共同极化的压电器件的制作方法

专利名称：共同极化的压电器件的制作方法
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(A1N)、氮化钡 (BN)以及钛酸钡(BaTi03)。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PbtZrJiiJC^ (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时间的，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。


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。
具体实施例方式图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 —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) 0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e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9的几度额定值夸 大了节距角9。此外，在以正节距示出滑块14的同时，节距角e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9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(A1N-1和A1N-2)比较的、经极化的铁电PZT器件(PZT-l、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(A1N)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A1N材料尤其真实，不管参数d33 是相当低的或相当高的(分别为A1N-1和A1N-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DiK定义的那样。即Dj = dij o j+ e ijEj, (1)其中压电张量du、应力矢量o」以及介电常数张量(或介电常数矩阵)￡ iJO对于 传感器应用，一般取所施加的场E」为零，而通过常数项来标定d33 (以及压电矩阵的其它 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°C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A1N型器 件较大的响应。根据基线比较(A1N-1或A1N-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，≥5X)。样品PZT-3(升高的温度)的平均响应比每个基线A1N器件的平均响应高大 约六又二分之一倍( 6. 5X)。当使压电薄膜厚度最优化时，理论响应是基线A1N器件的 响应的10或更多倍(≥10 X)，并且可能大20到25倍(≥20-25 X)。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时间和极化步骤 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 —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 —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(el)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 —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、时间和温 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(PA)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 大地减少了处理时间。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，以便减少制造时间和成本。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(el)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 —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。
权利要求
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°C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。
全文摘要
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。
文档编号H01L41/22GK101989642SQ201010217149
公开日2011年3月23日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年8月4日
发明者C·E·霍金森, D·P·伯班克, J·S·赖特, M·C·考茨基 申请人:希捷科技有限公司