MEMS鈸式壓電復合換能器可行性研究.pdf

1、微型傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器，與傳統(tǒng)的傳感器相比，由于其尺寸微小，可減小系統(tǒng)中的無效體積，降低功耗和試樣用量，成本低，而且響應快，可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點，有著廣泛的應用前景。鈸式壓電復合換能器由兩片類似打擊樂器鈸(Cymbal)的金屬平頂錐殼夾著一片壓電陶瓷晶片構成，其中PZT-5A壓電陶瓷作為壓電相，黃銅為壓電換能器的電極。特殊的端帽形狀通過內腔為鈸式的金屬電極與陶瓷界面的應

2、力轉換作用，改變陶瓷界面的應力分布，使壓電陶瓷的橫向應力轉換并放大成縱向應力，從而使得該結構的縱向壓電常數d33e較典型壓電陶瓷高許多倍?？v向等效壓電常數增加的多少取決于端帽的物理參數和尺寸大小，這些結論適用于常規(guī)鈸式壓電復合換能器，微小尺寸的鈸式壓電復合換能器是否具有相關性能需要進一步研究。本論文主要是根據鈸式壓電復合換能器工作原理，在鈸式壓電復合換能器微型化集成化方面，開展MEMS鈸式壓電復合換能器可行性研究。內容主要包括以下幾個方

3、面： (1)制作宏觀結構鈸式壓電復合換能器，進行器件力與位移性能關系測試以及等效壓電常數d33e與鈸式壓電復合換能器形狀參數的性能關系測試，分析實驗數據從而確定MEMS鈸式壓電復合換能器器件研究的尺寸范圍； (2)分別在ANSYS和Intellisuite兩種MEMS CAD軟件中創(chuàng)建鈸式壓電復合換能器微小尺寸實體模型，通過施加載荷分析鈸式換能器在MEMS技術尺寸范圍內的性能，包括模擬分析MEMS鈸式壓電復合換能器的力與

4、位移的性能關系以及等效壓電常數西d33e與MEMS鈸式壓電復合換能器形狀參數的性能關系；研究MEMS鈸式壓電換能器基陣，從而討論MEMS鈸式壓電復合換能器研制理論上的可行性，得出結論； (3)分析設計MEMS鈸式壓電復合換能器的工藝流程，在Intellisuite軟件中實現(xiàn)其工藝仿真和給出相應結構參數；研究MEMS鈸式壓電復合換能器加工制備工藝的可行性； (4)研究等靜壓壓電常數的測試方法，將設計的等靜壓壓電常數測試系統(tǒng)