太阳城集团

  • / 17
  • 下载费用:30 金币  

共同极化的压电器件.pdf

摘要
申请专利号:

CN201010217149.7

申请日:

2010.06.22

公开号:

太阳城集团CN101989642B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情: 未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H01L 41/257申请日:20100622授权太阳城集团日:20150107终止日期:20160622|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 41/22申请日:20100622|||公开
IPC分类号: H01L41/257(2013.01)I 主分类号: H01L41/257
申请人: 希捷科技有限公司
发明人: M·C·考茨基; C·E·霍金森; D·P·伯班克; J·S·赖特
地址: 美国加利福尼亚州
优先权: 2009.08.04 US 12/489,271
专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 刘佳
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201010217149.7

授权太阳城集团号:

|||101989642B||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.08.11|||2015.01.07|||2011.05.04|||2011.03.23

法律状态类型:

专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种用于使压电器件极化的系统包括多个薄膜部件、多个压电器件、用于使压电器件极化的极化焊片、多个轨迹以及多个限流元件。通过小片窄带分开薄膜部件以形成阵列,并且在薄膜部件上形成压电器件。轨迹将横跨小片窄带的多个压电器件并联连接到极化焊片。每个限流元件与压电器件中之一串联连接,以便限制到经历电流-相关故障的各个压电器件的电流。

权利要求书

1: 一种用于使压电器件极化的系统, 所述系统包括 : 由小片窄带分隔开以形成阵列的多个薄膜部件 ; 形成在多个薄膜部件上的多个压电器件 ; 用于使多个压电器件极化的极化焊片 ; 多个轨迹, 用于将横跨小片窄带的多个压电器件并联连接到极化焊片 ; 以及 多个限流元件, 每个限流元件与多个压电器件之一串联连接, 以便限制到经历电 流 - 相关故障的各个压电器件的电流。
2: 如权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 每个限流元件包括当各个压电器件之一经 历电流 - 相关故障时产生开路电路的保险丝。
3: 如权利要求 2 所述的系统, 其特征在于, 还包括与保险丝串联连接的牺牲焊片, 以致 当把强制电位施加于牺牲焊片时保险丝产生开路电路。
4: 如权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 每个限流元件包括电阻器, 当各个压电器件 之一经历电流 - 相关故障时, 所述电阻器提供限流电阻。
5: 如权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 每个压电器件连接在每个薄膜部件上的单 端电极焊片和共同接地焊片之间。
6: 如权利要求 5 所述的系统, 其特征在于, 所述多个轨迹按照单梳状平行轨迹配置把 每个压电器件连接到极化焊片。
7: 如权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 每个压电器件连接在每个薄膜部件上的第 一和第二差动电极焊片之间。
8: 如权利要求 7 所述的系统, 其特征在于, 所述多个轨迹按照交错的双梳状平行轨迹 配置把每个压电器件连接到极化焊片。
9: 如权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 在阵列中的每个薄膜部件包括与工作在磁 性介质上的数据存储系统一起使用的滑块。
10: 如权利要求 9 所述的系统, 其特征在于, 每个压电器件包括用于检测滑块和磁性介 质之间的接触的压电传感器。
11: 一种用于使铁电器件的阵列极化的方法, 所述方法包括 : 在晶片上定义切片窄带和小片窄带 ; 在晶片上形成铁电器件的阵列, 以致所述切片窄带和小片窄带使阵列中的铁电器件分 开; 经由形成在切片窄带和小片窄带中的平行轨迹网络把所述铁电器件连接到极化焊 片; 通过使限流元件与每个铁电器件串联连接而限制到经历电流 - 相关故障的各个铁电 器件的电流 ; 以及 把极化电压施加于极化焊片, 以致根据极化电压对准所述铁电器件中的畴。
12: 如权利要求 11 所述的方法, 其特征在于, 限制到各个铁电器件的电流包括使到经 历电流 - 相关故障的每个铁电器件的电路开路。
13: 如权利要求 12 所述的方法, 其特征在于, 使所述电路开路包括把强制电位施加于 牺牲焊片, 所述牺牲焊片与经历电流 - 相关故障的每个铁电器件串联连接。
14: 如权利要求 11 所述的方法, 其特征在于, 限制到各个铁电器件的电流包括使限流 2 电阻器与阵列中的每个铁电器件串联连接。
15: 如权利要求 11 所述的方法, 其特征在于, 使所述铁电器件与极化焊片连接包括形 成用于把每个铁电器件上的第一电极连接到极化焊片的单掩模、 单梳状平行轨迹网络。
16: 如权利要求 11 所述的方法, 其特征在于, 使所述铁电器件与极化焊片连接包括形 成用于把每个铁电器件上的第一电极连接到极化焊片并把每个铁电器件上的第二电极连 接到第二极化焊片的单掩模、 双梳状交错平行轨迹网络。
17: 如权利要求 11 所述的方法, 其特征在于, 施加极化电压包括把至少 10 伏的极化电 压施加于极化焊片, 并且进一步包括将滑块加热到至少 100℃达至少一分钟。
18: 一种滑块, 包括 : 滑块体 ; 包括铁电材料的传感器, 它响应于滑块体中的应力而产生压电信号 ; 连接到所述传感器用于施加极化电压的极化焊片 ; 以及 限流元件, 所述限流元件串联连接在传感器和极化焊片之间, 以致当传感器经历由于 极化电压引起的电流 - 相关故障时限流元件限制通过传感器的电流。
19: 如权利要求 18 所述的滑块, 其特征在于, 所述限流元件包括保险丝, 把所述保险丝 配置成当所述传感器经历短路或击穿故障时产生开路电路。
20: 如权利要求 18 所述的滑块, 其特征在于, 还包括与所述保险丝和传感器串联连接 的牺牲焊片, 以致当把强制电压施加于牺牲焊片时所述保险丝产生开路电路。
21: 如权利要求 18 所述的滑块, 其特征在于, 所述限流元件包括配置成限制通过所述 传感器的漏电流的限流电阻器。

说明书


共同极化的压电器件

    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[ZrxTi1-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太阳城集团的, 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。
     经极化的压电器件 15 的基于滑块的应用包括用于缺陷筛选和磁性介质 16 的测试 的介质滑行头和测试头, 以及用于实际读 / 写操作的工作或数据头。在工作和数据头实施 例中, 滑块 14 包括磁性换能器或读 / 写元件, 并且压电器件 15 一般包括换能器级 AES 器件 或用于飞行高度和节距校正、 或用于检测滑块 14 和磁性介质 16 之间的接触的电容器型压 电传感器。另一方面, 在薄膜微型致动器、 MEMS 型微型机械或微型机电部件、 AES 或 PWAS 型 声 / 超声传感器或换能器或其它更普遍的薄膜压电器件中包括经极化的压电器件 15。
     如图 1 所示, 磁性介质 16 采用磁盘的形式, 或采用平行且同轴的盘的层叠体的形 式。在系统 10 的操作中, 盘或盘堆在外壳中围绕盘主轴 30 旋转, 使磁性介质 16 相对于滑 块 14 移动。致动器组件 12 使滑块 14 和压电器件 15( 或多个滑块 14 和器件 15) 相对于磁 性介质 16 定位, 以便执行与介质相关的功能, 如上所述。
     在数据头实施例中, 滑块 14 还承载有磁性换能器, 如上所述。换能器一般包括读 出器元件和写入器元件两者, 其中在具有取向向着磁性介质 16 的主极尖端的主极附近形 成写入器。通过切换在主极附近形成的线圈中的电流来产生磁通, 产生在主极尖端处退出 滑块和越过面向磁性介质 16 的外表面的磁通环。当致动器 12 使滑块 14 定位于磁性介质 16 之上时, 通过切换写入电流来记录数 据, 产生沿一系列大致平行或同心的数据轨迹的位图案。根据写入电流的强度和极性和磁 通环, 通过使磁性畴在介质 16 中定向而记录位图案。
     一般, 系统 10 使用垂直写入技术, 其中磁通环实质上在垂直的方向上进入磁性介 质 16, 并且沿每个轨迹的垂直取向放置位。另一方面, 磁同和位取向是纵向的。
     经由诸如磁阻 (MR) 器件之类的读出器元件从介质 16 读出数据, 其中电阻取决于 本地磁场强度和方向。读出器读出随检测电流变化的位图案, 当滑块 14 在磁性介质 16 上 跟踪时, 检测电流随磁畴取向而变化。
     图 2 是位于磁性介质 16 上的滑块 14 和经极化的压电器件 15 的示意图。滑块 14 包 括具有前边缘 42、 后边缘 43 以及外部介质 - 面向表面 44 的滑块体 40。在该特定实施例中, 经极化的压电器件 15 位于滑块 14 的后边缘 43 附近, 如由磁性介质 16 的跟踪方向 S 所定义。
     根据实施例, 压电器件 15 配备有一系列涂覆和保护材料, 选择这些材料以解决各 种用于制造滑块 14 的其它部件所使用的化学和机械工艺步骤引起的不兼容性问题。在基 于盘的磁性存储系统中, 例如, 通常把介质 - 面向表面 44 称为空气轴承表面 (ABS), 并且一 般通过绝缘材料或涂层使经极化的压电器件 15 置于凹处或与表面 44 隔开, 如图 2 所示。 在 工作头实施例中, 在头建造过程之前、 期间或之后的任意时刻形成压电器件 15, 因此相对于 滑块体 40 位于读 / 写结构的上面或下面, 或在换能器体本身之中。 磁性介质 16 跟踪在跟踪方向 S 上通过的滑块 14, 这在前边缘 42 处和沿外表面 44 产生风阻气流 F。进一步根据空气气动力学形成滑块体 40 的形状, 使滑块 14 在磁性介质 16 上方的风阻气流 F 上 “飞行” 。通过节距角 (PA)θ 和飞行高度 (FH)h 来定义滑块 14 的 取向和位置, 如相对于磁性介质 16 的表面所测量到的。
     然而, 注意, 图 2 并没有约略估计, 飞行高度 h 和节距角 θ 相对于滑块体 40 的相 对尺寸是随意的。尤其, 作为正常读写操作的特征, 一般相对于节距角 θ 的几度额定值夸 大了节距角 θ。 此外, 在以正节距示出滑块 14 的同时, 节距角 θ 还可以是负或是零, 例如, 在装载 / 卸载场合期间、 头碎裂和滑块 / 介质接触场合期间。
     压电器件 15 的位置和功能取决于滑块 14 或器件 15 使用的其它电子元件的配置。 例如, 在测试头和数据头应用中, 压电器件 15 有时包括声传感器、 超声换能器或另外的电 容器型压电器件, 另外的电容器型压电器件响应于当滑块体 40 接触磁性介质 16 时 ( 例如, 在一个或多个粗糙峰 (asperity)45 处 ) 产生的应力或振动信号。在该实施例中, 当在介质 16 上扫描滑块 14 和传感器 15 时调节飞行高度 h, 以便绘制粗糙峰分布和锁定不符合的轨 迹或扇区, 或去除不满意的介质。
     另一方面, 压电器件 15 包括响应基于飞行高度 h 的控制电压或控制电流的压电 层, 例如, 响应在磁性介质 16 和滑块体 40 上的隧道电极之间测量到的隧道电流的节距角偏 离机构。这允许压电器件 15 通过改变滑块 14 的空气动力学特性 ( 通过使滑块体 40 本身 变形或通过到弯曲件的机械耦合 ) 来调节节距角 θ 和控制飞行高度 h。
     在进一步的实施例中, 滑块 14 表示更广义的电子部件或薄膜器件。在这些实施例 中, 压电器件 15 包括任何声、 超声或 PWAS 型传感器或换能器、 或微型致动器、 偏离机构或 MEMS 型器件, 并且执行可以涉及或可以不涉及磁性介质 16 的压电功能。
     图 3 是散点图, 示出与电介质器件 (AlN-1 和 AlN-2) 比较的、 经极化的铁电 PZT 器
     件 (PZT-1、 PZT-2 和 PZT-3) 的压电响应信号电压 V。图 3 标绘出响应于标准化变形 - 诱导 机械输入的、 在垂直方向上的压电信号电压 V。每个数据点对应于一百个扫描平均值。
     如图 3 所示, 由诸如氮化铝 (AlN) 之类的电介质材料构成的压电器件趋向于具有 比由诸如 PZT 之类的材料构成的器件较低的响应。这对于 AlN 材料尤其真实, 不管参数 d33 是相当低的或相当高的 ( 分别为 AlN-1 和 AlN-2 ; 圆 ), 其中参数 d33 是压电张量 ( 或压电矩 阵 ) 的一个元素, 如这里通过电介质位移矢量 Di 所定义的那样。即 :
     Di = dijσj+εijEj, (1)
     其中压电张量 dij、 应力矢量 σj 以及介电常数张量 ( 或介电常数矩阵 )εij。对于 传感器应用, 一般取所施加的场 Ej 为零, 而通过常数项来标定 d33( 以及压电矩阵 dij 的其它 相关分量 ) 以计及单位 ( 例如, 通过微微库仑 / 牛顿或 pC/N 的比值 )。
     通过样品 PZT-1、 PZT-2 和 PZT-3 示出铁电 PZT 器件的相对响应。没有使样品 PZT-1( 三角形 ) 极化, 但是展现了如下所述的自 - 极化压电效应。 使样品 PZT-2 和 PZT-3( 正 方形 ) 两者极化, 前者 (PZT-2) 处于环境温度, 而后者 (PZT-3) 处于升高的温度。
     由于自 - 极化效应, 样品 PZT-1 展示出外部极化电压并不是始终需要的。自 - 极 化一般在沉积具有与薄膜平面垂直对准的方便轴的纹理薄膜 (texture film) 之后发生, 或 由于在特定部件的工作寿命上极化切换而引起, 例如, 在 FeRAM( 铁电存储器 ) 中。然而, 如 图 3 所示, 自 - 极化一般不会导致最优化的响应。 例如, 在约 100-300 千伏 / 厘米 ( 即, 在 1 微米薄膜上约 10-30 伏 ) 的外场中, 通 过极化实质上可以增加压电效应。根据实施例, 极化电压是 DC( 直流 ) 电压或脉冲电压信 号, 并且极化周期从约一分钟扩展到约十分钟。极化还发生于环境温度下 (PZT-2), 或发生 于约 100-150℃的升高的极化温度下 (PZT-3)。
     即使在自 - 极化情况中 (PZT-1), 铁电 PZT 型压电器件展现出比基线介质 AlN 型器 件较大的响应。根据基线比较 (AlN-1 或 AlN-2)、 极化条件和焦绿石或其它非 - 压电相含 量, 经极化的样品 PZT-2 和 PZT-3 的平均响应超过电介质器件响应约 5 或更多的一个因子 ( 即, ≥ 5×)。样品 PZT-3( 升高的温度 ) 的平均响应比每个基线 AlN 器件的平均响应高大 约六又二分之一倍 ( ≈ 6.5×)。当使压电薄膜厚度最优化时, 理论响应是基线 AlN 器件的 响应的 10 或更多倍 ( ≥ 10×), 并且可能大 20 到 25 倍 ( ≥ 20-25×)。
     对于传感器和换能器型器件, 增加压电响应的主要优点是在给定应力输入下的较 大的信号大小。 对于致动器和机电或 MEMS 型器件, 增加的响应提供更大的控制能力。 此外, 极化允许通过改变极化条件来调节或校正响应, 这对于未极化的或自 - 极化的器件是不可 能的。
     不幸地, 对于滑块和其它部件级应用, 由于使响应最优化需要的相当长的极化时 间、 以及低吞吐量和大量生产所要求的高资本的器件投资的组合, 极化可能是不切实际的。 这些效应特别与晶片和条 - 级制造工艺有关, 这些工艺包含成百上千个独立的压电器件的 大阵列。 标准的平行联结技术也存在问题, 因为在单个器件中的短路、 击穿和泄漏故障会损 害整个极化工艺。
     这里描述的晶片和基于条的 ( 阵列级的 ) 极化技术通过减少处理太阳城集团和极化步骤 以及利用相对于各个部件故障为健壮的电路设计而解决这些问题。同时, 这些技术适用于 制造复杂的微型电子元件, 包括用于缺陷筛选、 校正以及磁性介质上的数据存储操作的基
     于滑块的测试和数据头。
     图 4 是用于压电器件 15 的共同极化的晶片级布线图。在微型电子部件 60 的表面 61 上 ( 例如, 在上述图 3 所示的滑块 14 的后边缘 43 上 ) 安装多个压电器件 15。把部件 60 和压电器件 15 组织成阵列 ( 或矩阵 )50, 如安排在硅晶片上或模拟结构上以供多 - 部件电 子设备制造。
     一般, 在矩形的列和行上安排阵列 50 以填充圆形的晶片、 或矩形的晶片或条。沿 着切片窄带 51 使部件 60 的行分开, 在图 4 中, 切片窄带 51 一般是沿水平方向的, 并且沿小 片窄带 52 使各个部件 60 分开, 小片窄带 52 一般是沿垂直方向的 ( 即, 与切片窄带 51 垂 直 )。
     在每个表面 61 上形成许多焊片 54A、 54B、 54C 和 54D, 以便进行部件 60( 例如, 滑 块 ) 和盘驱动器或利用压电器件 15 的其它电子系统之间的连接。然而, 根据压电器件 15 和部件 60 上其它元件的配置来改变各个焊片 54A-54D 的数量和目的地。
     在图 4 的单端电容器型布线实施例中, 例如, 分别把每个压电器件 15 上的第一和 第二电极连接到第一电极焊片 54A(e1) 和公共接地焊片 54C(G)。 根据取决于制造爱好和技 术的特定配置, 一般在压电器件 15 的相对的上和下表面上形成第一和第二电极。 限流元件 55 与阵列 50 中的每个压电器件 15 串联连接。串联连接是分别进行的, 以致在每个限流元件 55 和每个压电器件 15 之间存在一对一的串联连接, 不同的压电器件 15 和限流元件 55 为并联连接。在图 4 的实施例中, 例如, 通过在每个压电器件 15 上的第一 电极焊片 54A 和第一电极之间连接一个限流元件 55 来构成各个串联连接。在其它实施例 中, 使限流元件 55 位于第二电极和和公共接地焊片 54C 之间, 或位于第二电极和第二电极 焊片之间 ( 例如, 见下面图 6A 和 6C)。
     一般, 利用许多附加的焊片 ( 例如, 54B 和 54D) 进行到诸如读 / 写换能器或隧道电 极之类的附加部件的连接。另一方面, 在压电器件 15 的另外的布线配置中利用焊片 54B 和 54D( 例如, 图 5、 6C 和 7B), 并且为其它部件提供附加的焊片。
     在从阵列 50 中分离各个部件 60 之前, 对压电器件 15 共同进行极化。例如, 这是 通过经由轨迹 57 把极化焊片 56A 连接到第一电极 54A 以及经由电压源 58 提供极化电压来 完成的。极化焊片 65A 一般位于安排在这种阵列 50 上的晶片或其它多部件制造结构的边 缘区域上, 或位于为在制造过程期间的电或机械连接保留的另外的区域上。
     在图 4 的单端布线实施例中, 电压源 58 在极化焊片 56A 上施加相对于地 59 的极 化电压。在其它实施例中, 电压源 58 在第一极化焊片 56A 和第二差动极化焊片 5D 之间施 加差动极化电压 ( 例如, 图 5、 6C 和 7B)。相对于上述图 3 描述典型的极化电压、 太阳城集团和温 度。
     一般用诸如铜、 银或金之类的导电金属构成轨迹 57。 使用掩模、 蚀刻和磨制技术从 导体产生轨迹网络, 把极化焊片 56A 连接到每个独立的压电器件 15 以及限流元件 55。例 如, 如图 4 所示, 轨迹 57 通过第一电极焊片 54A 把极化焊片 56A 并联连接到每一个压电器 件 15, 限流元件 55 串联连接在第一电极焊片 54A 和压电器件 15 之间, 以及压电器件 15 串 联连接在限流元件 55 和接地焊片 54C 之间。
     限流元件 55 的布线是与每一个压电器件 15 串联以便限制极化期间的电流。尤 其, 在短路故障、 泄漏故障和击穿故障的场合中或导致极化工艺期间过电流的其它场合中,
     限流元件 55 限制通过压电器件 15 的电流。通过要求把有效的极化电压提供给每个压电器 件 15 从而定义不可接受的电流电平, 即, 限流元件 55 用于限制泄漏或短路电流以致在一个 压电器件 15 上电流 - 相关故障不会损害其它压电器件 15 的极化工艺。
     在图 4 的特定实施例中, 配置限流元件 55 使之当极化电流超过特定门限值时 ( 例 如, 当压电器件 15 经历短路故障时 ) 产生开路电路。在一个如此的实施例中, 限流元件 55 包括具有两个触点的薄膜保险丝, 所述两个触点由通过导电带连接的高导电性和抗氧化材 料构成。一般, 带材料具有比接触材料高的电阻率, 并且能够维持数量级为纳安 (nA) 或微 安 (μA) 的极化电流, 但是不能够维持数量级为 1 毫安 (1mA) 或更大的击穿、 短路或泄漏电 流。
     当超过电流极限时, 保险丝 “熔断” , 即, 保险丝材料熔化、 汽化、 电迁移或发生反 应, 断开了第一电极焊片 54A 和压电器件 15 之间的电连接。这产生了开路电路, 从极化电 电路有效地移除了失效的压电器件 15, 同时保持其余的极化电路完整无缺。结果, 单个短 路、 击穿或泄漏故障不会损害阵列 50 中其它 ( 仍可操作的 ) 压电器件 15 的极化工艺。与 传统的并行联结配置相比, 这实质上减少了浪费, 同时与部件级 ( 串联 ) 极化方法相比, 大 大地减少了处理太阳城集团。
     在保险丝型实施例中, 限流元件 55 包括一些材料的组合, 这些材料包括, 但是不 局限于, 金、 铬、 铝、 多晶硅、 金属硅化物。另一方面, 限流元件 55 包括薄膜电路断路器或模 拟器件。在这些实施例的每一个中, 可接受的最大极化电流取决于限流元件 55 的材料组成 和尺寸, 并且取决于设计选择, 诸如是否只在短路或击穿故障的情况中产生开路电路, 还是 在基本漏电流故障的情况中也产生开路电路。
     沿切片窄带 51 和小片窄带 52 成轨迹 57, 切片窄带 51 和小片窄带 52 定义每个利 用至少一个压电器件 15 的部件 60 的阵列 50。尤其, 切片窄带 51 把两维晶片型阵列 50 分 成一维条型阵列 ( 例如, 图 6A-6C 和 7A-7C), 而小片窄带 52 把条型阵列分成在表面 61 上具 有独立的压电器件 15 的独立的部件 60。
     在图 4 的一侧布线配置中, 轨迹 57 形成单侧梳状网络, 该网络沿至少一个小片窄 带 51 垂直地延伸, 并且沿切片窄带 52 水平地延伸。在该实施例中, 有时在单个层或工艺步 骤中形成轨迹 57, 以便减少制造太阳城集团和成本。另一方面, 根据每个压电器件 15 和限流元件 55 的特定布线配置, 在许多层中形成轨迹 57。
     一般在使压电器件 15 极化之后, 在把阵列 50 分成独立的部件 60 之前, 除去轨 迹 57。例如, 在一个实施例中, 在部件 60 的暴露表面 61 上 ( 例如, 顶层 ) 形成轨迹 57( 例 如, 图 6A-6C 和 7A-7C), 并且通过湿蚀刻或相似的化学工艺除去轨迹 57。另一方面, 在切 片窄带 51 和小片窄带 52 中形成轨迹 57, 如图 4 所示, 并且通过切片、 切割成小片、 单一化 (singulation) 和研磨操作来除去, 例如, 通过金刚石锯片切割、 磨损或作为抛光过程的一 部分。在这些实施例中, 有时轨迹金属保留在部件 60 的表面 61 上。
     图 5 是用于压电器件 15 的共同极化的另外的晶片级布线图。在独立的部件 60 上 以阵列方式安装压电器件 15, 如上所述, 形成沿切片窄带 51 和小片窄带 52 分割的阵列 50。
     如同在图 4 的单端布线配置中那样, 轨迹 57 通过第一电极焊片 54A(e1) 把极化焊 片 56A 并联连接到压电器件 15 上的第一电极。然而, 在图 5 的差动极化配置中, 轨迹 57 还 通过第二电极焊片 54D(e2) 把差动极化焊片 56D 连接到压电器件 15 上的第二电极, 并且电压源 58 在第一极化焊片 56A 和第二极化焊片 56D 之间施加差动极化电压。
     如图 5 所示, 差动网络轨迹 57 形成沿切片窄带 51 和小片窄带 52 两者延伸的 双 - 梳状结构。这个配置允许用单个掩模步骤把轨迹 57 形成为单层或薄膜, 如上相对于图 4 的单个梳状结构所描述。另一方面, 根据压电器件 15 和限流元件 55 的特定配置, 把轨迹 57 形成为许多重叠的层。 多层轨迹网络要求额外的掩模、 蚀刻和磨制步骤, 但是还提供轨迹 设置和连接中的更大的灵活性。
     如上述图 4 中的单端布线实施例那样, 在极化期间, 限流元件 55 限制到经历电 流 - 相关故障的各个器件的电流, 同时使其它可操作的压电器件 15 的极化连接保持完整无 缺。尤其, 独立的限流元件 55 限制到每个独立的压电器件 15 的电流, 防止在短路、 断路或 电流泄漏的场合中损失有效的极化电压。
     图 6A-6C 是压电器件 15 的共同极化的条级布线图。在这些实施例中, 在单行或一 维阵列 50 中提供压电器件 15, 例如, 在对上述图 4 或图 5 中的两维阵列进行切片之后。
     在图 6A 的特定实施例中, 限流元件 55 包括保险丝、 电路断路器或其它开路型限流 元件, 限流元件 55 与第二电极和公共接地焊片 54C 之间的压电器件 15 串联连接。在图 6B 和 6C 的实施例中, 限流元件 55R 包括薄膜电阻器或其它电阻性元件。电阻性限流元件 55R 也与压电器件 15 串联连接, 例如, 在第一电极焊片 54A 和压电器件 15 的第一电极之间 ( 如 图 6B 所示 ), 在第二电极和第二电极焊片 54D 之间 ( 图 6C)。另一方面, 限流元件 55R 利用 公共接地焊片 54C, 如图 6A 的保险丝型元件 55 所示。 然而, 与开路实施例相反, 基于电阻器的限流元件 55R 通过提供与每个压电器件 15 串联连接的电阻性元件来减少到压电器件的电流。这产生了电阻发热和相关联的损耗, 但是具有电阻器限定了通过每个压电器件 15 的最大电流的优点, 即使器件遭受到短路故 障, 也无需在滑块上形成开路。
     当漏电流成问题时, 电阻器型限流元件 55R 也是实用的, 但是不足以使保险丝型 或电路断路器型器件跳闸或熔断。在一个如此的实施例中, 电阻性元件 55R 包括约 1 兆欧 姆或更大的高值电阻, 以致对于约 30V 或更少的极化电压, 把到每个压电器件 15 的最大极 化电流限制在约 30 微安。例如, 若约 500 欧姆的上游轨迹网络电阻, ( 根据 4 微米宽和 1 微 米厚的 100 毫米长的铜轨迹 ), 这使电压降减少到每个故障电阻器约二分之一伏 (0.5 伏 )。 对于相当低的故障率, 这个电压降是可接受的, 这在于当故障率落在正常制造范围内时, 这 保持了操作压电器件 15 的有效的极化电压。有时更高的故障率导致较低的极化电压, 并且 可能表示更严重的条级或晶片级问题。
     在条 - 级实施例中, 例如, 在通过沿切片窄带 51 的蚀刻或切割把部件 60 分割成一 维阵列 50 之后进行极化。在这些实施例中, 轨迹网络 57 一般排除在切片窄带 51 之外, 例 如, 通过在部件 60 的暴露表面 61 上形成轨迹 57, 因此只与小片窄带 52 交叉。在晶片级实 施例中, 在沿切片窄带 51 把部件 60 分割成条之前进行极化, 并且在切片窄带 51 或小片窄 带 52 中以及在部件 60 的顶部表面 61 上形成条级轨迹网络 57( 例如, 见图 4 和 5)。
     图 7A 是用于压电器件 15 的共同极化的条级布线图, 示出电阻性限流元件 55R 的 另外的位置。在图 7A 的实施例中, 电阻性元件 55R 位于切片窄带 51 中, 而不是位于滑块 52 上, 另一方面, 电阻性元件 55R 位于小片窄带 52 中。
     电阻性限流元件 55R 的离开部件的设置把额外材料 ( 尤其, 额外的金属 ) 引入到
     切片窄带 51 或小片窄带 52 中。从制造观点看来, 一般并非期望如此, 但是当部件 60 的表 面 61 受到空间限制时 ( 例如, 沿滑块的后边缘 ), 离开 - 滑块的设置是有用的。这对于有 时要求大量地皮的电阻性限流元件 55R 特别真实, 但是在利用开路型 ( 保险丝或电路断路 器 ) 限流元件 55 的一些配置中, 离开 - 滑块的设置也是有用的。
     图 7B 和 7C 是用于单端压电器件 15 的共同极化的另外的条级布线图。在该实施 例中, 使用牺牲焊片 54B 或 54E 从极化电路中除去单独的压电器件 15。
     牺牲焊片 54B 或 54E(S) 与限流元件 55 的保险丝型或电路断路器型实施例串联连 接, 以便从极化电路中除去具有高漏电流的限流元件 55。 在图 7C 的实施例中, 例如, 牺牲焊 片 54B 位于部件 60 的表面 61 上, 并且串联连接在限流元件 55 和压电器件 15 之间。在图 7B 的实施例中, 牺牲焊片 54E 具有离开部件的设置, 例如, 在切片窄带 51 中 ( 如图所示 ) 以 及在小片窄带 52 中。
     因为高漏电流可以减少下游极化电位, 所以有时电流泄漏是一个问题, 甚至当电 流尚未到达要求开路型限流元件 55 跳闸或熔断的电平时。为了解决这个问题, 通过晶片探 头测试或相似的手段测量每个压电器件 15 的隔离漏电流值。当个别压电器件 15 的泄漏测 试失败时 ( 即, 漏电流超过给定的规范 ), 经由牺牲焊片 54B 或 54E 通过限流元件 55 施加强 制电流。强制电流使限流元件 55 跳闸或熔断, 从而从极化电路中除去高泄漏的通路。这个 方法可用于单端和差动布线配置两者 ( 比较图 7B 和 7C)。 与图 4 和 5 中描述的晶片级极化技术相反, 图 6A-6C 和 7A-7C 的条级技术为每个 条 ( 部件 60 的每个一维阵列 50) 而不是每个晶片 ( 每个两维阵列 50) 提供独立的极化焊 片 56A 和 56D。在这些条级实施例中, 一般在小片窄带 52 上而不是在切片窄带 51 和在部件 60 的表面 61 上形成轨迹 57。当沿切片窄带 51 把部件 60 分割成条阵列 50 时, 这保留了每 个条级极化电路。另一方面, 图 6A-6C 和 7A-7C 所示的各种滑块级部件和布线配置还可以 应用于晶片级。 这是通过如下方法完成的 : 使用晶片级极化焊片消除条级极化焊片, 并且把 轨迹 57 的结构延伸到部件 60 的两维阵列。在这些实施例中, 一般在切片窄带 51 和小片窄 带 52 两者中形成轨迹网络 57, 如图 4 和 5 所示。
     在已经参考特定实施例描述了本发明的同时, 所使用的术语是为了说明的目的, 而并非限制, 熟悉本领域的技术人员可以理解, 可以进行形式上和细节上的改变而不偏离 本发明的精神和范围。 因此, 本发明包括落在所附的权利要求书的范围内的所有实施例, 包 括本发明的特定元件的各种等效物的替代, 并且本发明的学说适用于不同材料、 情况和环 境。
    

关 键 词:
共同 极化 压电 器件
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
太阳城集团本文
本文标题:共同极化的压电器件.pdf
链接地址:http://zh228.com/p-6420483.html
太阳城集团我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
葡京赌场|welcome document.write ('');