[发明专利]一种基于双层压电膜的直线型驱动器

说明书

本发明提出一种基于双层压电膜的直线型驱动器，通过薄膜沉积工艺在基底正表面依次沉积下电极、下压电膜、中间电极、上压电膜和上电极形成多层结构；利用刻蚀工艺对所述多层结构进行光刻及图形化，形成多根形状、尺寸相同的条形驱动单元；采用深刻蚀工艺对基底背部加深槽反应离子刻蚀和/或湿法腐蚀，将基底的厚度减薄至预设厚度以下，制备出背部腔体以及形成驱动振膜，获得基于双层压电膜的直线型驱动器。本发明每一层压电致动材料厚度可控制在百纳米至数微米范围，能有效降低器件整体厚度。此外，本发明的制备工艺与标准MEMS产线完全兼容，具备批量化生产能力。因此，本发明能解决压电直线型电机的小型化、薄型化和批量化问题。

技术领域

本发明涉及驱动器技术领域，特别是涉及一种基于双层压电膜的直线型驱动器。

背景技术

压电直线型驱动器是一类致动装置，可以为负载(滑块等)提供水平方向的摩擦推力，使负载实现平移运动。压电直线型驱动器具有较高的位移精度和较短的响应时间，加之它具备良好的电磁兼容能力，因此在电子学领域具有巨大应用潜力。

目前常见的压电直线型驱动器采用压电陶瓷块作为压电致动材料，根据器件工作模态，在特定位置设计上下电极，利用压电材料的逆压电效应实现不同形式的位移形变，并使与之接触的负载沿直线方向运动。

现有的压电直线型驱动器基于压电陶瓷制备，压电陶瓷一般具有几十毫米的厚度，要制备驱动器需要通过研磨、抛光等方式将材料的厚度减薄至百微米到毫米量级。同时由于驱动器工作时致动结构本身位移较小，一般需要额外的位移放大机构。因此常见的陶瓷型压电直线型驱动器很难实现小型化、薄型化。此外，陶瓷压电直线驱动器一般通过贴装等方式进行电极制备及机械结构组装，这类非标准生产工艺很难实现批量化，成本较高且器件一致性控制难度较大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双层压电膜的直线型驱动器，用于解决目前直线型电机的小型化、薄型化和批量化问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于双层膜的直线型驱动器，包括有：基底、下电极、下压电膜、中间电极、上压电膜和上电极；

通过薄膜沉积工艺在基底正表面依次沉积下电极、下压电膜、中间电极、上压电膜和上电极形成多层结构；

利用刻蚀工艺对所述多层结构中的下电极、下压电膜、中间电极、上压电膜和上电极进行光刻及图形化，形成多根形状、尺寸相同的条形驱动单元；每根条形驱动单元均具备下电极、下压电膜、中间电极、上压电膜和上电极；

采用深刻蚀工艺对基底背部加深槽反应离子刻蚀和/或湿法腐蚀，将基底的厚度减薄至预设厚度以下，制备出背部腔体以及形成驱动振膜，获得基于双层压电膜的直线型驱动器；其中，基底背部为基底正表面的相对面；所述驱动振膜由上至下的结构依次为：上电极、上压电膜层、中间电极、下压电膜层、下电极和厚度在预设厚度以下的基底。

可选地，所述上电极上还设置有滑块；

对驱动单元进行独立加电，在所述驱动振膜表面激发出两列频率相同、传播方向相同且相位相差90°的驻波，使两列驻波通过波形叠加在所述驱动振膜表面形成直线传播的行波，驱动所述滑块移动。

可选地，将所有驱动单元中的上电极分为两路信号，并对每路信号中需加电的驱动单元进行分组排列，使每组驱动单元的个数为偶数个，以及使相邻两组驱动单元间隔的驱动单元数量与每组驱动单元中的数量相同；

分别对上电极的两路信号的电极施加相位差为180°的正弦波，在上电极激发出一组驻波；

将所有驱动单元中的下电极分为两路信号，并对每路信号中需加电的驱动单元进行分组排列，使每组驱动单元的个数为偶数个，以及使相邻两组驱动单元间隔的驱动单元数量与每组驱动单元中的数量相同；