一种压电执行器

技术领域

本发明涉及压电执行器技术领域，尤其指一种可在大功率高电压驱动下实现触觉反馈的 压电执行器。

背景技术

传统的压电执行器其驱动电压比较低(100～500v/mm),通常采用单方向加压方式进行驱 动，按照常规的方式采用银或者银钯电极可以满足产品的使用及可靠性要求。

但随着压电执行器微型化的发展，压电执行器的驱动场强需要提高到1000～3000v/mm,在 这种情况下，由于银或者银钯电极从机理上存在者迁移的现象(如图1)。为了进一步提升器 件的使用效果，常常会使用偏置的方式给压电器件进行驱动(比如说正向300v,反向100v)， 而这种使用会加剧离子的迁移。压电执行器在高电压下工作一段时间后，由于离子迁移导致， 正负电极距离变小，产品耐压下降，产品出现打火或者短路，产品的寿命及可靠性不能得到 有效保证。

针对该压电执行器可靠性的解决，市面上常用的方式包括：提升陶瓷致密度、改善压电 器件的密封性、增加压电器件正负极距离，上述的方式只能延缓迁移发生的速度，不能从根 本上解决器件寿命及可靠性问题。

压电执行器的应变与驱动电压从原理上表现为线性关系，即随着驱动电压的上升，压电 执行器的应变随之上升。但是在实际场景中采用银或者银钯电极的压电执行器在驱动电压提 升到较高时(如>500v/mm)，压电执行器的应变提升明显滞后于驱动电压的提升，器件的发热 也会明显提高，产品容易被击穿。

发明内容

本发明提供一种可在大功率高电压驱动下实现触觉反馈的压电执行器。

本发明采用的技术方案为：一种压电执行器，包括：金属基片，所述金属基片上设有陶 瓷片，所述陶瓷片上设有第一铜电极；所述陶瓷片通过匹配层与所述金属基片连接，所述陶 瓷片与所述匹配层之间设有第二铜电极，所述第二铜电极与所述金属基片连通；所述第一铜 电极设于所述陶瓷片上表面，所述陶瓷片上表面设有留边部和所述第一铜电极；所述第一铜 电极的面积小于所述陶瓷片的面积。

优选地，所述第一铜电极和所述第二铜电极通过烧渗的方式将所述铜电极附于所述陶瓷 片上。

优选地，所述第一铜电极和所述第二铜电极采用厚膜结构，所述铜电极的厚度为7～13微 米。

优选地，所述第一铜电极和所述第二铜电极是由铜浆料形成，所述铜浆料由粒径0.1～5.0um的铜粉及微量氧化物或者玻璃组成。

优选地，所述第一铜电极的表面积占所述陶瓷片表面积的75％～86％。

优选地，所述匹配层为胶水，所述胶水在所述陶瓷片与所述金属基片粘贴时产生溢胶， 所述溢胶在所述陶瓷片边缘与所述金属基片之间形成一个胶圈。

优选地，所述第一铜电极与所述金属基片之间的表面涂一层阻焊绝缘保护漆，将所述第 一铜电极与所述金属基片间隔开。

优选地，所述阻焊绝缘保护漆的厚度为5～15微米。

优选地，所述压电执行器的驱动电压为非对称的正负电压。

优选地，所述第一铜电极上设有第一导电胶贴，所述金属基片背侧设有第二导电胶贴， 所述第一导电胶贴和所述第二导电胶贴分别通过FPC引出负极和正极。

相较于现有技术，本发明压电执行器采用铜电极，在高温高压大功率的条件下驱动，也 不会发生离子的迁移，不会影响产品的性能，从而提高产品的可靠性和保证产品的寿命。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方 式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，

图1：现有压电执行器的银或者银钯电极从机理上存在者迁移的现象图；

图2：本发明的压电执行器的结构示意图之一；

图3：为图2的A-A剖视图；

图4：为图3的B的放大图；

图5：本发明的压电执行器的结构示意图之二；

图6：本发明的压电执行器的结构示意图之三；

图7：本发明的压电执行器的第一铜电极和第二铜电极之间不会发生离子迁移的现象图；

图8：本发明的压电执行器的其中一应用示意图；

图9：本发明的压电执行器在不对称电压工作时的驱动电压示意图；

图10：压电执行器在使用铜电极和银电极时驱动电压-压电特性的示意图；

图11：本发明的压电执行器引出负极和正极的示意图。

各部件名称及其标号

正电极 100

陶瓷片 200

迁移沟道 300

负电极 400

金属基片 1

陶瓷片 2

第一铜电极 3

第二铜电极 4

匹配层 5

留边部 6

阻焊绝缘保护漆 7

胶圈 8

第一导电胶贴 91

第二导电胶贴 92

FPC 93

过孔 94

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具 体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2至图5所示，本发明的压电执行器，包括：金属基片1，所述金属基片1上设有陶 瓷片2，所述陶瓷片2上设有第一铜电极3。所述陶瓷片2通过匹配层5与所述金属基片1连接，所述陶瓷片2与所述匹配层5之间设有第二铜电极4，所述第二铜电极4与所述金属基 片1连通。所述铜电极设于所述陶瓷片2上表面，所述铜电极的面积小于所述陶瓷片2的面 积，设有留边部6，高电压下两电极之间会形成电弧，设有留边部6使得正负电压之间有一 定的安全距离，降低被击穿风险。

如图3和图4所示，所述第一铜电极3和所述第二铜电极4通过烧渗的方式将所述铜电 极附于所述陶瓷片2上，该种附着方式使得电极和陶瓷之间的配合更密切，更稳定可靠，不 容易脱落。所述第一铜电极3和所述第二铜电极4采用厚膜结构，所述铜电极的厚度为7～13 微米，该种厚度的无论是电性能还是其他性能均达到较佳的状态。所述第一铜电极3和所述 第二铜电极4是由铜浆料形成，将铜浆料烧渗在陶瓷片2的上下表面上形成铜电极。所述铜 浆料由粒径0.1～5.0um的铜粉及微量氧化物或者玻璃组成，该种粒径的铜粉更好地附着在陶 瓷片上，也可以适用简单的工艺达到高标准的性能。同时该种铜浆料形成的铜电极的性能较 佳，工艺较简单，可靠性较好。该种铜浆料形成的铜电极在大功率，强电压的条件下，铜电 极的性能稳定，振幅稳定，陶瓷片2不容易被击穿，不会产生迁移沟道，如图7所示。该种 铜浆料形成的铜电极，每毫米耐电压达到1500V以上，同时驱动振幅变大。银浆料作为电极 时，在大功率、强电压的条件下，振幅不稳定，会变小，陶瓷片2会产生迁移沟道，甚至被 击穿，如图1所示，导致产品失去该有的性能。该种铜浆料形成的铜电极的产品，寿命较长， 形成的压电执行器的性能稳定，可适用的场景更加的广泛，提高压电执行器的适用性。

如图5所示，所述第一铜电极3的表面积占所述陶瓷片2表面积的75％～86％，正电极与负 电极之间产生的电弧，不会相互干扰。本实施例中，所述陶瓷片2为圆形的片状，所述第一 铜电极3同样为一圆形，所述留边部6为所述第一铜电极3外侧的圆环。

如图4和图5所示，所述匹配层5为胶水，所述胶水在所述陶瓷片2与所述金属基片1粘贴时产生溢胶。所述溢胶在所述陶瓷片2边缘与所述金属基片1之间形成一个胶圈8。所述胶圈8用以保护所述陶瓷片2，使其不易产品裂纹或受损，延长产品的寿命。

如图4和图5所示，所述第一铜电极3与所述金属基片1之间的表面涂一层阻焊绝缘保 护漆7，将所述第一铜电极3与所述金属基片1间隔开。所述阻焊绝缘保护漆7的厚度为5～15 微米，大大降低高电压下正负极表面形成电弧的风险。所述阻焊绝缘保护漆7覆盖于所述第 一铜电极3外缘、所述留边部6、所述胶圈8以及部分所述金属基片1的表面上，有效地形 成互不干扰的正负极。

如图7所示，所述第一铜电极3与所述第二铜电极4之间，在大功率、高压的前提下，也不会发生离子迁移，产品不会被击穿。利用铜电极形成的压电执行器，是作为制动元器件实现触觉在线的触觉反馈装置，响应速度快，驱动频带宽，振动强度大，振动体验感觉细腻真实，声学噪声小，功耗低。当在所述压电执行器上施加稳态激励信号时，可激发压电执行器发生振动，通过调节压电执行器的不同振动频率得到不同的触觉反馈。

如图8所示，为所述压电执行器的一应用示意图。外部给予所述压电执行器一触觉按压 的力，所述压电执行器导通，将激励稳态信号反馈给MCU处理器进行信号处理，信号处理后会 实现触觉按压对应的功能，同时MCU处理器给出高电压驱动触觉反馈给所述压电执行器。

如图9所示，一般所述压电执行器使用于正负电压对称的驱动电压的前提下，但是本发 明的所述压电执行器在正负电压对称的前提下可以正常工作，但同时可在正负电压不对称的 前提下工作，性能同样稳定可靠，寿命也不会因此受到影响。

如图10所示，为本发明的铜电极的压电执行器的压电特性的表现示意图与传统的银电极 的压电执行器的压电特性的表现示意图的比较。上面的曲线1为铜电极的压电执行器在不同 驱动电压下的压电特性的表现，下面的曲线2为银电极的压电执行器在不同驱动电压下的压 电特性的表现。曲线1在相同的驱动电压下比曲线2的压电特性要高，说明铜电极的压电执 行器的压电性能要比银电极的压电执行器的压电性能要好。同时曲线1的拐点驱动电压均比 曲线2的拐点驱动电压要大，说明铜电极的压电执行器的性能比银电极的压电执行器的性能 要好，还要稳定。即曲线1在驱动电压不同增大的前提下，压电特性也不断提高，但是曲线 1的拐点的出现时间比曲线2的拐点的出现时间要晚，即曲线1的压电特性在不断增长的时 候，曲线2的压电特性的拐点已经出现了，曲线2被击穿的时候，曲线1还在稳步地提升自 身的压电性能。银电极的压电执行器在随着驱动电压不断增大，压电性能达到极限，产品被 击穿，在相同的驱动电压下，铜电极的压电执行器的产品在银电极压电执行器的产品被击穿 的时候，还在稳步增长，说明铜电极的压电执行器适用的驱动电压比银电极的压电执行器适 用的驱动电压要大。

如图11所示，所述第一铜电极3上设有第一导电胶贴91，所述金属基片1背侧设有第二 导电胶贴92，所述第一导电胶贴91和所述第二导电胶贴92分别通过FPC 93引出负极和正极。 所述负极上的FPC 93上设有多个过孔94，方便FPC 93的焊接以及确保焊点的稳定性。

相较于现有技术，本发明压电执行器采用铜电极，在高温高压大功率的条件下驱动，也 不会发生离子的迁移，不会影响产品的性能，从而提高产品的可靠性和保证产品的寿命。

只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为 本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实 施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。