[发明专利]单片压电换能器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电器件技术，尤其涉及一种工作在纵压电、弯运动模式的单片压电换能器及其制作方法。

背景技术

压电换能器是利用压电材料的正、逆压电效应制作的智能器件，具有尺寸小、线性好、控制方便、位移分辨率高、频率响应好、能耗低、无噪声等特点，在精密光学、微型机械、微电子技术等高新技术领域得到了广泛应用。

在现有技术中，作为压电换能器中常见的刚性位移驱动器，主要包括多层式驱动器、彩虹式（Rainbow）驱动器、月牙式（Moonie）驱动器、钹式（Cymbals）驱动器以及单（双）晶片驱动器等；并且，可通过将压电换能器设计工作在弯-张运动模式，以获得较大的位移量，将压电体产生的微小位移放大成一个弹性片大的弯曲位移，例如常见的Rainbow驱动器、Moonie驱动器和Cymbals驱动器等。

但是，弯-张运动模式换能器结构相对较为复杂；传统单（双）晶片驱动器是将一个或两个压电片与一个金属弹性片复合成悬臂梁结构，通过压电片沿纵轴方向的不对称伸缩，直接获得较大的弯曲位移。这种换能器具有结构简单、位移量大等优点，但它们的制作需要用到有机粘结剂将不同片状材料复合在一起，不适宜于极端苛刻环境，例如高、低温环境下使用，另外，由于现有换能器均利用的是横向低压电系数d31模式工作，压电驱动性能较差。

综上，现有压电驱动器通常采用层状结构，压电器件的结构复杂，制作工艺复杂，制作成本高；同时，因层状结构的结合部分限制，导致压电驱动器环境的适应性较差，特别是高温或低温环境下使用受到限制。

发明内容

本发明提供一种单片压电换能器及其制作方法，以有效克服现有层状结构压电器件存在的结构复杂以及环境适应性较差的缺陷，简化压电换能器的结构和制作工艺，提高压电换能器的环境适应性。

本发明提供一种单片压电换能器，包括：

呈圆形或正多边形的压电片，所述压电片的上表面和下表面分别设置有第一叉指电极和第三叉指电极，所述第一叉指电极和第三叉指电极上下对称设置，所述第一叉指电极具有至少两个第一分电极，第三叉指电极具有至少两个第三分电极；

所述压电片的上表面和下表面还分别设置有上下对称设置的第二叉指电极和第四叉指电极，所述第二叉指电极和第四叉指电极分别具有至少两个第二分电极和第四分电极，每个第一分电极、每个第二分电极、每个第三分电极和每个第四分电极均关于所述压电片的中心轴呈中心对称，且所述至少两个第二分电极和第四分电极在所述压电片的上表面和下表面分别与所述至少两个第一分电极和第三分电极交错设置；

所述压电片分别通过施加在所述第一叉指电极和第二叉指电极之间，以及第三叉指电极和第四叉指电极之间的直流电压作用下，在所述压电片的上表面压电层和下表面压电层分别形成交叉极化区域。

本发明还提供一种单片压电换能器的制作方法，包括：

在压电片的上表面设置第一叉指电极和第二叉指电极，在所述压电片的下表面设置第三叉指电极和第四叉指电极，其中，所述第一叉指电极和第三叉指电极上下对称设置，所述第二叉指电极和第四叉指电极上下对称设置，所述第一叉指电极、第二叉指电极、第三叉指电极和第四叉指电极分别具有至少两个第一分电极、第二分电极、第三分电极和第四分电极，所述第一分电极、第二分电极、第三分电极和第四分电极均关于所述压电片的中心轴呈中心对称，且所述至少两个第二分电极和第四分电极在所述压电片的上表面和下表面分别与所述至少两个第一分电极和第三分电极交错设置；

在所述第一叉指电极和第二叉指电极之间、以及第三叉指电极和第四叉指电极之间施加直流电压，对所述压电片的上表面压电层和下表面压电层进行交叉极化，使所述压电片的上表面压电层和下表面压电层分别形成至少两个交叉极化区域。