TW202415272A - 平面壓電振動模組的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種平面壓電振動模組的製造方法，包含提供壓電元件，壓電元件具有相對的第一側及第二側；提供基板，基板包含絕緣底層及電極層，電極層設置於絕緣底層上，電極層包含第一導電區、第二導電區及圖案化絕緣槽；設置一接著層於電極層，將壓電元件的第一側經由接著層設置於第一導電區，且接著層包覆部分壓電元件；利用導電結構電性連接壓電元件的第二側及基板的第二導電區；設置保護結構於電極層上，包覆壓電元件、接著層及導電結構；最後，施加電場至壓電元件，對壓電材料層進行極化製程。此製造方法可避免壓電元件因模組製作時的高溫製程，而導致去極化的問題發生。

Description

平面壓電振動模組的製造方法

本發明是有關於一種壓電振動模組的技術，尤其是有關於一種平面壓電振動模組的製造方法。

壓電元件具有機械能和電能相互轉換的特性，被廣泛地應用於壓電振動器、壓電濾波器或壓電變壓器等。在目前的壓電振動模組的製造方法中，壓電元件先需經過極化再進行後續模組製程。所謂極化，指壓電材料經外加高壓電場後，會改變電偶極矩的排列方向，使原本呈隨機方向排列的電偶極矩被重新排列，以具備壓電特性。然而，先極化再模組化的製程順序，會因模組化的高溫製程，對壓電材料有退極化之風險。

本發明提供一種平面壓電振動模組的製造方法，可避免壓電元件去極化的問題，且使壓電材料可選擇的類型更多。

本發明所提供的一種平面壓電振動模組的製造方法，包含提供壓電元件，壓電元件具有相對的第一側及第二側，且包含未極化的壓電材料層；提供基板，基板包含絕緣底層及電極層，電極層設置於絕緣底層上，包含第一導電區、第二導電區及圖案化絕緣槽，圖案化絕緣槽適於絕緣第一導電區及第二導電區；設置接著層於部分電極層上；將壓電元件的第一側經由接著層設置於第一導電區，且接著層包覆部分壓電元件；利用導電結構電性連接壓電元件的第二側及第二導電區；設置保護結構於電極層上，並包覆壓電元件、接著層及導電結構；最後，施加電場至壓電元件，對壓電材料層進行極化製程。

在本發明的一實施例中，上述之未極化的壓電材料層包含相對的第一表面及第二表面，壓電元件更包含第一金屬電極及第二金屬電極，第一金屬電極設置於第一表面以作為第一側，並經由接著層設置於第一導電區，第二金屬電極設置於第二表面以作為第二側，並以導電結構電性連接至第二導電區。

在本發明的一實施例中，上述之第一金屬電極及第二金屬電極利用印刷製程及燒附製程分別設置於第一表面及第二表面。

在本發明的一實施例中，上述之壓電材料層包含相對的第一表面及第二表面，第一表面作為第一側並經由接著層設置於第一導電區，第二表面作為第二側，並以導電結構電性連接至第二導電區。

在本發明的一實施例中，上述之壓電材料層包含相對的第一表面及第二表面，壓電元件更包含中間層設置於第二表面，第一表面作為第一側，並經由接著層設置於第一導電區，中間層作為第二側並以導電結構電性連接至第二導電區。

在本發明的一實施例中，上述之中間層可為金屬薄膜，金屬薄膜經由濺鍍製程設置於第二表面。於一實施例中，金屬薄膜的材質為鈦。

在本發明的一實施例中，上述之接著層的材料為樹脂材料，且固化後的樹脂材料可包覆壓電元件的側邊。

在本發明的一實施例中，上述之極化製程係在第一導電區及第二導電區分別焊接有導電線，再對導電線提供極化電壓，以對壓電元件施加電場，並使壓電材料層極化。

在本發明的一實施例中，上述之壓電元件的個數為多個，每一壓電元件的第一側經由接著層設置於第一導電區，接著層包覆每一壓電元件的側邊，並填設於壓電元件之間。

本發明因將壓電元件極化的步驟安排在形成接著層和保護結構之後，因此不用顧慮因接著層和保護結構高溫固化的過程，使壓電元件去極化的問題。如此一來，本發明提供的平面壓電振動模組的製造方法中，接著層或壓電材料可選擇的類型更多元。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1A至圖1E所示是本發明一第一實施例平面壓電振動模組的製造方法的的各個階段的剖面示意圖。請參考圖1A所示，提供壓電元件10，壓電元件10具有相對的第一側101及第二側102，於一實施例中，壓電元件10包含未極化的壓電材料層12、第一金屬電極14及第二金屬電極16，其中壓電材料層12經高溫燒結成預設形狀及尺寸，並具有相對的第一表面121及第二表面122，第一金屬電極14設置於第一表面121以作為壓電元件10的第一側101，第二金屬電極16設置於第二表面122以作為壓電元件10的第二側102。於一實施例中，第一金屬電極14及第二金屬電極16利用印刷製程及燒附製程分別設置於第一表面121及第二表面122。

請參考圖1B所示，提供基板26，基板26包含絕緣底層261及電極層262，電極層262設置於絕緣底層261上，其中電極層262具有第一導電區2621、第二導電區2622及圖案化絕緣槽2623，圖案化絕緣槽2623形成於第一導電區2621及第二導電區2622之間。

接著，在部分電極層262上設置接著層22，在接著層22未固化前，將壓電元件10的第一側101經由接著層22設置於第一導電區2621上，且接著層22包覆部分壓電元件10，其中，作為第一側的101的第一金屬電極14與第一導電區2621電性連接。於一實施例中，接著層22的材料為樹脂材料，固化後的樹脂材料可包覆壓電元件的側邊103。於一實施例中，如圖1B所示，接著層22更填設於圖案化絕緣槽2623，以加強第一導電區2621及第二導電區2622的絕緣；於一未繪示的實施例中，填設於絕緣槽2623的材料可與接著層22的材料不相同，亦即先填設一種絕緣材料於圖案化絕緣槽2623，再將不同材料的接著層22設置部分電極層262上。

接著，請參考圖1C所示，導電結構24的 一端可經由低溫固化製程連接於壓電元件10的第二側102，導電結構24的另一端則電性連接至第二導電區2622，亦即導電結構24電性連接第二金屬電極16及第二導電區2622。於一實施例中，接著層22填設於導電結構24及電極層262之間。

接著，請參考圖1D所示，在電極層262上設置保護結構28，保護結構28例如橫跨於第一導電區2621及第二導電區2622，以包覆壓電元件10、接著層22及導電結構24。於一實施例中，保護結構28可為成型膜(molding film)、金屬蓋或金屬基板。

接著，施加電場至壓電元件10，對壓電材料層12進行極化製程。請參考圖1E所示，具體而言，於一實施例中，可在第一導電區2621及第二導電區2622分別焊接導電線29，再對導電線29提供極化電壓30，用以對壓電元件10施加電場，並使壓電材料層12極化，如此形成平面壓電振動模組20。

圖2A至圖2C所示是本發明一第二實施例平面壓電振動模組的製造方法的各個階段的剖面示意圖。第二實施例平面壓電振動模組20A(標示於後續圖2C中)與第一實施例平面壓電振動模組20(標示於圖1E)的製造方法之間的差異在於壓電元件10A的結構不相同，在壓電元件10A中，省略上述第一金屬電極14(標示於圖1A)及第二金屬電極16(標示於圖1A)的配置。如圖2A所示，壓電元件10A包含未極化的壓電材料層12，具有相對的第一側101及第二側102，其中壓電材料層12經高溫燒結成預設形狀及尺寸，包含相對的第一表面121及第二表面122，其中第一表面121即作為壓電元件10A的第一側101，第二表面122即作為壓電元件10A的第二側102。壓電元件10A的第一側101，經由接著層22設置於第一導電區2621上，且接著層22包覆部分壓電元件10A。

接著，如圖2B所示，利用導電結構24電性連接壓電元件10A的第二側102(即第二表面122)及第二導電區2622。導電結構24的結構與連接方式已於前段落說明，在此不多加贅述。接著，在電極層262上設置保護結構28以包覆壓電材元件10A、接著層22及導電結構24。

之後，如圖2C所示，對壓電元件10A施加電場，進而使壓電材料層12極化。具體而言，於一實施例中，可在第一導電區2621及第二導電區2622分別焊接導電線29，再對導電線29提供極化電壓30，用以對壓電元件10A施加電場，並使壓電材料層12極化，如此形成平面壓電振動模組20A。

在第二實施例平面壓電振動模組的製造方法中，由於壓電材料層12與第一導電區2621之間具有很薄的接著層22，使壓電材料層12與第一導電區2621可形成電性導通，因此無須在第一側101及第二側102印刷及燒附金屬電極，進而減少製造過程的步驟，降低製造成本並提高生產良率。

圖3所示是由本發明第二實施例平面壓電振動模組的製造方法製造的又一種平面壓電振動模組示意圖。如圖3所示，在平面壓電振動模組20A’中，壓電元件10A的個數可以為多個，多個壓電元件10A可例如以單層排列於基板26的電極層262上，圖3所示是以多個壓電元件10A單層排列於第一導電區2621上為例，其中多個壓電元件10A的第一側101(即第一表面121)經由接著層22設置於第一導電區2621上，接著層22包覆壓電元件10A的側邊103，且填設於多個壓電元件10A之間。

接續上述說明，請續參閱圖3所示，於一實施例中，導電結構24可經由低溫固化製程連接於多個壓電元件10A的第二側102(即第二表面122)，並使多個壓電元件10A與第二導電區2622電性連接。於一實施例中，接著層22更填設於導電結構24及電極層261之間。

在一未繪示的實施例中，多個壓電元件10A也可例如以積層元件組合設置於第一導電區2621，其中，位於最底層的壓電元件10A的第一側101以接著層22設置於第一導電區2621，位於最頂層的壓電元件10A的第二側102則以導電結構24的一端固接，並電性連接第二導電區2622。

圖4A至圖4C所示是本發明一第三實施例平面壓電振動模組的製造方法的各個階段的剖面示意圖。第三實施例平面壓電振動模組20B(標示於後續圖4C中)與第二實施例平面壓電振動模組20A(標示於圖2C)的製造方法之間的差異在於壓電元件10B的的結構不相同。如圖4A所示，壓電元件10B包含未極化的壓電材料層12及中間層18，其中壓電材料層12經高溫燒結成預設形狀及尺寸，包含相對的第一表面121及第二表面122，第一表面121作為壓電元件10B的第一側101，經由接著層22設置於第一導電區2621，且接著層22包覆部分壓電元件10B。中間層18設置於第二表面122並作為壓電元件10B的第二側102。於一實施例中，中間層18可為金屬薄膜，經由濺鍍製程設置於第二表面122，金屬薄膜的材料例如為鈦。

接續上述說明，如圖4B所示，利用導電結構24電性連接壓電元件10B的第二側102(即中間層18)及第二導電區2622。導電結構24的結構與連接方式已於前段落說明，在此不多加贅述。中間層18使導電結構24與壓電材料層12的結合更緊密，有助於壓電材料層12的極化效果。接著，在電極層262上設置保護結構28以包覆壓電材元件10B、接著層22及導電結構24。

之後，如圖4C所示，在第一導電區2621及第二導電區2622分別焊接導電線29，再對導電線29提供極化電壓30，用以對壓電元件10B施加電場，並使壓電材料層12極化，如此形成平面壓電振動模組20B。

圖5是由本發明第三實施例平面壓電振動模組的製造方法製造的又一種平面壓電振動模組示意圖。如圖5所示，平面壓電振動模組20B’中的壓電元件10B的個數可以為多個，多個壓電元件10B可例如以單層排列於基板的電極層262上，圖5所示是以多個壓電元件10B單層排列於第一導電區2621上為例，其中多個壓電元件10B的第一側101(即第一表面121)經由接著層22設置於第一導電區2621上，接著層22包覆壓電元件10B的例如側邊103，且填設於多個壓電元件10B之間。

接續上述說明，請續參閱圖5所示，於一實施例中，導電結構24可經由低溫固化製程連接於多個中間層18，並使多個壓電元件10B及第二導電區2622電性連接。

在一未繪示的實施例中，多個壓電元件10B也可例如以積層元件組合設置於第一導電區2621，其中，位於最底層的壓電元件10B的第一側101以接著層22設置於第一導電區2621，位於最頂層的壓電元件10B的中間層18則以導電結構24的一端固接，並電性連接第二導電區2622。

本發明藉由將平面壓電振動模組的製造過程中的極化步驟安排在形成接著層和保護結構之後，因此無需顧慮因接著層和保護結構高溫固化的過程中，使壓電元件去極化的問題，即本發明平面壓電振動模組的製造方法中，在接著層或壓電材料類型的選擇更多，包含可選壓電陶瓷、無鉛壓電陶瓷、壓電聚合物…等其他材料。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、10A、10B:壓電元件 101:第一側 102:第二側 103:側邊 12:壓電材料層 121:第一表面 122:第二表面 14:第一金屬電極 16:第二金屬電極 18:中間層 20、20A、20B、20A’、20B’:平面壓電振動模組 22:接著層 24:導電結構 26:基板 261:絕緣底層 262:電極層 2621:第一導電區 2622:第二導電區 2623:圖案化絕緣槽 28:保護結構 29:導電線 30:極化電壓

圖1A至圖1E所示是本發明一第一實施例平面壓電振動模組的製造方法的的各個階段的剖面示意圖。 圖2A至圖2C所示是本發明一第二實施例平面壓電振動模組的製造方法的各個階段的剖面示意圖。 圖3所示是由本發明第二實施例平面壓電振動模組的製造方法製造的又一種平面壓電振動模組示意圖。 圖4A至圖4C所示是本發明一第三實施例平面壓電振動模組的製造方法的各個階段的剖面示意圖。 圖5是由本發明第三實施例平面壓電振動模組的製造方法製造的又一種平面壓電振動模組示意圖。

10:壓電元件

12:壓電材料層

20:平面壓電振動模組

2621:第一導電區

2622:第二導電區

29:導電線

30:極化電壓

Claims (10)

1. 一種平面壓電振動模組的製造方法，包含： 提供至少一壓電元件，該至少一壓電元件具有相對的一第一側及一第二側，該至少一壓電元件包含未極化的一壓電材料層； 提供一基板，該基板包含一絕緣底層及一電極層，該電極層設置於該絕緣底層上，該電極層包含一第一導電區、一第二導電區及一圖案化絕緣槽，該圖案化絕緣槽適於絕緣該第一導電區及該第二導電區； 設置一接著層於部分該電極層上； 將該至少一壓電元件的該第一側經由該接著層設置於該第一導電區，且該接著層並包覆部分該至少一壓電元件； 利用一導電結構電性連接該至少一壓電元件的該第二側及該第二導電區； 設置一保護結構於該電極層上，該保護結構並包覆該至少一壓電元件、該接著層及該導電結構；以及 施加一電場至該至少一壓電元件，對該壓電材料層進行一極化製程。
2. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，未極化的該壓電材料層包含相對的一第一表面及一第二表面，該至少一壓電元件更包含一第一金屬電極及一第二金屬電極，該第一金屬電極設置於該第一表面以作為該第一側，並經由該接著層設置於該第一導電區，該第二金屬電極設置於該第二表面，以作為該第二側並以該導電結構電性連接至該第二導電區。
3. 如請求項2所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，利用一印刷製程及燒附製程將該第一金屬電極及該第二金屬電極分別設置於該第一表面及該第二表面。
4. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，未極化的該壓電材料層包含相對的一第一表面及一第二表面，該第一表面作為該第一側，並經由該接著層設置於該第一導電區，該第二表面作為該第二側，並以該導電結構電性連接至該第二導電區。
5. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，未極化的該壓電材料層包含相對的一第一表面及一第二表面，該至少一壓電元件更包含一中間層設置於該第二表面，該第一表面作為該第一側，並經由該接著層設置於該第一導電區，該中間層作為該第二側，並以該導電結構電性連接至該第二導電區。
6. 如請求項5所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，該中間層為一金屬薄膜，該金屬薄膜經由一濺鍍製程設置於該第二表面。
7. 如請求項5所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，該金屬薄膜的材質為鈦。
8. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，該接著層的材料為一樹脂材料，且固化後的該樹脂材料更包覆該至少一壓電元件的一側邊。
9. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，在進行該極化製程時，在該第一導電區及該第二導電區分別焊接有一導電線，再對該導電線提供一極化電壓，以對該至少一壓電元件施加電場，並使該壓電材料層極化。
10. 如請求項1所述的平面壓電振動模組的製造方法，其中，該至少一壓電元件的個數為多個，每一該壓電元件的該第一側，經由該接著層設置於該第一導電區，該接著層包覆每一該些壓電元件的一側邊，並填設於該壓電元件之間。