多层压电陶瓷执行器及电子设备的制作方法

本技术涉及电子设备领域，具体涉及一种多层压电陶瓷执行器及电子设备。

背景技术：

1、多层压电陶瓷执行器在马达、换能器、屏幕发声等场景具有广泛的应用前景，以屏幕发声为例，压电陶瓷器件贴于屏幕或辐射面背后可驱动电子设备的屏幕发声或任意辐射面发声，实现提高发声响度、提供指向性、减少通话漏音等功能，目前的多层压电陶瓷执行器灵敏度不高，从而存在不足。

技术实现思路

1、为了解决目前多层压电陶瓷执行器灵敏度不高的问题，本技术实施方式提供一种多层压电陶瓷执行器及电子设备，通过设置至少一组第一压电陶瓷层组，其靠近外侧边缘的压电陶瓷层的压电材料层层厚小于中间层的压电材料层层厚，从而使得驱动时，靠近上下表层的应力低于中间层的应力，使得应力分布趋于均匀，解决了器件整体在振动时的位移量因应力不均匀导致的位移量受限的问题，提高了多层压电陶瓷执行器的位移量和灵敏度。

2、本技术第一方面实施方式提供一种多层压电陶瓷执行器，包括：间层设置的n+1层金属电极层和n层压电陶瓷层，每层压电陶瓷层包括压电材料层，至少存在一组包括两层压电陶瓷层的第一压电陶瓷层组，所述第一压电陶瓷层组满足：在沿中间的金属电极层向最外层金属电极层延伸的方向上，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚为x，相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚为y，且x小于y；其中，n为大于2的整数，x和y均大于0。

3、本技术提供的多层压电陶瓷执行器，发明人发现导致目前多层压电陶瓷层的位移量受限的原因在于弯曲时靠近表层的压电陶瓷层和靠近中心的压电陶瓷层的应力不同，且表层需要的应力更大，中心需要的应力小，导致同厚度设置的压陶瓷层时，中心处的压电陶瓷层的应力浪费，或者抑制了靠近表层的压电陶瓷层的应力变化，导致位移量受到限制，发明人基于此通过本技术的至少存在一组第一压电陶瓷层组，该第一压电陶瓷层组中包括的两层压电陶瓷层的压电材料层层厚不相同，且靠近表层的压电陶瓷层的压电材料层层厚小于远离表层的压电陶瓷层的压电材料层层厚，从而至少一组第一压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层在弯曲时应力趋于一致，从而至少部分压电陶瓷层不会应力浪费或应力抑制，增大了目前多层压电陶瓷执行器的位移量以及提高了多层压电陶瓷执行器的灵敏度。

4、在本技术可选的实施方式中，所述第一压电陶瓷层组包括多组，且至少一组第一压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层之间间隔一层所述金属电极层。这样一来，首先第一压电陶瓷层组的数量大于1组，因此在弯曲时整体应力更加均一，当第一压电陶瓷层组的数量达到最大时，可以保证整体振动时的位移量最大化，使得灵敏度达到多层压电陶瓷执行器的极限；同时当第一压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层是相邻的时候，可以使得相邻两个压电陶瓷层的应力均一，从而可以形成应力沿靠近表层的方向逐层增大，最大化第一压电陶瓷层的数量，从而可以使得第一压电陶瓷层组的数量达到最大。

5、在本技术可选的实施方式中，所述第一压电陶瓷层组包括多组，且每组第一压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层之间间隔至少一层压电陶瓷层和多层金属电极层。这样一来，第一压电陶瓷层组的数量大于1组，因此在弯曲时整体应力更加均一。

6、在本技术可选的实施方式中，沿朝向所述最外层金属电极层的方向，每层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚逐层降低，任意相邻或者不相邻两层压电陶瓷层构成一组所述第一压电陶瓷层组。本实施方式中，由于每层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚逐层降低：相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚小于相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电材料层层厚，从而本实施方式任意两层压电陶瓷层均可构成一组所述第一压电陶瓷层组。

7、在本技术可选的实施方式中，至少存在一组包括两层压电陶瓷层的第二压电陶瓷层组，所述第二压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层的压电材料层层厚相等。在本技术实施例中同样至少存在一组第二压电陶瓷层组，该第二压电陶瓷层组中的压电材料层层厚相等，这样一来可以通过其他方式实现应力沿朝向最外层金属电极层逐层增加，此外也不会增加压电材料层层厚。

8、在本技术可选的实施方式中，在每个第二压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的应力大于相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的应力。这样一来，基于本技术发明人的发现，目前压电材料层层厚相等的多层压电陶瓷执行器的靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力浪费以及外层应力被抑制导致位移量受到限制，因此本实施方式通过设置压电材料层层厚相等的第二压电陶瓷层中的应力分布，即相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的应力大于相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的应力，这样一来内层在电场作用下产生的应力小，外层在电场作用下产生的应力大，靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力没有浪费，而外层应力不会被抑制，提高位移量。

9、需要说明的是，本技术的应力虽然是力学性能，但是应力不同会形成不同结构特性，例如应力不同在弯曲时形成的弯曲度，或者位移量不同，从而应力分布的设置同样属于结构差异。

10、在本技术可选的实施方式中，在每个压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的极化程度大于相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的极化程度。具体的，压电陶瓷在烧成之后要置于强直流电场下进行极化处理，经过极化处理后的压电陶瓷会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质，简单说就是经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷(在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷)，由于极化电压不同，因此压电性质不同，从而不同极化成都的压电陶瓷层表面的束缚电荷各不相同，进而在结构方面存在差异，本实施方式可用于第一压电陶瓷层组和第二压电陶瓷层组。

11、在本技术可选的实施方式中，在每个压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层对应的两侧金属电压层耦接第一电源，相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层对应的两侧金属电压层耦接第二电源，其中所述第一电源的输出电压高于第二电源的输出电压。这样一来，通过在靠近外层的金属电极层耦接的电源电压大于靠近中央的金属电极层耦接的电压，从而在通电时，采用不同的电压驱动，外层使用大电压驱动，内层使用小电压驱动，使外层电场作用下产生的应力大，内层电场作用下产生的应力小，这样一来内层在电场作用下产生的应力小，外层在电场作用下产生的应力大，靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力没有浪费，而外层应力不会被抑制，提高位移量，本实施方式可用于第一压电陶瓷层组和第二压电陶瓷层组。

12、在本技术可选的实施方式中，在每个压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电系数高于相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层的压电系数。这样一来，通过将靠近外层的压电陶瓷层的压电系数高于内层压电陶瓷层，使外层电场作用下产生的应力大，内层电场作用下产生的应力小，这样一来内层在电场作用下产生的应力小，外层在电场作用下产生的应力大，靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力没有浪费，而外层应力不会被抑制，提高位移量，本实施方式可用于第一压电陶瓷层组和第二压电陶瓷层组。

13、在本技术可选的实施方式中，在每个压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层内形成第一无压电介质层，相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层内形成第二无压电介质层，所述第一无压电介质层的层厚小于所述第二无压电介质层的层厚。这样一来，由于无压电介质层电场作用下不会形成压电效应，但因占用一定层厚，因此降低了压电材料层的所处电场的场强，使得压电材料层在电场作用下产生的应力变小，因此无压电介质层越厚，则整个压电陶瓷层在电场作用下形成的应力越小，由于第一无压电介质层小于第二无压电介质层，因此外层电场作用下产生的应力大，内层电场作用下产生的应力小，这样一来内层在电场作用下产生的应力小，外层在电场作用下产生的应力大，靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力没有浪费，而外层应力不会被抑制，提高位移量，本实施方式可用于第一压电陶瓷层组和第二压电陶瓷层组。

14、在本技术可选的实施方式中，在每个压电陶瓷层组中，相对靠近最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层为实心结构，相对远离最外层金属电极层的一层所述压电陶瓷层内形成一无压电介质层。本实施例中通过仅在内层压电陶瓷层中形成一定压电材料层层厚的无压电介质层，而在外层设置为实心的压电材料结构，这样一来，由于无压电介质层中电场作用下不会形成压电效应，但因占用一定层厚，因此降低了压电材料层的所处电场的场强，使得压电材料层在电场作用下产生的应力变小，因此存在无压电介质层的压电陶瓷层的应力较小，从而在第一压电陶瓷层组中将相对远离最外层金属电极层的压电陶瓷层中配置无压电介质层，可以降低电场作用下产生的应力，形成外层电场作用下产生的应力大，内层电场作用下产生的应力小，这样一来，靠近中心的压电陶瓷层在电场作用下产生的应力没有浪费，而外层应力不会被抑制，提高位移量，本实施方式可用于第一压电陶瓷层组和第二压电陶瓷层组。

15、在本技术可选的实施方式中，沿朝向所述最外层金属电极层的方向，压电陶瓷层中的无压电介质层层厚依次提高，任意相邻或者不相邻两层压电陶瓷层构成一组压电陶瓷层组，这样一来，通过层层递进的方式，可以使得每一层压电陶瓷层应力分布恰当，每一层应力都不会被抑制，从而全方位地提高了位移量。

16、至少一层压电陶瓷层两侧的金属电极层的电压相同，该两侧金属电极层的电压相同的压电陶瓷层形成空膜层。这样一来，通过将一层压电陶瓷层两侧的金属电极层的电压差设置为零，则该层压电陶瓷层未产生电场，则该层压电陶瓷层相当于空膜结构，形成空膜层，由于未形成电场，则该层压电陶瓷层未产生应力，可以在其他压电陶瓷层在电场作用下弯曲时对该层空膜层施加弯曲的作用力而形成弯曲，从而该层和两侧临近的压电陶瓷层在电场作用下的总应力降低，对于内层压电陶瓷层而言，不会形成应力浪费。

17、本技术第二方面实施方式提供一种电子设备，包括如上所述的多层压电陶瓷执行器。本技术的电子设备，由于配置有多层压电陶瓷执行器，由于该第一压电陶瓷层组中包括的两层压电陶瓷层的压电材料层层厚不相同，且靠近表层的压电陶瓷层的压电材料层层厚小于远离表层的压电陶瓷层的压电材料层层厚，从而至少一组第一压电陶瓷层组中的两层压电陶瓷层在弯曲时应力趋于一致，从而至少部分压电陶瓷层不会应力浪费或应力抑制，增大了目前多层压电陶瓷执行器的位移量以及提高了多层压电陶瓷执行器的灵敏度。