CN101552318A - 多层压电驱动器的制造方法和多层压电驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层压电驱动器的制造方法和多层压电驱动器，属于压电器件领域。方法包括：将陶瓷粉体进行湿法研磨，加入粘合剂后流延成膜，冲片后烧制成多个陶瓷片，在每个陶瓷片的两面上印刷内部电极层和内部绝缘层，将多个陶瓷片交互层叠后烧制成一体化多层陶瓷，在两个相对侧面上印刷烧制外部电极，然后整体极化制成多层压电驱动器。多层压电驱动器包括至少两个交互层叠的内电极压电陶瓷体，相邻的两个内电极压电陶瓷体之间通过内部电极层接合，内部电极层的一端有内部绝缘层，另一端连接于外部电极，相邻的两个内部绝缘层分处内电极压电陶瓷体的两端。本发明中的多层压电驱动器能量转换效率有较大提高，且微观缺陷较少，可靠性得到了保障。
Description
技术领域
本发明涉及压电器件领域，特别涉及一种多层压电驱动器的制造方法和多层压电驱动器。
背景技术
近年来，随着微电子和微机械设备的发展，对体积小、位移量大、结构牢固、低电压驱动的微位移器件的需求非常迫切。
现有技术中具有上述特性和功能的多层压电驱动器通常采用以下两种方式来实现：第一种方式是将数个直至数百个极化好的压电陶瓷片采用有机粘合剂沿着厚度方向交互层叠。这种方法得到的多层压电驱动器在工作时，由于有机粘合剂的存在会产生层与层之间的蠕变，从而导致能量转换的效率较低；第二种方式是在陶瓷的生坯片上涂覆内部电极，沿着厚度方向交互层叠，并经煅烧而成一体化。在煅烧过程中，由于内部电极与陶瓷之间相互渗透，容易造成各种微观缺陷，这种方法得到的多层压电驱动器虽然能量转换效率较高，但是可靠性得不到保障。
发明内容
为了使多层压电驱动器既具有较高的能量转换效率又具有好的可靠性，本发明提供了一种多层压电驱动器及其制造方法。所述技术方案如下：
一种多层压电驱动器的制造方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将陶瓷粉体进行湿法研磨，加入粘合剂后流延成膜，冲片后烧制成多个陶瓷片；
步骤2：在所述每个陶瓷片的两面上，印刷内部电极层和内部绝缘层；
步骤3：构成所述一体化的多层陶瓷的顶层和底层的两片陶瓷片的厚度为0.3～3毫米厚，且仅在单面印刷有内部电极层和内部绝缘层，以便与双面印刷有内部电极层和内部绝缘层的陶瓷片交互层叠。
步骤3：将所述多个印刷有内部电极层和内部绝缘层的陶瓷片沿着厚度方向交互层叠后，烧制成一体化的多层陶瓷；
步骤4：在所述一体化的多层陶瓷的两个相对侧面上印刷和烧制外部电极；
步骤5：对所述烧制好外部电极的一体化的多层陶瓷进行极化，制成多层压电驱动器。
所述陶瓷粉体的颗粒度为0.5～2.0微米。
所述流延膜的厚度为10～200微米。
所述陶瓷片的烧制温度为950～1300℃。
所述内部绝缘层的宽度不小于10微米。
所述一体化陶瓷的层数为2～1000。
所述一体化陶瓷的烧制温度为600～1100℃。
所述一体化陶瓷的外部电极的烧制温度为550～900℃。
所述内部电极层中的导电材料为钯与银的合金，所述钯的重量比为0～30％。
所述内部绝缘层中的粘结材料为玻璃，所述玻璃的软化点温度为350～900℃，成分为PbO、BaO、CaO、SiO2、Al2O3、ZnO、B2O3、Bi2O3、MgO、SrO、K2O和Na2O中的至少三种。
所述外部电极中的导电材料为重量比为100％的银。
一种多层压电驱动器，包括至少两个交互层叠的内电极压电陶瓷体，相邻的两个内电极压电陶瓷体之间通过内部电极层接合，所述内部电极层的一端有内部绝缘层，另一端连接于外部电极，相邻的两个内部绝缘层分处内电极压电陶瓷体的两端。
所述压电陶瓷片的层数为2～1000。
所述内部绝缘层的宽度不小于10微米。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、制造成本低，采用电容级纯度的原材料即可制造出本发明的陶瓷介质以及玻璃材料，采用流延制膜工艺，陶瓷介质的厚度一致性有较大改善，并且可通过改变生坯的层叠数量而任意选择，陶瓷介质致密度高，电性能优良且一致性好，有利于规模化生产。
2、由于不采用有机粘合剂，消除了压电陶瓷层与层之间的蠕变，能量转换效率得到了较大提高。
3、由于烧制温度比现有技术中烧结的温度约低200℃以上，而且内部电极与陶瓷之间的相互渗透小，微观缺陷较少，可靠性得到了保障。
4、通过本发明的工艺方法，解决了电气性能和可靠性不能同时得到满足的矛盾，为该产品的市场普及提供了质量保证和产量保证。
附图说明
图1是本发明提供的多层压电驱动器的制造方法流程图；
图2是本发明提供的多层压电驱动器的厚度方向断面示意图；
图3是本发明提供的多层压电驱动器的电压-微位移曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种多层压电驱动器的制造方法，在单个陶瓷片上印刷内部电极层和内部绝缘层，沿着厚度方向将多个陶瓷片交互层叠，并经烧制而成一体化的多层陶瓷，然后在多层陶瓷上印刷外部电极，然后整体极化，制成多层压电驱动器。其中内部电极层能保持内部电极连续性且具有足够粘结力，内部绝缘层能保持所需的绝缘性且具有足够粘结力。
参见图1，本发明提供的多层压电驱动器的制造方法，具体包括如下步骤：
步骤1：将颗粒度为0.5～2.0微米的多层压电驱动器的陶瓷粉体进行湿法研磨；加入粘合剂后流延成膜，流延膜厚度为10～200微米；冲片后按20～300片叠合整齐，平放于承烧板上，在950～1300℃下烧成单个陶瓷片，保温时间0.5～2.5小时。重复上述过程得到多个陶瓷片。
步骤2：在得到的多个陶瓷片中的每个陶瓷片的两面上，位于边缘处印刷内部绝缘层并烘干，其余处印刷内部电极层并烘干。内部绝缘层的宽度根据需要可以进行调整，一般不小于10微米。
其中，内部电极层中的导电材料为钯与银的合金，其中，钯的重量比为0～30％。
将钯粉、银粉以及其他无机粉末加入到乙基纤维素、无水乙醇、环己酮中，经研磨制成适宜于丝网印刷的内电极浆料。
内部绝缘层中的粘结材料为玻璃，该玻璃的软化点的温度为350～900℃，成分为PbO、BaO、CaO、SiO2、Al2O3、ZnO、B2O3、Bi2O3、MgO、SrO、K2O和Na2O中的至少三种。通过选择玻璃的软化点就能达到烧制后的内部绝缘层既具有足够大的粘结强度又具有足够高的绝缘性。
步骤3：将上述多个印刷有内部绝缘层和内部电极层的陶瓷片沿着厚度方向交互层叠后，烧制成一体化的多层陶瓷。陶瓷片的个数在2～1000片之间，并在600～1100℃下烧制成一体化的多层陶瓷，该一体化的陶瓷的层数也在2～1000之间。
另外，由于内部电极层和内部绝缘层是同时烧制的，因此在步骤2中选择玻璃的软化点及其成分时，应使这两种浆体的烧制温度尽可能相同或相近。
步骤4：对上述一体化的陶瓷进行表面研磨、抛光等机械加工后，在一体化的陶瓷的两个相对侧面上各印刷和烧制两个外部电极。每个外部电极都与所在陶瓷侧面上引出的所有内部电极相连。外部电极的烧制温度一般在550～900℃。
其中，外部电极中的导电材料为重量比为100％的银。
步骤5：对上述烧制好外部电极的一体化陶瓷进行整体极化，制成多层压电驱动器。
参见图2，本发明还提供了一种多层压电驱动器，具体包括至少两个交互层叠的内电极压电陶瓷体1，相邻的两个内电极压电陶瓷体之间通过内部电极层2接合，内部电极层2的一端有内部绝缘层3，另一端连接有外部电极4，相邻的两个内部绝缘层3分处内电极压电陶瓷体1的两端。
其中，内电极压电陶瓷体1的个数为2～1000个，内部绝缘层3的宽度不小于10微米。
本实施例中，多层压电驱动器的结构为长方体，如图2所示。多层压电驱动器的尺寸为：7×7×15mm，层叠数量为150层。
本实施例采用PZT系软性压电陶瓷配方作为多层压电驱动器的材料，材料性能参数：径向机电耦合系数Kp＝0.68，介电常数ε33/ε0＝2500，介电损耗tgδ＝0.4％，应变常数d33＝750PC/N，机械品质因数Qm＝100，并且在自由状态机械共振时具有高的机械强度。
本发明提供的多层压电驱动器能量转换效率得到了较大提高，电性能优良且一致性好。图3为本发明提供的多层压电驱动器的电压-微位移曲线图，横坐标为电压，纵坐标为微位移，上下两条曲线分别为对多层压电驱动器加电压和减电压时得到的微位移曲线。从图中可以看出，本发明提供的多层压电驱动器的微位移量比常规产品大一倍以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1、一种多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将陶瓷粉体进行湿法研磨，加入粘合剂后流延成膜，冲片后烧制成多个陶瓷片；
步骤2：在所述每个陶瓷片的两面上，印刷内部电极层和内部绝缘层；
步骤3：将所述多个印刷有内部电极层和内部绝缘层的陶瓷片沿着厚度方向交互层叠后，烧制成一体化的多层陶瓷；
步骤4：在所述一体化的多层陶瓷的两个相对侧面上印刷和烧制外部电极；
步骤5：对所述烧制好外部电极的一体化的多层陶瓷进行极化，制成多层压电驱动器。
2、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述陶瓷粉体的颗粒度为0.5～2.0微米。
3、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述流延膜的厚度为10～200微米。
4、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述陶瓷片的烧制温度为950～1300℃。
5、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述内部绝缘层的宽度不小于10微米。
6、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述一体化陶瓷的层数为2～1000。
7、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述一体化陶瓷的烧制温度为600～1100℃。
8、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述一体化陶瓷的外部电极的烧制温度为550～900℃。
9、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述内部电极层中的导电材料为钯与银的合金，所述钯的重量比为0～30％。
10、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述内部绝缘层中的粘结材料为玻璃，所述玻璃的软化点温度为350～900℃，成分为PbO、BaO、CaO、SiO2、Al2O3、ZnO、B2O3、Bi2O3、MgO、SrO、K2O和Na2O中的至少三种。
11、根据权利要求1所述的多层压电驱动器的制造方法，其特征在于，所述外部电极中的导电材料为重量比为100％的银。
12、一种多层压电驱动器，其特征在于，包括至少两个交互层叠的内电极压电陶瓷体，相邻的两个内电极压电陶瓷体之间通过内部电极层接合，所述内部电极层的一端有内部绝缘层，另一端连接于外部电极，相邻的两个内部绝缘层分处内电极压电陶瓷体的两端。
13、根据权利要求12所述的多层压电驱动器，其特征在于，所述压电陶瓷片的层数为2～1000。
14、根据权利要求12所述的多层压电驱动器，其特征在于，所述内部绝缘层的宽度不小于10微米。
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Effective date of registration: 20110525 Address after: 526060, A, B building, south side of Village Road, 121 District, Duanzhou District, Guangdong, Zhaoqing Applicant after: JC Electronic Technology Co., Ltd. Address before: 100840 No. 49, unit 1, Ma Temple, Beijing, Haidian District 403 Applicant before: Tian Wei Co-applicant before: Ou Ming Co-applicant before: Jiang Zhishui |
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Application publication date: 20091007 |