矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺的制作方法

1.本发明属于压电陶瓷技术领域，具体涉及矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺。


背景技术：

2.压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。
3.现有技术中的压电陶瓷体积大，不容易集成，无法在调节多点位微纳米级变化量中使用。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺。
5.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
6.矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构，包括上面绝缘层、外部侧面正电极组、中间绝缘层、外部侧面负电极组、下面绝缘层、下部负电极组和下部正电极组；
7.所述上面绝缘层和所述下面绝缘层分置于两端面，所述外部侧面正电极组和所述外部侧面负电极组位于侧面，所述下部负电极组和所述下部正电极组端部均露出于所述下面绝缘层，所述中间绝缘层位于外部侧面正电极组和外部侧面负电极组各组之间，起绝缘作用，所述中间绝缘层纵向设置；
8.所述外部侧面负电极组与所述下部负电极组连接，所述外部侧面正电极组与所述下部正电极组连接；
9.所述外部侧面正电极组连接有内部正电极层，所述外部侧面负电极组连接有内部负电极层，所述内部正电极层和内部负电极层设有陶瓷介质层，所述陶瓷介质层横向设置。
10.矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极造制工艺，包括如下步骤：
11.s1、将压电薄膜叠层并热压到0.4mm厚制造出所述下面绝缘层；
12.s2、在所述下面绝缘层上表面印制银钯材料负电极，在负电极上叠加一层压电薄膜进行热压,热压后再印刷正电极；
13.s3、依次在向热压好的压电陶瓷薄膜上表面印制银钯材料负电极,负电极的结构为圆型结构,相互连接,组成矩阵形结构,进行温等静压；
14.s4、将步骤s3获得的物料切割成方形,放入高温炉按一定梯度烧结,烧接研磨后用丝网印制银材料在内电极的端面形成侧面电极,并连接内部所有正电极和负电极；
15.s5、用丝网印制底面电极,并连接外部侧面电极,在正负电极上加驱动电压,使压电陶瓷极化。
16.进一步限定，所述上面绝缘层材料为锆钛酸铅,材料为软性材料,可微变形，这样
的设计，缓冲效果好。
17.进一步限定，所述外部侧面正电极组共有36组，均匀分布于4个侧面，材料为银，所述外部侧面负电极组共有4组，均匀分布于4个侧面，材料为银，这样的设计，保证导电效果。
18.进一步限定，所述上面绝缘层、所述中间绝缘层和所述下面绝缘层配合包裹所述内部正电极层和所述内部负电极层，这样的设计，正负电极间距在几微米到几十微米间距,防止内部正负电极之间在空气中打火,产生电弧烧毁陶瓷。
19.进一步限定，所述内部正电极层是直径为1.5mm，中心距2mm的矩阵圆结构,各圆之间不导通，层厚小于5μm，所述内部负电极层是直径为1.5mm，中心距2mm的矩阵圆结构，各圆之间用0.5mm宽线相互连通，层厚小于5μm，这样的设计，保证电极导通效果。
20.进一步限定，所述内部正电极层和所述内部负电极层均为银钯浆料丝网印制而成，这样的设计，能抗熔融焊料侵蚀，在高湿度的直流电场中有明显的抗银迁移性。
21.进一步限定，整体规格尺寸为12mmx12mmx3mm，这样的设计，体积小。
22.进一步限定，上述步骤s2中，正负电极的电极圆在同一轴线上，这样的设计，电极导通性好。
23.进一步限定，上述步骤s3中，内部电极正负电极交替叠层90层以上，这样的设计，负载能力强。
24.采用本发明的有益效果：
25.本发明结构简单紧凑，集成度高，外形小，成本低，负载能力强，工作可靠，在尺寸12mmx12mmx3mm的体积上集成36组控制点位,可以调节反镜面pv值,调节范围在皮米到几百纳米之间,使调节表面趋于平整。
附图说明
26.本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
27.图1为本发明矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺实施例的结构示意图一；
28.图2为本发明矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺实施例的结构示意图二；
29.图3为本发明矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺实施例的分层结构示意图；
30.图4为本发明矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺实施例的内部正电极层结构示意图；
31.图5为本发明矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺实施例的内部负电极层结构示意图；
32.主要元件符号说明如下：
33.上面绝缘层1、外部侧面正电极组2、中间绝缘层3、外部侧面负电极组4、下面绝缘层5、下部负电极组6、下部正电极组7、内部正电极层8、内部负电极层9、陶瓷介质层10。
具体实施方式
34.为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发
明技术方案进一步说明。
35.如图1～图5所示，本发明的矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构，包括上面绝缘层1、外部侧面正电极组2、中间绝缘层3、外部侧面负电极组4、下面绝缘层5、下部负电极组6和下部正电极组7；
36.上面绝缘层1和下面绝缘层5分置于两端面，外部侧面正电极组2和外部侧面负电极组4位于侧面，下部负电极组6和下部正电极组7端部均露出于下面绝缘层5，中间绝缘层3位于外部侧面正电极组2和外部侧面负电极组4各组之间，起绝缘作用，中间绝缘层3纵向设置；
37.外部侧面负电极组4与下部负电极组6连接，外部侧面正电极组2与下部正电极组7连接；
38.外部侧面正电极组2连接有内部正电极层8，外部侧面负电极组4连接有内部负电极层9，内部正电极层8和内部负电极层9设有陶瓷介质层10，陶瓷介质层10横向设置。
39.矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极造制工艺，包括如下步骤：
40.s1、将压电薄膜叠层并热压到0.4mm厚制造出下面绝缘层；
41.s2、在下面绝缘层上表面印制银钯材料负电极，在负电极上叠加一层压电薄膜进行热压,热压后再印刷正电极；
42.s3、依次在向热压好的压电陶瓷薄膜上表面印制银钯材料负电极,负电极的结构为圆型结构,相互连接,组成矩阵形结构,进行温等静压；
43.s4、将步骤s3获得的物料切割成方形,放入高温炉按一定梯度烧结,烧接研磨后用丝网印制银材料在内电极的端面形成侧面电极,并连接内部所有正电极和负电极；
44.s5、用丝网印制底面电极,并连接外部侧面电极,在正负电极上加驱动电压,使压电陶瓷极化。
45.本实施案例中，在使用矩阵型叠层压电陶瓷微调元件电极结构及造制工艺的时候，通过流延工艺制备几微米或几十微米厚度的压电陶瓷材料薄膜上表面印制银钯材料正电极,正电极的结构为圆形结构,等距排列为矩阵,形成内部正电极层8，再放一层几微米或几十微米厚度的压电陶瓷料材薄膜,热压粘接后,依次在向热压好的压电陶瓷薄膜上表面印制银钯材料负电极,负电极的结构为圆型结构,相互连接,组成矩阵,形成内部负电极层9，按上述顺序依次叠层到90层或更多层数,进行温等静压,压好后切割成方形,放入高温炉按一定梯度烧结,烧接完成后,压电陶瓷微调元件研磨后用丝网印制银材料在内部正电极层8和内部负电极层9电极的端面形成侧电极,分别连接内部正电极和内部负电极,是为外部侧面正电极组2和外部侧面负电极组4；
46.压电陶瓷微调元件经极化后,在正负电极上施加正向电压,压电薄膜受电场作用,压电陶瓷微调元件产生内部电畴运动,压电陶瓷微调元件各点位可输出位移,施加的电压和压电陶瓷微调元件输出的位移接近线性关系,从而实现对微纳米运动控制；
47.上面绝缘层1和下面绝缘层5的作用均为内部电极与外部连接件的绝缘和支撑，下部负电极组6是转接外部侧面负电极组4到底面,使侧面电极导通到底部；下部正电极组7是转接外部侧面正电极组2到底面,使侧面电极导通到底部，作用是矩阵型叠层压电陶瓷微调元件外部电极与外部驱动电压接口,由于电极数量较多,将电极引到底部与外部设计好的焊盘焊接,使元件易于集成；
48.设置的陶瓷介质层10在未高温烧结时成薄膜状态,形态柔软；经烧结后形成钙钛矿结构,转化为固态,形成陶瓷介质层,经极化后具有压电特性。
49.优选上面绝缘层1材料为锆钛酸铅,材料为软性材料,可微变形，这样的设计，缓冲效果好，实际上，也可根据具体情况考虑上面绝缘层1的材料选择。
50.优选外部侧面正电极组2共有36组，均匀分布于4个侧面，材料为银，外部侧面负电极组4共有4组，均匀分布于4个侧面，材料为银，这样的设计，保证导电效果，实际上，也可根据具体情况考虑材料选择。
51.优选上面绝缘层1、中间绝缘层3和下面绝缘层5配合包裹内部正电极层8和内部负电极层9，这样的设计，正负电极间距在几微米到几十微米间距,防止内部正负电极之间在空气中打火,产生电弧烧毁陶瓷，实际上，也可根据具体情况考虑包裹的方式。
52.优选内部正电极层8是直径为1.5mm，中心距2mm的矩阵圆结构,各圆之间不导通，层厚小于5μm，内部负电极层9是直径为1.5mm，中心距2mm的矩阵圆结构，各圆之间用0.5mm宽线相互连通，层厚小于5μm，这样的设计，保证电极导通效果，实际上，也可根据具体情况考虑内部正电极层8和内部负电极层9的层厚。
53.优选内部正电极层8和内部负电极层9均为银钯浆料丝网印制而成，这样的设计，能抗熔融焊料侵蚀，在高湿度的直流电场中有明显的抗银迁移性，实际上，也可根据具体情况考虑内部正电极层8和内部负电极层9的造制材料选择。
54.优选整体规格尺寸为12mmx12mmx3mm，这样的设计，体积小，实际上，也可根据具体情况考虑整体规格尺寸。
55.优选上述步骤s2中，正负电极的电极圆在同一轴线上，这样的设计，电极导通性好，实际上，也可根据具体情况考虑保证正负电极在同一轴线上方法。
56.优选上述步骤s3中，内部电极正负电极交替叠层90层以上，这样的设计，负载能力强，实际上，也可根据具体情况考虑内部电极正负电极交替叠层数量。
57.上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。