CN110233202A - 层叠型压电元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使施加高电压来长时间使用也能够抑制绝缘击穿和破损的发生的层叠型压电元件,该层叠型压电元件包括:多个压电体层(15)和1个以上内部电极(13)交替地层叠而构成的矩形层叠体(11);和与1个以上内部电极(13)的一个端部13a连接的连接电极,在内部电极的与一个端部(13a)相对的另一个端部(13b),在2个角部(13c)和(13d)的至少一者具有以不连续地形成内部电极的方式而形成的电场缓和区域(16c)和(16d)。
Description
技术领域
本发明涉及层叠型压电元件。
背景技术
在薄型的移动电话和平板电脑等电子设备中,使用矩形的压电元件作为接收器和扬声器等用途。近年来,在这些电子设备中液晶显示画面越来越大画面化,要求更大的变位量。虽然为了得到大的变位量只要提高施加于压电元件的电压即可,但是当提高施加电压来长期使用时,特别是在位于电荷集中的内部电极的角部的压电体层存在产生绝缘击穿的问题。此外,存在在电荷集中的压电元件的内部电极的角部产生裂缝,压电元件发生破损的情况。
因此,为了改善在电极的角部的电荷集中,例如,在专利文献1中提案有一种压电元件,其包括:层叠有多个内部电极和压电体层的俯视为矩形的层叠体;和与多个内部电极的一个端部连接的多个连接电极,多个内部电极的另一个端部的角部形成为缺角状。
此外,在专利文献2中提案有一种压电发音体,其在方形的层叠型压电元件的4个角部各自的附近、在厚度方向上相邻的多个电极中的一部分电极形成有缺口部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5883202号公报
专利文献2:日本特开2011-244379号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,在上述专利文献中记载的压电元件中,由于角部被切除而欠缺,因此在多个内部电极隔着压电体层的结构的层叠型压电元件中,角周边的厚度变薄,在元件面内膜厚变得不均匀。当膜厚不均匀时,存在由于长时间的使用而在压电体层产生裂缝的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供在施加高电压地长时间使用的情况下也能够抑制绝缘击穿和破损的发生的压电元件。
用于解决问题的方式
本发明的发明人进行深入研究的结果是,发现与缺角的形状的内部电极相比,通过采用具有特定的形状的内部电极,即使进一步施加高电压也不易引起电场集中,即使长时间使用也不易发生绝缘击穿和破损,由此完成了本发明。
即,本发明是包括:多个压电体层和1个以上内部电极交替地层叠而成的矩形层叠体;和与1个以上内部电极的一个端部连接的连接电极的层叠型压电元件。
在内部电极的与一个端部相对的另一个端部,在2个角部的至少一者具有以不连续地形成内部电极的方式而形成的电场缓和区域。
此处,“角部”是指包括在内部电极形成为矩形的情况下存在的假想的角及其附近在内的区域。
优选电场缓和区域形成有多个电极欠缺部。
进一步,优选多个电极欠缺部为孔。
发明的效果
根据本发明,能够得到即使施加高电压来长时间使用也能够抑制绝缘击穿和破损的发生的层叠型压电元件。
附图说明
图1是表示本发明的层叠型压电元件的一个实施方式的概略俯视图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是表示一个实施方式的层叠型压电元件的第一内部电极的电场缓和区域的概略俯视图。
图4是说明一个实施方式的层叠型压电元件的第二内部电极的电场缓和区域的概略俯视图。
图5是用于说明电场缓和区域相对于内部电极的面积比的概略俯视图。
图6是表示本发明的层叠型压电元件的另一实施方式的内部电极的概略俯视图。
图7是表示本发明的层叠型压电元件的又一实施方式的内部电极的概略俯视图。
附图标记的说明
10 层叠型压电元件
11 矩形层叠体
12 第一外部电极
22 第二外部电极
13、33、53 第一内部电极
23 第二内部电极
13a、23a、33a、53a 一个端部
13b、23b、33b、53b 另一个端部
13c、13d、23c、23d、33c、33d、53c、53d 角部
14 第一连接电极
24 第二连接电极
15 压电体层
16c、16d、26c、26d、36c、36d、56c、56d 电场缓和区域
13e 电极欠缺部
33e 孔
53e 缺角部
57 岛型的电极部件层
a 内部电极的面积
b 电极欠缺部的面积
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的层叠型压电元件的实施方式进行说明。
参照图1至图3对本发明的层叠型压电元件的一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的层叠型压电元件的一个实施方式的概略俯视图。图2是图1的A-A截面图。
本实施方式的层叠型压电元件10如图1所示那样,在矩形层叠体11的与层叠方向(图1中Z方向)垂直的面(主面)上形成有第一外部电极12和第二外部电极22。第一外部电极12和第二外部电极22分别与后述的第一连接电极14和第二连接电极24连接。
如图2所示,层叠型压电元件10包括:多个矩形的压电体层15和多个矩形的内部电极(13,23)交替地层叠而构成的矩形层叠体11;在矩形层叠体11的一个侧面形成的、与多个第一内部电极13的一个端部13a连接的第一连接电极14;和在矩形层叠体11的与一个侧面相对的另一个侧面形成的、与多个第二内部电极23的一个端部23a连接的第二连接电极24。第一连接电极14和第二连接电极24分别与第一外部电极12和第二外部电极22连接。
层叠型压电元件10在从外部电极(12,22)被施加电压时,在与内部电极(13,23)之间的压电体层15被施加电压,矩形层叠体11沿层叠方向变位。
(内部电极和电场缓和区域)
如图3所示,层叠型压电元件10在第一内部电极13的与一个端部13a相对的另一个端部13b具有在2个角部13c和13d的至少一个角部、第一内部电极13不连续地形成的电场缓和区域16c和16d。
此处,将内部电极沿端面到达角部而整面地形成的呈矩形的状态称为连续,与此相对,将不存在电极材料的区域部分地存在的状态称为“不连续”。
如图3所示,本实施方式的电场缓和区域16c和16d,是在角部13c和13d中第一内部电极13规则地形成有多个电极欠缺部13e的区域。
电场缓和区域16c和16d既可以在多个第一内部电极13中的仅1个第一内部电极13形成,也可以在多个第一内部电极13中的2个以上第一内部电极13形成。
另外,在图3,表示了在第一内部电极13的另一个端部13b的2个角部13c和13d的两者形成有电场缓和区域的情况,但也可以在2个角部13c和13d的一个角部形成。
此外,本实施方式的层叠型压电元件10也可以如图4所示那样,还在第二内部电极23的另一个端部23b的角部23c和23d具有电场缓和区域26c和26d。
本发明的层叠型压电元件10通过在多个第一内部电极13的另一个端部13b的角部13c和13d具有第一内部电极13不连续地形成而成的电场缓和区域16c和16d,能够使施加高电压时对第一内部电极13的角部13c和13d的电荷集中分散,能够抑制压电体层15的绝缘击穿。此外,根据伴随着高电压施加的压电体层15的变形,在压电体层15集中大的应力,但通过在第一内部电极13的角部13c和13d具有电场缓和区域16c和16d能够将应力分散,因此能够抑制压电体层15的破损。
进一步,在现有的层叠型压电元件,使用通过在内部电极的角部设置缺角部来缓和电场集中的结构,不过本发明的电场缓和区域16c和16d与设置有缺角部的层叠型压电元件相比内部电极的厚度整体上相同,因此并不损害层叠型压电元件整体的平坦性。因此,能够良好地抑制在元件的产生裂缝的情况。
此外,进一步,通过设置电极欠缺部13e,能够抑制电极材料的使用量,能够降低层叠型压电元件10的制造成本。
电场缓和区域16c和16d优选如图5所示那样,相对于1个内部电极的俯视的面积a,电场缓和区域的电极欠缺部13e的面积b的合计为0.1%以上20%以下。更优选为0.5%以上10%以下。通过形成为0.1%以上,能够良好地抑制绝缘击穿和破损的发生。而且,通过形成为20%以下,能够维持层叠型压电元件整体的平坦性。
内部电极例如由银(Ag)或银(Ag)—钯(Pd)合金形成。特别是在本发明中,优选内部电极的银的含量多。优选内部电极的银的含量为50重量%以上。
(压电体层)
多个压电体层15由具有压电特性的陶瓷构成。作为具有压电特性的陶瓷,例如能够使用钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3)和碱性铌酸类压电陶瓷等的钙钛矿型氧化物,能够使用不含铅的所谓的非铅类铌酸锂(LiNbO3)和钽酸锂(LiTaO3)等。
关于压电体层15的厚度,从用低电压进行驱动的观点出发,例如优选设定为0.01~0.1mm左右。此外,从增大变位量的观点出发,优选具有200pm/V以上的压电常数d31。
(外部电极)
如图2所示,本发明的层叠型压电元件10包括:与第一内部电极13电连接的第一外部电极12;和与第二内部电极23电连接的第二外部电极22。第一外部电极12设置在层叠型压电元件10的一个主面,第二外部电极22设置在矩形层叠体11的两个主面。外部电极的構成并不限定于本实施方式,第一外部电极12也可以形成在与矩形层叠体11的层叠方向Z垂直的两个主面。
作为外部电极的形成材料,能够使用银和使银中含有以二氧化硅为主成分的玻璃等而构成的银化合物以及镍等。
(连接电极)
如图2所示那样,层叠型压电元件10在与矩形层叠体11的层叠方向Z平行的一个侧面设置有与多个第一内部电极13的一个端部13a连接的第一连接电极14。此外,在矩形层叠体11的与一个侧面相对的另一个侧面,设置有与多个第二内部电极23的一个端部23a连接的第二连接电极24。
作为连接电极的形成材料,能够使用与外部电极同样的银和使银中含有以二氧化硅为主成分的玻璃等而构成的银化合物、镍等。
另外,在本实施方式中,说明了作为将第一外部电极12与第一内部电极13电连接的第一连接电极14具有在交替地层叠压电体层15与内部电极(13,23)而构成的矩形层叠体11的侧面形成有侧面电极的层叠型压电元件10,但也可以以贯通第一内部电极13的一个端部13a和压电体层15的贯通导体代替该侧面电极。
接着,参照图6说明本发明的层叠型压电元件的另一实施方式。
如图6所示,本实施方式的层叠型压电元件10的第一内部电极33在角部33c和33d具有规则地形成有多个孔33e的电场缓和区域36c和36d。
在本实施方式中表示了规则地形成有多个孔33e的电场缓和区域36c和36d,但多个孔33e也可以不规则地形成。
进一步,参照图7说明本发明的层叠型压电元件的另一实施方式。
如图7所示,本实施方式的层叠型压电元件的第一内部电极53具有电场缓和区域56c和56d,该电场缓和区域56c和56d由在角部53c和53d形成的缺角部53e、和在缺角部53e形成的不与第一内部电极53导通的岛型的电极部件层57形成。
在本实施方式中,岛型的电极部件层57不与第一内部电极53导通,对于电场缓和区域的形成范围,岛型的电极部件层57的面积包含在上述的“1个内部电极的俯视的面积a”内来调整电场缓和区域。
在图6和图7中对第一内部电极进行了说明,但第二内部电极也可以同样具有电场缓和区域。
本发明的层叠型压电元件10的形成例如能够通过如下方式进行:准备将上述压电体层15的材料粉末与有机溶剂、粘合剂、增塑剂和分散剂等按规定的比率混合而构成的浆料,例如利用公知的刮刀法等制作陶瓷生片,层叠于内部电极(13,23)和外部电极(12,22),之后在大气中在500℃进行脱粘合剂处理,在大气中在1000℃进行一体烧制。此外,并不限定于刮刀法,例如还能够通过使用将含有压电体层的材料粉末的浆料与含有电极材料的导电膏交替地印刷和层叠的、所谓的浆料积层法等进行层叠,然后通过一体烧制而获得。
本发明的层叠型压电元件优选用作能够搭载于薄型的电子设备、便携式的电子设备等的振动器。
[实施例]
以下,列举实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明的范围并不限定于以下所示的具体例。
[实施例1]
将层厚75μm的压电元件层叠4层,制作长度50mm、宽度8mm、厚度0.3mm的层叠型压电元件。压电体层使用钛酸锆酸铅(PbZrO3-PbTiO3),内部电极使用银(Ag)-钯(Pd)合金。
内部电极取长度48mm和宽度7mm,角部的不连续部分(电场缓和区域)为自角起1mm的范围,形成图3所示的图案。
接着,形成使主成分为银(Ag)的外部电极和连接电极,进行极化。
在实施例1的电场缓和区域,相对于俯视的内部面积a(参照图5),电场缓和区域的电极欠缺部13e的面积b的合计为0.5%。
[实施例2]
角部的不连续部分(电场缓和区域)为在自角起4mm的距离中形成图3所示的图案,除了这一方面以外,与实施例1同样地形成。
电场缓和区域成为电场缓和区域中的电极欠缺部13e的面积b的合计相对于俯视的内部电极面积a为10%。
[比较例1]
除了采用没有不连续部分、而是具有角的矩形的内部电极以外与实施例1同样地制作。
[评估]
对实施例和比较例的层叠型压电元件,焊接配线来进行HALT(Highlyaccelerated limit test:高加速极限试验)的HALT试验中,在具有电场缓和区域的实施例1和实施例2中,将90Vpp施加的复合步骤试验进行5个循环也没有异常,在没有电场缓和区域的比较例1中,在试验中发生异常,产生裂缝。
由以上说明可知,本发明的层叠型压电元件由于具有电场缓和区域,即使长时间使用也能够抑制绝缘击穿和破损的发生,具有高的可靠性。
Claims (3)
1.一种层叠型压电元件,其包括:多个压电体层和1个以上内部电极交替地层叠而成的矩形层叠体;和与所述1个以上内部电极的一个端部连接的连接电极,该层叠型压电元件的特征在于:
在所述内部电极的与一个端部相对的另一个端部,在2个角部的至少一者具有以不连续地形成内部电极的方式而形成的电场缓和区域。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件,其特征在于:
所述电场缓和区域形成有多个电极欠缺部。
3.如权利要求2所述的层叠型压电元件,其特征在于:
所述电极欠缺部为孔。
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