本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(mems)，特別是涉及一種基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器及其應用。

背景技術：

1、隨著微電子技術和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，微型化、智能化設備在各個領域的應用日益廣泛。這些設備對微型致動器的需求也隨之增加，特別是在ar/vr設備、智能可穿戴設備、微流控系統(tǒng)和精密儀器等領域。傳統(tǒng)的電磁致動器由于其尺寸和功耗的限制，難以滿足這些新興應用的需求。因此，開發(fā)新型微型致動器成為了當前的研究熱點。

2、壓電致動器因其響應快、能耗低、精度高等優(yōu)點，成為微型致動器的理想選擇。然而，現(xiàn)有的壓電致動器仍然存在一些問題：

3、1.尺寸過大：許多現(xiàn)有的壓電致動器雖然比電磁致動器小，但仍難以滿足某些極度微型化設備的需求，如智能隱形眼鏡或微型醫(yī)療機器人。

4、2.結構復雜：一些微型壓電致動器為了提高性能，采用了復雜的多層結構或特殊的壓電材料，這不僅增加了制造難度和成本，還可能降低了設備的可靠性。

5、3.固定支撐不足：在微型化過程中，致動器的固定支撐往往成為一個關鍵問題。不恰當?shù)闹畏绞娇赡軐е抡駝訐p失、定位精度下降，甚至造成設備損壞。

6、4.封裝困難：微型壓電致動器通常需要特殊的封裝來保護脆弱的壓電元件，這增加了設備的復雜性和成本。

7、5.集成度不高：許多現(xiàn)有的微型致動器難以與其他微電子元件進行有效集成，限制了其在復雜系統(tǒng)中的應用。

8、6.可靠性問題：在長期使用或惡劣環(huán)境下，一些微型致動器可能面臨疲勞、斷裂或性能衰減等問題。

9、針對這些問題，業(yè)界一直在尋求新的解決方案。例如，有研究者提出了基于mems技術的微型壓電致動器，但其制造工藝復雜，成本較高。另有學者嘗試使用新型壓電材料來提高性能，但這些材料往往存在穩(wěn)定性或量產(chǎn)性的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供本發(fā)明旨在解決上述技術問題，提供一種結構簡單、尺寸小巧、性能可靠、易于集成的基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器，包括：

3、外框，用于支撐和保護所述微型致動器；

4、驅動組件，包括壓電薄膜和設置于所述壓電薄膜上下的電極層；

5、質(zhì)量塊，連接于所述驅動組件；以及

6、周邊固支組件，用于固定支撐所述驅動組件和所述質(zhì)量塊形成的振動系統(tǒng)；

7、其中，所述驅動組件通過所述周邊固支組件與所述外框連接，從而實現(xiàn)周邊固支結構。

8、具體地，所述驅動組件進一步包括：

9、懸臂梁結構，附著于所述電極層；

10、附著于所述懸臂梁結構外側的薄膜材料層；

11、其中，所述懸臂梁結構為以下之一：單邊壓電懸臂梁、雙邊壓電懸臂梁或懸臂橋結構，所述薄膜材料層和/或所述壓電材料層構成單面膜結構或雙面膜結構。

12、具體地，所述驅動組件為單面膜結構或雙面膜結構；

13、當為單面膜結構時，包括：

14、所述壓電薄膜；

15、所述電極層；以及

16、懸臂梁結構，附著于所述電極層的下方；

17、當為雙面膜結構時，包括：

18、上膜，包含所述壓電薄膜和第一彈性薄膜；

19、下膜，為第二彈性薄膜；以及

20、所述質(zhì)量塊，設置于所述上膜和所述下膜之間。

21、具體地，所述外框為長方體結構或圓形結構；

22、當所述外框為圓形結構時，所述驅動組件中的懸臂梁呈旋轉對稱或鏡像對稱排布。

23、具體地，所述周邊固支組件由以下材料中的一種或多種制成：硅、二氧化硅、氮化硅、鋁、鈦、聚酰亞胺、不銹鋼、聚二甲基硅氧烷、二氧化鈦、碳化硅、石英或陶瓷材料。

24、具體地，所述壓電薄膜由以下材料中的一種或多種制成：鈮酸鋰、鈦酸鉛鋯或鈮酸鉀鈉。

25、具體地，還包括：

26、封裝結構，用于保護所述壓電薄膜和所述電極層，并提供環(huán)境隔離；

27、其中，所述封裝結構與所述外框形成一個密封腔體，所述驅動組件、所述質(zhì)量塊和所述周邊固支組件均設置在所述密封腔體內(nèi)。

28、具體地，當所述懸臂梁結構為單邊壓電懸臂梁時，所述質(zhì)量塊固定在所述懸臂梁的自由端；

29、當所述懸臂梁結構為雙邊壓電懸臂梁時，所述質(zhì)量塊固定在兩個平行懸臂梁的中間位置；

30、當所述懸臂梁結構為懸臂橋結構時，所述質(zhì)量塊固定在所述懸臂橋的中心位置。

31、具體地，所述微型致動器的尺寸在0.1mm到10mm之間，且在1-100hz的頻率范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生0.1-10μm的位移。

32、所述微型致動器在以下設備中的應用：

33、ar/vr眼鏡的觸覺反饋裝置；智能指環(huán)的觸覺輸出裝置；微流控系統(tǒng)的精確液體控制裝置；生物醫(yī)學領域的微型操作工具；或精密儀器的微調(diào)機構。

34、本發(fā)明通過采用基于壓電薄膜的周邊固支結構，巧妙地解決了這些問題。

35、其主要有益效果包括：

36、1.實現(xiàn)了更小的尺寸：本發(fā)明的微型致動器可做到0.1mm到10mm的尺寸范圍，滿足了極度微型化設備的需求。

37、2.簡化了結構設計：采用單面膜或雙面膜結構，結合簡單的懸臂梁或懸臂橋設計，大大簡化了制造過程，降低了成本。

38、3.提供了有效的固定支撐：周邊固支結構確保了致動器的穩(wěn)定性和精確度，優(yōu)化了振動特性。

39、4.提高了環(huán)境適應性：通過合理的材料選擇和封裝設計，增強了致動器的耐久性和環(huán)境適應能力。

40、5.增強了集成能力：本發(fā)明的設計易于與現(xiàn)有的微電子制造工藝兼容，提高了與其他元件的集成度。

41、6.實現(xiàn)了多樣化的運動模式：通過不同的結構設計，可以實現(xiàn)單向、雙向甚至復雜的三維運動，滿足各種應用需求。

42、7.提高了能量效率：在1-100hz的頻率范圍內(nèi)即可產(chǎn)生0.1-10μm的位移，展現(xiàn)了優(yōu)異的低功耗特性。

43、總之，本發(fā)明提供的基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器，為微型化設備的發(fā)展提供了一個新的、高效的解決方案，有望在ar/vr、可穿戴設備、微流控系統(tǒng)、精密儀器等多個領域發(fā)揮重要作用。

技術特征：

1.一種基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述驅動組件進一步包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述驅動組件為單面膜結構或雙面膜結構；

4.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述外框為長方體結構或圓形結構；

5.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述周邊固支組件由以下材料中的一種或多種制成：硅、二氧化硅、氮化硅、鋁、鈦、聚酰亞胺、不銹鋼、聚二甲基硅氧烷、二氧化鈦、碳化硅、石英或陶瓷材料。

6.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述壓電薄膜由以下材料中的一種或多種制成：鈮酸鋰、鈦酸鉛鋯或鈮酸鉀鈉。

7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的微型致動器，其特征在于，還包括：

8.根據(jù)權利要求2所述的微型致動器，其特征在于：

9.根據(jù)權利要求1所述的微型致動器，其特征在于，所述微型致動器的尺寸在0.1mm到10mm之間，且在1-100hz的頻率范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生0.1-10μm的位移。

10.權利要求1至9中任一項所述微型致動器在以下設備中的應用：

技術總結
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)技術領域，特別是涉及一種基于壓電薄膜的周邊固支型微型致動器及其應用，包括：外框，用于支撐和保護微型致動器；驅動組件，包括壓電薄膜和設置于壓電薄膜上下的電極層；質(zhì)量塊，連接于驅動組件；以及周邊固支組件，用于固定支撐驅動組件和質(zhì)量塊形成的振動系統(tǒng)；其中，驅動組件通過周邊固支組件與外框連接，從而實現(xiàn)周邊固支結構；發(fā)明的微型致動器可做到0.1mm到10mm的尺寸范圍，滿足了極度微型化設備的需求；采用單面膜或雙面膜結構，結合簡單的懸臂梁或懸臂橋設計，大大簡化了制造過程，降低了成本；周邊固支結構確保了致動器的穩(wěn)定性和精確度，優(yōu)化了振動特性，增強了致動器的耐久性和環(huán)境適應能力。

技術研發(fā)人員：鄒聲濤,胡中驥,鐘鑫
受保護的技術使用者：東莞市惟動智能科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9