压电换能器器件

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号8....。

  (19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号8.X(22)申请日2022.04.13(30)优先权数据.04.14FR(71)申请人法国原子能源和替代能源委员会地址法国巴黎(72)发明人(74)专利代理机构北京商专永信知识产权代理事务所(普通合伙)11400专利代理师(51)Int.Cl.H01L41/09(2006.01)H01L41/047(2006.01)H01L41/053(2006.01)H01L41/187(2006.01)(54)发明名称压电换能器器件(57)摘要本发明涉及一种压电换能器器件(1)及其制造方法，该器件包括支座(10)、压电元件(20)、第一连接元件(41)和第二电连接元件(42)，压电元件(20)由支座(10)承载，并且第一和第二电连接元件中的每一个分别电连接到压电元件(20)的第一区域和不同于第一区域的第二区域，压电元件(20)包括与支座(10)相对的下表面(21)和与下表面(21)相反的上表面(22)，其特征是，上表面(22)整体暴露或仅由第二电连接元件部分覆盖或不被覆盖。通过本发明形成了其中压电元件没有完全嵌入聚合物涂层中的器件。因此，压电元件在机械上比当前的压电检测技术更自由。该特性能改善整个器件的机械性能。权利要求书2页说明书7页附图7页CN1152072041.一种压电换能器器件(1)，包括支座(10)、压电元件(20)、第一电连接元件(41)和第二电连接元件(42)，所述压电元件(20)由所述支座(10)承载，所述第一电连接元件和所述第二电连接元件中的每一个分别电连接到所述压电元件(20)的第一区域和不同于所述第一区域的第二区域，所述压电元件(20)包括与所述支座(10)相对的下表面(21)和与所述下表面(21)相反的上表面(22)，其特征是，所述上表面(22)整体暴露或仅被所述第二电连接元件(42)部分覆盖或不被覆盖，所述上表面(22)没有一点其他直接或间接覆盖。2.依据权利要求1所述的器件，包括由聚合物材料制造成的围绕所述压电元件(20)的护条(50)。3.依据权利要求2所述的器件，其中，所述护条(50)从所述压电元件(20)横向延伸小于5,000微米。4.依据权利要求2至3中的任一项所述的器件，其中，所述护条(50)具有与所述上表面(22)共面的上表面。5.依据权利要求2至4中的任一项所述的器件，其中，所述第二区域位于所述上表面(22)上。6.依据权利要求5所述的器件，包括由聚合物材料制造成的覆盖物(60)，所述覆盖物部分地覆盖所述第二电连接元件并至少部分地覆盖所述护条(50)，而不覆盖所述上表面(22)。7.依据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中，所述第一区域和所述第二区域位于所述下表面(21)上。8.依据权利要求7所述的器件，包括由聚合物材料制造成的覆盖物(60)，所述覆盖物部分覆盖所述第一电连接元件和所述第二电连接元件，而不覆盖所述上表面(22)。9.依据权利要求1至8中任一项所述的器件，其中，所述支座(10)是柔性的。10.依据权利要求1至9中任一项所述的器件，其中，所述压电元件(20)的厚度尺寸小于或等于100微米，并且优选地大于或等于10微米。11.根据权利要求1至10中任一项所述的器件，形成机械致动器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的器件，其中，所述压电元件(20)至少部分地由陶瓷制成。13.一种用来制造压电换能器器件的方法，所述压电换能器器件包括支座(10)、压电元件(20)、第一电连接元件(41)和第二电连接元件(42)，所述压电元件(20)由所述支座(10)承载，所述第一电连接元件和所述第二电连接元件中的每一个分别电连接到所述压电元件(20)的第一区域和不同于所述第一区域的第二区域，所述压电元件(20)包括与所述支座(10)相对的下表面(21)和与所述下表面(21)相反的上表面(22)，其特征是，所描述的方法包将压电块(23)粘合在所述支座(10)上，以将所述压电块(23)的下表面与所述支座(10)相对放置；将所述压电块(23)从其与其下表面相反的上表面减薄，以获得具有预定厚度尺寸的所述压电元件(20)，所述压电元件(20)的所述上表面(22)整体暴露或仅被所述第二电连接元件部分覆盖或不被覆盖，所述上表面(22)没有一点其他直接或间接覆盖。14.依据权利要求13所述的方法，包括：在减薄之前，在基板(70)上方形成所述支座(10)，以及在减薄之后，将所述支座(10)从所述基板(70)上卸下。CN.根据权利要求14所述的方法，包括形成所述第一电连接元件和所述第二电连接元件，在所描述的方法中，粘合被配置为使所述第一电连接元件和所述第二电连接元件分别与所述第一区域和所述第二区域接触，所述第一区域和所述第二区域位于所述压电元件(20)的所述下表面(21)上。16.依据权利要求15所述的方法，包括提供在其下表面上包括电极的所述压电块(23)，将所述电极分成彼此电绝缘的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分分别形成所述第一区域和所述第二区域。17.依据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括：在粘合之后和减薄之前，用聚合物材料层涂覆所述压电块(23)，以及伴随着减薄所述压电块(23)对所述聚合物材料层进行减薄，以获得围绕所述压电元件(20)并与所述压电元件(20)的所述上表面(22)的水平齐平的护条(50)。CN115207204压电换能器器件技术领域[0001]本发明涉及压电器件领域。[0002]一般来说，这种类型的器件利用压电材料的转换电容，或者仍然可能在它们是铁电的工作域中。这涉及微电子器件形式的致动器。对于微电子器件，应理解为用微电子手段制成的任何类型的器件。这一些器件包括微观尺度(也可能包括纳米尺寸)的微机械或机电器背景技术[0003]传感器或致动器等器件越来越普遍。特别是，压电换能器很适合通过直接压电效应用作传感器或通过间接压电效应用作致动器。因此，将这样的换能器或换能器网络集成到不同的表面(包括非平面或柔性表面)上是很有价值的。[0004]压电致动器以柔性贴片的形式在市场上出售，例如由PICeramic公司以商标出售的那些。这种贴片集成了一个或多个由压电陶瓷制成的元件，压电陶瓷通过它们的两个面与两个电极相配合，整个元件嵌入在被配置为保持一定柔性的电绝缘涂层中。通常，以这种方式形成的致动器具有大于400微米的厚度，这在某一些程度上仍然是相当[0005]然而，使用这种技术似乎很难获得可能更小的受监测的厚度。此外，这种换能器的结构直接影响器件的柔性。[0006]因此，需要出示解决现存技术的至少部分技术限制的压电换能器器件。[0007]本发明的其他目的、特征和优点将在研究以下描述和附图后显现。应该理解，可以包含其他优点。发明内容[0008]为实现该目的，根据一个实施例，提供了一种压电换能器器件，其包括支座、压 电元件、第一连接元件和第二电连接元件，压电元件由支座承载，并且第一和第二电连接元 件中的每一个分别电连接到压电元件的第一区域和不同于第一区域的第二区域，压电元件 包括与支座相对的下表面和与下表面相反的上表面。 [0009] 有利地，该器件使得上表面整体暴露或仅被第二电连接元件部分覆盖或不被覆 [0010]因此，与当前器件的情况相比，形成了其中压电元件没有完全嵌入聚合物涂层中 的器件。因此，压电元件在机械上比当前的压电检测技术更自由。该特性能改善整个器件 的机械性能。 [0011] 虽然目前认为压电元件必须嵌入器件的其余部分，但这种偏见是通过堆叠来消除 的，这种堆叠更加有助于机械灵活性和致动器与将接收致动器的未来表面之间的机电耦合。 [0012] 另一方面涉及一种用来制造压电换能器器件的方法，该压电换能器器件包括支 座、压电元件、第一连接元件和第二电连接元件，压电元件由支座承载，并且第一和第二电 CN115207204 连接元件中的每一个分别电连接到压电元件的第一区域和不同于第一区域的第二区域，压电元件包括与支座相对的下表面和与下表面相反的上表面，其特征是，该方法有： [0013] 将压电块粘合在支座上，以将压电块的下表面与支座相对放置； [0014] 将压电块从其相对于其下表面的上表面减薄，以获得具有预定厚度尺寸的压电 元件，压电元件的上表面保持整体暴露或仅被第二电连接元件部分或不被覆盖。 [0015] 根据一个方面，在使压电块变薄的阶段之后、优选地当该块安装在基板上时获得 压电元件，这使得可以在宽的值范围内达到完美控制的压电元件的目标厚度。特别地，可以 获得具有包括在10和100微米之间的厚度的最终压电元件。优选地，压电元件被安装，然后 减薄，并且电连接，同时支座由例如由半导体材料制造成的基板承载，该基板对温度上升几乎 不敏感并且比支座更刚性，这使得可以有效的进行热处理以改善元件的压电特性并方便操作(例 如减薄操作)。 [0016] 优选地，该方法被配置为获得根据本文提供的任一实施例的压电换能器器件。 [0017] 该器件可以特别是以可以连接到更复杂系统上的贴纸形式单独或与其他器件集 成到压电致动器中；特别地，可以制造振动板系统，其中至少一个器件在该器件的电气控制 下机械地连接到用于振动致动器的板。 附图说明 [0018] 本发明的目标、目的以及特征和优点将从以下附图所示的本发明实施例的详细描 述中得到更优秀的体现，其中： [0019] 图1到图8示出了制造器件的可能的连续步骤。 [0020] 图9示出了器件的第一示例。 [0021] 图10示出了振动板系统的应用示例。 [0022] 图11和图12示出了另一个实施例。 [0023] 图13示出了在元件表面上方形成电极的可能性。 [0024] 图14示出了另一种可能性，其中两个电极在元件的表面上方。 [0025] 图15A至图16示出另一个实施例。 [0026] 附图作为示例提供并且不限制本发明。它们形成旨在促进对本发明的理解的示意 性原理示出，并且不一定符合实际应用的规模。 具体实施方式 [0027] 在开始对本发明的实施例进行详细陈述之前，能组合使用或替代地使用的可选 特征在下文中列出： [0028] 该器件包括由聚合物材料制造成的围绕压电元件20的护条50； [0029] 护条50从压电元件20横向延伸小于5,000微米； [0030] 护条50具有与上表面22共面的上表面； [0031] 第二区域位于上表面22上； [0032] 由聚合物材料制造成的覆盖物60部分地覆盖第二连接元件并至少部分地覆盖护 条50，而不覆盖上表面22； [0033] 覆盖物60横向延伸超过护条；因此，例如，覆盖物60可以覆盖支座10的整个表 CN115207204 面，除了在压电元件20的上表面22的水平上以及可能在轨道41、42的接触恢复区域的水平上，以连接到电源等电路； [0034] 第一区域和第二区域位于下表面21上；在这种情况下，也能够给大家提供由聚合物材 料制成的覆盖物60，其部分覆盖第一连接元件和第二连接元件，而不覆盖上表面22； [0035] 支座10是柔性的； [0036] 陶瓷压电元件20的厚度尺寸小于或等于100微米，优选大于或等于10微米。 [0037] 根据本发明的器件形成机械致动器； [0038] 压电元件20至少部分地由陶瓷制成。 [0039] 在减薄之前，在基板70上方形成支座10，并且在减薄之后，从基板70上卸下支座 10； [0040] 形成第一连接元件和第二连接元件，其中粘合被配置为使第一连接元件和第二 连接元件分别与第一区域和第二区域接触，第一区域和第二区域位于压电元件20的下表面 21的区域； [0041] 提供在其下表面上包括电极的压电块23，将电极分成彼此电绝缘的第一部分和 第二部分，第一部分和第二部分分别形成第一区域和第二区域。