CN1307368A - 压电元件及其制造方法 - Google Patents

压电元件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1307368A
CN1307368A CN01103085A CN01103085A CN1307368A CN 1307368 A CN1307368 A CN 1307368A CN 01103085 A CN01103085 A CN 01103085A CN 01103085 A CN01103085 A CN 01103085A CN 1307368 A CN1307368 A CN 1307368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
electrodes
piezoelectrics
piezoelectric element
pottery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN01103085A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1244961C (zh
Inventor
安藤阳
林宏一
木村雅彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN1307368A publication Critical patent/CN1307368A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1244961C publication Critical patent/CN1244961C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
    • H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49005—Acoustic transducer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49011—Commutator or slip ring assembly
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/4908—Acoustic transducer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49126—Assembling bases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种压电元件包含具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷,且具有沿厚度方向选中并取向的C轴。在该压电体陶瓷中,垂直于所选中和沿其取向的C轴形成直线形电极。给在压电体陶瓷的两个端面上暴露的电极覆盖导电材料和绝缘材料。在沿宽度方向排列的电极的两侧上,沿相反的方向对压电体陶瓷进行极化。此外,在形成导电材料和绝缘材料的面上形成外部电极,从而这两组电极以交叉指型电极的形式排列。

Description

压电元件及其制造方法
本发明涉及压电谐振器，尤其涉及用作通信滤波器和时钟发生器中的振荡器的压电元件。
作为一种常规的压电元件，公知的是垂直于压电体陶瓷(具有分层钙钛矿结构)的取向轴对压电体陶瓷进行极化而制造的压电元件。在这种压电元件中，在压电体陶瓷的两个端面上都形成电极。可通过施加极化方向的电场来激励压电振动。
此外，本发明的发明人已提出这种类型的压电元件，其中在单片压电体陶瓷的前、后主表面上形成交叉指型电极以进行激励。此压电元件不使用具有大量步骤的层叠过程。相应地，该压电元件可在工业上方便地利用，且具有高度可靠性，它在优化电极界面与陶瓷的耦合方面没有问题。
参考通过在具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷的两个端面上都形成电极并沿垂直于取向轴的方向极化而制造的压电元件，压电元件必须具有沿电场施加方向延伸的片状或杆状结构。这种结构的问题是静电电容低，阻抗高，从而难于实现电路的阻抗匹配。
此外，相对于在单片压电体陶瓷的一个主表面(后主表面)上形成交叉指型电极的压电元件而言，在高频下使用该压电元件时，必须减小元件的厚度以对整个元件进行极化。这样所引起的问题是，在高频下使用该压电元件时，不能增强该元件的机械可靠性。
相应地，本发明的一个主要目的是提供这样一种压电元件，即使在该元件使用具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷时，它也具有低阻抗、高机电系数以及高频低损耗特性。
此外，本发明的另一个目的是提供一种制造以上压电元件的方法。
为了实现以上的目的，依据本发明，提供了一种压电元件，它包括具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，该压电体陶瓷至少沿其晶轴的C轴取向，基本上垂直于C轴的取向对此压电体陶瓷进行极化，在基本上平行于压电体陶瓷的极化方向的各平面上设置多个电极，在压电体陶瓷中，多个电极如此排列，从而连到某一电位的电极与连到另一电位的电极包含相邻的部分。
最好，多个电极以交叉指型电极的形式排列。
可沿C轴的取向在多级上设置多个电极。在此情况下，把相互重叠的电极连到同一电位。
最好，在相互重叠的一些电极与相互重叠的另一些电极之间沿两个相反的方向对压电体陶瓷进行极化。
此外，依据本发明，提供了一种制造压电元件的方法，该方法包括以下步骤：形成具有分层钙钛矿结构的压电体材料，以制备生板材(green sheet)；印刷电极糊，从而多个印刷的电极糊在生板材上基本上相互平行地排列；层叠生板材，从而印刷的电极糊分别插入压电体材料之间，从而形成一层叠体；以及烧制该层叠体，其后，对经烧制的层叠体进行极化，在压电体材料的C轴的取向基本上平行于层叠体的层叠方向后，基本上垂直于C轴的取向对压电体材料进行极化。
在本发明的压电元件中，使用具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，至少选择晶轴的C轴并沿该轴取向，基本上垂直于该取向轴对此压电体陶瓷进行极化，在平行于极化方向的平面上设置多个电极。从而，可基本上垂直于压电体陶瓷的C轴来施加电场。此外，压电体陶瓷的极化方向的一个分量基本上垂直于被选中并沿其取向的C轴。因此，可实现单模式压电振动。
最好，多个电极以交叉指型电极的形式排列，从而沿以上方向施加电场。
在此压电元件中，可沿C轴的取向在多级上设置电极。此时，相互重叠的电极连到同一电位。因而，可沿与极化方向相同的区域中的同一方向来施加电场。
此外，最好，在相互重叠的一些电极与相互重叠的另一些电极之间沿两个相反的方向对压电体陶瓷进行极化。从而，形成这样的区域，其中沿垂直于所选中并沿其取向的C轴的相反方向对陶瓷进行极化。分别沿与极化方向相同的方向施加电场，从而可获得单模式压电振动。
从以下参考附图对本发明实施例的详细描述，将使本发明的上述目的、其它目的、特征和优点变得更加明显起来。
图1是示出本发明压电元件的一个例子的透视图；
图2示出在图1的压电元件中所使用的压电体陶瓷的一个端面；
图3是图2所示压电体陶瓷的分解透视图；
图4示出本发明压电元件的电极排列的另一个例子；
图5示出本发明压电元件的电极排列的再一个例子；
图6示出本发明压电元件的电极排列的又一个例子；
图7示出本发明的压电元件中所使用的压电体陶瓷另一个例子的一个端面；
图8是图7所示压电体陶瓷的分解透视图；
图9示出在制造图1的压电元件中所使用的板材上的内部电极图案；
图10示出在图9层叠板材的步骤中的板材层叠和电极的排列；
图11示出切割通过烧结图10步骤中获得的层叠体而产生的烧结体以形成元件的方法；
图12示出在通过图11步骤中的切割而获得的元件的切割面上形成导电材料和绝缘材料的方法；
图13示出用于测量本发明例子中图12的元件的特性的电极连接；
图14示出常规的多层型压电元件的一个例子；以及
图15示出常规的杆状压电体的压电元件的一个例子。
图1是示出本发明的压电元件的一个例子的透视图。压电元件10包含压电体陶瓷12。如图2所示，在压电体陶瓷12中形成多个电极14。所形成的这些电极14相互平行，从而在多个层16上沿宽度方向延伸。把这些层16层叠在一起，从而形成包含多个电极14的压电体陶瓷12。如此层叠这些层16，从而在各层16上形成的这些电极14沿厚度方向相互重叠。
压电体陶瓷12具有分层钙钛矿结构，从晶轴中选择C轴并沿厚度方向取向。这里，C轴指晶体的长轴。即，在压电体陶瓷12中，C轴如此取向，从而变为垂直于电极14。此外，沿纵向对压电体陶瓷12进行极化。即，压电体陶瓷12的极化方向基本上垂直于所选中并沿其取向的C轴。此时，如图2中的箭头所示，如此对压电体陶瓷12进行极化，从而在沿压电体陶瓷12的厚度方向排列的电极14的两侧，极化方向相反。
此外，给沿压电体陶瓷12的厚度方向排列的电极14分别覆盖导电材料18和绝缘材料20。在此情况下，在压电体陶瓷12的一个侧面上，导电材料18和绝缘材料20交替排列。在压电体陶瓷12的另一侧面上，给在压电体陶瓷的一个侧面上覆盖有导电材料18的电极覆盖绝缘材料20，而给覆盖有绝缘材料20的电极覆盖导电材料18。
此外，如图1所示，沿压电体陶瓷12的宽度方向在两个端面上都形成外部电极22和24。相应地，内部电极14经由在压电体陶瓷12的一个侧面上形成的导电材料18电气连接到外部电极22。此外，内部电极14经由在压电体陶瓷12的另一侧面上形成的导电材料18电气连接到外部电极24。因而，在一侧连接到外部电极22的电极14与在另一侧连接到外部电极24的电极14以交叉指型电极的形式排列。
在压电元件10中，可通过使信号输入到外部电极22和24来激励压电振动，从而在以交叉指的形式排列的电极14之间施加了一个电场。此时，基本上垂直于被选中并沿其取向的C轴，把电场加到具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷12上。因而，可激励单模式压电振动，并可增加机电系数。此外，由于所形成的电极14在压电体陶瓷12中相邻，所以可增加连接到外部电极22和24的电极14之间的静电容。因而，可提供具有低阻抗的压电元件。相应地，可容易地实现压电元件10与电路之间的阻抗匹配。此外，在压电元件10中，在电极14与相邻的电极14之间引起极化。相应地，与单片压电元件相对比，不必减小在高频下使用的元件的厚度，可保证高的机械强度。
如图4所示，参考连接到两个外部电极22和24的交叉指形式的电极，可交替排列连接到电极22和24之一的两个梳齿状电极构成的一组电极与连接到电极22和24中另一个的两个梳齿状电极构成的一组电极。此外，如图5所示，可把梳齿状电极的一部分连接到同一外部电极，从而可不把电场加到图5所示的这部分梳齿状电极。此外，如图6所示，可通过改变电极14之间的间隔来形成具有不同极化程度的一部分梳齿电极，以改变待加上的极化用电场的强度。此外，可在多个电极之间形成不连接到外部电极(即，不连接到任一电位)的浮动电极。因而，可通过改变压电元件10的结构来调节压电元件10的机电系数。此外，由于可改变待极化的压电体陶瓷的体积，所以可通过改变在压电体陶瓷12中所设置的多个电极14的宽度(电极之间的距离)，容易地调节压电元件10的机电系数和静电容。
作为压电体陶瓷12的材料，例如使用Na0.5Bi4.5Ti4O15等。此外，在使用CaBi4Ti4O15、SrBi4Ti4O15、Bi4Ti3O12等分层钙钛矿结构型压电材料时，可获得高的机电系数。
此外，如图7和8所示，可仅形成一层电极14，而不是沿压电体陶瓷12的厚度方向层叠。在此情况下，在压电体陶瓷12的相对侧面上，给相邻电极14分别覆盖导电材料18和绝缘材料20。在电极14被覆盖导电材料18和绝缘材料20的侧面上分别形成外部电极。在压电体陶瓷12中，电极14以交叉指的形式排列。
为了制造压电元件10，首先，制备具有分层钙钛矿结构的压电材料。如图9所示，利用此压电材料形成生板材30。在生板材30上，如此印刷多个基本上平行的线性电极糊32，从而它们从生板材30的一端向其另一端延伸。在多个生板材30中的每一个上都印刷了电极糊32，把这些生板材30相互层叠而形成一层叠体34。此时，以这样的方式层叠生板材34，从而电极糊32沿生板材30的层叠方向相互重叠。
烧制获得的层叠体34，从而如图11所示制造其中形成了电极14的烧结体36。此时，例如，通过在沿层叠方向所加的压强下烧制生板材30，在所产生的烧结体36中，结晶C轴沿层叠方向取向。如图11的虚线所示把烧结体36切割成所需的尺寸，以形成多个元件。应注意，电极14未出现在烧结体36的表面上，但在图11中，为了示出电极14与切割部分之间的关系示出了电极。
在所获得的元件的侧面上，暴露出电极14的末端部分。给沿生板材30的层叠方向重叠的电极14的末端部分交替地覆盖导电材料18和绝缘材料20。此外，在该元件的侧面上，交替地形成导电材料18和绝缘材料20。在该元件的另一侧面上，给在一个侧面上覆盖有导电材料18的电极14覆盖绝缘材料20，而给在该元件的一个侧面上覆盖有绝缘材料20的电极14覆盖导电材料18。
在分别形成有导电材料18和绝缘材料20的元件的侧面上形成外部电极22和24。因而，电极14以交叉指型电极的形式相连。在此情况下，横过外部电极22和24施加一直流电压，从而基本上垂直于C轴的取向，在电极14和相邻的电极14之间施加了直流电场。即，如图2中的箭头C所示对元件进行极化。如上所述，制备压电元件10，其中结晶C轴的取向沿压电体陶瓷12的厚度方向，基本上垂直于C轴对压电体陶瓷12进行极化。
(例子)
把重量为5到10％的乙酸乙烯酯型粘合剂与成分由公式Na0.5Bi4.6Ti4O15表示的原材料粉末相混合，并通过刮片(doctor blade)法形成生板材。如图9所示，以线性的形状丝网印刷铂电极糊。如图10所示层叠陶瓷生板材并进行压接，以产生层叠体34。这里，生板材的最下层与最上层的厚度约为每个其它生板材的厚度的两倍，即300μm，每个其它生板材的厚度为150μm。压接前生板材30的整个厚度为1.5mm，压接后层叠体34的厚度为1.2mm。
烧制层叠体34同时沿厚度方向对其加压，从而获得C轴沿厚度方向取向的分层钙钛矿结构的烧结体36。加压的压强为50到500kg/cm2，烧制温度为1000℃到1300℃。经烧制的烧结体36的厚度约为600μn。把烧结体36抛光到厚度均匀，即具有500μm的厚度。其后，如图11中的虚线所示，切割烧结体36，以形成每个宽度为1mm且长度为3.6mm的元件。通过烧制，铂电极糊32变为电极14。电极不出现在烧结体36的表面上。然而，在图11中，为了示出电极14与切割部分之间的关系，示出了电极14。把出现在切割表面处的电极14分成两组。在切割表面处，利用导电材料18和绝缘材料20，仅电气连接属于同一组的电极14。横过这两组电极施加一直流电场，以进行极化。如图13所示，把这些电极连到一阻抗计的接线端，研究阻抗的频率特性。
利用具有由图14所示的压电层40和电极层42(使用未取向的Na0.5Bi4.5Ti4O15形成)构成的分层结构的压电元件以及包括图15所示两个端面上都形成有电极46的杆状压电体44的压电元件，来比较机电系数。表1示出结果。可看到，依据本发明，与使用杆状压电体的压电元件相比阻抗可减小，此外，与未取向多层型压电元件相比机电系数可增加。
(表1)
    材料     结构 机电耦合系数(％) 静电容(pF)
本发明 有取向的Na0.5Bi4.5Ti4O15 图2的结构     42     14
对照例子 未取向的Na0.5Bi4.5Ti4O15 图2的结构     23     12
对照例子 未取向的Na0.5Bi4.5Ti4O15 图14的结构     28     18
对照例子 有取向的Na0.5Bi4.5Ti4O15 带角的杆状(图15)     47     0.15
对照例子 未取向的PbTi0.49Zr0.49O3+1wt.％的MnO 图2的结构     43     105
对照例子 未取向的PbTi0.49Zr0.49O3+1wt.％的MnO 图14的结构     49     160
已提出具有类似于本发明的压电元件的结构的压电激励器。将描述这两个结构之间的差别。
作为增强多层的可靠性的常规装置，第3-94487号日本未审查专利申请公开揭示了使用未取向的压电体陶瓷材料且具有类似于本发明的压电元件10层叠有交叉指型电极的结构的压电元件。为了保证图14所示的这种常规多层结构元件的机械可靠性而提出了这种结构。然而，通过常规的多层结构，可充分地保证在滤波器和振荡器(包含在在小电场下应用的电子设备中)中使用的高度机械可靠性。对于具有图14所示结构的多层元件，包含交叉指型电极的结构减小了机电系数，而且无法利用(见表1)。
另一方面，依据本发明，使用分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，压电元件具有这样的结构，从而在烧制后垂直于C轴取向给元件加上电场。相应地，与图14所示的常规多层结构元件相比，可实现相当高的机电系数。换句话说，具有分层钙钛矿结构的压电材料与电极结构的组合产生了大的值。
因此，已参考本例描述了线性电极14为诸如交叉指型电极等的这种结构的压电元件10。如果可获得类似的效果，则不特别限制电极14的形成位置。例如，可在压电体陶瓷12的表面上形成电极14。此外，膨胀(dilation)不限于均匀的膨胀。例如，可通过部分颠倒电场的施加方向在压电体陶瓷12中形成具有不同膨胀状态的部分。
在本发明的压电元件中，可通过使用具有分层钙钛矿结构的压电材料来实现单模式谐振特性。相应地，可提供具有在使用钛酸锆酸铅(典型的压电材料)时不能实现的优良特性的滤波器和振荡器，这些特性诸如高温热阻、低的高频损耗等。此压电元件具有低的阻抗，从而可容易地获得与电路的阻抗匹配。可提供具有高的机电系数的压电元件。

Claims (5)

1．一种压电元件，包括具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，该压电体陶瓷至少沿其晶轴的C轴取向，基本上垂直于C轴的取向对此压电体陶瓷进行极化，以及
设置在基本上平行于压电体陶瓷的极化方向的各平面上的多个电极，
多个电极如此排列，从而连到某一电位的电极与连到另一电位的电极包含相邻的部分。
2．如权利要求1所述的压电元件，其特征在于多个电极以交叉指型电极的形式排列。
3．如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于可沿C轴的取向在多级上设置多个电极，把相互重叠的电极连到同一电位。
4．如权利要求1到3中任一项所述的压电元件，其特征在于在相互重叠的一些电极与相互重叠的另一些电极之间沿两个相反的方向对压电体陶瓷进行极化。
5．一种制造压电元件的方法，该方法包括以下步骤：
形成具有分层钙钛矿结构的压电体材料，以制备生板材；
印刷电极糊，从而多个印刷的电极糊在生板材上基本上相互平行地排列；
层叠生板材，从而印刷的电极糊分别插入压电体材料之间，从而形成一层叠体；以及
烧制该层叠体，其后，对经烧制的层叠体进行极化，
在压电体材料的C轴的取向基本上平行于层叠体的层叠方向后，基本上垂直于C轴的取向对压电体材料进行极化。
CNB011030852A 2000-02-01 2001-02-01 压电元件及其制造方法 Expired - Fee Related CN1244961C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000023707 2000-02-01
JP023707/2000 2000-02-01
JP023707/00 2000-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1307368A true CN1307368A (zh) 2001-08-08
CN1244961C CN1244961C (zh) 2006-03-08

Family

ID=18549830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB011030852A Expired - Fee Related CN1244961C (zh) 2000-02-01 2001-02-01 压电元件及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (3) US6424080B2 (zh)
JP (1) JP3733860B2 (zh)
KR (1) KR100430753B1 (zh)
CN (1) CN1244961C (zh)
DE (1) DE10104278B4 (zh)
TW (1) TW502465B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101646116B (zh) * 2008-12-03 2012-02-01 中国科学院声学研究所 一种电极串联式硅微压电传声器
CN109326709A (zh) * 2018-10-10 2019-02-12 业成科技（成都）有限公司 感测膜及其制备方法、电子装置
CN110098314A (zh) * 2018-01-30 2019-08-06 太阳诱电株式会社 层叠压电陶瓷部件及其制造方法和压电器件
CN112867913A (zh) * 2018-10-10 2021-05-28 约阿内研究有限责任公司 压电传感器
CN113906768A (zh) * 2019-06-14 2022-01-07 Tdk株式会社 压电元件
CN116918492A (zh) * 2021-03-09 2023-10-20 公益财团法人电磁材料研究所 振动发电元件

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003026473A (ja) * 2001-05-08 2003-01-29 Murata Mfg Co Ltd セラミックの製造方法
JP3794292B2 (ja) * 2001-07-03 2006-07-05 株式会社村田製作所 圧電型電気音響変換器およびその製造方法
JP4672999B2 (ja) * 2003-05-19 2011-04-20 セイコーインスツル株式会社 超音波モータ及び積層圧電素子及び電子機器
JP4658459B2 (ja) * 2003-07-25 2011-03-23 京セラ株式会社 積層型圧電素子、アクチュエータ、及び印刷ヘッド、並びに積層型圧電素子の製造方法
WO2007083475A1 (ja) * 2006-01-17 2007-07-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. 共振アクチュエータ
DE102006051080A1 (de) * 2006-03-16 2007-10-04 Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering Vielschichtaktoren mit Interdigitalelektroden
KR100852162B1 (ko) * 2006-08-23 2008-08-13 주식회사 이노칩테크놀로지 압전 진동 소자
JP2008117837A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Nec Tokin Corp 積層型圧電セラミック素子およびその製造方法
JP5019274B2 (ja) * 2007-01-24 2012-09-05 株式会社村田製作所 共振アクチュエータ
US10694278B2 (en) 2017-09-20 2020-06-23 Mitek Corp., Inc. Small subwoofer ceiling speaker system
CN114816037A (zh) * 2021-01-27 2022-07-29 京东方科技集团股份有限公司 一种触觉再现器件及其驱动方法、触觉再现装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1207974A (en) * 1966-11-17 1970-10-07 Clevite Corp Frequency selective apparatus including a piezoelectric device
CH607336A5 (zh) * 1975-09-22 1978-12-15 Siemens Ag
JPS5831743B2 (ja) * 1977-09-17 1983-07-08 株式会社村田製作所 酸化亜鉛の圧電結晶膜
JPS6040210B2 (ja) 1979-10-17 1985-09-10 松下電器産業株式会社 貼り合わせ型振動子の製造方法
US4350916A (en) * 1980-06-27 1982-09-21 Rockwell International Corporation Surface acoustic wave device having buried transducer
US4443729A (en) 1981-06-22 1984-04-17 Rockwell International Corporation Piezoceramic bender element having an electrode arrangement suppressing signal development in mount region
US4564782A (en) * 1983-09-02 1986-01-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic filter using multiple thin piezoelectric layers
JPS6066882A (ja) 1983-09-22 1985-04-17 Murata Mfg Co Ltd 圧電変位素子およびその分極方法
JPS6287456A (ja) 1985-10-11 1987-04-21 日本碍子株式会社 誘電体磁器用セラミツク組成物
JP2583882B2 (ja) * 1987-03-26 1997-02-19 松下電器産業株式会社 配向性ペロブスカイト型化合物積層膜
JP2790177B2 (ja) * 1987-07-06 1998-08-27 株式会社村田製作所 電歪共振素子
ATE161362T1 (de) 1989-04-07 1998-01-15 Mitsui Petrochemical Ind Geschichtete keramikanordnung und verfahren zur deren herstellung
JPH0394487A (ja) * 1989-09-06 1991-04-19 Murata Mfg Co Ltd 圧電アクチュエータ
JP3116176B2 (ja) * 1991-11-05 2000-12-11 株式会社トーキン 積層型圧電アクチュエータ
US5315205A (en) * 1991-09-25 1994-05-24 Tokin Corporation Piezoelectric vibrator capable of reliably preventing dielectric breakdown and a method of manufacturing the same
WO1996000704A1 (fr) * 1994-06-30 1996-01-11 Hitachi, Ltd. Materiau ferroelectrique a couches d'oxyde de bismuth
JP2757835B2 (ja) * 1995-09-29 1998-05-25 日本電気株式会社 圧電トランス
JPH10126203A (ja) * 1996-08-27 1998-05-15 Murata Mfg Co Ltd 圧電共振子およびそれを用いた電子部品
KR100280072B1 (ko) * 1997-10-01 2001-02-01 무라타 야스타카 압전공진자및이를구비한전자부품
JP3262076B2 (ja) * 1997-10-03 2002-03-04 株式会社村田製作所 圧電共振子、圧電共振子の周波数調整方法および通信機器
JPH11116397A (ja) * 1997-10-17 1999-04-27 Kazuhiko Yamanouchi （０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜及び該薄膜を有する弾性表面波素子
KR100305990B1 (ko) * 1998-06-30 2001-12-17 이수호 압전트랜스포머용세라믹스조성물의제조방법
US6248394B1 (en) * 1998-08-14 2001-06-19 Agere Systems Guardian Corp. Process for fabricating device comprising lead zirconate titanate
JP2001102811A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Kyocera Corp 複合フィルタ

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101646116B (zh) * 2008-12-03 2012-02-01 中国科学院声学研究所 一种电极串联式硅微压电传声器
CN110098314A (zh) * 2018-01-30 2019-08-06 太阳诱电株式会社 层叠压电陶瓷部件及其制造方法和压电器件
CN109326709A (zh) * 2018-10-10 2019-02-12 业成科技（成都）有限公司 感测膜及其制备方法、电子装置
CN112867913A (zh) * 2018-10-10 2021-05-28 约阿内研究有限责任公司 压电传感器
CN109326709B (zh) * 2018-10-10 2022-05-13 业成科技（成都）有限公司 感测膜及其制备方法、电子装置
CN113906768A (zh) * 2019-06-14 2022-01-07 Tdk株式会社 压电元件
CN116918492A (zh) * 2021-03-09 2023-10-20 公益财团法人电磁材料研究所 振动发电元件

Also Published As

Publication number Publication date
KR100430753B1 (ko) 2004-05-10
DE10104278B4 (de) 2007-04-19
US6988300B2 (en) 2006-01-24
DE10104278A1 (de) 2001-08-09
JP3733860B2 (ja) 2006-01-11
US20020135276A1 (en) 2002-09-26
CN1244961C (zh) 2006-03-08
US20020078540A1 (en) 2002-06-27
US6424080B2 (en) 2002-07-23
JP2001291908A (ja) 2001-10-19
US20010011862A1 (en) 2001-08-09
KR20010078250A (ko) 2001-08-20
TW502465B (en) 2002-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1244961C (zh) 压电元件及其制造方法
US5233256A (en) Method of driving piezoelectric bimorph device and piezoelectric bimorph device
KR101463125B1 (ko) 적층형 세라믹 콘덴서
US6437488B1 (en) Multilayer piezoelectric component
JP4843948B2 (ja) 積層型圧電素子
CN1471116A (zh) 层叠电容器及其制造方法
CN1170325C (zh) 压电谐振器和包括它的电子元件
CN1121724C (zh) 压电谐振器和使用它的电子元件
JP3306814B2 (ja) 積層セラミック電子部品の製造方法
JPH10312933A (ja) 積層セラミック電子部品
JP3149611B2 (ja) 積層セラミック電子部品の製造方法
JP2000082605A (ja) 温度補償回路
CN1164032C (zh) 压电谐振器
JPH10241993A (ja) 積層セラミック電子部品
CN1163980C (zh) 压电谐振器的制造方法
CN1156971C (zh) 压电滤波器件
KR100542505B1 (ko) 적층형 압전 트랜스포머 및 그 제조 방법
JPH10233538A (ja) 積層圧電素子
Shrout et al. Resonance behavior of internally electroded PZT devices
JP2000174581A (ja) 積層型圧電共振子及びその製造方法
JPH07240339A (ja) 積層セラミックコンデンサ
JPH06318531A (ja) 積層型セラミック電子部品
JPH11186098A (ja) チップ型ノイズフィルタ
EP1096675A2 (en) Piezoelectric resonator
JPH11355093A (ja) 積層型圧電振動子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060308

Termination date: 20150201

EXPY Termination of patent right or utility model