一種壓電單晶片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種壓電單晶片，屬于壓電元器件技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的技術(shù)方案要點(diǎn)為：一種壓電單晶片，包括兩個(gè)平行設(shè)置的底片及設(shè)置于兩底片之間的壓電片和非壓電材料支撐體，其中壓電片通過(guò)膠體垂直固定于兩底片之間，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片。本實(shí)用新型易于制作、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、適用范圍廣、成本較低且性能良好，在微納操縱和控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種壓電單晶片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于壓電元器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電單晶片。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米科技的快速發(fā)展，壓電器件的應(yīng)用日益廣泛，而壓電單晶片作為壓電器件中的重要器件也同樣發(fā)揮著廣泛的用途。現(xiàn)有壓電單晶片的工作原理是:壓電片在交變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，會(huì)在長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)或收縮，而與其粘接在一起的非壓電材料支撐體由于沒(méi)有壓電效應(yīng)，長(zhǎng)度保持不變，因此，壓電片在非壓電材料支撐體的拉力作用下發(fā)生彎曲，進(jìn)而整體結(jié)構(gòu)會(huì)在壓電片的帶動(dòng)下發(fā)生彎曲。
[0003]現(xiàn)有的壓電單晶片通常采用的是將壓電片與非壓電材料支撐體最寬面完全粘接的方法，在壓電片與非壓電材料支撐體之間涂上一定厚度且均勻的粘接層，但是該方法對(duì)粘接層的厚度涂覆均勻的工藝要求比較高，存在如下不足之處:(I)很容易由于工藝控制不當(dāng)而導(dǎo)致粘接層厚度不均勻，進(jìn)而影響壓電器件的性能；(2)粘接層內(nèi)很容易由于工藝控制不當(dāng)而產(chǎn)生氣泡，從而很有可能產(chǎn)生微弱電信號(hào)，引起壓電器件失效；(3)如果現(xiàn)有壓電單晶片需要壓電片與金屬粘接在一起，為了避免短路，中間所用的粘接膠必須為絕緣膠，選材受到很大的限制。因此，對(duì)于現(xiàn)有的壓電單晶片，其制作的工藝還需要有進(jìn)一步的提高。在項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)為:11304082的國(guó)家自然科學(xué)基金“超快速掃描隧道顯微鏡的改進(jìn)與應(yīng)用”的支持下，本專利提出了一種新型的壓電單晶片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種易于制作、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、適用范圍廣、成本較低且性能優(yōu)良的壓電單晶片。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種壓電單晶片，其特征在于包括兩個(gè)平行設(shè)置的底片及設(shè)置于兩底片之間的壓電片和非壓電材料支撐體，其中壓電片通過(guò)膠體垂直固定于兩底片之間，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電片的材質(zhì)為單晶材質(zhì)或多晶材質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，所述底片的材質(zhì)為藍(lán)寶石、鎢、鈦或不銹鋼。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，所述底片的中部設(shè)有用于貫穿電極線、通氣體或固定輔助裝置的中心孔。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選，所述非壓電材料支撐體的材質(zhì)為金屬、陶瓷、玻璃或藍(lán)寶石。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選，所述非壓電材料支撐體通過(guò)膠體固定于兩底片之間或者非壓電材料支撐體與兩底片一體成型或者非壓電材料支撐體的一側(cè)與底片通過(guò)膠體連接，另一側(cè)與另一底片一體成型。
[0011 ]進(jìn)一步優(yōu)選，所述膠體為環(huán)氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、α-氰基丙烯酸乙酯膠或氯丁橡膠。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選，所述非壓電材料支撐體的形狀為片狀、柱狀或圓臺(tái)狀。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電片與兩底片的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。
[0014]本實(shí)用新型的工作原理為:當(dāng)壓電片在交變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下時(shí)，將發(fā)生伸長(zhǎng)或收縮，而非壓電材料支撐體的長(zhǎng)度不變，如果將壓電片和非壓電材料支撐體的兩端通過(guò)底片固定在一起，那么壓電片將不能在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下自由伸長(zhǎng)或收縮，而是將在非壓電材料支撐體的拉力作用下發(fā)生彎曲，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有壓電單晶片同樣的功能。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)極大地減少了粘接面積，節(jié)省了材料，解決了現(xiàn)有壓電單晶片中因粘接層厚度不均勻或有氣泡產(chǎn)生而導(dǎo)致壓電器件失效的問(wèn)題，降低了制作工藝的難度；(2)可制作出壓電片與非壓電材料間任意距離的壓電單晶片，而且兩底片可以為任意形狀，比如在底片的中部設(shè)有中心孔以便于貫穿電極線、通氣體或固定其它需要的裝置等，進(jìn)而滿足特定環(huán)境和條件下的需要；(3)可以選用最寬面兩端部分沒(méi)有電極的壓電片，直接起到絕緣的作用，與現(xiàn)有的壓電單晶片相比，既節(jié)約了成本又高效；(4)壓電片在自身仍然可以實(shí)現(xiàn)彎曲形變的同時(shí)，還可驅(qū)動(dòng)其頂端的物體發(fā)生位移；(5)非壓電材料支撐體可為多種材質(zhì)；(6)非壓電材料支撐體的形狀也可為多種形狀，可為單薄的片狀，也可為厚實(shí)牢固的柱狀，支撐體也可與其中一個(gè)或者兩個(gè)底片一體成型，再和壓電片通過(guò)膠體固定，結(jié)構(gòu)多樣?？傊緦?shí)用新型的壓電單晶片相對(duì)于現(xiàn)有壓電單晶片制作工藝來(lái)說(shuō)，制作工藝簡(jiǎn)單，適用范圍廣，并且成本較低，性能優(yōu)良。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中壓電單晶片的主視圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中壓電單晶片的側(cè)視圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中壓電單晶片的俯視圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2中壓電單晶片的主視圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2中壓電單晶片的側(cè)視圖；
[0021 ]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2中壓電單晶片的俯視圖；
[0022]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例3中壓電單晶片的主視圖；
[0023]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例3中壓電單晶片的側(cè)視圖；
[0024]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例3中壓電單晶片的俯視圖；
[0025]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例4中壓電單晶片的主視圖；
[0026]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例4中壓電單晶片的側(cè)視圖；
[0027]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例4中壓電單晶片的俯視圖；
[0028]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例5中壓電單晶片的側(cè)視圖；
[0029]圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例6中壓電單晶片的側(cè)視圖。
[0030]圖中:1、底片，2、壓電片，3、非壓電材料支撐體，4、膠體，5、未涂電極部位。
【具體實(shí)施方式】
[0031]結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體內(nèi)容。制備壓電單晶片的工藝流程如下:
[0032](I)選取尺寸相同的兩個(gè)底片1、一片尺寸合適的壓電片2及非壓電材料支撐體3，其中壓電片2沿厚度方向極化并且該壓電片2的兩最寬面已經(jīng)鍍好電極；
[0033](2)將壓電片2與非壓電材料支撐體3放置于兩個(gè)底片I之間，兩個(gè)底片I互相平行并且垂直于壓電片2，可借助于模具；
[0034](3)在壓電片2和非壓電材料支撐體3與底片I的接觸面處涂上一定量合適硬度和強(qiáng)度的膠體4，如環(huán)氧樹脂膠353ND;
[0035](4)將其烘干，即可得到壓電單晶片。
[0036]實(shí)施例1
[0037]本實(shí)施例中壓電單晶片的兩個(gè)底片是藍(lán)寶石片，壓電片兩最寬面全部鍍有電極，非壓電材料支撐體為不銹鋼片。本實(shí)施例中壓電單晶片的具體制備方法如下:
[0038](I)選用尺寸相同的兩個(gè)藍(lán)寶石片和尺寸均為30*5*0.5mm的壓電陶瓷片和不銹鋼片，其中壓電陶瓷片沿厚度方向極化并且該壓電陶瓷片的兩最寬面已經(jīng)鍍好電極；
[0039](2)先放置好底片，再將壓電陶瓷片和不銹鋼片垂直放置于底片上，該壓電陶瓷片與不銹鋼片平行設(shè)置，壓電陶瓷片與不銹鋼片之間的距離約為3mm;
[0040](3)選用環(huán)氧樹脂AB膠353ND，涂在壓電陶瓷片和不銹鋼片與藍(lán)寶石片的接觸部位，并烘干；
[0041](4)在壓電陶瓷片和不銹鋼片的頂端固定另外一片藍(lán)寶石片，使藍(lán)寶石片與壓電陶瓷片和不銹鋼片互相垂直，并且在壓電陶瓷片和不銹鋼片與藍(lán)寶石片的接觸部位涂353ND膠、烘干，即可得到壓電單晶片。如附圖1-3所示。
[0042]本實(shí)施例中，將藍(lán)寶石片作為底片，即達(dá)到了絕緣的作用，又起到了固定的作用，整體結(jié)構(gòu)美觀實(shí)用。
[0043]實(shí)施例2
[0044]底片為環(huán)形的壓電單晶片
[0045]將上述實(shí)施例1中的底片換為環(huán)形藍(lán)寶石片，如附圖4-6所示。藍(lán)寶石片中部的中心孔用于貫穿電極線、通氣體或固定其它需要的裝置等，以滿足特殊條件下的需求。
[0046]實(shí)施例3
[0047]壓電片與底片接觸部分無(wú)電極的壓電單晶片
[0048]將上述實(shí)施例1中的壓電陶瓷片換為壓電陶瓷片與兩底片接觸的部位分別有約Imm未涂電極部位5的壓電陶瓷片，如附圖7-9所示。此時(shí)，兩底片的選材可以為絕緣的藍(lán)寶石、也可以為導(dǎo)電的不銹鋼、黃銅、鈦等材質(zhì)，增加選材的范圍、降低成本。
[0049]實(shí)施例4
[0050]非壓電材料支撐體為柱狀的壓電單晶片
[0051]將上述實(shí)施例1中作為非壓電材料支撐體的不銹鋼片換為黃銅圓柱，如附圖10-12所示。這樣可以解決片狀非壓電材料支撐體強(qiáng)度和剛性不足的缺點(diǎn)。
[0052]實(shí)施例5
[0053]非壓電材料支撐體與其中一個(gè)底片一體成型的壓電單晶片
[0054]將上述實(shí)施例1中的非壓電材料支撐體與其中一個(gè)底片替換為一個(gè)L形的結(jié)構(gòu)。壓電片豎直粘接在L形結(jié)構(gòu)的底邊上，再在L形結(jié)構(gòu)和壓電片的頂端分別粘接另一個(gè)底片即可，如附圖13所示。
[0055]實(shí)施例6
[0056]非壓電材料支撐體與兩個(gè)底片一體成型的壓電單晶片
[0057]將上述實(shí)施例1中的非壓電材料支撐體及兩個(gè)底片換為一個(gè)整體的U型結(jié)構(gòu)，壓電片粘接在U型結(jié)構(gòu)的開口處，如附圖14所示。這種結(jié)構(gòu)制作工藝簡(jiǎn)單、整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高。
[0058]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理，主要特征和優(yōu)點(diǎn)，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電單晶片，其特征在于包括兩個(gè)平行設(shè)置的底片及設(shè)置于兩底片之間的壓電片和非壓電材料支撐體，其中壓電片通過(guò)膠體垂直固定于兩底片之間，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述壓電片的材質(zhì)為單晶材質(zhì)或多晶材質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述底片的材質(zhì)為藍(lán)寶石、鎢、鈦或不銹鋼。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的壓電單晶片，其特征在于:所述底片的中部設(shè)有用于貫穿電極線、通氣體或固定輔助裝置的中心孔。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述非壓電材料支撐體的材質(zhì)為金屬、陶瓷、玻璃或藍(lán)寶石。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述非壓電材料支撐體通過(guò)膠體固定于兩底片之間或者非壓電材料支撐體與兩底片一體成型或者非壓電材料支撐體的一端與底片通過(guò)膠體連接，另一端與另一底片一體成型。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的壓電單晶片，其特征在于:所述膠體為環(huán)氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、氰基丙烯酸乙酯膠或氯丁橡膠。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述非壓電材料支撐體的形狀為片狀、柱狀或圓臺(tái)狀。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片，其特征在于:所述壓電片與兩底片的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。
【文檔編號(hào)】H01L41/09GK205452357SQ201620209185
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】孫涵, 李全鋒, 崔明煥, 付士林, 趙雯
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)