[发明专利]共同极化的压电器件

说明书

背景技术

用于薄膜电子器件的压电器件具有宽的频率响应范围，从DC力传感器开始，其规模到压电声或声-电传感器(AES)、超声换能器以及PWAS(压电晶片有源传感器)器件，这些器件用于高频缺陷扫描、材料测试、阻抗测量以及结构监视。在压电晶体振荡器领域中，频率响应甚至扩展得更高，到兆赫兹(MHz)及以上的范围。

压电材料是电中性的，但是具有各向异性电荷分布，在材料变形时会产生净极化。极化场产生压电电压(或电流信号)，这随所施加的机械应力或应变的变化而变化。另一方面，可以施加外场以便使压电件变形，产生机械效应，诸如使电枢弯曲、操纵微型机电系统(MEMS)或微型致动器设备或产生声、超声或射频(RF)振动。

首先在诸如石英、磷酸镓、电气石之类的天然单晶结构中识别了压电效应。然而，现代工业应用一般利用合成多晶或经烧结的压电陶瓷材料，诸如氮化铝(AlN)、氮化钡(BN)以及钛酸钡(BaTiO₃)。几乎可以把这些材料制造成任何形状和大小，并且可以改变合成和制造技术以便约略估计压电效应使之符合特定的工程要求。

在合成多晶材料中，压电效应取决于材料中称之为Weiss畴的各个偶极区的取向。通常，在形成压电件时，Weiss畴的取向是随机的，但是，一般，在升高的温度下，可以通过在电场中使材料极化而进行调整。极化促使畴的生长取向沿着极化场的方向，并且趋向于与反平行畴的取向相反。

极化还使空间电荷重新定向，并且调整铁电材料(诸如基于Pb[Zr_xTi_1-x]O₃(或PZT)的材料)中的剩余极化，这是由于对称考虑而引起的固有的压电性能。基本上，极化减小了畴取向的随机性，产生大量畴不对称，以产生净压电效应。还可以改变压电/铁电膜厚度以便增强特定电子应用的响应。

经极化的压电材料实际上比单晶(天然-发生的)材料具更大的压电响应，并且在制造时提供更大的灵活性。不幸地，极化还可能是昂贵的和费时间的，特别当包含大量单个器件时。结果，经常需要成本有效的和有效的极化技术，可用于批量制造宽广范围的不同压电器件，包括压电声传感器、超声换能器、MEMS器件以及其它基于压电薄膜的电子和半导体部件。

发明内容

本发明涉及一种用于进行压电器件的共同极化的系统。该系统包括多个薄膜电子部件、多个压电器件、多个轨迹(trace)、多个限流元件以及极化焊片。

在薄膜部件上形成压电器件，通过小片窄带(dice lane)分割薄膜部件以形成条型阵列，或通过小片窄带和切片窄带而形成晶片型阵列。横跨多个小片窄带，轨迹将多个压电器件并联连接到极化焊片。每个限流元件与多个压电器件中之一串联连接，以便在各个压电器件经历电流-相关故障时形成开路，或提供限流电阻。

附图说明

图1是带有致动器的磁性记录系统的透视图，所述致动器用于对承载有经极化的压电器件的滑块进行定位。

图2是位于磁性介质上的图1的滑块和压电器件的示意图。

图3是示出与电介质器件比较的、用于经极化的和未经极化的铁电器件的压电响应的散点图。

图4是在单端电容器型布线实施例中用于压电器件的共同极化的晶片级布线图。

图5是在差动电容器型布线实施例中用于压电器件的共同极化的晶片级布线图。

图6A是利用熔丝型限流元件的用于压电器件的共同极化的条级布线图。

图6B是使用电阻型限流元件的用于单端压电器件的共同极化的条级布线图。

图6C是使用电阻型限流元件的用于差动压电器件的共同极化的条级布线图。

图7A是示出限流元件的另外位置的用于压电器件的共同极化的条级布线图。

图7B是利用滑块外牺牲焊片来除去具有大漏电流的各个器件的单端压电器件的共同极化的条级布线图。

图7C是利用滑块上牺牲焊片来除去具有大漏电流的各个器件的差动压电器件的共同极化的条级布线图。

具体实施方式

图1是磁性记录系统10的透视图。系统10包括带有致动器组件12的盘驱动器，所述致动器组件用于对磁介质16上具有经极化的压电器件15的滑块14进行定位。

图1的磁性数据存储系统10提供利用经极化的压电器件15的薄膜电子器件应用的特定例子。在本例子中，致动器组件12包括致动器臂18和具有基板/安装块20、负载梁22以及弯曲件24的悬挂件。负载梁22在基板/安装块20处连接到致动器臂18，并且支撑弯曲件24上的滑块14。音圈马达26使致动器臂18围绕主轴线28旋转，使滑块14和经极化的压电器件15相对于磁性介质16定位。