据权利要求1所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述振动板（2）覆盖在空腔（1）上形成一个振膜结构。
6.根据权利要求1所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述振动板（2）覆盖在空腔（1）上形成一个振动桥结构。
7.根据权利要求1所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述振动板（2）覆盖在空腔（1）上形成一个悬臂梁结构。
8.根据权利要求1或5或6或7所述的一种压电薄膜器件，其特征在于：所述振动板（2）是单晶硅板、氧化硅板、氮化硅板、多晶硅板、压电陶瓷板或者它们的任意组合。
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Cited By (2)
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| CN112250032B (zh) * | 2019-07-22 | 2023-12-12 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构的制造方法 |
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| CN113141565B (zh) * | 2020-01-17 | 2024-08-13 | 深圳市韶音科技有限公司 | 一种传声器装置 |
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